Vad är en diod?

En diod är en elektronisk komponent med två terminaler, begränsar flödet ström i en riktning och låter den flyta fritt i motsatt riktning. Den har många användningsområden i elektroniska kretsar och kan användas för att bygga likriktare, växelriktare och generatorer.

I den här artikeln tar vi blick vad är en diod och hur fungerar den. Vi kommer också att titta på några av dess vanliga användningsområden i elektroniska kretsar. Så låt oss börja!

Hur fungerar en diod?

En diod är en elektronisk enhet som det gör strömmen måste flyta i en riktning. De finns vanligtvis i elektriska kretsar. De arbetar på basis av det halvledarmaterial som de är gjorda av, vilket kan vara antingen N-typ eller P-typ. Om dioden är av N-typ kommer den bara att passera ström när spänningen appliceras i samma riktning som diodens pil, medan dioder av P-typ bara kommer att passera ström när spänningen appliceras i motsatt riktning av dess pil.

Halvledarmaterialet tillåter ström att flöda och skaparutarmningszon', detta är den region där elektroner är förbjudna. Efter att spänning har lagts på når utarmningszonen båda ändarna av dioden och tillåter ström att flöda genom den. Denna process kallas "bias framåt".

Om spänning läggs på omvänt halvledarmaterial, omvänd bias. Detta kommer att få utarmningszonen att sträcka sig från endast ena änden av terminalen och stoppa strömmen från att flyta. Detta beror på att om spänningen applicerades längs samma väg som pilen på en halvledare av P-typ, skulle halvledaren av P-typ fungera som en N-typ eftersom den skulle tillåta elektroner att röra sig i motsatt riktning av dess pil.

Diodströmflöde

Vad används dioder till?

Dioder används för konvertera likström till växelström, samtidigt som den blockerar omvänd ledning av elektriska laddningar. Denna huvudkomponent kan också hittas i dimmers, elmotorer och solpaneler.

Dioder används i datorer för skydd datorelektronikkomponenter från skador på grund av strömstörningar. De minskar eller blockerar spänning utöver vad som krävs av maskinen. Det minskar också datorns strömförbrukning, sparar ström och minskar värme som genereras inuti enheten. Dioder används i avancerade apparater som ugnar, diskmaskiner, mikrovågsugnar och tvättmaskiner. De används i dessa enheter för att skydda mot skadorna på grund av strömstörningar orsakade av strömavbrott.

Applicering av dioder

• korrigering
• Som en switch
• Källisoleringskrets
• Som referensspänning
• Frekvensblandare
• Omvänd strömskydd
• Omvänd polaritetsskydd
• Överspänningsskydd
• AM-enveloppdetektor eller demodulator (dioddetektor)
• Som en ljuskälla
• I den positiva temperatursensorkretsen
• I ljussensorkretsen
• Solcellsbatteri eller solcellsbatteri
• Som en klippare
• Som en hållare

Diodens historia

Ordet "diod" kommer från Греческий ordet "diodous" eller "diodos". Syftet med en diod är att tillåta elektricitet att flöda i endast en riktning. En diod kan också kallas en elektronisk ventil.

Hittades Henry Joseph Runda genom sina experiment med elektricitet 1884. Dessa experiment utfördes med användning av ett vakuumglasrör, inuti vilket det fanns metallelektroder i båda ändar. Katoden har en platta med positiv laddning och anoden har en platta med negativ laddning. När ström passerade genom röret tändes den, vilket indikerar att energi flödade genom kretsen.

Vem uppfann dioden

Även om den första halvledardioden uppfanns 1906 av John A. Fleming, krediteras den William Henry Price och Arthur Schuster för att de självständigt uppfann enheten 1907.

William Henry Preece och Arthur Schuster

Diodtyper

• Liten signaldiod
• Stor signaldiod
• Stabilitron
• Ljusemitterande diod (LED)
• DC-dioder
• Schottky diod
• Shockley Diode
• Stegåterställningsdioder
• tunneldiod
• Varaktor diod
• laserdiod
• Transient dämpningsdiod
• Gulddopade dioder
• Superbarriärdioder
• Peltier diod
• kristall diod
• Lavindiod
• Silikonkontrollerad likriktare
• Vakuumdioder
• PIN-diod
• Kontaktpunkt
• Diod Hanna

Liten signaldiod

En liten signaldiod är en halvledarenhet med snabb omkopplingsförmåga och lågt ledningsspänningsfall. Det ger en hög grad av skydd mot skador på grund av elektrostatisk urladdning.

Stor signaldiod

En stor signaldiod är en typ av diod som sänder signaler med en högre effektnivå än en liten signaldiod. En stor signaldiod används vanligtvis för att omvandla AC till DC. En stor signaldiod sänder signalen utan strömförlust och är billigare än en elektrolytisk kondensator.

En frånkopplingskondensator används ofta i kombination med en stor signaldiod. Användningen av denna enhet påverkar kretsens transienta svarstid. Frånkopplingskondensatorn hjälper till att begränsa spänningsfluktuationer orsakade av impedansförändringar.

Stabilitron

En zenerdiod är en speciell typ som endast leder elektricitet i området direkt under likspänningsfallet. Detta innebär att när en terminal på en zenerdiod är strömsatt, tillåter den ström att flytta från den andra terminalen till den spänningssatta terminalen. Det är viktigt att den här enheten används på rätt sätt och är jordad, annars kan den skada din krets permanent. Det är också viktigt att den här enheten används utomhus, eftersom den kommer att misslyckas om den placeras i en fuktig atmosfär.

När tillräckligt med ström tillförs zenerdioden skapas ett spänningsfall. Om denna spänning når eller överstiger maskinens genomslagsspänning, tillåter den ström att flyta från en terminal.

Ljusemitterande diod (LED)

En lysdiod (LED) är gjord av ett halvledarmaterial som avger ljus när en tillräcklig mängd elektrisk ström passerar genom den. En av de viktigaste egenskaperna hos lysdioder är att de omvandlar elektrisk energi till optisk energi mycket effektivt. Lysdioder används också som indikatorlampor för att indikera mål på elektroniska enheter som datorer, klockor, radioapparater, tv-apparater och så vidare.

Lysdioden är ett utmärkt exempel på utvecklingen av mikrochipteknologi och har möjliggjort betydande förändringar inom belysningsområdet. Lysdioder använder minst två halvledarlager för att generera ljus, en pn-övergång för att generera bärare (elektroner och hål), som sedan skickas till motsatta sidor av ett "barriär"-lager som fångar hål på ena sidan och elektroner på den andra. . Energin hos de fångade bärarna rekombinerar i en "resonans" känd som elektroluminescens.

LED anses vara en effektiv typ av belysning eftersom den avger lite värme tillsammans med sitt ljus. Den har längre livslängd än glödlampor, som kan hålla upp till 60 gånger längre, har högre ljuseffekt och avger mindre giftiga utsläpp än traditionella lysrör.

Den största fördelen med lysdioder är det faktum att de kräver väldigt lite ström för att fungera, beroende på typen av lysdiod. Det är nu möjligt att använda lysdioder med strömförsörjning från solceller till batterier och till och med växelström (AC).

Det finns många olika typer av lysdioder och de finns i en mängd olika färger inklusive röd, orange, gul, grön, blå, vit och mer. Idag finns lysdioder med ett ljusflöde på 10 till 100 lumen per watt (lm/W), vilket är nästan samma sak som konventionella ljuskällor.

DC-dioder

En konstantströmsdiod, eller CCD, är en typ av spänningsregulatordiod för strömförsörjning. Huvudfunktionen hos CCD:n är att minska uteffektförlusterna och förbättra spänningsstabiliseringen genom att minska dess fluktuationer när belastningen ändras. CCD kan också användas för att justera DC-ingångseffektnivåer och för att styra DC-nivåer på utgångsskenorna.

Schottky diod

Schottky-dioder kallas även varma bärardioder.

Schottky-dioden uppfanns av Dr Walter Schottky 1926. Uppfinningen av Schottky-dioden har gjort det möjligt för oss att använda lysdioder (ljusemitterande dioder) som pålitliga signalkällor.

Dioden har en mycket fördelaktig effekt när den används i högfrekventa kretsar. Schottky-dioden består huvudsakligen av tre komponenter; P, N och metall-halvledarövergång. Utformningen av denna enhet är sådan att en skarp övergång bildas inuti den solida halvledaren. Detta gör att bärare kan övergå från halvledare till metall. Detta bidrar i sin tur till att minska framspänningen, vilket i sin tur minskar effektförlusterna och ökar växlingshastigheten för enheter som använder Schottky-dioder med mycket stor marginal.

Shockley Diode

Shockley-dioden är en halvledarenhet med ett asymmetriskt arrangemang av elektroder. Dioden kommer att leda ström i en riktning och mycket mindre om polariteten vänds. Om en extern spänning upprätthålls över Shockley-dioden, kommer den gradvis att föras framåt när den pålagda spänningen ökar, upp till en punkt som kallas "cut-off voltage" där det inte finns någon märkbar ström eftersom alla elektroner rekombinerar med hålen . Bortom brytspänningen på den grafiska representationen av ström-spänningskarakteristiken finns det ett område med negativt motstånd. Shockley kommer att fungera som en förstärkare med negativa resistansvärden i detta intervall.

Shockleys verk kan bäst förstås genom att dela upp det i tre delar som kallas regioner, strömmen i omvänd riktning från botten till toppen är 0, 1 respektive 2.

I region 1, när en positiv spänning appliceras för förspänning framåt, diffunderar elektroner in i halvledaren av n-typ från materialet av p-typ, där en "utarmningszon" bildas på grund av utbytet av majoritetsbärare. Utarmningszonen är den region där laddningsbärare avlägsnas när en spänning påläggs. Utarmningszonen runt pn-övergången förhindrar ström från att flöda genom fronten på den enkelriktade enheten.

När elektroner kommer in på n-sidan från p-sidan, bildas en "utarmningszon" i övergången från botten till toppen tills hålets strömväg blockeras. Hål som rör sig från topp till botten rekombinerar med elektroner som rör sig från botten till toppen. Det vill säga, mellan utarmningszonerna för ledningsbandet och valensbandet uppträder en "rekombinationszon", som förhindrar det fortsatta flödet av huvudbärarna genom Shockley-dioden.

Strömflödet styrs nu av en enda bärare, som är minoritetsbäraren, dvs elektroner i detta fall för en n-typ halvledare och hål för ett p-typ material. Så vi kan säga att här styrs strömflödet av majoritetsbärarna (hål och elektroner) och strömflödet är oberoende av den pålagda spänningen så länge det finns tillräckligt med fria bärare att leda.

I region 2 rekombinerar elektroner som emitteras från utarmningszonen med hål på andra sidan och skapar nya majoritetsbärare (elektroner i ett material av p-typ för en halvledare av n-typ). När dessa hål går in i utarmningszonen slutför de strömbanan genom Shockley-dioden.

I region 3, när en extern spänning appliceras för omvänd förspänning, uppstår ett rymdladdningsområde eller en utarmningszon i korsningen, bestående av både majoritets- och minoritetsbärare. Elektronhålsparen separeras på grund av appliceringen av en spänning över dem, vilket resulterar i en driftström genom Shockley. Detta gör att en liten mängd ström flyter genom Shockley-dioden.

Stegåterställningsdioder

En stegåterställningsdiod (SRD) är en halvledarenhet som kan tillhandahålla ett fast, ovillkorligt stabilt ledningstillstånd mellan dess anod och katod. Övergången från från-till-till-tillståndet kan orsakas av negativa spänningspulser. När den är på, beter sig SRD som en perfekt diod. När den är avstängd är SRD övervägande icke-ledande med viss läckström, men i allmänhet inte tillräckligt för att orsaka betydande strömförluster i de flesta applikationer.

Figuren nedan visar stegåterställningsvågformer för båda typerna av SRD. Den övre kurvan visar typen av snabb återhämtning, som avger en stor mängd ljus när den går in i avstängt läge. Däremot visar den nedre kurvan en ultrasnabb återställningsdiod optimerad för höghastighetsdrift och uppvisar endast försumbar synlig strålning under på-till-av-övergången.

För att slå på SRD måste anodspänningen överstiga maskinens tröskelspänning (VT). SRD kommer att stängas av när anodpotentialen är mindre än eller lika med katodpotentialen.

tunneldiod

En tunneldiod är en form av kvantteknik som tar två delar av en halvledare och förenar en del med den andra sidan utåt. Tunneldioden är unik genom att elektronerna strömmar genom halvledaren istället för runt den. Detta är en av huvudorsakerna till att den här typen av teknik är så unik, eftersom ingen annan form av elektrontransport fram till denna punkt har kunnat åstadkomma en sådan bedrift. En av anledningarna till att tunneldioder är så populära är att de tar mindre plats än andra former av kvantteknik och även kan användas i många applikationer inom många områden.

Varaktor diod

En varaktordiod är en halvledare som används i en spänningsreglerad variabel kapacitans. Varaktordioden har två anslutningar, en på anodsidan av PN-övergången och den andra på katodsidan av PN-övergången. När du lägger en spänning på en varaktor tillåter den att ett elektriskt fält bildas som ändrar bredden på dess utarmningsskikt. Detta kommer effektivt att ändra dess kapacitans.

laserdiod

En laserdiod är en halvledare som avger koherent ljus, även kallat laserljus. Laserdioden sänder ut riktade parallella ljusstrålar med låg divergens. Detta till skillnad från andra ljuskällor, såsom konventionella lysdioder, vars emitterade ljus avviker avsevärt.

Laserdioder används för optisk lagring, laserskrivare, streckkodsläsare och fiberoptisk kommunikation.

Transient dämpningsdiod

En transient voltage suppression (TVS) diod är en diod designad för att skydda mot spänningsstötar och andra typer av transienter. Den kan också separera spänning och ström för att förhindra högspänningstransienter från att komma in i chipets elektronik. TVS-dioden leder inte under normal drift, utan leder endast under transienten. Under den elektriska transienten kan TVS-dioden fungera med både snabba dv/dt-spikar och stora dv/dt-toppar. Enheten finns vanligtvis i mikroprocessorkretsarnas ingångskretsar, där den bearbetar höghastighetskopplingssignaler.

Gulddopade dioder

Gulddioder finns i kondensatorer, likriktare och andra enheter. Dessa dioder används främst inom elektronikindustrin eftersom de inte kräver mycket spänning för att leda elektricitet. Dioder dopade med guld kan tillverkas av halvledarmaterial av p-typ eller n-typ. Den gulddopade dioden leder elektricitet mer effektivt vid höga temperaturer, speciellt i n-typ dioder.

Guld är inte ett idealiskt material för att dopa halvledare eftersom guldatomer är för stora för att enkelt passa in i halvledarkristaller. Detta gör att guld vanligtvis inte diffunderar särskilt bra in i en halvledare. Ett sätt att öka storleken på guldatomerna så att de kan diffundera är att tillsätta silver eller indium. Den vanligaste metoden som används för att dopa halvledare med guld är användningen av natriumborhydrid, som hjälper till att skapa en legering av guld och silver i halvledarkristallen.

Dioder dopade med guld används ofta i högfrekventa krafttillämpningar. Dessa dioder hjälper till att minska spänning och ström genom att återvinna energi från den bakre EMF av diodens interna motstånd. Gulddopade dioder används i maskiner som motståndsnätverk, lasrar och tunneldioder.

Superbarriärdioder

Superbarriärdioder är en typ av diod som kan användas i högspänningstillämpningar. Dessa dioder har låg framspänning vid hög frekvens.

Superbarriärdioder är en mycket mångsidig typ av dioder eftersom de kan fungera över ett brett spektrum av frekvenser och spänningar. De används huvudsakligen i kraftomkopplingskretsar för kraftdistributionssystem, likriktare, motoromriktare och strömförsörjning.

Superbarriärdioden består huvudsakligen av kiseldioxid med koppar tillsatt. Superbarriärdioden har flera designalternativ, inklusive plan germanium superbarriärdiod, junction superbarriärdiod och isolerande superbarriärdiod.

Peltier diod

Peltierdioden är en halvledare. Den kan användas för att generera en elektrisk ström som svar på termisk energi. Den här enheten är fortfarande ny och ännu inte helt förstådd, men det ser ut som att den kan vara användbar för att omvandla värme till elektricitet. Detta kan användas för varmvattenberedare eller till och med i bilar. Detta skulle möjliggöra användningen av värme som genereras av en förbränningsmotor, vilket vanligtvis är bortkastad energi. Det skulle också tillåta motorn att gå mer effektivt, eftersom den inte skulle behöva producera lika mycket kraft (och därmed använda mindre bränsle), utan istället skulle en Peltier-diod omvandla spillvärmen till kraft.

kristall diod

Kristalldioder används vanligtvis för smalbandsfiltrering, oscillatorer eller spänningsstyrda förstärkare. Kristalldioden anses vara en speciell tillämpning av den piezoelektriska effekten. Denna process hjälper till att generera spännings- och strömsignaler med hjälp av deras inneboende egenskaper. Kristalldioder kombineras också ofta med andra kretsar som tillhandahåller förstärkning eller andra specialiserade funktioner.

Lavindiod

En lavindiod är en halvledare som genererar en lavin från en enda elektron från ledningsbandet till valensbandet. Den används som en likriktare i högspänningslikströmskretsar, som en infraröd strålningsdetektor och som en fotovoltaisk maskin för ultraviolett strålning. Lavineffekten ökar framåtspänningsfallet över dioden så att det kan göras mycket mindre än genomslagsspänningen.

Silikonkontrollerad likriktare

Silicon Controlled Rectifier (SCR) är en tre-terminal tyristor. Den designades för att fungera som en strömbrytare i mikrovågsugnar för att styra strömmen. Den kan triggas av ström eller spänning, eller bådadera, beroende på gateutgångsinställningen. När grindstiftet är negativt tillåter det ström att flyta genom SCR, och när det är positivt blockerar det ström från att flöda genom SCR. Placeringen av grindstiftet avgör om ström passerar eller är blockerad när den är på plats.

Vakuumdioder

Vakuumdioder är en annan typ av dioder, men till skillnad från de andra typerna används de i vakuumrör för att reglera ström. Vakuumdioder tillåter ström att flyta med konstant spänning, men har också ett kontrollnät som ändrar den spänningen. Beroende på spänningen i styrnätet tillåter eller stoppar vakuumdioden strömmen. Vakuumdioder används som förstärkare och oscillatorer i radiomottagare och sändare. De fungerar också som likriktare som omvandlar AC till DC för användning av elektriska enheter.

PIN-diod

PIN-dioder är en typ av pn-övergångsdioder. I allmänhet är PIN-koder en halvledare som uppvisar lågt motstånd när en spänning appliceras på den. Detta låga motstånd kommer att öka när den pålagda spänningen ökar. PIN-koder har en tröskelspänning innan de blir ledande. Således, om ingen negativ spänning appliceras, kommer dioden inte att passera ström förrän den når detta värde. Mängden ström som flyter genom metallen kommer att bero på potentialskillnaden eller spänningen mellan båda terminalerna, och det kommer inte att finnas något läckage från en terminal till den andra.

Punktkontaktdiod

En punktdiod är en enkelriktad enhet som kan förbättra en RF-signal. Point-Contact kallas också en icke-övergångstransistor. Den består av två ledningar fästa till ett halvledarmaterial. När dessa ledningar berörs skapas en "klämpunkt" där elektronerna kan korsa. Denna typ av diod används särskilt med AM-radioapparater och andra enheter för att de ska kunna upptäcka RF-signaler.

Diod Hanna

Gunn-dioden är en diod som består av två antiparallella pn-övergångar med en asymmetrisk barriärhöjd. Detta resulterar i ett starkt undertryckande av flödet av elektroner i framåtriktningen, medan strömmen fortfarande flyter i motsatt riktning.

Dessa enheter används vanligtvis som mikrovågsgeneratorer. De uppfanns runt 1959 av J. B. Gann och A. S. Newell på Royal Post Office i Storbritannien, varifrån namnet kommer: "Gann" är en förkortning av deras namn, och "diod" för att de arbetade med gasapparater (Newell arbetade tidigare). vid Edison Institute of Communications). Bell Laboratories, där han arbetade med halvledarenheter).

Den första storskaliga tillämpningen av Gunn-dioder var den första generationen brittisk militär UHF-radioutrustning, som togs i bruk omkring 1965. Militära AM-radioapparater använde sig också i stor utsträckning av Gunn-dioder.

Kännetecknande för Gunn-dioden är att strömmen bara är 10-20 % av den för en konventionell kiseldiod. Dessutom är spänningsfallet över dioden cirka 25 gånger mindre än en konventionell diod, vanligtvis 0 mV vid rumstemperatur för XNUMX.

Video Tutorial

Vad är en diod - Elektronikhandledning för nybörjare

Slutsats

Vi hoppas att du har lärt dig vad en diod är. Om du är intresserad av att lära dig mer om hur denna fantastiska komponent fungerar, kolla in våra artiklar på diodsidan. Vi litar på att du kommer att tillämpa allt du har lärt dig även denna gång.