Зачем нужны диоды: Зачем нужны полупроводниковые диоды?

Содержание

Зачем нужны диоды для солнечных батарей. | Пелинг

Наглядный пример того зачем нужно разделять солнечные батареи между собой разной мощности и разного напряжения. Для многих это уже не секрет, что со временем самодельные солнечные батареи теряют часть мощности. Но добавляя новые солнечные батареи мощностью 50-80 ватт, порой прибавки мощности можно и не заметить. В этом видео я демонстрирую наглядное гуляние тока между солнечными батареями, которые вообще ни чем не разграничены. Многие до сих пор спорят, а нужны ли диоды на выходе с солнечной батареи или нет, и про большие потери на них тока. Ну не знаю если ток в десяток мА большой то, что говорить про токи вечером около 1 А, и причем это всего лишь две солнечные батареи по 50 ватт по синему проводу, против 14 батарей по черным проводам.

В прочим это дело каждого как поступать в данном случае. Но кому интересен данный небольшой опыт, надеюсь пригодится при постройке самодельных систем.

Да  напряжение проседает даже у заводских при последовательном подключении, но не так заметно как при разных солнечных батареях как при одинаковых.

Ну и маленькое видео :

Другие статьи

  • 24.01.2015 Набор, световых сигналов для велосипеда XC-408
    Неплохой конструктор световых сигналов, то есть все спец сигналы есть, такие как  стоп […] Posted in интересные лоты AliExpress Ebay
  • 01.06.2015 ПРЕЗЕНТАЦИЯ «TESLA ENERGY» (НА РУССКОМ) НОВОСТЬ.онлайн моя точка зрения
    ПРЕЗЕНТАЦИЯ «TESLA ENERGY» (НА РУССКОМ) НОВОСТЬ.онлайн моя точка […] Posted in Солнечные батареи, Разное
  • 15.02.2018 Как я сделал из планшета универсальный монитор
    Контроллеры для матриц я покупал достаточно давно, но все как-то не было у меня времени […] Posted in Поделки /обзоры
  • 19. 03.2015 Доработка Китайского ваттметра dc-dc wattmeter 60v 100A, Доработка V2, черновик.
    Наконец то я смог пролить видео о доработке ваттметра, а также какие проблемы я еще […] Posted in Поделки /обзоры
  • 24.09.2019 Электротранспорт Куда подключается ручка акселератора
    Ручка акселератор, или как ее еще любят называть ручка газа, пожалуй одно из самых […] Posted in авто/мото/электро

Поделиться ссылкой:

Понравилось это:

Нравится Загрузка…

двунаправленный двигатель с управлением от Arduino. Для чего нам нужны диоды?

Вы спрашиваете, для чего эти диоды:

Похоже, что всегда будет обратным смещением, так зачем их включать?

Причина в том, чтобы обрезать скачки напряжения, вызванные индуктивным отдачей двигателя, когда он внезапно выключается. Ток через индуктор не может измениться мгновенно. Если вы попытаетесь мгновенно отключить двигатель, индуктивность обмоток двигателя будет создавать любое напряжение, необходимое для поддержания тока в течение короткого времени. В вашем случае это означало бы жарить транзисторы до тех пор, пока они не будут работать, несмотря на то, что их контролируют, чтобы они были выключены.

Другой причиной для двигателей является поддержание напряжения двигателя на разумном уровне, когда двигатель имеет задний ход. В этом случае двигатель действует как генератор и создает свое собственное напряжение. Это напряжение может стать слишком высоким для переключения транзисторов. Диоды заставляют двигатель пытаться управлять источником питания, когда напряжение холостого хода превышает напряжение источника питания (плюс два падения напряжения на диодах).

На самом деле, вышеизложенное может вызвать другую проблему. Попытка сбросить ток на источнике питания приведет к нагрузке двигателя и уменьшит напряжение, которое оно могло бы создать.

Тем не менее, в зависимости от того, что еще находится на источнике питания, двигатель может быть в состоянии управлять источником слишком высоко. В таких случаях вы обычно включаете шунтирующий регулятор через источник питания, настроенный немного выше, чем предполагаемое напряжение питания. Если двигатель пытается вывести источник питания слишком высоко, шунтирующий регулятор потребляет любой ток, который ему необходим, чтобы напряжение не превышало заданное значение. Это может означать рассеивание значительной силы. Это необходимо учитывать при разработке шунтирующего регулятора.

    

Схемы генераторов с дополнительными диодами — Схемы генераторов — — Каталог статей

Список всех статей

Схемы генераторов с дополнительными диодами

 

Чтобы понять зачем используется схема генератора с дополнительными диодами нужно понять в чем недостаток схемы более простой без доп. диодов.

Схема генератора с  дополнительными диодами имеет  следующие свойства

1. Позволяет провести ток возбуждения прямо внутри генератора минуя контакты замка зажигания

2. Цепь возбуждения с дополнительными  диодами отделена от аккумулятора лампочкой, это снижает первоначальный ток возбуждения и исключает быструю разрядку аккумулятора, если двигатель не завелся, а зажигание включено.

3. При запуске двигателя, в генератор через лампочку проходит очень маленький ток возбуждения,  поэтому генератор вращается очень легко, что облегчает работу стартера.

4. Лампочка в цепи возбуждения ограничивает ток первоначального возбуждения и позволяет контролировать работу генератора

Конструктивно дополнительные диоды встроены в основной выпрямитель

Для первоначального возбуждения приходится использовать аккумулятор. Ток первоначального возбуждения, при включении замка зажигания, проходит в обмотку возбуждения через лампочку. Лампочка имеет большое сопротивление, поэтому ток в цепи возбуждения протекает маленький (лампочка светится), такого тока вполне достаточно для подмагничивания ротора.

Как только ротор подмагнитился, генератор начинает вырабатывать ЭДС и появляется ток в обмотках, который через дополнительные диоды идет в обмотку возбуждения, намагничивание ротора сразу усиливается. Так генератор, возбуждается, получив первоначальный толчок от аккумулятора маленьким током через лампочку. Дальше генератор работает уже самостоятельно, используя необходимый ток возбуждения через дополнительные диоды. Ток возбуждения не выходит за пределы генератора во внешние цепи и не проходит через контакты замка зажигания, что значительно повышает надежность системы зажигания и всех цепей работающих через замок зажигания.  

 

Лампочка, фактически, разделяет цепь первоначального возбуждения генератора и цепь рабочего возбуждения. Ток обмотки возбуждения может достигать 5 Ампер, но чтобы обмотка возбуждения не могла потреблять такой ток от аккумулятора, в цепи первоначального возбуждения и стоит лампочка ограничивающая этот ток. На первый взгляд проблема остается — если ротор генератора не крутится, а зажигание включено, то аккумулятор разряжается, но теперь он разражается очень маленьким током через лампочку (лампочка горит).

Ток лампочки может гореть несколько дней и это не приведет к полному разряду нормального аккумулятора.

При запуске двигателя, пока лампочка не погасла, она ограничивает ток возбуждения и генератор почти не сопротивляется вращению, облегчая работу стартеру и аккумулятору, В момент, когда лампочка гаснет и генератор полностью возбуждается, стартер уже отключается.


Очень важное преимущество такой схемы состоит в том, лампочка не только ограничивает ток разрядки аккумулятора через обмотку возбуждения, но то, что она становится очень полезным индикатором состояния системы генератор — аккумулятор и позволят контролировать процесс зарядки аккумулятора и исправность генератора.

 

 

Схема генератора с дополнительными диодами и регулятором напряжения типа L (D+)

 

Схема генератора с возбуждением типа L. Такая схема широко применялась на автомобилях выпуска 90-х годов. ВАЗ 2108-09, ВАЗ 2107 — 05, ВАЗ 2110, 11, 12, «Газель», «Волга» с двигателем 406, Генераторы 372. 3701, 9402,3701, 9422, 3701, и многие другие. Генераторы BOSCH, VALEO

У регуляторов типа L, на точку L подключается выход лампочки для первоначального возбуждения, а когда генератор заработал, то на эту точку приходит напряжение самого генератора, через дополнительный выпрямитель. Такой регулятор считает, что напряжение на выходе дополнительного выпрямителя — это и есть напряжение бортовой сети, поэтому он поддерживает напряжение на выходе генератора, «опираясь» на значение напряжения на точке L. Это получается недостаточно точно.

 

 

Схема генератора с дополнительными диодами и регулятором напряжения типа S L 

 

Такие регуляторы применялись на многих генераторах 90-х годов для автомобилей Mitsubishi, и их корейских клонах.

У регуляторов SL два входа. Точка L имеет такое же подключение, выполняет туже функцию, но, контрольное напряжение, относительно которого нужно поддерживать заданное напряжение поступает на точку S.

