ממש מהתכנון האלקטרוני לייצור ולתיקון, דיודות משמשות בהרחבה למספר יישומים. אלה הם מסוגים שונים ומעבירים את הזרם החשמלי על בסיס המאפיינים והמפרט של אותה דיודה מסוימת. אלה בעיקר דיודות צומת P-N, דיודות רגישות לאור, דיודות זנר, דיודות שוטקי, דיודות ורקטור. דיודות רגישות לאור כוללות תאי LED, פוטודיודות ותאים פוטו וולטאיים. חלקם מוסברים בקצרה במאמר זה.
1. דיודת צומת P-N
צומת P-N הוא מכשיר מוליך למחצה, אשר נוצר על ידי חומר מוליך למחצה מסוג P ו- N. לסוג P יש ריכוז גבוה של חורים ולסוג N יש ריכוז גבוה של אלקטרונים. דיפוזיית חורים היא מסוג p לסוג n ופיזור אלקטרונים הוא מסוג n לסוג p.
היונים התורמים באזור ה- n סוגים טעונים באופן חיובי כאשר האלקטרונים החופשיים עוברים מסוג n ל- p. לפיכך, מטען חיובי בנוי בצד ה- N של הצומת. האלקטרונים החופשיים על פני הצומת הם יוני הקבלה השליליים על ידי מילוי החורים, ואז המטען השלילי שנקבע בצד p של הצומת מוצג באיור.
שדה חשמלי שנוצר על ידי היונים החיוביים באזור ה- n ויונים שליליים באזורים מסוג P. אזור זה נקרא אזור דיפוזיה. מכיוון שהשדה החשמלי סוחף במהירות מובילים חופשיים החוצה, ולכן האזור מתרוקן מנשאים חופשיים. פוטנציאל מובנה Vעםבשל Ê נוצר בצומת מוצג באיור.
תרשים פונקציונלי של דיודת צומת P-N:
תרשים פונקציונלי של דיודת צומת P-N
מאפיינים קדימה של צומת פנין:
כאשר המסוף החיובי של הסוללה מחובר לסוג P והמסוף השלילי מחובר ל- N נקרא הטיה קדימה של צומת ה- PN מוצג באיור להלן.
מאפיינים קדימה של צומת P-N
אם מתח חיצוני זה הופך לגדול מערכו של מחסום הפוטנציאל, כ- 0.7 וולט עבור סיליקון ו- 0.3 וולט עבור Ge, מחסום הפוטנציאל נחצה והזרם מתחיל לזרום עקב תנועת אלקטרונים על פני הצומת וזהה עבור החורים.
מאפייני הטיה קדימה של צומת P-N
מאפיינים הפוכים של צומת PN:
כאשר ניתן מתח חיובי לחלק ה- n ומתח שלילי לחלק ה- p של הדיודה, נאמר שהוא במצב הטיה הפוכה.
מעגל מאפייני הפוך בצומת P-N
כאשר ניתן מתח חיובי לחלק N של הדיודה, האלקטרונים נעים לעבר האלקטרודה החיובית ויישום מתח שלילי על החלק p גורם לחורים לנוע לעבר האלקטרודה השלילית. כתוצאה מכך, האלקטרונים חוצים את הצומת כדי לשלב אותם עם החורים בצד הנגדי של הצומת ולהיפך. כתוצאה מכך נוצרת שכבת דלדול, עם נתיב עכבה גבוה עם מחסום פוטנציאלי גבוה.
מאפייני הטיה הפוכה של צומת P-N
יישומים של דיודת צומת פנינה:
דיודת צומת P-N היא מכשיר רגיש לקוטביות דו-טרמינלי, הדיודה מתנהלת בעת הטיה קדימה והדיודה אינה מתנהלת כאשר הטיה הפוכה. בשל מאפיינים אלה, דיודת צומת PN משמשת ביישומים רבים כמו
- מיישרים ב- DC ספק כוח
- מעגלי הדמולציה
- רשתות גזירה והידוק
2. פוטודיודה
הפוטודיודה היא סוג של דיודה המייצרת זרם פרופורציונאלי לאנרגיית האור המתקרית. זהו ממיר אור למתח / זרם שמוצא יישומים במערכות אבטחה, מסועים, מערכות מיתוג אוטומטיות וכו '. הפוטודיודה דומה ל- LED בבנייה אך צומת ה- p-n שלה רגיש מאוד לאור. צומת ה- p-n עשוי להיחשף או לארוז עם חלון כדי להיכנס לאור לצומת ה- P-N. במצב המוטה קדימה, הזרם עובר מהאנודה לקתודה, ואילו במצב מוטה לאחור, זרם פוטו זורם בכיוון ההפוך. ברוב המקרים, האריזה של פוטודיודה דומה ל- LED עם מוליכים לאנודה וקתודה המוקרנים מהמקרה.
דיודת צילום
ישנם שני סוגים של פוטודיודות - פוטודיודות PN ו- PIN. ההבדל הוא בביצועים שלהם. לפוטודיודה PIN יש שכבה פנימית, ולכן עליה להיות מוטה הפוכה. כתוצאה מהטיה הפוכה, רוחב אזור הדלדול גדל, וקיבולת צומת ה- p-n פוחתת. זה מאפשר לייצר עוד אלקטרונים וחורים באזור הדלדול. אך חסרון אחד של הטיה הפוכה הוא שהוא מייצר זרם רעש שעשוי להפחית את יחס ה- S / N. לכן הטיה הפוכה מתאימה רק ביישומים שדורשים גבוה יותר רוחב פס . פוטודיודת ה- PN אידיאלית ליישומי תאורה נמוכה יותר מכיוון שהפעולה אינה משוחדת.
הפוטודיודה עובדת בשני מצבים כלומר מצב פוטו וולטאי ומצב פוטו מוליך. במצב הפוטו וולטאי (נקרא גם מצב אפס מוטה), זרם הצילום מהמכשיר מוגבל ומתגבר מתח. הפוטודיודה נמצאת כעת במצב מוטה קדימה ו'זרם כהה 'מתחיל לזרום על פני צומת ה- p-n. זרם זרם כהה זה מתרחש בניגוד לכיוון זרם הצילום. הזרם האפל יוצר בהיעדר אור. הזרם הכהה הוא זרם הצילום הנגרם על ידי קרינת הרקע בתוספת זרם הרוויה במכשיר.
מצב פוטו-מוליך מתרחש כאשר פוטודיודה מוטה לאחור. כתוצאה מכך, רוחב שכבת הדלדול גדל ומוביל לירידה בקיבול של צומת ה- p-n. זה מגדיל את זמן התגובה של הדיודה. היענות היא היחס בין זרם הצילום שנוצר לאנרגיית האור האירוע. במצב פוטו-מוליך, הדיודה מייצרת רק זרם קטן הנקרא זרם רוויה או זרם גב לאורכו. זרם הצילום נשאר זהה במצב זה. זרם הצילום תמיד פרופורציונלי לזוהר. אף על פי שהמצב הפוטו-מוליך מהיר יותר מהמצב הפוטו-וולטאי, הרעש האלקטרוני גבוה במצב פוטו-מוליך. פוטודיודות מבוססות סיליקון מייצרות פחות רעש מאשר פוטודיודות מבוססות גרמניום שכן לפוטודיודות של סיליקון יש פער גדול יותר.
3. דיודת זנר
דיודת זנר היא סוג של דיודה המאפשרת זרימת זרם בכיוון קדימה בדומה לדיודת מיישר אך יחד עם זאת, היא יכולה לאפשר זרימת זרם הפוכה גם כאשר המתח הוא מעל ערך ההתמוטטות של הזנר. זה בדרך כלל אחד עד שניים וולט גבוה יותר מהמתח המדורג של הזנר והוא מכונה מתח הזנר או נקודת מפולת. הזנר נקרא כך על שם קלרנס זנר שגילה את התכונות החשמליות של הדיודה. דיודות זנר מוצאות יישומים בוויסות מתח וכדי להגן על התקני מוליכים למחצה מפני תנודות מתח. דיודות זנר משמשות באופן נרחב כהפניות מתח וכווסתות shunt לווסת את המתח על פני מעגלים.
דיודת זנר משתמשת בצומת ה- p שלה במצב הטיה לאחור כדי לתת את אפקט הזנר. במהלך אפקט הזנר או התמוטטות הזנר, הזנר מחזיק את המתח קרוב לערך קבוע המכונה מתח הזנר. לדיודה המקובלת יש גם תכונה של הטיה הפוכה, אך אם יעלה על מתח ההטיה ההפוכה, הדיודה תהיה נתונה לזרם גבוה והיא תיפגע. לעומת זאת דיודת הזנר תוכננה במיוחד כך שיהיה לה מתח פירוק מופחת הנקרא מתח זנר. דיודת הזנר מציגה גם תכונה של פירוק מבוקר ומאפשרת לזרם לשמור על המתח על פני דיודת הזנר קרוב למתח הקלקול. לדוגמה, זנר 10 וולט יפיל 10 וולט על פני מגוון רחב של זרמים הפוכים.
כאשר דיודת זנר מוטה לאחור, צומת ה- p-n שלה יחווה התמוטטות שלגים ומזנון מתנהל בכיוון ההפוך. בהשפעת השדה החשמלי המופעל, יואצו אלקטרוני הערכיות לדפוק ולשחרר אלקטרונים אחרים. זה מסתיים באפקט Avalanche. כאשר זה קורה, שינוי קטן במתח יביא לזרימת זרם גדולה. פירוק הזנר תלוי בשדה החשמלי המופעל וכן בעובי השכבה שעליה מוחל המתח.
דיודת זנר דורשת נגד מגביל זרם בסדרה כדי להגביל את זרימת הזרם דרך הזנר. בדרך כלל הזרם של זנר נקבע כ -5 mA. לדוגמה, אם משתמשים בזרן 10 וולט עם ספק 12 וולט, 400 אוהם (ערך קרוב הוא 470 אוהם) הוא אידיאלי לשמור על זרם הזנר כ- 5 mA. אם האספקה היא 12 וולט, יש 10 וולט על פני דיודת זנר ו -2 וולט על פני הנגד. עם 2 וולט על פני הנגד של 400 אוהם, אז הזרם דרך הנגד וזנר יהיה 5 mA. אז ככלל נגדי 220 אוהם עד 1K משמשים בסדרה עם Zener בהתאם למתח האספקה. אם הזרם דרך הזנר אינו מספיק, הפלט יהיה לא מווסת ופחות ממתק הפירוק הנומינלי.
הנוסחה הבאה שימושית לקביעת הזרם דרך Zener:
זנר = (VIn - V Out) / R אוהם
הערך של הנגד R חייב לעמוד בשני תנאים.
- זה חייב להיות ערך נמוך כדי לאפשר זרם מספיק דרך הזנר
- דירוג ההספק של הנגד חייב להיות גבוה מספיק כדי להגן על הזנר.
קרדיט צילום:
