Կիսահաղորդչային դիոդները լայնորեն օգտագործվում են էլեկտրոնիկայի և էլեկտրոնիկայի արդյունաբերության մեջ: Դրանք օգտագործվում են ինչպես ինքնուրույն, այնպես էլ որպես տրանզիստորների եւ բազմաթիվ այլ սարքերի p-n-միացում։ Որպես դիսկրետ բաղադրիչ, դիոդները շատ էլեկտրոնային սխեմաների հիմնական մասն են: Նրանք գտնում են բազմաթիվ հավելվածներ՝ սկսած ցածր էներգիայի հավելվածներից մինչև ուղղիչներ:
Ի՞նչ է դիոդը:
Հունարենից թարգմանված այս էլեկտրոնային տարրի անունը բառացիորեն նշանակում է «երկու տերմինալ»։ Դրանք կոչվում են անոդ և կաթոդ: Շղթայում հոսանքը հոսում է անոդից դեպի կաթոդ: Կիսահաղորդչային դիոդը միակողմանի տարր է, և հակառակ ուղղությամբ ընթացիկ հոսքը արգելափակված է:
Գործողության սկզբունք
Կիսահաղորդչային դիոդների սարքը շատ տարբեր է. Սա է պատճառը, որ դրանց տեսակները շատ են, որոնք տարբերվում են ինչպես անվանական արժեքով, այնպես էլ իրենց կատարած գործառույթներով։ Այնուամենայնիվ, շատ դեպքերում հիմնական սկզբունքըկիսահաղորդչային դիոդների աշխատանքը նույնն է: Դրանք պարունակում են p-n հանգույց, որն ապահովում է դրանց հիմնական գործառույթը:
Այս տերմինը սովորաբար օգտագործվում է դիոդի ստանդարտ ձևի հետ կապված: Իրականում դա վերաբերում է դրանց գրեթե ցանկացած տեսակին: Դիոդները կազմում են ժամանակակից էլեկտրոնիկայի արդյունաբերության ողնաշարը: Ամեն ինչ՝ պարզ տարրերից և տրանզիստորներից մինչև ժամանակակից միկրոպրոցեսորներ, հիմնված է կիսահաղորդիչների վրա: Կիսահաղորդչային դիոդի շահագործման սկզբունքը հիմնված է կիսահաղորդիչների հատկությունների վրա: Տեխնոլոգիան հիմնված է մի խումբ նյութերի վրա, որոնց բյուրեղային ցանցի մեջ կեղտերի ներմուծումը հնարավորություն է տալիս ստանալ շրջաններ, որոնցում անցքերը և էլեկտրոնները լիցքակիրներ են։
P-n-junction
P-n տիպի դիոդը ստացել է իր անունը, քանի որ այն օգտագործում է p-n հանգույց, որը թույլ է տալիս հոսել միայն մեկ ուղղությամբ: Տարրն ունի այլ հատկություններ, որոնք նույնպես լայնորեն կիրառվում են։ Կիսահաղորդչային դիոդները, օրինակ, կարող են արձակել և հայտնաբերել լույս, փոխել հզորությունը և կարգավորել լարումը:
P-n-հանգույցը հիմնական կիսահաղորդչային կառուցվածք է: Ինչպես անունն է հուշում, դա p- և n տիպի շրջանների միացում է: Անցումը թույլ է տալիս լիցքակիրներին շարժվել միայն մեկ ուղղությամբ, ինչը, օրինակ, հնարավորություն է տալիս փոփոխական հոսանքը փոխարկել ուղիղ հոսանքի։
Ստանդարտ դիոդները սովորաբար պատրաստվում են սիլիցիումից, չնայած գերմանիումը և այլ կիսահաղորդչային նյութեր նույնպես օգտագործվում են, հիմնականում հատուկ նպատակների համար:
Վոլտ-ամպերի հատկանիշ
Դիոդը բնութագրվում է հոսանք-լարման կորով, որը կարելի է բաժանել 2 ճյուղի՝ առաջ և հետադարձ: Հակառակ ուղղությամբ արտահոսքի հոսանքը մոտ է 0-ին, սակայն լարման ավելացման հետ այն դանդաղորեն մեծանում է, և երբ խզման լարումը հասնում է, այն սկսում է կտրուկ աճել։ Առջևի ուղղությամբ հոսանքն արագորեն բարձրանում է կիրառվող լարման դեպքում հաղորդման շեմից բարձր, որը 0,7 Վ է սիլիկոնային դիոդների և 0,4 Վ գերմանիումի համար: Տարբեր նյութեր օգտագործող բջիջներն ունեն տարբեր վոլտ-ամպերի բնութագրեր և հաղորդման շեմ և քայքայման լարումներ։