Это вход с высоким сопротивлением, который тока не потребляет. Он подключается на силовой выход генератора, где напряжение, действительно мало отличается от напряжения бортовой сети. Таким образом, регуляторы SL поддерживают напряжение на выходе генератора более точно. На точке S при выключенном зажигании должно быть 12 Вольт (связь с аккумулятором). Если цепь оборвана, что иногда бывает, то генератор работает, но держит напряжение примерно на 1 Вольт выше нужного значения и требуется восстановление проводки, чтобы защитить аккумулятор от перезаряда.

Разрядка аккумулятора по цепи S невозможна так как вход S регулятора имеет очень большое сопротивление.

На Российском регуляторе SL типа 1702.3702 (для ВАЗ 2108) неподключение или обрыв точки S, полностью отключает регулятор.

 

 

 

Схема генератора повышенной мощности с использованием напряжения от средней точки звезды

 

 

Такое решение использовали BOSCH, Mitsubishi, DELCO COR. Генераторы БАТЭ для ВАЗ 2110 и для 406-го двигателя 3202, 3222, были выполнены по этой схеме

.

Обмотка, намотанная звездой, имеет среднюю точку, если ее подключить к выпрямителю, то с выпрямителя можно снять больший ток. Для выпрямления тока от средней точки нужно дополнительное плечо диодного моста, то есть нужно еще 2 диода. Таким образом, в том же корпусе и с той же обмоткой, можно получить генератор, который будет мощнее на 10 — 15 процентов, только нужен другой диодный мост, на 8 диодов. Такой генератор поддерживает работу большего числа потребителей, что актуально с увеличением числа электронных схем управления в современных автомобилях.

 

 

Лампочка на панели приборов

https://www.drive2.ru/l/9693128/

Лампочка не только ограничивает ток, но становится простым и очень полезным сигнализатором.

При включении зажигания лампочка загорается, через нее идет ток первоначально возбуждения, это значит, что цепь возбуждения целая и генератор готов к работе.

После запуска двигателя лампочка гаснет – это значит, что генератор заработал.

Если при включении зажигания лампочка не загорелась, то значит, цепь возбуждения не включилась и генератор не заработает.

Если лампочка загорелась, а после запуска двигателя не погасла, то значит, что цепь возбуждения целая, но генератор не заработал, надо искать неисправность, иначе, через два часа машина безнадежно встанет.

Если лампочка загорелась на ходу, то, это значит, что генератор перестал работать (например, порвался ремень), двигатель продолжает работать, пока аккумулятор заряжен, но ехать нужно туда, где отремонтируют генератор.

 

Познакомимся с функцией контрольной лампочки генератора более подробно

Как работают диоды Шоттки

Все, что вам нужно знать о том, как работают диоды Шоттки


Подобно другим диодам, диод Шоттки в зависимости от направления течения тока в электрической цепи влияет на ток. В мире электроники эти устройства работают так же, как улицы с односторонним движением – они позволяют току течь только от анода к катоду. Тем не менее, в отличие от обычных полупроводниковых диодов, диод Шоттки известен благодаря низкому падению напряжения при его прямом включении и способностью к быстрому переключению. Это делает его идеальным выбором для использования в высокочастотных устройствах, а также в устройствах, где используются низкие напряжения. Диод Шоттки может применяться в самых разных устройствах, например:

  • Для выпрямления тока большой мощности. Диоды Шоттки могут использоваться в мощных устройствах благодаря низкому падению напряжения при прямом включении. Эти диоды затрачивают меньше энергии, что способствует уменьшению размеров радиатора;

  • В универсальных источниках питания. Диоды Шоттки также могут помогать разделять питание при использовании блоков двойного электропитания, использующих энергию электрической сети и аккумуляторов;

  • В элементах солнечных батарей. Диоды Шоттки могут помочь добиться максимальной эффективности элементов солнечной батареи благодаря низкому падению напряжения при прямом включении. Также они помогают защищать ячейки от обратного заряда;

  • В качестве защелки. Диоды Шоттки могут также использоваться в качестве защелки в транзисторных схемах, а также в цепях с логическими элементами 74LS или 74S.

Преимущества и недостатки диода Шоттки

Одним из главных преимуществ использования диода Шоттки вместо обычного диода является низкое сопротивление его перехода металл-полупроводник, приводящее к тому, что напряжение падает при его прямом включении. Таким образом диод Шоттки потребляет меньшее напряжение, чем обычный диод. На его p-n-переходе падает лишь 0,3-0,4 В. На графике ниже вы можете видеть прямое падение напряжение, составляющее приблизительно 0,3 В. Ток через диод Шоттки значительно возрастает при увеличении напряжения сверх указанного. Через обычный диод ток не растет до напряжения приблизительно 0,6 В.

На рисунках ниже показаны две электрические цепи в качестве иллюстрации преимуществ низкого падения напряжения при прямом включении. В цепи слева обычный диод, а справа – диод Шоттки. У обеих цепей источник питания дает напряжение 2 В постоянного тока.

Обычный диод потребляет 0,7 В, отдавая нагрузке лишь 1,3 В. Благодаря низкому падению напряжения при прямом включении, диод Шоттки потребляет только 0,3 В, отдавая нагрузке 1,7 В. Если нагрузке необходимы 1,5 В, то для такой задачи подойдет только диод Шоттки.

Другие преимущества использования диода Шоттки вместо обычного диода:

  • Малое время обратного восстановления. Диод Шоттки накапливает небольшой заряд, что делает его идеальным для использования в схемах, требующих быстрого переключения — они широко используются при конструировании высокочастотных печатных плат;

  • Пониженный уровень помех. Диод Шоттки добавляет в схему меньшее количество нежелательного шума по сравнению с типичным диодом с p-n-переходом;

  • Более высокие характеристики. Диод Шоттки потребляет меньше энергии, поэтому подходит по техническим требованиям для использования в низковольтных устройствах.

Также следует помнить о нескольких недостатках диодов Шоттки. Диод Шоттки, на который подано обратное напряжение смещения, будет пропускать больший обратный ток, чем обычный диод. Это приводит к тому, что в цепи с обратным включением диода Шоттки ток утечки больше.

Максимальное обратное напряжение диода Шоттки также меньше, чем у обычных диодов, и обычно составляет не более 50 В. При превышении этого напряжения происходит пробой диода Шоттки, в результате чего он начинает пропускать большой ток в обратном направлении. До этой величины обратного напряжения существует лишь небольшой ток утечки через диод Шоттки, впрочем, как и у других диодов.

Как работает диод Шоттки

В обычном диоде полупроводники p-типа и n-типа образуют p-n-переход. В диоде Шоттки вместо полупроводника p-типа используется металл. Этот металл может быть разным – от платины до вольфрама, молибден, золото и т. д.

Металл и полупроводник n-типа образуют переход металл-полупроводник. Он называется барьером Шоттки. Свойства барьера Шоттки различны при отсутствии напряжения смещения, при прямом и при обратном смещении.

Напряжение смещения отсутствует

При отсутствии напряжения смещения свободные электроны будут перемещаться из полупроводника n-типа в металл, чтобы восстановить равновесие. Этот поток электронов создает барьер Шоттки, где встречаются отрицательные и положительные ионы. Чтобы свободные электроны смогли преодолеть этот барьер, требуется приложение внешнего напряжения большего, чем потенциал поля перехода металл-полупроводник.

Прямое смещение

Если положительную клемму батарейки подключить к выводу диода, подключенного к металлической части перехода метал-полупроводник, а отрицательную – к выводу диода, подключенного к полупроводнику, то таким образом мы подадим на диод прямое смещение. В этом состоянии, если напряжение больше 0,2 В, то электроны могут преодолеть переход металл-полупроводник и перейти из полупроводника n-типа в металл. Это приведет к возникновению тока через диод. Так работают все диоды.

Обратное смещение

Если отрицательную клемму батарейки подключить к выводу диода, подключенного к металлической части перехода метал-полупроводник, а положительную – к выводу диода, подключенного к полупроводнику, то таким образом мы подадим на диод обратное смещение. Так мы увеличим ширину барьера Шоттки, не давая току течь через диод. Тем не менее, если напряжение обратного смещения будет возрастать, то, в конце концов, барьер будет пробит. После чего ток потечет в обратном направлении и может повредить этот и другие электронные компоненты.

Изготовление и параметры диода Шоттки

Существуют различные способы изготовления диода Шоттки. Самый простой способ изготовить диод Шоттки – это присоединить к поверхности полупроводника металлический провод, сделав точечный контакт. Некоторые диоды Шоттки до сих пор производятся таким способом, но осуществить контроль качества готовых диодов сложно.

Самая популярная технология использует вакуумное нанесение металла на поверхность полупроводника. Этот метод обладает недостатком, заключающимся в пробое диода вследствие воздействия электрических полей по краям пластины проводника. Для устранения этой проблемы производители защищают полупроводниковую пластину оксидным охранным кольцом. Кроме того, это охранное кольцо защищает переход металл-полупроводник от разрушения вследствие физического воздействия. Такие диоды изготавливаются в том числе в форм-факторе, допускающем поверхностный монтаж компонентов.

Параметры диода Шоттки

Ниже приведен перечень характеристик, на основании которых следует подбирать диод Шоттки для использования в вашем следующем электронном проекте.

Примеры диодов Шоттки

Полезно увидеть, как эти характеристики обычно приводятся на сайте изготовителя или в спецификации. Ниже приведены два примера:

1N5711 – это ультрабыстрый диод Шоттки, обладающий высоким пробивным напряжением, низким падением напряжения при прямом включении и охранным кольцом для защиты перехода металл-полупроводник.

1N5828 – это диод Шоттки в корпусе штыревого типа, используемый для выпрямления тока.

Управление током

Вы планируете поработать над высокочастотным или мощным устройством, в котором требуется применение низкого напряжения? Ваш выбор – диоды Шоттки! Эти диоды широко известны благодаря их низкому падению напряжения при прямом включении и высокой скорости переключения. Используются ли они в ячейках солнечных батарей или для выпрямления тока, нет других подобных устройств, обладающих падением напряжения всего 0,3 В, дающее дополнительную эффективность. Современные ПО для разработки электронных устройств уже имеют множество готовых к использованию бесплатных библиотек, содержащих диоды Шоттки. Самому не нужно ничего делать. Попробуйте уже сегодня!

Введение в диоды — что это и как работает

Если вы знакомы с конденсаторами и резисторами, то знаете, что диод — это, по сути, простейший полупроводник, который может выполнять множество функций, поэтому они также бывают разных форм. Сегодня мы рассмотрим все, что вам нужно знать о диодах.

Однако, прежде чем мы перейдем непосредственно к нашей основной теме дня, давайте рассмотрим основные концепции, которые вы должны знать, которые помогут вам лучше понять диоды:

  • Напряжение : Разница в электрическом потенциале между двумя точками.
  • Резистор : Пассивный двухконтактный электрический компонент, реализующий электрическое сопротивление как элемент схемы.
  • Конденсатор : пассивный компонент, накапливающий электрическую энергию в электрическом поле.
  • Транзистор : полупроводниковое устройство, состоящее из трех выводов для усиления или переключения электронных сигналов и электрических целей.

Если вам нужна дополнительная информация об этих концепциях, обязательно загляните в эти блоги, чтобы узнать:


С учетом сказанного, давайте посмотрим, что будет освещено в этом блоге:

  • Обзор диодов
  • Варианты диодов
  • Обозначения и расчеты диодов
  • Применение диодов
  • Проекты диодов

Обзор диодов

Что такое диод?

Диод — это полупроводниковый прибор с двумя выводами, который пропускает ток только в одном направлении. В основном он имеет незначительное сопротивление на одном конце и высокое сопротивление на другом, чтобы предотвратить протекание тока в обоих направлениях. Таким образом, диод подобен вентилю в электрической цепи.

Конструкция диода

На самом деле существует много типов диодов, но здесь мы будем говорить о конструкции основного полупроводникового диода.

Как мы уже упоминали, диод — это полупроводник, поэтому он сделан либо из кремния, либо из герани. На изображении выше вы также можете видеть, что диод имеет два вывода: анод и катод, P-переход и N-переход.В то время как область обеднения предназначена для прохождения электронов.

Как работает диод?

Принцип работы диода зависит от взаимодействия между P- и N-переходами. В нормальном сценарии P имеет высокую концентрацию дырок и низкую концентрацию свободных электронов, в то время как N имеет более низкую концентрацию дырок и более высокую концентрацию свободных электронов, электроны будут двигаться в направлении P и позволить току течь только через P. .

Приведенное выше объяснение применимо только к тому, что обычно происходит, теперь давайте рассмотрим некоторые из особых сценариев:

Диод с прямым смещением

Это может произойти, когда положительный вывод источника подключен к P-переходу, а отрицательный вывод источника подключен к N-переходу диода при медленном увеличении напряжения от нуля.

Из-за потенциального барьера вначале не будет протекания тока. Однако, если внешнее напряжение, приложенное к диоду, больше, чем прямой потенциальный барьер, диод будет действовать как короткозамкнутый путь, в то время как ток будет ограничиваться только внешними резисторами.

Диод с обратным смещением

Это может произойти, когда источник напряжения подключен к отрицательной клемме P-перехода, а источник напряжения подключен к положительной клемме N-перехода.

Как вы уже могли заметить, он имеет противоположный эффект, чем диод с прямым смещением. Из-за электростатического притяжения дырки в P-переходе будут смещаться дальше от обедненной области, оставляя больше открытых отрицательных ионов в этой области. Когда это происходит, ток будет заблокирован, что не позволит току течь через цепь.

Несмещенный диод

Когда P- и N-переходы соприкасаются друг с другом, отверстия начнут диффундировать от P-перехода к N-переходу и наоборот.Это связано с разницей в концентрации дырок, как упоминалось ранее. В конце концов, электроны будут рекомбинированы в области обеднения, и диффузия зарядов больше не будет.


Варианты диода

Как известно, вариантов диодов на рынке очень много. Но сегодня мы будем говорить только о трех общих типах, чтобы облегчить понимание.

Стабилитрон

Стабилитроны

— это специальные сильно легированные полупроводниковые диоды, которые позволяют току течь в противоположном направлении при достаточном напряжении, в отличие от обычных диодов.Он специально разработан для неразрушающего пробоя напряжения. Из-за сильно легированного полупроводникового материала он позволяет сделать обедненную область очень тонкой для увеличения напряженности электрического поля.

Строительство:

Выпрямительный диод

Выпрямительные диоды

— это двухпроводные полупроводники, которые, как и другие диоды, пропускают ток только в одном направлении. Они сделаны из кремния и могут преобразовывать переменный ток (AC) в постоянный (DC), что называется выпрямлением.

Популярные выпрямительные диоды:
96 100V95
Диод Максимальный ток Максимальный обратный ток
1N4001 1A 50V
1N4002 1A 1000V
1N5401 3A 100V
1N5408 3A 1000v

Ссылка: Electronicsclub, где 1N4001 является наиболее подходящим для использования с низким напряжением.

Диод Шоттки

Диоды Шоттки — это металлические полупроводниковые диоды, также известные как диоды с барьером Шоттки (SBD). Хотя они выглядят довольно похоже на выпрямительные диоды, но SBC обычно больше и в них не используется полупроводниковый переход P-N.

Строительство:

Другие варианты диодов:

  • Сигнальные диоды
  • Лазерные диоды
  • Светодиоды
  • Фотодиоды
  • Тестовые диоды

Обозначения и расчеты диодов

Узнав немного больше о вариантах диода и его справочной информации, давайте посмотрим на символы и расчеты.

Условное обозначение базовой схемы

Вот как будет выглядеть типичное схематическое обозначение диода с P-N переходом и представлено в принципиальной схеме, а вот схематические обозначения других диодов для справки:

Уравнение тока диода

Уравнение тока Didoe показывает взаимосвязь между током, протекающим через диод, в зависимости от приложенного к нему напряжения.

Где,

  • I = ток, протекающий через диод
  • I 0 = ток темнового насыщения (относится к плотности тока утечки, протекающего через диод в отсутствие света)
  • q = заряд электрона
  • V = приложенное напряжение через диод
  • η = экспоненциальный в идеале множитель (рассматривается как 1, если его гераневые диоды, 2, если кремниевые диоды)
  • T = абсолютная температура (в Кельвинах)
  • Постоянная Больцмана:

Если это условие прямого смещения , уравнение тока диода будет:

Если это перевернутое состояние , уравнение тока диода будет:


Применение диодов

Выпрямительные схемы

Как мы уже упоминали в разделе выпрямительных диодов, наиболее распространенным использованием диодов является выпрямление переменного тока в постоянный и построение выпрямительных цепей.Они используются в полуволновых и полноволновых выпрямителях. В типичных приложениях преобразования мощности используются один или комбинация из четырех диодов.

Защита от обратного тока

В случае, если пользователь изменил полярность питания постоянного тока или неправильно подключил батарею, когда через цепь протекает большой ток, можно последовательно подключить защитный диод, чтобы предотвратить проблему обратного подключения.


Диод Проекты

Пройдя всю теоретическую часть диодов, мы можем теперь наконец перейти к некоторым интересным проектам, которые вы можете делать с диодами!

Сделайте солнечную панель, используя диоды!

Ссылка: Instructables

Заинтересованы в создании собственной солнечной панели? Этот проект показывает вам, как вы можете построить его, используя диод 1N4148, который проводит ток под действием света! Хотя это всего лишь прототип для экспериментов, вы можете приступить к его доработке и использовать свои солнечные батареи на самом деле!

Что вам понадобится :

  • Много кремниевого диода
  • Макетная плата
  • Вольтметр
  • Провода
  • Фонарик или свет для проверки

Продолжайте и нажмите здесь, если зеленая энергия вас вдохновляет!

Лазерная ручка для выжигания по дереву

Вы хотите поэкспериментировать с чем-то немного опасным? Вы сможете построить свою лазерную ручку для выжигания по дереву, используя только лазерный диод высокой мощности и механический карандаш! Не забывайте надевать защиту для глаз во время экспериментов!

Что вам понадобится :

  • Мощный волоконный лазерный диод
  • Механический карандаш.
  • Радиатор и немного термической смазки
  • 2 батарейки AA или D или «чистый» блок питания
  • Лазерная защита глаз (очень важно!)

Похоже на то, что вам нравится? Посмотрите этот проект здесь!


Сводка

И все на диодах! Вы узнали что-то новое о диодах? Мы надеемся, что с этими знаниями вы сможете экспериментировать и использовать диоды в своих будущих проектах!

Продолжить чтение

Как работают полупроводники | HowStuffWorks

Устройство, которое блокирует ток в одном направлении, позволяя току течь в другом направлении, называется диодом .Диоды можно использовать по-разному. Например, устройство, которое использует батареи, часто содержит диод, который защищает устройство, если вы вставляете батареи задом наперед. Диод просто блокирует выход любого тока из батареи, если он перевернут — это защищает чувствительную электронику в устройстве.

Когда смещает в обратном направлении, идеальный диод блокирует весь ток. Настоящий диод пропускает около 10 микроампер — немного, но все же не идеально. А если вы подадите достаточное обратное напряжение (В), соединение выйдет из строя и пропустит ток.Обычно напряжение пробоя намного больше, чем когда-либо может увидеть схема, поэтому это не имеет значения.

Когда смещен в прямом направлении , для приведения в действие диода требуется небольшое напряжение. В кремнии это напряжение составляет около 0,7 вольт. Это напряжение необходимо для запуска процесса комбинации дырка-электрон на стыке.

Другой важной технологией, связанной с диодом, является транзистор. У транзисторов и диодов много общего.

Транзисторы

Транзистор создается с использованием трех слоев , а не двух слоев, используемых в диоде.Вы можете создать сэндвич NPN или PNP. Транзистор может действовать как переключатель или усилитель.

Транзистор выглядит как два последовательно соединенных диода. Вы можете себе представить, что через транзистор не может протекать ток, потому что диоды, соединенные спиной к спине, блокируют ток в обоих направлениях. И это правда. Однако, когда вы прикладываете небольшой ток к центральному слою сэндвича, через сэндвич в целом может протекать гораздо больший ток. Это дает транзистору поведение при переключении .Небольшой ток может включать и выключать более сильный ток.

Кремниевый чип — это кусок кремния, который может содержать тысячи транзисторов. С транзисторами, действующими как переключатели, вы можете создавать логические вентили, а с логическими вентилями вы можете создавать микропроцессорные микросхемы.

Естественный переход от кремния к легированному кремнию, транзисторам и микросхемам — вот что сделало микропроцессоры и другие электронные устройства такими недорогими и повсеместными в современном обществе. Основные принципы удивительно просты.Чудо заключается в том, что эти принципы постоянно совершенствуются до такой степени, что сегодня десятки миллионов транзисторов можно без больших затрат собрать на одном кристалле.

Для получения дополнительной информации о полупроводниках, диодах, микросхемах и многом другом, перейдите по ссылкам ниже.

Первоначально опубликовано: 25 апреля 2001 г.

Лазерный диод — Как работает лазерный диод

Лазер диоды играют важную роль в нашей повседневной жизни.Они есть очень дешево и мало. Лазерные диоды самые маленькие из всех известные лазеры. Их размер составляет доли миллиметра.
Лазерные диоды также известен как полупроводниковые лазеры, переходные лазеры, переходные диодные лазеры или инжекционные лазеры. Перед тем, как перейти к лазеру диоды, давайте сначала посмотрим на сам диод.

Что такое диод с p-n переходом?

А п-п переходной диод — это полупроводниковый прибор, который позволяет поток тока только в одном направлении.

Диод с p-n переходом изготовлен из двух типов полупроводников. материалы, а именно полупроводники p-типа и n-типа. Р-тип полупроводник соединяется с n-типом полупроводник, чтобы сформировать p-n соединение. Устройство, которое возникает в результате соединения Полупроводник p-типа и n-типа называется p-n переходом. диод.

p-n-переходный диод пропускает электрический ток в прямом смещении состояние, в то время как он блокирует электрический ток в обратном смещении состояние.

Если положительный полюс батареи подключен к Полупроводник p-типа и отрицательная клемма аккумулятора подключен к полупроводнику n-типа, диод называется быть предвзятым.

Когда а напряжение прямого смещения подается на диод, свободные электроны начинают двигаться от отрицательной клеммы аккумулятора к положительной клемма АКБ аналогично отверстия начинают двигаться от положительный полюс аккумулятора к отрицательному полюсу батарея.

Потому что потока носителей заряда (бесплатно электроны и дырки), электрический ток генерируется в диоде с p-n переходом.

В обычные диоды с p-n переходом, электроны движутся от n-типа к p-типу будет рекомбинировать с отверстиями в p-типе полупроводник или переход. Точно так же дыры, движущиеся из p-тип в n-тип рекомбинирует с электронами в Полупроводник или переход n-типа.

ср знать, что уровень энергии свободных электронов в проводимости полоса высока по сравнению с дырками в валентной зоне. Следовательно, свободные электроны будут выделять свою дополнительную энергию (неизлучающую энергии) при рекомбинации с дырками.

В в светодиоды (светодиоды) или лазерные диоды, рекомбинация происходит аналогичным образом.Тем не менее свободные электроны в светодиодах или лазерных диодах выделяют энергию в форма света при объединении с отверстиями.

Что такое лазерный диод?

А лазерный диод — это оптоэлектронное устройство, преобразующее электрическая энергия в световую энергию для производства высокоинтенсивных когерентный свет. В лазерном диоде p-n переход полупроводниковый диод действует как лазерная среда или активная среда.

работа лазерного диода почти аналогична световой излучающий диод (LED). Основное отличие светодиода от лазерный диод заключается в том, что светодиод излучает некогерентный свет, тогда как лазерный диод излучает когерентный свет.

Лазер конструкция диода

Лазерный диод состоит из двух слоев легированного арсенида галлия.Один легированный слой арсенида галлия будет давать n-тип полупроводник, тогда как другой слой легированного арсенида галлия будет производить полупроводник p-типа. В лазерных диодах селен, алюминий и кремний используются в качестве легирующих добавок.

P-N переход

Когда слой p-типа стыкуется со слоем n-типа, p-n переход сформирован.Точка, в которой слои p-типа и n-типа находятся соединение называется p-n переходом. P-n переход разделяет Полупроводники p-типа и n-типа.

Для в конструкции лазерных диодов выбран арсенид галлия над кремнием. В кремниевых диодах энергия выделяется во время рекомбинация. Однако этого высвобождения энергии нет в форма света.

В диоды из арсенида галлия, выделение энергии происходит в виде света или фотонов. Поэтому арсенид галлия используется для построение лазерных диодов.

тип N полупроводник

Добавление небольшой процент посторонних атомов во внутреннем Полупроводник производит полупроводник n-типа или p-типа.

Если пятивалентный примеси добавляются к собственному или чистому полупроводнику, производится полупроводник n-типа. В полупроводниках n-типа свободные электроны являются основными носителями заряда, тогда как дырки являются неосновными носителями заряда. Следовательно, свободные электроны переносят большую часть электрического тока в полупроводниках n-типа.

P-типа полупроводник

Если к чистому полупроводнику добавляются трехвалентные примеси, Производится полупроводник р-типа.В полупроводниках p-типа дырки являются основными носителями заряда, тогда как свободные электроны являются неосновными носителями заряда. Следовательно, дыры несут больше всего электрического тока в полупроводниках p-типа.

Основной шаги требуется для получения когерентного луча света в лазере диоды

основные шаги, необходимые для получения когерентного луча света в Лазерные диоды: светопоглощение, спонтанное излучение и стимулированное излучение.

Поглощение энергия

Поглощение из энергия — это процесс поглощения энергии извне источники энергии.

В лазерные диоды, электрическая энергия или постоянное напряжение используются в качестве внешний источник энергии. Когда напряжение постоянного или электрического энергия поставляет достаточно энергии вэйлансу электроны или электроны валентной зоны, они разрывают связь с родительским атомом и переходит на более высокий энергетический уровень (зона проводимости).Электроны в зоне проводимости известны как свободные электроны.

Когда валентный электрон покидает валентную оболочку, пустое пространство создается в точке, из которой вышел электрон. Этот пустой пространство в валентной оболочке называется дырой.

Таким образом, как свободные электроны, так и дырки генерируются как пара, потому что поглощения энергии от внешнего источника постоянного тока.

Спонтанный выброс

Спонтанный эмиссия это процесс естественного излучения света или фотонов, в то время как электроны падают в более низкое энергетическое состояние.

В лазерные диоды, электроны валентной зоны или валентные электроны находятся в более низком энергетическом состоянии. Следовательно, дыры генерировали после того, как валентные электроны остались, также находятся в более низкой энергии государство.

Вкл. с другой стороны, электроны зоны проводимости или свободные электроны находятся в более высоком энергетическом состоянии. Простыми словами, свободные электроны обладают большей энергией, чем дырки.

свободные электроны в зоне проводимости должны терять свои лишние энергии, чтобы рекомбинировать с дырками в валентной группа.

свободные электроны в зоне проводимости долго не задерживаются период.Через короткий период свободные электроны рекомбинируют. с дырками с более низкой энергией, высвобождая энергию в виде фотоны.

Стимулированный выброс

Стимулированный эмиссия это процесс, посредством которого возбужденные электроны или свободные электроны вынуждены падать в более низкое энергетическое состояние высвобождая энергию в виде света.Вынужденное излучение это искусственный процесс.

В стимулированный излучение, возбужденные электроны или свободные электроны не нуждаются в ждать завершения их жизни. Перед завершение их жизни, падающие или внешние фотоны заставит свободные электроны рекомбинировать с дырками. В стимулированное излучение, каждый падающий фотон будет генерировать два фотоны.

Все фотоны, генерируемые из-за вынужденного излучения, будут ехать в том же направлении. В результате узкий луч производится лазерный луч высокой интенсивности.

Как лазерный диод работает?

Когда На лазерный диод подается постоянное напряжение, свободный электроны движутся через область перехода от n-типа материал к материалу p-типа.В этом процессе некоторые электроны будут напрямую взаимодействовать с валентными электронами и возбуждает их на более высокий энергетический уровень, в то время как некоторые другие электроны будут рекомбинировать с дырками в р-типе полупроводник и выделяет энергию в виде света. Этот процесс излучения называется спонтанным излучением.

фотоны, генерируемые спонтанным излучением, будут перемещаться через область стыка и стимулировать возбужденные электроны (свободные электроны).В результате больше фотонов вышел. Этот процесс излучения света или фотонов называется стимулированное излучение. В свет, генерируемый из-за вынужденного излучения, будет двигаться параллельно к перекрестку.

два конца структуры лазерного диода оптически отражающий. Один конец полностью отражающий, а другой конец частично отражающий.Полностью отражающий конец будет отражать свет полностью, тогда как частично отражающий конец будет отражают большую часть света, но допускают небольшое количество светлый.

свет, генерируемый в p-n переходе, будет отражаться взад и вперед (сотни раз) между двумя отражающими поверхностями. Как в результате достигается огромное оптическое усиление.

свет, генерируемый из-за стимулированного излучения, ускользает через частично отражающий конец лазерного диода к производят узкий луч лазерного света.
Все фотоны генерируемые из-за стимулированного излучения, будут перемещаться в то же направление. Следовательно, этот свет будет долго путешествовать. расстояния без растекания в пространстве.

Преимущества лазерных диодов

  1. Простой строительство
  2. Легкий
  3. Очень дешево
  4. Малый размер
  5. Высоко надежен по сравнению с другими типами лазеров.
  6. длиннее срок службы
  7. Высокая эффективность
  8. Зеркала бытовые не требуется в полупроводниковых лазерах.
  9. Низкое энергопотребление расход

Недостатки из лазерные диоды

  1. Не подходит для приложений, где требуются большие мощности.
  2. Полупроводник лазеры сильно зависят от температуры.

Приложения лазерных диодов

  1. Лазер диоды используются в лазерных указках.
  2. Лазер диоды используются в волоконно-оптической связи.
  3. Лазер диоды используются в считывателях штрих-кода.
  4. Лазер диоды используются в лазерной печати.
  5. Лазер диоды используются в лазерном сканировании.
  6. Лазер диоды используются в дальномерах.
  7. Лазер диоды используются в лазерной абсорбционной спектрометрии.

Типы диодов

различные типы диодов следующие:

  1. стабилитрон диод
  2. Лавинный диод
  3. Фотодиод
  4. Свет Излучающий диод
  5. Лазер диод
  6. Туннель диод
  7. Шоттки диод
  8. Варактор диод
  9. П-Н переходной диод

    Как работают и используются диоды | Тех

    Как работают диоды

    Диод — это электронный компонент, который направляет электрический ток в одном направлении.Их называют «активными компонентами», так же, как транзисторы и ИС. Это основной компонент из полупроводников. Он может регулировать поток электричества, поддерживать постоянное напряжение и обнаруживать волны.

    Во-первых, давайте рассмотрим свойства «полупроводника», используемого в диодах. «Может ли этот материал проводить электричество?» Он подразделяется на «проводник», «полупроводник» и «изолятор» на основе вопроса. «Полупроводник» — это материал со свойствами между проводником, который хорошо проводит электричество, и изолятором, который этого не делает.

    В общем, металлы хорошо проводят электричество, потому что электроны каждого атома становятся свободными электронами, когда металлические элементы связываются друг с другом. Когда прикладывается напряжение, свободные электроны в металлическом кристалле перемещаются и несут электрический заряд, по которому течет электричество.

    Полупроводники могут вести себя как проводники или изоляторы в зависимости от состояния протекающего через них электричества. В полупроводниках не так много свободных электронов, как в металлах.Когда подается напряжение, электроны по очереди движутся, чтобы заполнить недостающие дыры, или они переносят электричество с меньшим количеством свободных электронов, чем металлические связи.

    Полупроводники делятся на полупроводники P-типа и полупроводники N-типа в зависимости от различий в механизме потока электричества; Полупроводники P-типа — это те, в которых электроны первых движутся последовательно, чтобы заполнить недостающие дырки. Четырехвалентный элемент, такой как кремний, смешанный с трехвалентной добавкой, такой как бор или бор, становится полупроводником P-типа.Поскольку в нем отсутствует один электрон, он считается заряженным положительно.

    Полупроводники N-типа — это те, которые переносят электричество с меньшим количеством свободных электронов, чем последние металлические связи. Четырехвалентный элемент, такой как кремний, смешанный с одновалентной добавкой, такой как фосфор, становится полупроводником N-типа. Поскольку у него есть один дополнительный электрон, он считается отрицательно заряженным.

    В PN-диоде электрод, подключенный к полупроводнику P-типа, называется анодом (A), а электрод, подключенный к полупроводнику N-типа, называется катодом (K).(Рисунок 1)

    Когда «-» подключен к анодной стороне, а «+» подключен к катодной стороне PN-диода, электричество в полупроводнике притягивается к стороне электрода, и на PN-переходе генерируется пустая зона электричества. . В результате нет электричества. (Рисунок 2)

    И наоборот, если «+» подключен к анодной стороне, а «-» — к катодной стороне, «+» и «-» электричество в полупроводнике будут склеиваться в P- и N-переходах и нейтрализовать друг друга, но следующее электричество будет отправлено от электрода, поэтому электричество будет течь.(Рисунок 3)

    Таким образом, диоды обладают свойством проводить электричество только в фиксированном направлении. Светодиоды, которые мы часто видим в повседневной жизни, спроектированы так, чтобы излучать свет, когда электричество проходит через PN-переход. Диоды также используются в различных местах, где мы не можем их видеть, поддерживая нашу повседневную жизнь.

    Роль диодов

    Диоды выполняют следующие четыре основных роли.

    (1) Исправление

    Направление тока всегда меняется из-за переменного тока в обычных источниках питания.Диоды имеют свойство пропускать электричество только в определенном направлении, поэтому из переменного тока можно извлечь только прямой ток. Это называется выпрямляющим действием диода.

    (2) Обнаружение радиоволн

    Диоды играют роль в извлечении аудиосигналов из радиоволн. Это называется обнаружением волн. Радиоволны создаются путем объединения высокочастотных сигналов, используемых для связи, с низкочастотными сигналами, такими как голос.

    (3) Контроль напряжения

    Обычно диоды пропускают ток только в определенном направлении, но когда напряжение в противоположном направлении превышает определенное значение, напряжение начинает течь.Однако, когда напряжение в обратном направлении превышает определенное значение, напряжение начинает течь, и даже если ток увеличивается, напряжение не изменяется. Это называется явлением пробоя, а напряжение, при котором возникает явление пробоя, называется «напряжением пробоя» или «напряжением стабилитрона».
    Явление текучести используется при контроле напряжения диодов, а используемые таким образом диоды называются стабилитронами.

    (4) Преобразование тока

    Когда свет попадает на PN-переход, электроны на стороне N рядом с переходом перемещаются.В результате электричество будет продолжать течь, пока светит свет. Это то, из чего сделан солнечный элемент.
    Когда напряжение не подается снаружи, он действует как батарея, но когда подается напряжение, он действует как диод. Некоторые диоды реагируют на видимый свет, тогда как те, которые реагируют на невидимый свет, используются в таких приложениях, как светоприемная часть инфракрасных пультов дистанционного управления.

    Типы диодов

    Существуют различные типы диодов. Ниже приводится список некоторых из наиболее распространенных типов.

    Кремниевые диоды
    Самый распространенный тип PN диода. Чаще всего относится к выпрямительным диодам.
    Германиевые диоды
    Как и кремниевые диоды, это диоды, сочетающие в себе PN. Они часто используются для обнаружения волн из-за их низкого прямого падающего напряжения, особенно в области, где протекающий ток составляет всего 0,1 мА. Однако из-за высокой стоимости германия в настоящее время широко используются диоды с барьером Шоттки.
    Диод Шоттки
    Это диод, сделанный путем соединения металла и полупроводника. Эти диоды имеют превосходные характеристики переключения по сравнению с кремниевыми диодами и поэтому используются в высокоскоростных схемах.
    Диод переключения
    Диод, используемый для размыкания и замыкания силовой цепи, например выключателя. Он включается, когда напряжение подается в направлении потока мощности, и выключается, когда напряжение подается в направлении, где мощность не течет.
    Диод Эсаки
    Диод, в котором используется туннельный эффект, открытый лауреатом Нобелевской премии Леона Эсаки. Эффект туннелирования — это свойство диодов с PN-переходом с высокой концентрацией примесей, которое позволяет току течь, даже если этого не должно происходить из-за квантово-механических эффектов. Из-за чрезвычайно быстрого времени отклика они используются для генерации микроволн.
    Светодиод (LED)
    Диод, в котором переход излучает свет при прохождении тока через PN переход.Когда электричество проходит через полупроводник, дырки и электроны в полупроводнике P-типа объединяются, и энергия излучается в виде света. Иногда его используют и как силовую лампу, и как выпрямитель.
    Стабилитрон
    Диод, используемый для подачи напряжения в направлении, противоположном тому, в котором обычно течет ток. Он используется для получения постоянного напряжения, а также для защиты схемы от перенапряжения.

    Соответствующие технические знания

    История, режимы работы, характеристики VI, типы и области применения

    Существование электронной промышленности было бы невозможно без диодов.Это простейшее полупроводниковое устройство, которое находит свое применение во всем мире электроники. В этой статье пойдет речь о том, что такое диод, его краткой истории, режимах работы, характеристиках VI, типах, применении, преимуществах и недостатках.

    Что такое диод

    Диод — это полупроводниковое устройство, которое позволяет току течь только в одном направлении. Диоды изготавливаются из цельного куска полупроводникового материала с двумя электродами. Полупроводник P-типа — это собственный полупроводник, легированный трехвалентной примесью, а полупроводник N-типа, легированный пятивалентной примесью, изготавливаются вместе, чтобы сформировать p-n переход.P-тип образует анод, а n-тип — катод.

    Полупроводники, такие как кремний (Si), германий (Ge) и арсенид галлия (Ga As), обладают электрическими свойствами как проводников, так и изоляторов. Их атомы тесно сгруппированы в кристаллический узор, называемый «кристаллической решеткой , », поскольку у них мало свободных электронов.

    Рис. 1 — Представление PN-перехода, схематический символ и физический вид диода

    Они могут проводить большое количество электричества, добавляя примеси к этой кристаллической структуре, которая производит больше свободных электронов, чем дырок, и наоборот.Эти примеси называются донорами или акцепторами . Процесс добавления примесных атомов к атомам полупроводника известен как легирование .

    Кремний — наиболее часто используемый полупроводник.

    Как работает диод

    В p-n-переходе p-область имеет высокую концентрацию дырок и очень мало электронов. Тогда как n-область имеет высокую концентрацию электронов и небольшое количество дырок. Происходит процесс, называемый диффузией, при котором свободные электроны из n-области диффундируют в p-область, объединяясь с дырками, оставляя положительные ионы на n-стороне.

    Некоторые атомы в p-области превращаются в отрицательные ионы. Точно так же несколько атомов в области n также превращаются в положительные ионы. Центральная область, где накапливается большое количество положительных и отрицательных ионов в n-области и p-области соответственно, называется Depletion Layer .

    Процесс диффузии создает статическое электрическое поле на pn переходе диода, называемое «барьерный потенциал ». Барьерный потенциал препятствует потоку положительных и отрицательных ионов через соединение.

    Рис. 2 — Несмещенный диод PN-перехода

    Для работы диодов прикладывается внешнее постоянное напряжение, помогающее потоку носителей заряда через слой истощения. Этот метод подачи внешнего постоянного напряжения называется смещением. Он настроен на прямое смещение, когда сторона P (анод) подключена к положительной клемме источника питания, а сторона n (катод) подключена к отрицательной клемме источника питания. Аналогично, если сторона n (катод) подключена к положительной клемме, а сторона p (анод) — к отрицательной клемме, то это называется обратным смещением.

    Обычно резистор подключается последовательно с диодами для ограничения протекания тока.

    Режимы работы диода

    Существует два режима работы диодов в зависимости от приложенного напряжения. Это:

    Что происходит, когда диод смещен в прямом направлении

    При прямом смещении отрицательный вывод подключается к n-области, что заставляет электроны перемещаться в p-область. Точно так же подключение положительного вывода к p-области заставляет отверстия из p-области перемещаться в n-область.

    За счет этого движения электронов и дырок образуются нейтральные атомы. Уменьшение барьерного потенциала уменьшает ширину обедненной области, и с увеличением напряжения питания больше атомов преобразуется в нейтральные атомы, и в этой области доступно меньше заряженных ионов. Ширина области истощения дополнительно уменьшается.

    Рис. 3 — Диод в прямом смещении

    Преобразование атомов в нейтральные атомы продолжается до тех пор, пока область обеднения не схлопнется, и, следовательно, большое количество электронов и дырок пересечет переход и ток течет от анода к катоду.Электрическое сопротивление диода с прямым смещением очень мало, и падение напряжения на нем незначительно. Значение прямого напряжения для кремниевых диодов составляет около 0,7 В.

    Подводя итог :

    • Низкое электрическое сопротивление
    • Ток течет только в состоянии прямого смещения.
    • Диод действует как короткое замыкание.

    Что происходит, когда диод смещен в обратном направлении

    Когда диод смещен в обратном направлении , то есть когда n-область (катод) подключена к положительной клемме, а p-область (анод) подключена к отрицательной клемме, отрицательная клемма притягивает дырки из p-области, а положительная клемма притягивает электроны из n-области.

    Область истощения расширяется, что препятствует прохождению тока. Сопротивление диода бесконечно, и ток не течет, когда он смещен в обратном направлении и через переход проходит небольшой ток утечки.

    Рис. 4 — Диод при обратном смещении

    Подводя итог :

    • Электрическое сопротивление высокое по сравнению с прямым смещением.
    • Нет тока в состоянии обратного смещения.
    • Диод работает как разомкнутая цепь.

    VI-характеристики PN-переходного диода

    VI-характеристики PN-переходного диода можно разделить на две части, то есть VI-характеристики при прямом смещении и обратном смещении. На рисунке ниже показаны вольт-амперные характеристики диодов.

    Рис. 5 VI Характеристики диода PN-перехода

    VI Характеристики диода при прямом смещении

    Нелинейная кривая показывает, что при прямом смещении pn-перехода электрическое сопротивление, импеданс низкий и проводит большой ток, известный как бесконечный ток.

    В области прямого смещения характеристики VI объясняются уравнением:

    Здесь V T = KT / q

    Где,

    • I D = Прямой ток
    • I с = ток насыщения
    • В T = прямое напряжение
    • K = 1,38 × 10 -23 (постоянная Больцмана)
    • T = абсолютная температура
    • q = 1,6 × 10 -19 (электронный заряд)
    • n = константа и имеет значение 1 или 2, которое зависит от материала и физической структуры диодов.
      • n = 1 для кремния и германия
      • n = 2 для арсенида галлия.

    VI Характеристики диода при обратном смещении

    Ток при обратном смещении низкий до пробоя, поэтому диод выглядит как разомкнутая цепь. Когда входное напряжение достигает напряжения пробоя, обратный ток сильно возрастает.

    Текущее значение (I D = — I S ) настолько мало, что мы можем приблизить его к нулю.

    Следовательно, мы можем сказать, что:

    • I D ≈ 0, если –V Z K D << -n V T
    • ∴ V D ≈ 0.7, если I D > 0 (прямое смещение)
    • I D ≈ 0, если — V Z K D <0 (обратное смещение)

    Типы диодов

    Там — это многочисленные типы диодов, специально разработанные или модифицированные для конкретных приложений. Ниже приведен список некоторых популярных диодов.

    • Стабилитроны
    • Фотодиоды
    • Светоизлучающие диоды
    • Диоды с барьером Шоттки
    • PIN-диоды
    • Обратные диоды
    • Диоды Барита
    • Диоды Ганна
    • 10 Восстановление ступеней

    Рис. 6 — Типы диодов

    Применение диода

    Диоды в основном используются в выпрямителях, клипперах, зажимах, демпфирующих схемах и регуляторах напряжения. Его несколько приложений вместе с принципиальной схемой объяснены ниже.

    Использование диода в качестве выпрямителя

    Преобразование входного переменного напряжения в выходное постоянное напряжение, когда переменное напряжение подается на диод, называется выпрямлением. Диоды используются по отдельности или соединяются вместе для создания различных выпрямительных схем, таких как однополупериодные и двухполупериодные выпрямители для питания и выпрямления сигналов.

    Рис. 7 — Схема диодного выпрямителя

    Использование диода в качестве ограничителя

    Ограничение — это формирование формы сигнала, при котором входной сигнал ограничивается или сокращается для получения выходного сигнала, который является плоской версией входного сигнала . Цепи диодного ограничения используются в приложениях с ограничением напряжения, поскольку эта схема устраняет напряжения ниже нуля.

    Рис. 8 — Схема ограничения диода

    Использование диода для фиксации

    Электронная схема, которая предотвращает превышение сигналом определенного заданного значения, известна как цепь ограничения.Цепи ограничения диодов используются в качестве умножителей напряжения и для устранения искажений сигнала.

    Рис. 9 — Схема зажима диода

    Преимущества диода

    К преимуществам диодов относятся:

    • Диоды компактны по размеру и совместимы.
    • Электронная схема спроектирована просто с использованием некоторых диодов, например стабилитронов.
    • Диоды помогают контролировать ток.
    • Эти диоды производят меньше нежелательных шумов.
    • Некоторые диоды, например диоды Шоттки, могут работать на высоких частотах.
    • Светодиоды более эффективны по сравнению с другими диодами и могут излучать свет ожидаемых цветов.
    • Работает с высокой скоростью переключения.

    Недостатки диодов

    К недостаткам диодов относятся:

    • Рассеиваемая мощность больше для стабилитронов и, следовательно, менее эффективна при высоких нагрузках.
    • Диоды очень чувствительны к температуре.
    • В схемах на основе фотодиодов необходимо усиление.
    • Светодиоды дороги по сравнению с другими диодами.
    • Некоторые диоды, например диоды Шоттки, имеют низкое максимальное обратное напряжение.
    • Они имеют высокий обратный ток и полное сопротивление.
      Также читают: 
      Что такое код CAPTCHA - как он работает, дизайн, типы, приложения 
      Что такое смарт-карта - как она работает, характеристики, типы и применение 
     Модель OSI  - Характеристики семи уровней, зачем использовать и ограничения  

    Статья: Распространенные заблуждения о корпусном диоде MOSFET

    Инженеры, проектирующие силовые цепи на основе широкозонных полупроводников, часто допускают дорогостоящие ошибки, связанные с режимом переключения транзисторов.

    Автор: Джулиан Стайлс, директор по продажам и маркетингу компании GaN Systems в Северной и Южной Америке

    В мире силовой электроники нам нужно столкнуться с неловкой и неловкой правдой о себе. Я хотел бы попросить вас на мгновение быть полностью открытым и честным.

    Вы ошибаетесь насчет корпусного диода?

    Многие инженеры. У всех нас есть похожие истории о том, как началась эта путаница.

    Полевые МОП-транзисторы

    обладают чрезвычайно полезным свойством; то есть, когда V GS = 0, они все еще проводят обратное.Они делают это, потому что у них есть паразитный диод между истоком и стоком, который называется внутренним диодом. Изучая силовую электронику, мы все обнаружили, что полевые МОП-транзисторы могут вести себя наоборот (потому что у них есть внутренний диод), а IGBT — нет (потому что их нет).

    Поскольку «путь обратного тока с выключенным затвором» — это что-то вроде наговора, мы все привыкли называть этот эффект просто «внутренним диодом». И все было хорошо, десятилетиями. Затем появились новые устройства с широкой запрещенной зоной. Некоторые из них не имеют паразитных диодов из-за своей конструкции.Но они по-прежнему обладают тем же полезным свойством, что и полевые МОП-транзисторы: они проводят обратное, когда V GS = 0. В частности, этим свойством обладают GaN E-HEMT.

    И вот началась неразбериха.

    У меня и моих коллег было много-много встреч с инженерами, которые полагали, что, поскольку устройства на основе GaN не имеют корпусных диодов, они не проводят обратное. У нас было бесчисленное количество разговоров, подобных этому:

    Инженер: «Значит, у устройств GaN нет внутреннего диода?»

    Я: «Верно.”

    Инженер: «Значит, они не могут вести себя в обратном направлении с выключенным V GS ? Значит, мне нужно добавить антипараллельный диод? »

    Я: «Неправильно».

    Взрыв головы инженера.

    Пришло время обновить нашу терминологию, чтобы мы могли точно ссылаться на путь обратной проводимости, понять, почему внутренние диоды не нужны для этой функции, и даже оценить преимущества, которые GaN-устройства несут миру, не имея корпусных диодов.

    Что на самом деле происходит

    В GaN E-HEMT боковой канал двумерного электронного газа (2DEG), сформированный на структуре гетероэпитаксии AlGaN / GaN, обеспечивает чрезвычайно высокую плотность заряда и подвижность.Для работы в режиме улучшения затвор по своей сути истощает 2DEG под электродом затвора при 0 В или отрицательном смещении. Положительное смещение затвора втягивает электроны в обедненную область и включает канал 2DEG. При прямой проводимости (первый квадрант) это поведение работает так же, как у полевого МОП-транзистора, но с лучшей коммутационной способностью.

    В третьем квадранте (V GS = 0, V DS отрицательный) устройство ведет себя иначе, чем MOSFET. Проще говоря, отрицательное смещение на выводе стока создает градиент напряжения в канале устройства.Это, в свою очередь, приводит к тому, что обедненная область под затвором имеет отрицательный электрический потенциал относительно электрода затвора. Другими словами, сток GaN HEMT будет вести себя как исток, а исток будет действовать как сток. Как только разность потенциалов между затвором и каналом превышает пороговое напряжение (V TH_GD ) устройства, устройство включается, что иногда называют «самокоммутацией». Поскольку устройство проводит ток I через свой (резистивный) канал R на , падение напряжения D составляет

    .

    D = V TH_GD + I R на

    Если устройство выключено отрицательным напряжением, сток должен быть более отрицательным, прежде чем возникнет самокоммутация, и общее падение напряжения D T составит

    D T = V TH_GD + (-V GS ) + I R на

    На диаграмме из заметки по применению GN001 компании GaN Systems показаны кривые IR для различных значений VGS.

    Время исповеди. Производители устройств на основе GaN сыграли свою роль в сохранении нашего неправильного понимания пути обратной проводимости.

    На протяжении многих лет производители GaN использовали два основных подхода, чтобы объяснить, как их устройства ведут себя при обратном смещении с V GS = 0. Во-первых, некоторые производители просто продолжали использовать термин «корпусный диод». Они объяснили, что устройства на основе GaN имеют диод с волшебным телом с нулевым Q RR (заряд обратного восстановления) и удивительно высоким падением напряжения.Это неправда, это скорее удобная выдумка, которая позволяет дизайнерам в большинстве случаев создавать успешные схемы.

    Во-вторых, некоторые производители публикуют подробную документацию о поведении своего устройства, ожидая, что инженеры внимательно прочитают руководство, осознают вероятность ошибки и изменят свой подход, прежде чем рассматривать технологию — похвально честный подход, но, возможно, упускает из виду, что инженеры — люди. существа и укоренившиеся привычки трудно изменить.

    Как и следовало ожидать, результатом этих подходов является путаница. По сей день инженеры GaN Systems по полевым приложениям видят схемы проектирования заказчиков, на которых показаны наши устройства с добавленными антипараллельными диодами для обеспечения беспрепятственного прохождения тока.

    Преимущества диода без тела

    Очень жаль, что это заблуждение относительно отсутствия в GaN-устройствах корпусного диода сохраняется. В конце концов, обратная проводимость без внутреннего диода дает определенные преимущества.

    Формы сигналов переключения типичных полевых МОП-транзисторов и E-HEMT иллюстрируют некоторые различия в поведении при включении, вызванные внутренним диодом.

    Во-первых, отсутствие внутреннего диода означает отсутствие Q RR , что делает GaN подходящим для жесткого переключения полумоста. Это, в свою очередь, означает отсутствие дополнительной жесткой коммутации из-за обратного восстановления диода, что в противном случае приводит к гораздо более высоким потерям переключения. Нулевое обратное восстановление GaN также позволяет использовать новые высокоэффективные топологии, такие как безмостовой тотемный PFC (контроль коэффициента мощности).

    Во-вторых, отсутствие внутреннего диода означает отсутствие всплеска диодного шума при включении внутреннего диода.Это упрощает разработку EMI и повышает производительность. Это особенно полезно в компактных конструкциях, где преобразование мощности и обработка сигналов выполняются на одной небольшой печатной плате.

    Наконец, есть преимущества в пределах d v / dt и надежности. МОП-транзисторы имеют механизм отказа, вызванный высоким значением d v / dt на корпусном диоде МОП-транзистора. В то время как основной диод находится в режиме обратного восстановления, его напряжение сток-исток возрастает. Такое поведение может вызвать ложное включение внутреннего паразитного биполярного транзистора NPN, разрушая MOSFET.

    Отсутствие внутреннего диода имеет только один недостаток: более высокое обратное падение напряжения. Обратное падение напряжения GaN E-HEMT включает резистивный элемент, возникающий из-за сопротивления канала и порогового напряжения. Падение напряжения в GaN E-HEMT на 650 В может достигать 3 В при проведении больших токов, что превышает эквивалентное падение в полевом МОП-транзисторе. Это более высокое обратное падение напряжения может снизить эффективность за счет увеличения потерь в мертвом времени типичной полумостовой схемы.

    Различия между обратной проводимостью в MOSFET и GaN HEMT.

    К счастью, эти потери можно уменьшить, сократив мертвое время. Быстрое переключение GaN E-HEMT обычно упрощает задачу сокращения мертвого времени. Кроме того, встроенные пакеты для устройств на основе GaN, такие как пакет GaN Systems GaNPx, имеют низкую паразитную индуктивность, что обеспечивает надежные коммутационные переходы с сокращенным мертвым временем.

    Как правило, реализации схем на основе GaN демонстрируют выигрыш в эффективности за счет сокращения времени простоя, что значительно перевешивает потери из-за более высокого падения обратного напряжения.Этот прирост эффективности легче реализовать, поскольку драйверы и контроллеры нового поколения все чаще поддерживают более короткие мертвые времена.

    Также стоит отметить, что короткая пауза полезна и по другим причинам. Например, в усилителях звука класса D более короткое мертвое время приводит к меньшим гармоническим искажениям и более высокому качеству звука.

    Существует много помощи для тех, кто хочет избавиться от клейма неправильного использования корпусных диодов и создать конструкции, оптимизированные с точки зрения эффективности и низкой стоимости.Мы всегда можем создать футболки с надписями вроде «У меня нет тела (диода)» или «Спроси меня об обратной проводимости». Помимо шуток, лучшее понимание фактов о корпусном диоде и четкое объяснение того, как работают устройства на основе GaN, помогают устранить путаницу, по крайней мере, до тех пор, пока следующая эволюция силовых устройств не приведет к появлению нового набора определений.

    Список литературы

    Конструкция / Соображения относительно драйвера со стороны высокого давления

    Рекомендуемые микросхемы драйверов / контроллеров GaN

    Примеры дизайна

    Страница часто задаваемых вопросов

    Охват : Powerelectronictips.com, DesignWorldOnline.com (страницы 12–14)

    применений диодов — символы, приложения, примеры и часто задаваемые вопросы

    Диод — это электронное / полупроводниковое устройство с двумя выводами. Диод используется в качестве электрического компонента, в котором ток имеет однонаправленное течение, только если диод работает при заданном напряжении.

    Этот компонент имеет две клеммы, одна из которых имеет высокое сопротивление, а другая — низкое.

    У нас есть диод другого типа, который называется идеальным, потому что он имеет нулевое сопротивление только в одном направлении и бесконечное сопротивление в другом.

    На этой странице мы разберемся с примерами диодов, их использованием и применением диодов.

    Символ диода

    [Изображение будет скоро загружено]

    Для чего используется диод?

    Одно из наиболее важных применений диода — это электронный компонент для регулирования однонаправленного протекания тока.

    Примеры диодов

    Ниже приведены примеры диодов с использованием диодов в повседневной жизни:

    1. Стабилитроны — они используются для регулирования напряжения для защиты цепей от скачков высокого напряжения,

    2. Лавинные диоды — используются для электронной настройки радио и телевизионных приемников.

    3. Варакторные диоды используются для генерации радиочастотных колебаний

    4. Туннельные диоды — Эти диоды используются в качестве радиочастотных цепей.

    5. диоды Ганна, диоды IMPATT

    6. Светодиод или светоизлучающий диод для получения света при положительной форме волны напряжения.

    7. PIN-диод имеет стандартные области P-типа и N-типа, но пространство между двумя областями является внутренним полупроводником, и эти диоды не легированы.

    8. Диоды переменной емкости для настройки.

    Знаете ли вы?

    Диод представляет собой обрыв цепи с отрицательным напряжением, который выглядит как короткое замыкание. Поскольку диод показывает некоторую неэффективность, график между током и напряжением выглядит нелинейным.

    Одно из невероятных и простых двухконтактных полупроводниковых устройств, такое как диод, жизненно важно в современной электронике.

    Итак, мы находим применение диодов в различных областях, некоторые из них следующие:

    Применение диода

    1. Выпрямление напряжения: преобразование переменного тока в постоянное

    2. Рисование сигналов от источника питания

    3. Управление размером сигнала

    4. Смешивание (мультиплексирование) сигналов

    5. Как свободное движение индуктивной энергии

    Что такое диод?

    Ниже приведены примеры практического применения диода:

    1.Выпрямление напряжения

    Мы используем диоды для преобразования переменного тока в постоянный. Один или четыре диода могут преобразовать бытовую мощность 110 В в постоянный ток, образуя полуволновой (один диод) или двухполупериодный (четыре диода) выпрямитель.

    Итак, как это происходит?

    Диод пропускает только половину сигнала переменного тока. Когда эта волна напряжения заряжает конденсатор, выходное напряжение кажется постоянным напряжением постоянного тока с небольшой формой волны напряжения.

    Использование двухполупериодного выпрямителя делает этот процесс более эффективным за счет направления импульсов переменного тока таким образом, что как положительная, так и отрицательная половина входной синусоидальной волны рассматриваются как только положительные импульсы, конструктивно удваивая частоту входных импульсов для конденсатор, который помогает держать его заряженным и передавать более стабильное напряжение.

    2. Диоды и конденсаторы

    Диоды и конденсаторы могут создавать различные умножители напряжения, чтобы генерировать небольшое переменное напряжение и умножать их для создания очень высоких выходных напряжений.

    Возможны выходы как переменного, так и постоянного тока, если используется правильная конфигурация конденсаторов и диодов.

    3. Диод, используемый в качестве фонарика

    Светодиодный фонарик — это светящийся диод, который светится при наличии положительного напряжения.

    4. Фотодиод

    Фотодиод улавливает ток или свет через коллектор (как миниатюрная солнечная панель) и преобразует его в небольшой ток.

    Почему используется диод?

    1. Диод как рулевое колесо для тока

    Основная функция, для которой используется диод, — управлять током и следить за тем, чтобы он протекал в правильном направлении.

    Одна из областей, в которой обнаруживается способность диодов управлять током, заключается в том, что она дает хороший эффект при переключении с мощности, поступающей от источника питания, на мощность, работающую от батареи.

    Когда устройство подключено и заряжено, как сотовый телефон или источник бесперебойного питания, устройство потребляет энергию только от внешнего источника питания, а не от аккумулятора, а пока устройство подключено к сети, аккумулятор потребляет энергию и заряжается. .Как только источник питания отключен, аккумулятор запитывает устройство, поэтому пользователь не замечает прерывания.

    2. Диод, используемый для демодуляции сигналов

    Чаще всего диоды используются для удаления отрицательной составляющей сигнала переменного тока.

    Поскольку отрицательная часть формы волны переменного тока обычно идентична положительной половине, очень мало информации теряется в процессе удаления части волны; следовательно, что приводит к более эффективной обработке сигналов.

    Демодуляция сигналов обычно используется в радиоприемниках как компонент системы фильтрации для извлечения радиосигнала из несущей волны.

    .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *