סקירה כללית על סוגים שונים של דיודות ושימושם

דיודה היא מכשיר חשמלי דו-מסופי המאפשר העברת זרם בכיוון אחד בלבד. הדיודה ידועה גם במאפיין הזרם החד כיווני שלה, שם מותר לזרם החשמלי לזרום בכיוון אחד. בעיקרון, דיודה משמשת לתיקון צורות גל, בתוך גלאי רדיו או בתוך ספקי כוח . הם יכולים לשמש גם במעגלים חשמליים ואלקטרוניים שונים בהם נדרשת תוצאה 'חד כיוונית' של הדיודה. רוב הדיודות מיוצרות ממוליכים למחצה כמו Si (סיליקון), אך במקרים ספורים משתמשים גם ב- Ge (גרמניום). לפעמים מועיל לסכם את קיימים סוגים שונים של דיודות . חלק מהסוגים עשויים להיות חופפים, אך ההגדרות השונות עשויות להועיל לצמצם את השדה ולהציע סקירה על סוגי הדיודות השונות.

מהם סוגים שונים של דיודות?

ישנם מספר סוגים של דיודות ואלה זמינים לשימוש בתכנון אלקטרוניקה, כלומר דיודה לאחור, דיודת BARRITT, דיודת גאן, דיודות לייזר, דיודות פולטות אור, דיודות מסוממות זהב , דיודת קריסטל , צומת PN, דיודת שוקלי , דיודת התאוששות מדרגה, דיודת מנהרה, דיודת ורקטור ודיודת זנר.

סוגי דיודות

הסבר מפורט על דיודות

בואו נדבר בפירוט על ה- עקרון העבודה של הדיודה.

דיודה אחורה

סוג דיודות זה נקרא גם דיודה אחורית, והיא אינה מיושמת במיוחד. הדיודה לאחור היא דיודת צומת PN שעוברת פעולה דומה לדיודת מנהרה. התרחיש של מנהור קוונטי מחזיק באחריות חשובה בניהול המסלול הנוכחי בעיקר הפוך. בעזרת תמונת פס האנרגיה ניתן לדעת את פעולתה המדויקת של הדיודה.

עבודה של דיודה לאחור

הלהקה הנמצאת ברמה העליונה מכונה רצועת הולכה ואילו רצועת המפלס התחתון מכונה רצועת הערכיות. כאשר יש יישום של אנרגיה על האלקטרונים, הם נוטים לצבור אנרגיה ולנוע לכיוון רצועת ההולכה. כאשר האלקטרונים נכנסים מערכיות לרצועת ההולכה, המקום שלהם ברצועת הערכיות נותר עם חורים.

במצב של אפס הטיה, רצועת הערכיות הכבושה מנוגדת לזו של רצועת ההולכה הכבושה. ואילו במצב ההטיה ההפוכה, לאזור P יש תנועה לכיוון הפוך המתאים לאזור N. כעת, הלהקה הכבושה בקטע P מנוגדת ללהקה הפנויה בקטע N. אז, האלקטרונים מתחילים במנהור מהלהקה הכבושה בקטע P ללהקה הריקה בקטע N.

אז זה מסמל שזרם הנוכחי קורה גם בהטייה הפוכה. במצב ההטיה קדימה, לאזור N יש תנועה לכיוון הפוך המתאים לאזור P. כעת, הלהקה הכבושה בקטע N עומדת בניגוד ללהקה הפנויה בקטע P. אז, האלקטרונים מתחילים מנהור מהלהקה הכבושה בקטע N ללהקה הריקה בקטע P.

בסוג דיודות זה נוצר אזור ההתנגדות השלילי וזה משמש בעיקר לעבודת הדיודה.

דיודה אחורה

דיודת BARITT

המונח המורחב של דיודה זו הוא דיודת זמן מעבר הזרקת מחסום שהיא דיודת BARITT. זה ישים ביישומי מיקרוגל ומאפשר השוואות רבות לדיודת IMPATT הנפוצה יותר. קישור זה מציג תיאור ברור של מה זה דיודת BARRITT והעבודה והיישומים שלה.

גאן דיודה

דיודת גון היא דיודת צומת PN, דיודה מסוג זה היא מכשיר מוליך למחצה בעל שני מסופים. בדרך כלל הוא משמש לייצור אותות מיקרוגל. אנא עיין בקישור להלן עבור גון דיודה עובדת מאפיינים ויישומיו.

גאן דיודות

דיודת לייזר

לדיודת הלייזר אין תהליך דומה לזה של נורית LED (דיודה פולטת אור) מכיוון שהיא מייצרת אור קוהרנטי. דיודות אלה מנוצלות באופן נרחב למטרות שונות כגון תקליטורי DVD, כונני CD ומצביעי אור לייזר עבור PPT. למרות שדיודות אלה זולות יותר מסוגים אחרים של מחוללי לייזר, הן יקרות בהרבה מנורות LED. יש להם גם חיים חלקיים.

דיודת לייזר

דיודה פולטת אור

המונח LED מייצג דיודה פולטת אור, הוא אחד הסוגים הסטנדרטיים ביותר של הדיודה. כאשר הדיודה מחוברת בהטיה קדימה, אז הזרם זורם דרך הצומת ומייצר את האור. יש גם הרבה פיתוחים חדשים של LED שמשתנים שהם נוריות LED ו- OLED. אחד המושגים העיקריים שיש להכיר את ה- LED הוא מאפייני ה- IV שלו. הבה נעבור בפירוט על מאפייני LED.

מאפייני דיודות פולטות אור

לפני שנורית LED פולטת אור, היא דורשת זרימת זרם דרך הדיודה מכיוון שזו דיודה מבוססת זרם. כאן, לכמות עוצמת האור יש פרופורציה ישירה לזו של כיוון הזרם קדימה שזורם על פני הדיודה.

כאשר הדיודה מוליכה זרם בהטיה קדימה, צריך שיהיה נגד סדרת הגבלת זרם כדי להגן על הדיודה מפני זרם הזרם הנוסף. יש לציין כי לא חייב להיות קשר ישיר בין ספק הכוח ל- LED כאשר הדבר גורם לנזק מיידי מכיוון שחיבור זה מאפשר זרימת זרם קיצונית ושורף את המכשיר.

עובד LED

כל סוג של התקן LED מחזיק באובדן מתח קדימה משלו דרך צומת PN ואילוץ זה ידוע לפי סוג המוליכים למחצה המשמשים. זה קובע את כמות ירידת המתח עבור הכמות המקבילה של זרם ההעברה בדרך כלל לערך זרם של 20mA.

ברוב התרחישים, תפקוד LED מרמות מתח מינימליות בעלות נגד בחיבור סדרתי, Rs משמש להגבלת כמות הזרם הקדמית לרמה מוגנת שהיא באופן כללי 5mA עד 30mA כאשר יש דרישה של בהירות משופרת. .

נוריות LED שונות מייצרות אור באזורים המתאימים בספקטרום ה- UV ולכן הם מייצרים רמות שונות של עוצמות אור. הבחירה הספציפית של מוליכים למחצה יכולה להיות ידועה לפי כל אורך הגל של פליטת הפוטונים וכך האור המיוצר. צבעי ה- LED הם כדלקמן:

אז הצבע המדויק של ה- LED ידוע לפי מרחק אורך הגל הנפלט. ואורך הגל ידוע על ידי הרכב המוליכים למחצה הספציפי המופעל בצומת PN בזמן תהליך הייצור שלו. לכן, היה ברור שצבע פליטת האור מ- LED אינו בגלל הפלסטיקה המסותתת. אך גם הם משפרים את בהירות האור כאשר אינם מוארים על ידי אספקת הזרם. בעזרת שילוב של חומרים מוליכים למחצה, גזים ומתכת שונים, ניתן ליצור את נוריות ה- LED שלהלן ואלה:

• גליום ארסניד (GaAs) שהוא אינפרא אדום
• גליום ארסניד פוספיד (GaAsP) נע בין אדום לאינפרא אדום וכתום
• אלומיניום גליום ארסניד פוספיד (AlGaAsP) שהגדיל צבעים אדומים, כתומים בצבעים אדום, כתום וצהוב.
• גליום פוספיד (GaP) קיים בצבעים אדום, צהוב וירוק
• אלומיניום גליום פוספיד (AlGaP) - בעיקר בצבע ירוק
• גליום ניטריד (GaN) אשר זמין בירוק וירוק אמרלד
• גליום אינדיום ניטריד (GaInN) קרוב לאולטרה סגול, הצבע המעורב של כחול וירוק וכחול
• סיליקון קרביד (SiC) זמין כחול כמצע
• סלניד אבץ (ZnSe) קיים בכחול
• אלומיניום גליריום ניטריד (AlGaN) שהוא אולטרה סגול

פוטודיודה

הפוטודיודה משמשת לזיהוי אור. נמצא שכאשר האור פוגע בצומת PN הוא יכול ליצור אלקטרונים וחורים. בדרך כלל, פוטודיודות פועלות בתנאים של הטיה הפוכה, שבה ניתן אפילו להבחין בכמות קטנה של זרימת זרם הנובעת מהאור. דיודות אלה יכולות לשמש גם לייצור חשמל.

דיודת צילום

דיודת PIN

סוג זה של דיודות מאופיין בבנייתו. יש לו את האזורים הסטנדרטיים מסוג P ו- N, אך לאזור בין שני האזורים, כלומר המוליך למחצה הפנימי, אין סימום. האזור של מוליך למחצה הפנימי משפיע על הגדלת שטח אזור הדלדול שיכול להועיל למיתוג יישומים.

דיודת PIN

לנשאי המטען השליליים והחיוביים מאזורים מסוג N ו- P יש תנועה לאזור הפנימי. כאשר אזור זה מתמלא לחלוטין בחורי אלקטרונים, אז הדיודה מתחילה להתנהל. כאשר במצב הטיה הפוכה, השכבה הפנימית הרחבה בדיודה עשויה למנוע ולשאת רמות מתח גבוהות.

ברמות תדרים מוגברות, דיודת ה- PIN תפעל כנגד לינארי. הוא מתפקד כנגד לינארי מכיוון שיש לדיודה זו זמן התאוששות הפוך לא מספק . זו הסיבה שאזור 'I' בעל טעינה חשמלית בכבדות לא יספיק לפרוק בזמן מחזורים מהירים. וברמות תדר מינימליות, הדיודה פועלת כדיודת מיישר בה יש לה מספיק זמן לפריקה וכיבוי.

דיודת צומת PN

ניתן לחשוב על צומת ה- PN הסטנדרטי כסוג הדיודות הרגיל או הסטנדרטי הנמצא בשימוש כיום. זהו הבולט מבין סוגי הדיודות השונות הנמצאות בתחום החשמלי. אבל, דיודות אלה יכולות להיות מיושמות כסוגים של אותות קטנים לשימוש ב- RF (תדר רדיו), או ביישומים אחרים בעלי זרם נמוך, אשר עשויים להיקרא דיודות אות. ניתן לתכנן סוגים אחרים ליישומי מתח גבוה וזרם גבוה ובדרך כלל מכנים דיודות מיישר. בדיודת צומת PN, צריך להיות ברור מהתנאים הטויים. ישנם בעיקר שלושה תנאים מוטים וזה תלוי ברמת המתח המיושמת.

• הטיה קדימה - כאן, המסוף החיובי והשלילי מחובר לסוגי P ו- N של הדיודה.
• הטיה הפוכה - כאן, המסוף החיובי והשלילי מחובר לסוגי N ו- P של הדיודה.
• הטיה אפסית - זה נקרא הטיה '0' מכיוון שלא מוחל מתח חיצוני על הדיודה.

הטיה קדימה של דיודת צומת PN

במצב הטיה קדימה, צומת PN מפותח כאשר הקצוות החיוביים והשליליים של הסוללה מחוברים לסוגי P ו- N. כאשר הדיודה מתפקדת בהטיית העברה, השדות החשמליים הפנימיים והיישומיים בצומת נמצאים בנתיבים מנוגדים. כאשר מסכמים שדות חשמליים אלה, רמת התפוקה התוצאתית נמוכה מזו של השדה החשמלי המיושם.

הטיה קדימה בסוגי דיודות צומת PN

חיבור זה מביא לדרך התנגדות מינימלית ולאזור דלדול דק יותר. ההתנגדות של אזור הדלדול הופכת לזניחה יותר כאשר ערך המתח המיושם גבוה יותר. לדוגמא, במוליך למחצה סיליקון, כאשר ערך המתח המיושם הוא 0.6 וולט, אז ערך ההתנגדות של שכבת הדלדול הופך לזניח לחלוטין ויהיה זרימה בלתי מפוססת של זרם על פניו.

הטיה הפוכה של דיודת צומת PN

כאן, הקשר הוא שהקצוות החיוביים והשליליים של הסוללה מחוברים לאזורים מסוג N ו- P, זה מהווה צומת PN מוטה הפוכה. במצב זה, השדות החשמליים הפנימיים הם בכיוון דומה. כאשר שני השדות החשמליים מסוכמים, נתיב השדה החשמלי המתקבל דומה לזה של נתיב השדה החשמלי הפנימי. זה מפתח אזור דלדול התנגדות עבה ומשופר. אזור הדלדול חווה רגישות ועובי יותר כאשר רמת המתח המיושמת היא יותר ויותר.

הטיה הפוכה בצומת PN של דיודות

מאפייני V-I של דיודת צומת PN

בנוסף, חיוני עוד יותר להיות מודעים למאפייני ה- V-I של דיודת צומת PN.

כאשר הדיודה מופעלת בתנאי הטיה '0' כלומר אין יישום של מתח חיצוני לדיודה. זה מסמל שהמחסום הפוטנציאלי מגביל את הזרימה הנוכחית.

ואילו כאשר הדיודה תפעל בתנאי הטיה העברה, יהיה מחסום פוטנציאלי דק יותר. בסוגי דיודות מסוג סיליקון, כאשר ערך המתח הוא 0.7 וולט ובסוגי הגרמניום של דיודות כאשר ערך המתח הוא 0.3 וולט, אז רוחב המכשול הפוטנציאלי מצטמצם וזה מאפשר זרימת הזרם דרך הדיודה.

VI מאפיינים בדיודת צומת PN

בכך, תהיה עלייה הדרגתית בערך הנוכחי והעקומה המתקבלת אינה ליניארית, משום שרמת המתח המופעלת עולה על המחסום הפוטנציאלי. כאשר הדיודה גוברת על מחסום פוטנציאלי זה, הדיודה מתפקדת במצב רגיל וצורת העקומה הולכת ומתחדדת (מגיעה לצורה ליניארית) עם עליית ערך המתח.

כאשר הדיודה פועלת במצב הטיה הפוכה, יהיה מחסום פוטנציאלי מוגבר. מכיוון שתהיה נוכחות של נושאות מטען מיעוט בצומת, הדבר מאפשר זרימה של זרם רוויה הפוך. כשיש רמה מוגברת של מתח מיושם, נשאי המטען המיעוטים מחזיקים באנרגיה קינטית מוגברת שמראה השפעה על מובילי המטען. בשלב זה, התמוטטות של הדיודות מתרחשת וזה עלול להוביל לפגיעה בדיודה.

דיודת שוטקי

לדיודת שוטקי ירידת מתח קדימה נמוכה יותר מאשר דיודות צומת Si PN רגילות. בזרמים נמוכים, ירידת המתח עשויה להיות בין 0.15 ל 0.4 וולט לעומת 0.6 וולט לדיודה a-Si. כדי להשיג ביצועים אלה הם מתוכננים בצורה שונה להשוואה לדיודות רגילות בעלות מגע מתכתי למוליך למחצה. דיודות אלה משמשות באופן נרחב ביישומי מיישר, דיודות הידוק, וגם ביישומי RF.

דיודת שוטקי

דיודת התאוששות שלב

דיודת התאוששות מדרגה היא סוג של דיודת מיקרוגל המשמשת להפקת פולסים ב- HF מאוד (תדרים גבוהים). דיודות אלו תלויות בדיודה בעלת מאפיין כיבוי מהיר מאוד להפעלתן.

דיודות התאוששות שלב

דיודת מנהרה

דיודת המנהרה משמשת ליישומי מיקרוגל כאשר הביצועים שלה עברו את הביצועים של מכשירים אחרים של היום.

דיודת מנהרה

בתחום החשמלי, מנהרה מסמנת שזוהי תנועה ישירה של אלקטרונים דרך הרוחב המינימלי של אזור הדלדול מרצועת ההולכה אל רצועת הערכיות. בדיודת צומת PN, אזור הדלדול מפותח בגלל אלקטרונים וגם חורים. בגלל נושאות המטען החיוביות והשליליות הללו, שדה החשמל הפנימי מפותח באזור הדלדול. זה יוצר כוח בנתיב ההפוך של מתח חיצוני.

עם אפקט המנהור, כשיש ערך מתח מינימלי קדימה, אז הערך הנוכחי קדימה יהיה יותר. ניתן לתפקד גם בתנאים מוטים קדימה וגם לאחור. בגלל הרמה הגבוהה של סימום , זה יכול לתפקד גם בהטייה הפוכה. עם ירידת פוטנציאל המחסום, מתח פירוק בכיוון ההפוך גם יורד ומגיע כמעט לאפס. עם מתח הפוך מינימלי זה, הדיודה עשויה להגיע למצב תקלה. בגלל התנגדות שלילית זו נוצר אזור.

דיודת Varactor או דיודת Varicap

דיודת ורקטור היא סוג אחד של מוֹלִיך לְמֶחֱצָה מכשיר מצב מוצק במיקרוגל והוא משמש במקום בו בוחרים את הקיבול המשתנה אשר ניתן להשיג באמצעות בקרת מתח. דיודות אלה נקראות גם דיודות דליות. למרות ש- o / p של הקיבול המשתנה יכול להיות מוצג על ידי דיודות צומת PN הרגילות. אבל, דיודה זו נבחרה למתן שינויים בקיבול המועדפים מכיוון שהם סוגים שונים של דיודות. דיודות אלה מתוכננות ומשופרות במדויק כך שהן מאפשרות מגוון גבוה של שינויים בקיבול.

דיודת ורקטור

דיודת זנר

דיודת הזנר משמשת לספק מתח ייחוס יציב. כתוצאה מכך משתמשים בו בכמויות אדירות. זה עובד במצב של הטיה הפוכה ומצא שכאשר מגיעים למתח מסוים הוא מתקלקל. אם זרימת הזרם מוגבלת על ידי נגד, הוא מפעיל מתח יציב שייווצר. סוג זה של דיודות נמצא בשימוש נרחב כדי להציע מתח ייחוס בספקי החשמל.

דיודת זנר

קיימות שיטות שונות בחבילה של דיודת זנר. מעטים מאלה מועסקים לרמות מוגברות של פיזור חשמל ואילו אחרים משמשים לעיצוב הר קצה. הכללי סוג של דיודת זנר מורכב מכיסוי זכוכית מינימלי. לדיודה זו יש רצועה בקצה אחד המסמן אותה כקטודה.

דיודת זנר מתפקדת בצורה דומה לזו של דיודה כאשר היא מופעלת במצב הטיה העברה. ואילו בהטיה הפוכה, תתרחש מינימום זרם דליפה . כאשר יש עלייה במתח ההפוך עד מתח ההתמוטטות, אז זה יוצר זרימת זרם על פני הדיודה. הערך הנוכחי יגיע למקסימום וזה נתפס על ידי נגד סדרתי.

יישומים של דיודת זנר

ישנם יישומים נרחבים של דיודת זנר ומעטים מהם הם:

• הוא משמש כמגביל מתח לווסת רמות מתח על פני הערך המינימלי של העומסים
• מועסקים ביישומים אלה זקוקים לשמירה על מתח יתר
• משמש ב מעגלי גזירה

כמה סוגים אחרים של דיודות המיושמים באופן חיוני ביישומים שונים הם להלן:

• דיודת לייזר
• דיודת מפולות
• דיודת דיכוי מתח חולפת
• סוג של דיודה מוזהבת
• דיודה מסוג זרם קבוע
• דיודת פלטייה
• מיישר מבוקר סיליקון דיודה

לכל דיודה יש ​​יתרונות ויישומים משלה. מעטים מהם נמצאים בשימוש נרחב ביישומים שונים בתחומים מרובים, ואילו מעטים מועסקים רק בכמה יישומים. לפיכך, מדובר בסוגים שונים של דיודות והשימושים בהם. אנו מקווים שיש לך הבנה טובה יותר של תפיסה זו או על מנת ליישם פרויקטים חשמליים, אנא הוסף את הצעותיך בעלות הערה בסעיף ההערות למטה. הנה שאלה בשבילך, מה ה פונקציה של דיודה ?