P-n-միացման դիոդը կարելի է համարել որպես հիմնական մակարդակի սարք: Այն լայնորեն օգտագործվում է բազմաթիվ ծրագրերում՝ սկսած ազդանշանային սխեմաներից և դետեկտորներից մինչև ինդուկցիոն կամ ռելեային պարույրների և բարձր հզորության ուղղիչ սարքերի սահմանափակիչներ կամ անցողիկ ճնշիչներ:
Հատկություններ և պարամետրեր
Դիոդի բնութագրերը տալիս են շատ տվյալներ: Այնուամենայնիվ, ճշգրիտ բացատրությունները, թե դրանք ինչ են, միշտ չէ, որ հասանելի են: Ստորև ներկայացված են դիոդի տարբեր բնութագրերի և պարամետրերի մանրամասները, որոնք տրված են բնութագրերում:
Կիսահաղորդչային նյութ
P-n հանգույցներում օգտագործվող նյութը առաջնային նշանակություն ունի, քանի որ այն ազդում է կիսահաղորդչային դիոդների շատ հիմնարար բնութագրերի վրա: Սիլիկոնն ամենաշատ օգտագործվողն է բարձր արդյունավետության և արտադրության ցածր գնի պատճառով: Մեկ այլ հաճախակի օգտագործվողտարրը գերմանիումն է։ Այլ նյութեր սովորաբար օգտագործվում են հատուկ նշանակության դիոդներում: Կիսահաղորդչային նյութի ընտրությունը կարևոր է, քանի որ այն որոշում է հաղորդման շեմը՝ մոտ 0,6 Վ սիլիցիումի և 0,3 Վ՝ գերմանիումի համար:
Լարման անկում ուղղակի հոսանքի ռեժիմում (U pr.)
Ցանկացած էլեկտրական շղթա, որով անցնում է հոսանքը, առաջացնում է լարման անկում, և կիսահաղորդչային դիոդի այս պարամետրը մեծ նշանակություն ունի, հատկապես ուղղման համար, երբ էներգիայի կորուստները համաչափ են U պողոտային: Բացի այդ, էլեկտրոնային բաղադրիչները հաճախ կարիք ունեն. ապահովել լարման փոքր անկում, քանի որ ազդանշանները կարող են թույլ լինել, բայց նրանք դեռ պետք է հաղթահարեն այն:
Սա տեղի է ունենում երկու պատճառով. Առաջինը կայանում է p-n հանգույցի բնության մեջ և արդյունք է հաղորդման շեմային լարման, որը թույլ է տալիս հոսանքն անցնել քայքայվող շերտը: Երկրորդ բաղադրիչը դիմադրողականության նորմալ կորուստն է:
Ցուցանիշը մեծ նշանակություն ունի ուղղիչ դիոդների համար, որոնք կարող են մեծ հոսանքներ կրել։
Հակադարձ լարման գագաթնակետ (U arr. max)
Սա ամենաբարձր հակադարձ լարումն է, որին կարող է դիմակայել կիսահաղորդչային դիոդը: Այն չպետք է գերազանցի, հակառակ դեպքում տարրը կարող է ձախողվել: Դա միայն մուտքային ազդանշանի RMS լարումը չէ: Յուրաքանչյուր շղթա պետք է հաշվի առնվի իր արժանիքների համաձայն, սակայն հարթեցնող կոնդենսատորով կիսաալիքային ուղղիչի համար, հիշեք, որ կոնդենսատորը կպահի լարման հավասարություն մուտքի գագաթնակետին:ազդանշան. Այնուհետև դիոդը կենթարկվի մուտքային ազդանշանի գագաթնակետին հակառակ ուղղությամբ, և, հետևաբար, այս պայմաններում կլինի առավելագույն հակադարձ լարում, որը հավասար է ալիքի գագաթնակետին::
Առավելագույն առաջընթաց հոսանքը (U pr. max)
Էլեկտրական շղթա նախագծելիս համոզվեք, որ դիոդի հոսանքի առավելագույն մակարդակները չգերազանցվեն: Հոսանքի աճի հետ առաջանում է լրացուցիչ ջերմություն, որը պետք է հեռացվի։
Արտահոսքի հոսանք (I arr.)
