Co je to dioda?

Dioda je dvousvorková elektronická součástka, omezuje tok proud v jednom směru a umožňuje mu volně proudit v opačném směru. Má mnoho použití v elektronických obvodech a může být použit pro stavbu usměrňovačů, invertorů a generátorů.

V tomto článku si vezmeme dívat se co je dioda a jak funguje. Podíváme se také na některá jeho běžná použití v elektronických obvodech. Pojďme tedy začít!

Jak funguje dioda?

Dioda je elektronické zařízení, které umožňuje proud musí protékat jedním směrem. Obvykle se nacházejí v elektrických obvodech. Fungují na základě polovodičového materiálu, ze kterého jsou vyrobeny, který může být buď typu N nebo typu P. Pokud je dioda typu N, propustí proud pouze tehdy, když je napětí přivedeno ve stejném směru jako šipka na diodě, zatímco diody typu P projdou proudem pouze tehdy, když je napětí přivedeno v opačném směru šipky.

Polovodičový materiál umožňuje proudění, vytvářenízóna vyčerpání“, to je oblast, kde jsou elektrony zakázány. Po přivedení napětí se zóna vyčerpání dostane na oba konce diody a nechá přes ni protékat proud. Tento proces se nazývá "dopředná zaujatost".

Pokud je přivedeno napětí naopak polovodičový materiál, zpětné předpětí. To způsobí, že se zóna vyčerpání rozšíří pouze z jednoho konce terminálu a zastaví tok proudu. Je to proto, že pokud by bylo napětí aplikováno podél stejné trasy jako šipka na polovodiči typu P, polovodič typu P by se choval jako typ N, protože by umožňoval pohyb elektronů v opačném směru, než je jeho šipka.

Průtok proudu diodou

K čemu slouží diody?

Diody se používají pro konvertovat stejnosměrný proud na střídavý proud, přičemž blokuje zpětné vedení elektrických nábojů. Tuto hlavní součást lze také nalézt ve stmívačích, elektromotorech a solárních panelech.

Diody se používají v počítačích pro Bezpečnost elektronické součásti počítače před poškozením v důsledku přepětí. Snižují nebo blokují napětí nad to, které vyžaduje stroj. Snižuje také spotřebu počítače, šetří energii a snižuje teplo generované uvnitř zařízení. Diody se používají ve špičkových spotřebičích, jako jsou trouby, myčky nádobí, mikrovlnné trouby a pračky. Používají se v těchto zařízeních k ochraně proti poškození kvůli přepětím způsobeným výpadky proudu.

Aplikace diod

• oprava
• Jako vypínač
• Izolační obvod zdroje
• Jako referenční napětí
• Frekvenční směšovač
• Ochrana proti zpětnému proudu
• Ochrana proti přepólování
• Přepěťová ochrana
• AM obálkový detektor nebo demodulátor (diodový detektor)
• Jako zdroj světla
• V obvodu kladného snímače teploty
• V obvodu světelného senzoru
• Solární baterie nebo fotovoltaická baterie
• Jako zastřihovač
• Jako přidržovač

Historie diody

Slovo "dioda" pochází z Греческий slovo "diodózní" nebo "diodos". Účelem diody je umožnit proudění elektřiny pouze jedním směrem. Diodu lze také nazvat elektronickým ventilem.

Bylo zjištěno Henry Joseph Round prostřednictvím svých experimentů s elektřinou v roce 1884. Tyto experimenty byly prováděny pomocí vakuové skleněné trubice, uvnitř které byly na obou koncích kovové elektrody. Katoda má desku s kladným nábojem a anoda desku se záporným nábojem. Když proud procházel trubicí, rozsvítila by se, což znamenalo, že obvodem proudila energie.

Kdo vynalezl diodu

Přestože první polovodičová dioda byla vynalezena v roce 1906 Johnem A. Flemingem, je připsána Williamu Henrymu Priceovi a Arthuru Schusterovi, že toto zařízení v roce 1907 nezávisle vynalezli.

William Henry Preece a Arthur Schuster

Typy diod

• Malá signální dioda
• Velká signální dioda
• Zenerova dioda
• světelná dioda (LED)
• DC diody
• Schottkyho dioda
• Shockleyova dioda
• Krokové obnovovací diody
• Tunelová dioda
• Varaktorová dioda
• laserová dioda
• Dioda potlačení přechodových jevů
• Diody dopované zlatem
• Super bariérové ​​diody
• Peltierova dioda
• krystalová dioda
• Lavinová dioda
• Silikonem řízený usměrňovač
• Vakuové diody
• PIN-dioda
• kontaktní místo
• Dioda Hanna

Malá signální dioda

Malá signální dioda je polovodičové zařízení se schopností rychlého spínání a nízkým úbytkem napětí ve vedení. Poskytuje vysoký stupeň ochrany proti poškození v důsledku elektrostatického výboje.

Velká signální dioda

Velká signální dioda je typ diody, která přenáší signály na vyšší úrovni výkonu než malá signální dioda. Velká signální dioda se obvykle používá k přeměně AC na DC. Velká signální dioda přenese signál bez ztráty výkonu a je levnější než elektrolytický kondenzátor.

V kombinaci s velkou signální diodou se často používá oddělovací kondenzátor. Použití tohoto zařízení ovlivňuje přechodovou dobu odezvy obvodu. Oddělovací kondenzátor pomáhá omezit kolísání napětí způsobené změnami impedance.

Zenerova dioda

Zenerova dioda je speciální typ, který povede elektřinu pouze v oblasti přímo pod přímým poklesem napětí. To znamená, že když je jedna svorka zenerovy diody pod napětím, umožňuje to, aby se proud pohyboval z druhé svorky na vybuzenou svorku. Je důležité, aby bylo toto zařízení používáno správně a bylo uzemněno, jinak může trvale poškodit váš obvod. Je také důležité, aby bylo toto zařízení používáno venku, protože při umístění ve vlhkém prostředí selže.

Když se na zenerovu diodu přivede dostatečný proud, vytvoří se úbytek napětí. Pokud toto napětí dosáhne nebo překročí průrazné napětí stroje, pak umožňuje proudění proudu z jedné svorky.

světelná dioda (LED)

Světelná dioda (LED) je vyrobena z polovodičového materiálu, který vyzařuje světlo, když jí prochází dostatečné množství elektrického proudu. Jednou z nejdůležitějších vlastností LED je, že velmi efektivně přeměňují elektrickou energii na energii optickou. LED diody se také používají jako indikátory pro indikaci cílů na elektronických zařízeních, jako jsou počítače, hodiny, rádia, televize a tak dále.

LED je ukázkovým příkladem rozvoje technologie mikročipů a umožnila významné změny v oblasti osvětlení. LED diody používají pro generování světla alespoň dvě polovodičové vrstvy, jeden pn přechod pro generování nosičů (elektronů a děr), které jsou následně posílány na opačné strany „bariérové“ vrstvy, která zachycuje díry na jedné straně a elektrony na straně druhé. . Energie zachycených nosičů se rekombinuje v "rezonanci" známé jako elektroluminiscence.

LED je považována za účinný typ osvětlení, protože spolu se svým světlem vydává málo tepla. Má delší životnost než žárovky, které mohou vydržet až 60krát déle, mají vyšší světelný výkon a emitují méně toxických emisí než tradiční zářivky.

Největší výhodou LED je skutečnost, že vyžadují velmi malý výkon v závislosti na typu LED. Nyní je možné používat LED s napájecími zdroji od solárních článků po baterie a dokonce i střídavý proud (AC).

Existuje mnoho různých typů LED a přicházejí v různých barvách včetně červené, oranžové, žluté, zelené, modré, bílé a dalších. Dnes jsou k dispozici LED se světelným tokem 10 až 100 lumenů na watt (lm/W), což je téměř stejné jako u běžných světelných zdrojů.

DC diody

Dioda konstantního proudu nebo CCD je typ diody regulátoru napětí pro napájecí zdroje. Hlavní funkcí CCD je snížit ztráty výstupního výkonu a zlepšit stabilizaci napětí snížením jeho kolísání při změně zátěže. CCD lze také použít k nastavení úrovní stejnosměrného vstupního výkonu a k řízení úrovní stejnosměrného proudu na výstupních kolejnicích.

Schottkyho dioda

Schottkyho diody se také nazývají horké nosné diody.

Schottkyho diodu vynalezl Dr. Walter Schottky v roce 1926. Vynález Schottkyho diody nám umožnil používat LED (světlo emitující diody) jako spolehlivé zdroje signálu.

Dioda má velmi příznivý účinek při použití ve vysokofrekvenčních obvodech. Schottkyho dioda se skládá převážně ze tří součástí; P, N a přechod kov-polovodič. Konstrukce tohoto zařízení je taková, že se uvnitř pevného polovodiče vytvoří ostrý přechod. To umožňuje nosičům přechod z polovodičů na kov. Na druhé straně to pomáhá snižovat propustné napětí, což zase snižuje ztráty výkonu a zvyšuje rychlost spínání zařízení, která používají Schottkyho diody, o velmi velkou rezervu.

Shockleyova dioda

Shockleyova dioda je polovodičová součástka s asymetrickým uspořádáním elektrod. Dioda povede proud v jednom směru a mnohem méně, pokud je polarita obrácená. Je-li na Shockleyově diodě udržováno vnější napětí, bude postupně při narůstajícím napětí dopředně předpětí až do bodu zvaného „mezní napětí“, ve kterém není žádný znatelný proud, protože všechny elektrony se rekombinují s otvory. . Za mezním napětím na grafickém znázornění charakteristiky proud-napětí je oblast záporného odporu. Shockley bude fungovat jako zesilovač se zápornými hodnotami odporu v tomto rozsahu.

Shockleyho práci lze nejlépe pochopit, když ji rozdělíte na tři části známé jako oblasti, proud v opačném směru zdola nahoru je 0, 1 a 2 v tomto pořadí.

V oblasti 1, když je aplikováno kladné napětí pro předpětí, elektrony difundují do polovodiče typu n z materiálu typu p, kde se vytváří "zóna vyčerpání" v důsledku nahrazení většinových nosičů. Zóna vyčerpání je oblast, kde jsou nosiče náboje odstraněny při použití napětí. Zóna vyčerpání kolem pn přechodu zabraňuje proudu protékat přední částí jednosměrného zařízení.

Když elektrony vstoupí na stranu n ze strany typu p, vytvoří se při přechodu zdola nahoru „zóna vyčerpání“, dokud není zablokována dráha proudu díry. Díry pohybující se shora dolů se rekombinují s elektrony pohybujícími se zdola nahoru. To znamená, že mezi zónami vyčerpání vodivostního a valenčního pásma se objeví „zóna rekombinace“, která brání dalšímu toku hlavních nosičů přes Shockleyho diodu.

Proud proudu je nyní řízen jediným nosičem, který je menšinovým nosičem, tedy elektrony v tomto případě pro polovodič typu n a otvory pro materiál typu p. Můžeme tedy říci, že zde je tok proudu řízen většinovými nosiči (dírami a elektrony) a tok proudu je nezávislý na použitém napětí, pokud je dostatek volných nosičů k vedení.

V oblasti 2 se elektrony emitované z ochuzovací zóny rekombinují s otvory na druhé straně a vytvářejí nové majoritní nosiče (elektrony v materiálu typu p pro polovodič typu n). Když tyto otvory vstoupí do zóny vyčerpání, dokončí cestu proudu skrz Shockleyho diodu.

V oblasti 3, když je použito vnější napětí pro zpětné předpětí, objeví se ve spoji oblast prostorového náboje nebo zóna vyčerpání, sestávající z většinových i menšinových nosičů. Páry elektron-díra jsou odděleny kvůli aplikaci napětí přes ně, což má za následek driftový proud skrz Shockley. To způsobí, že Shockleyovou diodou protéká malé množství proudu.

Krokové obnovovací diody

Kroková obnovovací dioda (SRD) je polovodičové zařízení, které může zajistit pevný, bezpodmínečně stabilní stav vodivosti mezi anodou a katodou. Přechod ze stavu vypnuto do stavu zapnuto může být způsoben zápornými napěťovými impulsy. Při zapnutí se SRD chová jako dokonalá dioda. Když je SRD vypnutý, je převážně nevodivý s určitým svodovým proudem, ale obecně není dostatečný k tomu, aby ve většině aplikací způsobil významnou ztrátu výkonu.

Obrázek níže ukazuje křivky krokového zotavení pro oba typy SRD. Horní křivka ukazuje typ rychlé obnovy, který při přechodu do vypnutého stavu vyzařuje velké množství světla. Naproti tomu spodní křivka ukazuje diodu s ultrarychlou obnovou optimalizovanou pro vysokorychlostní provoz a vykazující pouze zanedbatelné viditelné záření během přechodu ze zapnuto-vypnuto.

Pro zapnutí SRD musí anodové napětí překročit prahové napětí stroje (VT). SRD se vypne, když je anodový potenciál menší nebo roven potenciálu katody.

Tunelová dioda

Tunelová dioda je forma kvantového inženýrství, která bere dva kusy polovodiče a spojuje jeden kus s druhou stranou směřující ven. Tunelová dioda je unikátní v tom, že elektrony proudí polovodičem namísto kolem něj. To je jeden z hlavních důvodů, proč je tento typ techniky tak jedinečný, protože žádná jiná forma přenosu elektronů až do tohoto bodu nebyla schopna dosáhnout takového výkonu. Jedním z důvodů, proč jsou tunelové diody tak oblíbené, je to, že zabírají méně místa než jiné formy kvantového inženýrství a lze je také použít v mnoha aplikacích v mnoha oblastech.

Varaktorová dioda

Varaktorová dioda je polovodič používaný v napěťově regulované proměnné kapacitance. Varaktorová dioda má dvě připojení, jedno na anodové straně PN přechodu a druhé na katodové straně PN přechodu. Když přivedete napětí na varaktor, umožní vytvoření elektrického pole, které změní šířku jeho vrstvy vyčerpání. Tím se efektivně změní jeho kapacita.

laserová dioda

Laserová dioda je polovodič, který vyzařuje koherentní světlo, nazývané také laserové světlo. Laserová dioda vysílá směrované paralelní světelné paprsky s nízkou divergencí. To je na rozdíl od jiných světelných zdrojů, jako jsou běžné LED diody, jejichž vyzařované světlo je velmi divergentní.

Laserové diody se používají pro optická úložiště, laserové tiskárny, čtečky čárových kódů a komunikaci z optických vláken.

Dioda potlačení přechodových jevů

Dioda potlačující přechodové napětí (TVS) je dioda navržená k ochraně před napěťovými rázy a jinými typy přechodných jevů. Je také schopen oddělit napětí a proud, aby se zabránilo vysokonapěťovým přechodům proniknout do elektroniky čipu. Dioda TVS nevede během normálního provozu, ale vede pouze během přechodového jevu. Během elektrického přechodového jevu může TVS dioda pracovat jak s rychlými dv/dt špičkami, tak s velkými dv/dt špičkami. Zařízení se obvykle nachází ve vstupních obvodech mikroprocesorových obvodů, kde zpracovává vysokorychlostní spínací signály.

Diody dopované zlatem

Zlaté diody lze nalézt v kondenzátorech, usměrňovačích a dalších zařízeních. Tyto diody se používají hlavně v elektronickém průmyslu, protože k vedení elektřiny nevyžadují velké napětí. Diody dopované zlatem mohou být vyrobeny z polovodičových materiálů typu p nebo n. Zlatem dotovaná dioda vede elektřinu efektivněji při vysokých teplotách, zejména u diod typu n.

Zlato není ideálním materiálem pro dopování polovodičů, protože atomy zlata jsou příliš velké na to, aby se snadno vešly do polovodičových krystalů. To znamená, že zlato obvykle příliš dobře nedifunduje do polovodiče. Jedním ze způsobů, jak zvětšit velikost atomů zlata, aby mohly difundovat, je přidat stříbro nebo indium. Nejběžnější metodou používanou k dopování polovodičů zlatem je použití borohydridu sodného, ​​který pomáhá vytvořit slitinu zlata a stříbra v polovodičovém krystalu.

Diody dopované zlatem se běžně používají ve vysokofrekvenčních aplikacích. Tyto diody pomáhají snižovat napětí a proud rekuperací energie ze zadního EMF vnitřního odporu diody. Zlatem dotované diody se používají ve strojích, jako jsou odporové sítě, lasery a tunelové diody.

Super bariérové ​​diody

Superbariérové ​​diody jsou typem diod, které lze použít ve vysokonapěťových aplikacích. Tyto diody mají nízké propustné napětí při vysoké frekvenci.

Superbariérové ​​diody jsou velmi univerzálním typem diod, protože mohou pracovat v širokém rozsahu frekvencí a napětí. Používají se především v silových spínacích obvodech pro rozvody energie, usměrňovačích, měničích motorů a napájecích zdrojích.

Superbariérová dioda se skládá hlavně z oxidu křemičitého s přidanou mědí. Superbariérová dioda má několik konstrukčních možností, včetně planární germaniové superbariérové ​​diody, spojovací superbariérové ​​diody a izolační superbariérové ​​diody.

Peltierova dioda

Peltierova dioda je polovodičová. Může být použit ke generování elektrického proudu v reakci na tepelnou energii. Toto zařízení je stále nové a ještě ne zcela pochopené, ale vypadá to, že by mohlo být užitečné pro přeměnu tepla na elektřinu. To lze použít pro ohřívače vody nebo dokonce v autech. To by umožnilo využití tepla generovaného spalovacím motorem, což je obvykle plýtvání energií. To by také umožnilo motoru pracovat efektivněji, protože by nemusel produkovat tolik energie (tedy spotřeboval méně paliva), ale místo toho by Peltierova dioda přeměnila odpadní teplo na energii.

krystalová dioda

Krystalové diody se běžně používají pro úzkopásmové filtrování, oscilátory nebo napěťově řízené zesilovače. Krystalová dioda je považována za speciální aplikaci piezoelektrického jevu. Tento proces pomáhá generovat napěťové a proudové signály pomocí jejich přirozených vlastností. Krystalové diody se také běžně kombinují s jinými obvody, které poskytují zesílení nebo jiné specializované funkce.

Lavinová dioda

Lavinová dioda je polovodič, který generuje lavinu z jednoho elektronu z vodivostního pásma do valenčního pásma. Používá se jako usměrňovač ve vysokonapěťových stejnosměrných silových obvodech, jako detektor infračerveného záření a jako fotovoltaický stroj pro ultrafialové záření. Lavinový efekt zvyšuje propustný pokles napětí na diodě, takže může být mnohem menší než průrazné napětí.

Silikonem řízený usměrňovač

Silicon Controlled Rectifier (SCR) je třísvorkový tyristor. Byl navržen tak, aby fungoval jako spínač v mikrovlnných troubách pro ovládání výkonu. Může být spouštěn proudem nebo napětím nebo obojím, v závislosti na nastavení výstupu hradla. Když je hradlový kolík záporný, umožňuje proud protékat přes SCR, a když je kladný, blokuje tok proudu přes SCR. Umístění kolíku hradla určuje, zda proud prochází nebo je blokován, když je na svém místě.

Vakuové diody

Vakuové diody jsou dalším typem diod, ale na rozdíl od ostatních typů se používají ve vakuových trubicích k regulaci proudu. Vakuové diody umožňují proudění proudu při konstantním napětí, ale mají také řídicí mřížku, která toto napětí mění. V závislosti na napětí v řídicí mřížce vakuová dioda proud buď povolí, nebo zastaví. Vakuové diody se používají jako zesilovače a oscilátory v rádiových přijímačích a vysílačích. Slouží také jako usměrňovače, které převádějí střídavý proud na stejnosměrný pro použití v elektrických zařízeních.

PIN-dioda

PIN diody jsou typem diody pn junction. Obecně platí, že PIN jsou polovodič, který vykazuje nízký odpor, když je na něj aplikováno napětí. Tento nízký odpor se bude zvyšovat s rostoucím aplikovaným napětím. PIN kódy mají prahové napětí, než se stanou vodivými. Pokud tedy není aplikováno žádné záporné napětí, dioda nepropustí proud, dokud nedosáhne této hodnoty. Velikost proudu procházejícího kovem bude záviset na rozdílu potenciálů nebo napětí mezi oběma svorkami a nebude docházet k úniku z jedné svorky na druhou.

Bodová kontaktní dioda

Bodová dioda je jednosměrné zařízení schopné zlepšit RF signál. Point-Contact se také nazývá nepřechodový tranzistor. Skládá se ze dvou drátů připojených k polovodičovému materiálu. Když se tyto dráty dotknou, vytvoří se "bod sevření", kde se mohou elektrony křížit. Tento typ diody se používá zejména u AM rádií a dalších zařízení, která jim umožňují detekovat RF signály.

Dioda Hanna

Gunnova dioda je dioda sestávající ze dvou antiparalelních pn přechodů s asymetrickou výškou bariéry. To má za následek silné potlačení toku elektronů v propustném směru, zatímco proud stále teče v opačném směru.

Tato zařízení se běžně používají jako mikrovlnné generátory. Vynalezli je kolem roku 1959 J. B. Gann a A. S. Newell na Royal Post Office ve Velké Británii, odkud pochází i název: „Gann“ je zkratka jejich jmen a „dioda“, protože pracovali na plynových zařízeních (Newell dříve pracoval v Edison Institute of Communications). Bell Laboratories, kde pracoval na polovodičových zařízeních).

První rozsáhlou aplikací diod Gunn byla první generace britského vojenského UHF rádiového zařízení, které se začalo používat kolem roku 1965. Vojenská AM rádia také hojně využívala Gunn diody.

Charakteristickým rysem Gunnovy diody je, že proud je pouze 10-20% proudu běžné křemíkové diody. Kromě toho je úbytek napětí na diodě asi 25krát menší než u konvenční diody, typicky 0 mV při pokojové teplotě pro XNUMX.

Video tutoriál

Co je to dioda - Elektronický návod pro začátečníky

Závěr

Doufáme, že jste se naučili, co je dioda. Pokud se chcete dozvědět více o tom, jak tato úžasná součástka funguje, podívejte se na naše články na stránce diod. Věříme, že vše, co jste se naučili, uplatníte i tentokrát.