Diodi ( toisesta kreikan sanasta δις [1] - kaksi ja - termin -od -päätteestä elektrodi ; lit. "kaksielektrodi"; juuri -od tulee toisesta kreikan sanasta ὁδός "polku" [2] ) - kaksi- elektrodielektroniikka komponentti , jolla on erilainen sähkönjohtavuus riippuen diodiin syötetyn jännitteen napaisuudesta . Diodeilla on epälineaarinen virta-jännite-ominaisuus , mutta toisin kuin hehkulamput ja termistorit , se on epäsymmetrinen diodeille.
Diodin elektrodeja kutsutaan anodiksi ja katodiksi . Useimmissa diodeissa (tyhjiödiodit, tasasuuntaavat puolijohdediodit), kun eteenpäin syötetään jännite (eli anodilla on positiivinen potentiaali suhteessa katodiin), diodi on auki ( eteenpäin virtaa diodin läpi , diodilla on alhainen vastus ). Päinvastoin, jos diodille syötetään käänteinen jännite (katodilla on positiivinen potentiaali suhteessa anodiin), diodi suljetaan (diodin resistanssi on korkea, käänteisvirta pieni ja voidaan harkita yhtä suuri kuin nolla monissa käytännön tapauksissa).
Diodien kehitys alkoi 1800-luvun kolmannella neljänneksellä kahteen suuntaan kerralla: vuonna 1873 brittiläinen tiedemies F. Guthrie havaitsi, että negatiivisesti varautunut elektroskooppipallo menettää varauksen, kun sitä kuumennetaan voimakkaasti, mutta jos se on positiivisesti varautunut, silloin lataus ei häviä. Tuolloin he eivät pystyneet selittämään tätä ilmiötä. Tämä ilmiö johtuu termionisesta emissiosta , ja sitä käytettiin sitten kuumakatodisissa sähkötyhjödiodeissa. Thomas Edison löysi uudelleen lämpösäteilyn 13. helmikuuta 1880 kokeissaan hehkulampun hehkulangan käyttöiän pidentämiseksi , ja sitten vuonna 1883 hän patentoi sen ( US- patentti nro 307 031). Edison ei kuitenkaan tutkinut sitä enempää.
John Ambrose Fleming ( Marconi -yhtiön tieteellinen neuvonantaja ja Edisonin entinen työntekijä) patentoi ensimmäisen kerran Britanniassa termionisen emissiodiodin 16. marraskuuta 1904 (US-patentti nro 803684, marraskuu 1905).
Vuonna 1874 saksalainen tiedemies Karl Ferdinand Braun löysi kiteisten diodien tasasuuntausominaisuudet , ja vuonna 1899 Brown patentoi kiteisen tasasuuntaajan [4] . Jadish Chandra Bowes kehitti Brownin löydön edelleen laitteeseen, jota voidaan käyttää radioaaltojen vastaanottamiseen . Noin 1900 Greenleaf Pickard loi ensimmäisen kristallidiodiradiovastaanottimen . 20. marraskuuta 1906 Picard patentoi piikideilmaisimen ( US-patentti nro 836 531).
1800-luvun lopulla tällaisia laitteita kutsuttiin tasasuuntaajiksi, ja vasta vuonna 1919 William Henry Eckles loi termin "diodi".
Diodit ovat sähkötyhjiö ( kenotronit ), kaasutäytteiset ( gastronit , ignitronit , korona- ja hehkupurkauszener - diodit ), puolijohdediodeja jne. Tällä hetkellä puolijohdediodeja käytetään valtaosassa tapauksista.
Diodit | |||||||||||||||||||||||||||||
Puolijohde | Ei-puolijohde | ||||||||||||||||||||||||||||
kaasulla täytetty | tyhjiö | ||||||||||||||||||||||||||||
Sähkötyhjödiodit ovat tyhjennetty sylinteri, jossa on kaksi elektrodia, joista toinen - katodi - lämmitetään virralla, joka saadaan erityisestä sähköhehkulangasta. Kun katodia kuumennetaan, tapahtuu lämpöemissiota ja osa elektroneista poistuu katodin pinnasta. Jos toiseen elektrodiin - anodiin - kohdistetaan positiivinen jännite suhteessa katodiin, sähkökentän vaikutuksesta elektronit alkavat liikkua anodia kohti, jolloin syntyy virta. Jos anodille syötetään negatiivinen jännite, elektronit hylkivät anodilta eikä virtaa ole.
Puolijohdediodi koostuu joko p- ja n - tyypin puolijohteista (puolijohteet, joilla on eri tyyppinen ulkoinen johtavuus ) tai puolijohteesta ja metallista ( Schottky-diodi ). Puolijohteiden välistä kosketusta kutsutaan pn-liitokseksi ja se johtaa virtaa yhteen suuntaan (sillä on yksipuolinen johtavuus). Joissakin puolijohdediodeissa , kuten Gunn-diodeissa , ei ole p -n-liitosta .
Jotkut puolijohdediodityypitDielektrinen diodi on metalli-dielektri-metallikalvorakenne, jonka virta-jännite-ominaisuus on samanlainen kuin sähkötyhjödiodilla käyttämällä lähteen ja nielun työtoimintojen välistä eroa. [5]
Urev.max. | - | diodin suurin sallittu jatkuva käänteinen jännite; |
Uinv.and.max. | - | diodin suurin sallittu impulssikäänteisjännite; |
Ipr.max. | - | jakson suurin keskimääräinen myötävirta; |
Ipr.i.max. | - | jakson enimmäispulssivirta; |
Iprg. | - | tasasuuntaajan diodi ylikuormitusvirta; |
fmax. | - | diodin suurin sallittu kytkentätaajuus; |
fwork | - | diodin toimintataajuus; |
Upr. osoitteessa Ipr. | - | diodin jatkuva myötäsuuntainen jännite virralla Ipr; |
Iarr. | - | jatkuva diodi käänteinen virta; |
Tk.max. | - | diodikotelon suurin sallittu lämpötila. |
Tp.max. | - | suurin sallittu diodiliitoksen lämpötila. |
Diodien luokittelu niiden tarkoituksen, fysikaalisten ominaisuuksien, sähköisten perusparametrien, rakenteellisten ja teknisten ominaisuuksien, lähdemateriaalin ( puolijohteen ) tyypin mukaan näytetään niiden tyyppien symbolijärjestelmällä. Symbolijärjestelmää kehitetään jatkuvasti uusien luokitusryhmien ja diodityyppien ilmaantumisen mukaisesti. Tyypillisesti merkintäjärjestelmät esitetään aakkosnumeerisella koodilla.
Neuvostoliiton alueella symbolinen merkintäjärjestelmä on toistuvasti muuttunut, ja tähän asti radiomarkkinoilta löydät puolijohdediodeja, jotka on valmistettu Neuvostoliiton tehtaissa ja joilla on teollisuusstandardin GOST 11 336.919 mukainen merkintäjärjestelmä. -81, joka perustuu useisiin tuotteiden luokitusominaisuuksiin [3] .
Esimerkiksi: KD212B, GD508A, KTs405Zh.
Lisäksi merkintäjärjestelmä mahdollistaa (tarvittaessa) lisäkylttien lisäämisen merkintään tuotteiden yksittäisten merkittävien suunnittelun ja teknisten ominaisuuksien korostamiseksi.
GOST 2.730-73 jatkaa toimintaansa - "Puolijohdelaitteet. Symboligrafiikka" [6]
Ulkomailla diodien koodausjärjestelmän standardoinnissa on useita yleisiä periaatteita. Yleisimmät standardit ovat EIA / JEDEC ja eurooppalainen "Pro Electron".
EIA/JEDEC-järjestelmäStandardoidun EIA370 1N-sarjan numerointijärjestelmän esitteli Yhdysvalloissa EIA/JEDEC (Joint Electronics Engineering Council) noin vuonna 1960. Tämän sarjan suosituimpia olivat: 1N34A/1N270 (germanium), 1N914/1N4148 (pii), 1N4001-1N4007 (1A piitasasuuntaaja) ja 1N54xx (3A tehopiitasasuuntaaja) [[7] [ 8] 9] .
Pro Electron -järjestelmäVuonna 1966 käyttöön otetun aktiivisten komponenttien eurooppalaisen Pro Electron -nimitysjärjestelmän mukaan , joka koostuu kahdesta kirjaimesta ja numerokoodista:
Muita yleisiä numerointi-/koodausjärjestelmiä (yleensä valmistajan toimesta) ovat:
JIS-järjestelmä merkitsee puolijohdediodit, jotka alkavat kirjaimella "1S".
Lisäksi monilla valmistajilla tai organisaatioilla on omat yhteiset koodausjärjestelmänsä, kuten:
Erityyppisten diodien graafiset symbolit, joita käytetään sähköpiireissä niiden toiminnallisen tarkoituksen mukaisesti. kolmio osoittaa virran suunnan anodista katodille (johtuminen eteenpäin).
Diodi
Vaimennindiodi (suojadiodi; TVS)
Ideaalidiodin Shockley-yhtälö (nimetty transistorin keksijän William Shockleyn mukaan) kuvaa diodin virta-jännite-ominaisuutta idealisoidussa yksinkertaistetussa tapauksessa.
Diodi Shockleyn yhtälö (tai joskus kutsutaan diodin laiksi ) johdetaan olettaen, että ainoat prosessit, jotka aiheuttavat virtaa diodissa, ovat varauksenkuljettajan ajautuminen, diffuusio ja rekombinaatio. Oletetaan myös, että rekombinaation aiheuttama virta pn -alueella on mitätön.
Shockleyn yhtälö ihanteelliselle diodille:
missä I on diodin läpi kulkeva virta; I S - diodin kyllästysvirta (maksimi käänteinen virta ilman rikkoutumista); V on jännite diodin yli; V T on diodin lämpöjännite; n on epätäydellisyystekijä , jota kutsutaan myös päästökertoimeksi .Lämpöjännite V T on noin 25,85 mV lämpötilassa 300 K (simulointiohjelmissa yleisesti käytetty lämpötila lähellä huoneen lämpötilaa). Tietylle lämpötilalle se löytyy kaavasta:
missä k on Boltzmannin vakio ; T on pn - liitoksen absoluuttinen lämpötila; q on elektronin alkuvaraus .Ei-ihanteellinen kerroin n vaihtelee yleensä välillä 1-2 (vaikka se voi joissain tapauksissa olla suurempi) riippuen valmistustekniikasta ja käytetystä puolijohdemateriaalista. Monissa tapauksissa oletetaan, että n on suunnilleen yhtä suuri kuin 1 (siten tekijä n jätetään pois kaavasta). Ei-ideaalisuustekijä ei sisälly Shockley-diodiyhtälöön, ja se otettiin käyttöön todellisten pn-liitosten epätäydellisyyden huomioon ottamiseksi. Siksi, kun n = 1 , yhtälö pelkistyy Shockley-yhtälöön ideaalidiodille.
Kyllästysvirta I S ei ole vakio jokaiselle diodille, se riippuu lämpötilasta ja tämä riippuvuus on paljon suurempi kuin jännitteen V T riippuvuus lämpötilasta. Jännite V pienenee kasvaessa T kiinteällä I :llä , kyllästysvirta kasvaa.
Diodeja käytetään laajalti vaihtovirran muuntamiseen tasavirraksi (tarkemmin sanottuna yksisuuntaisesti sykkivä; katso tasasuuntaaja ). Dioditasasuuntaaja tai diodisilta (eli 4 diodia yksivaiheisessa piirissä, 6 kolmivaiheisessa puolisiltapiirissä tai 12 kolmivaiheisessa täyssiltapiirissä , kytkettynä piiriin) on pääasiallinen. lähes kaikkien elektronisten laitteiden virtalähteiden komponentti. Autogeneraattoreissa käytetään A. N. Larionovin kaavion mukaista kolmivaiheista dioditasasuuntaajaa kolmella rinnakkaisella puolisillalla , joka muuntaa generaattorin kolmivaiheisen vaihtovirran auton sisäisen verkon tasavirraksi . Vaihtovirtageneraattorin käyttö yhdessä dioditasasuuntaajan kanssa harjakeräimellä varustetun tasavirtageneraattorin sijasta mahdollisti merkittävästi autogeneraattorin koon pienentämisen ja sen luotettavuuden lisäämisen.
Jotkut tasasuuntaajat käyttävät edelleen seleenitasasuuntaajia . Tämä johtuu niiden erikoisuudesta, että kun suurin sallittu virta ylittyy, seleeni palaa (osissa), mikä ei (tietyssä määrin) johda tasasuuntausominaisuuksien menettämiseen tai oikosulkuun - rikkoutumiseen.
Suurjännitetasasuuntaajat käyttävät seleenikorkeajännitepylväitä useista sarjakytketyistä seleenitasasuuntaajista ja piikorkeajännitepylväitä useista sarjaan kytketyistä piidiodeista.
Jos useita diodeja kytketään sarjaan ja mukaisesti (yhteen suuntaan), kaikkien diodien lukituksen avaamiseen vaadittava kynnysjännite kasvaa.
Diodeja yhdessä kondensaattoreiden kanssa käytetään matalataajuisen modulaation erottamiseen amplitudimoduloidusta radiosignaalista tai muista moduloiduista signaaleista. Diodiilmaisimia käytetään radiovastaanottimissa ( radiovastaanottimet , televisiot ja vastaavat). Diodin toiminnan aikana käytetään virta-jännite-ominaiskäyrän neliöosaa .
Diodeja käytetään suojaamaan laitteita käänteiseltä napaisuudelta, suojaamaan piirien tuloja ylikuormitukselta, suojaamaan näppäimiä itseinduktio- EMF :n rikkoutumiselta, joka tapahtuu, kun induktiivinen kuorma katkaistaan, ja paljon muuta.
Analogisten ja digitaalisten piirien tulojen suojaamiseksi ylikuormitukselta käytetään kahden diodin ketjua, jotka on kytketty virtakiskoihin vastakkaiseen suuntaan, kuten kuvassa. Suojattu tulo on kytketty tämän ketjun keskipisteeseen. Normaalin toiminnan aikana tulopotentiaali vaihtelee maapotentiaalista syöttöpotentiaaliin, kun taas käänteisesijännitediodit ovat kiinni ja niillä on vain vähän vaikutusta piirin toimintaan. Kun tulopotentiaali muuttuu syöttöjännitteen yläpuolelle tai "maapotentiaalin" alapuolelle, yksi diodeista avautuu ja ohittaa piirin tulon, mikä rajoittaa sallitun tulopotentiaalin alueelle, joka on syöttöjännitteen plus tai miinus myötäjännitteen pudotus. diodin yli.
Usein tällaiset diodiketjut integroidaan IC :hen kidesuunnitteluvaiheessa tai niitä käytetään kehitettäessä solmujen, lohkojen, laitteiden kaavioita. Valmiit suojakokoonpanot valmistetaan kahdesta diodista kolminapaisissa "transistori"-koteloissa.
Suojausalueen kaventamiseksi tai laajentamiseksi voidaan käyttää muita potentiaalia tarvittavan alueen mukaisten tehonsyöttöpotentiaalien sijaan.
Suojattaessa voimakkailta häiriöiltä, joita esiintyy pitkillä johtolinjoilla, esimerkiksi salamapurkausten aikana, voi olla tarpeen käyttää monimutkaisempia piirejä yhdessä diodien kanssa, mukaan lukien vastukset , varistorit , pysäyttimet [10] [11] .
Kun induktiiviset kuormat (kuten releet , sähkömagneetit , magneettikäynnistimet , sähkömoottorit ) kytketään pois päältä avaimilla, syntyy itseinduktioemf , joka on verrannollinen virran muutosnopeuteen:
missä - induktanssi ; on induktanssin läpi kulkeva virta; - aika.Itseinduktion EMF estää virran voimakkuuden pienenemisen induktanssin kautta ja "pyrkii" pitämään virran samalla tasolla. Kun virta katkaistaan, induktanssin keräämän magneettikentän energian on haihduttava jonnekin . Induktiivisen kuorman synnyttämän magneettikentän energia on:
missä on induktanssi; on induktorin läpi kulkeva virta.Siten virran katkaisemisen jälkeen induktanssi muuttuu virran ja jännitteen lähteeksi , ja suljetussa avaimessa nouseva jännite voi saavuttaa korkeita arvoja ja johtaa sähkömekaanisten koskettimien kipinöintiin ja palamiseen sekä puolijohteiden kytkentäinduktanssin rikkoutumiseen. kytkimet tai eristyksen rikkoutuminen, koska induktanssiin varastoitunut energia haihtuu suoraan avaimeen.
Diodisuojaus on yksinkertainen ja yksi yleisimmin käytetyistä järjestelmistä kytkimien suojaamiseen induktiivisilla kuormilla. Diodi on kytketty rinnan induktorin kanssa siten, että kun kytkin on kiinni, diodi sulkeutuu. Kun virta katkaistaan, itseinduktion kehittyvä EMF suuntautuu induktanssiin aiemmin syötettyä jännitettä vastaan , tämä vastakkaiseen suuntaan suunnattu EMF avaa diodin. Induktorin läpi kulkeva virta kytketään diodille ja magneettikentän energia hajoaa diodin ja induktorin sisäisen aktiivivastuksen vaikutuksesta vahingoittamatta kytkintä.
Suojapiirissä, jossa on vain yksi diodi, kelan yli oleva jännite on yhtä suuri kuin jännitehäviö diodin yli eteenpäin - noin 0,6-1 V piidiodille, riippuen virran suuruudesta. Tämän jännitteen pienuudesta johtuen induktanssia voidaan pitää lähes oikosulussa ja virta laskee melko hitaasti. Induktorin virran muutosnopeus, huomioimatta sen oma aktiivinen vastus:
Esimerkiksi 1 H:n induktanssilla tämä arvo on voimakkaiden kontaktorien ja toimeenpanosolenoidien käämien induktanssin suuruusluokkaa , virran pudotusnopeus on noin 0,5-1 A/s .
Induktiivisen kuorman sammutuksen nopeuttamiseksi on tarpeen lisätä jännitettä kelan liittimissä sammutuksen jälkeen, koska mitä korkeampi jännite, sitä nopeammin virta laskee. Tämä voi edellyttää monimutkaisemman suojapiirin käyttöä, esimerkiksi zener-diodin liittämistä sarjaan diodin kanssa, diodin yhdistämistä vastuksen , varistori- tai vastus - kondensaattoriverkkoon [ 12] .
Diodikytkimiä käytetään suurtaajuisten signaalien kytkemiseen. Ohjaus tapahtuu tasavirralla, RF:n ja ohjaussignaalin erottaminen suoritetaan kondensaattoreiden ja induktanssien avulla .
![]() | ||||
---|---|---|---|---|
|