Իդեալական դիոդում հակադարձ հոսանք չպետք է լինի: Բայց իրական p-n հանգույցներում դա պայմանավորված է կիսահաղորդիչում փոքրամասնության լիցքակիրների առկայությամբ: Արտահոսքի հոսանքի քանակը կախված է երեք գործոններից. Ակնհայտ է, որ դրանցից ամենակարևորը հակադարձ լարումն է: Նաև արտահոսքի հոսանքը կախված է ջերմաստիճանից՝ իր աճով այն զգալիորեն ավելանում է: Բացի այդ, այն մեծապես կախված է կիսահաղորդչային նյութի տեսակից: Այս առումով սիլիցիումը շատ ավելի լավ է, քան գերմանիումը։
Արտահոսքի հոսանքը որոշվում է որոշակի հակադարձ լարման և որոշակի ջերմաստիճանի դեպքում: Այն սովորաբար նշվում է միկրոամպերով (ΜA) կամ պիկոամպերով (pA):
Անցումային հզորություն
Բոլոր կիսահաղորդչային դիոդներն ունեն միացման հզորություն: Սպառման գոտին դիէլեկտրիկ պատնեշ է երկու թիթեղների միջև, որոնք ձևավորվում են քայքայման շրջանի եզրին և լիցքակիրների մեծամասնություն ունեցող տարածաշրջանում: Իրական հզորության արժեքը կախված է հակադարձ լարման հետ, ինչը հանգեցնում է անցումային գոտու փոփոխության: Դրա ավելացումը ընդլայնում է սպառման գոտին և, հետևաբար,նվազեցնում է հզորությունը. Այս փաստը շահագործվում է վարակտորներում կամ վարիկապներում, սակայն այլ կիրառումների, հատկապես ՌԴ կիրառման դեպքում, այս ազդեցությունը պետք է նվազագույնի հասցվի: Պարամետրը սովորաբար նշվում է pF-ով տվյալ լարման դեպքում: Հատուկ ցածր դիմադրության դիոդներ հասանելի են ՌԴ բազմաթիվ կիրառությունների համար:
Պատյանի տեսակ
Կախված նպատակից՝ կիսահաղորդչային դիոդները արտադրվում են տարբեր տեսակի և ձևերի փաթեթներով։ Որոշ դեպքերում, հատկապես երբ օգտագործվում է ազդանշանի մշակման սխեմաներում, փաթեթը առանցքային տարր է այդ էլեկտրոնային տարրի ընդհանուր բնութագրերը որոշելու համար: Էլեկտրաէներգիայի սխեմաներում, որտեղ ջերմության տարածումը կարևոր է, փաթեթը կարող է որոշել դիոդի ընդհանուր պարամետրերից շատերը: Բարձր հզորության սարքերը պետք է կարողանան միացնել ջերմատախտակին: Ավելի փոքր իրեր կարող են արտադրվել կապարի պատյաններում կամ որպես մակերևույթի ամրացման սարքեր:
Դիոդների տեսակներ
Երբեմն օգտակար է ծանոթանալ կիսահաղորդչային դիոդների դասակարգմանը։ Այնուամենայնիվ, որոշ տարրեր կարող են պատկանել մի քանի կատեգորիաների:
Հակադարձ դիոդ. Թեև այն այնքան էլ լայն կիրառություն չունի, սակայն այն p-n տիպի տարրի տեսակ է, որն իր գործողությամբ շատ նման է թունելին։ Հատկանշվում է ցածր վիճակի լարման անկում: Գտնում է օգտագործումը դետեկտորների, ուղղիչ սարքերի և բարձր հաճախականության անջատիչների մեջ:
Ներարկման տարանցիկ դիոդ. Այն շատ ընդհանրություններ ունի ավելի տարածված ավալանշ-թռիչքի հետ: Օգտագործվում է միկրոալիքային գեներատորներում և ազդանշանային համակարգերում:
Diode Gunn. Այն չի պատկանում p-n տիպին, այլ կիսահաղորդչային սարք է՝ երկու տերմինալներով։ Այն սովորաբար օգտագործվում է 1-100 ԳՀց տիրույթում միկրոալիքային ազդանշաններ ստեղծելու և փոխակերպելու համար:
Լույս արձակող կամ լուսադիոդը էլեկտրոնային բաղադրիչների ամենատարածված տեսակներից մեկն է: Առջևի կողմնակալության դեպքում հոսանքը, որը հոսում է հանգույցով, առաջացնում է լույսի արտանետում: Նրանք օգտագործում են բարդ կիսահաղորդիչներ (օրինակ՝ գալիումի արսենիդ, գալիումի ֆոսֆիդ, ինդիում ֆոսֆիդ) և կարող են փայլել տարբեր գույներով, թեև սկզբում դրանք սահմանափակված էին միայն կարմիրով։ Կան բազմաթիվ նոր զարգացումներ, որոնք փոխում են էկրանների գործառույթն ու արտադրությունը, օրինակ՝ OLED-ը:
Ֆոտոդիոդ. Օգտագործվում է լույսը հայտնաբերելու համար: Երբ ֆոտոնը հարվածում է p-n հանգույցին, այն կարող է ստեղծել էլեկտրոններ և անցքեր: Ֆոտոդիոդները սովորաբար գործում են հակառակ կողմնակալության պայմաններում, որտեղ նույնիսկ լույսի կողմից առաջացած փոքր հոսանքները հեշտությամբ կարելի է հայտնաբերել: Ֆոտոդիոդները կարող են օգտագործվել էլեկտրաէներգիա արտադրելու համար: Երբեմն փին տիպի տարրերն օգտագործվում են որպես ֆոտոդետեկտորներ:
Փին-դիոդ. Էլեկտրոնային տարրի անվանումը լավ նկարագրում է կիսահաղորդչային դիոդի սարքը։ Այն ունի ստանդարտ p- և n տիպի շրջաններ, բայց նրանց միջև կա ներքին շրջան, առանց կեղտերի: Այն ունի սպառման շրջանի տարածքի մեծացման ազդեցություն, որը կարող է օգտակար լինել միացման համար, ինչպես նաև ֆոտոդիոդներում և այլն:
Ստանդարտ p-n-junction-ը կարելի է համարել նորմալկամ դիոդի ստանդարտ տեսակը, որն այսօր օգտագործվում է: Նրանք կարող են օգտագործվել ՌԴ կամ ցածր լարման այլ ծրագրերում, ինչպես նաև բարձր լարման և բարձր հզորության ուղղիչներում:
Շոտկի դիոդներ. Նրանք ունեն ավելի ցածր առաջ լարման անկում, քան ստանդարտ p-n տիպի սիլիցիումի կիսահաղորդիչները: Ցածր հոսանքների դեպքում այն կարող է լինել 0,15-ից մինչև 0,4 Վ, և ոչ 0,6 Վ, ինչպես սիլիկոնային դիոդների դեպքում: Դա անելու համար դրանք սովորականի պես չեն պատրաստվում՝ օգտագործում են մետաղ-կիսահաղորդչային կոնտակտ: Նրանք լայնորեն օգտագործվում են որպես սահմանափակիչներ, ուղղիչներ և ռադիոսարքավորումներում:
Դիոդ լիցքի կուտակումով։ Սա միկրոալիքային դիոդի տեսակ է, որն օգտագործվում է շատ բարձր հաճախականությունների իմպուլսներ առաջացնելու և ձևավորելու համար: Դրա աշխատանքը հիմնված է շատ արագ անջատման բնութագրի վրա:
Լազերային դիոդ. Այն տարբերվում է սովորական լույսից, քանի որ այն արտադրում է համահունչ լույս: Լազերային դիոդները օգտագործվում են բազմաթիվ սարքերում՝ սկսած DVD և CD կրիչներից մինչև լազերային ցուցիչներ: Նրանք շատ ավելի էժան են, քան լազերների այլ տեսակներ, բայց զգալիորեն ավելի թանկ են, քան LED-ները: Նրանք ունեն սահմանափակ ծառայության ժամկետ:
Թունելի դիոդ. Թեև այն այսօր լայնորեն չի կիրառվում, նախկինում այն օգտագործվում էր ուժեղացուցիչների, տատանիչների և անջատիչ սարքերի, օսցիլոսկոպի ժամանակային սխեմաների մեջ, երբ այն ավելի արդյունավետ էր, քան մյուս տարրերը:
Varactor կամ varicap. Օգտագործվում է բազմաթիվ ՌԴ սարքերում: Այս դիոդի համար հակադարձ կողմնակալությունը փոխում է սպառման շերտի լայնությունը՝ կախված կիրառվող լարումից: Այս կոնֆիգուրացիայում այնհանդես է գալիս որպես կոնդենսատոր՝ սպառման շրջանով, որը գործում է որպես մեկուսիչ դիէլեկտրիկ և հաղորդիչ շրջաններից ձևավորված թիթեղներ։ Օգտագործվում է լարման կառավարվող տատանումների և ռադիոհաղորդիչների ֆիլտրերի մեջ։
Զեներ դիոդ. Սա դիոդի շատ օգտակար տեսակ է, քանի որ ապահովում է կայուն հղման լարում: Դրա շնորհիվ zener դիոդը օգտագործվում է հսկայական քանակությամբ: Այն աշխատում է հակառակ կողմնակալության պայմաններում և ճեղքում է, երբ հասնում է որոշակի պոտենցիալ տարբերության: Եթե հոսանքը սահմանափակվում է ռեզիստորով, ապա դա ապահովում է կայուն լարում: Լայնորեն օգտագործվում է էլեկտրամատակարարման կայունացման համար: Զեների դիոդներում կա հակադարձ քայքայման 2 տեսակ՝ Զեների տարրալուծում և հարվածային իոնացում։
Այսպիսով, տարբեր տեսակի կիսահաղորդչային դիոդներ ներառում են տարրեր ցածր էներգիայի և բարձր հզորության կիրառման համար, լույս արձակող և հայտնաբերող, ցածր առաջ լարման անկումով և փոփոխական հզորությամբ: Բացի այդ, կան մի շարք տեսակներ, որոնք օգտագործվում են միկրոալիքային տեխնոլոգիայի մեջ:
