Diode (fra andet græsk δις [1] - to og - fra slutningen -od af udtrykket elektrode ; lit. "to-elektrode"; roden -od kommer fra anden græsk ὁδός "sti" [2] ) - to- elektrode elektronisk en komponent , der har en forskellig elektrisk ledningsevne afhængigt af polariteten af den spænding , der påføres dioden . Dioder har en ikke-lineær strøm-spændingskarakteristik , men i modsætning til glødelamper og termistorer er den asymmetrisk for dioder.
En diodes elektroder kaldes anode og katode . For de fleste dioder (vakuumdioder, ensretterhalvlederdioder), når der påføres en fremadspænding (det vil sige, at anoden har et positivt potentiale i forhold til katoden), er dioden åben ( forlæns strøm løber gennem dioden , dioden har lav modstand ). Tværtimod, hvis en omvendt spænding påføres dioden (katoden har et positivt potentiale i forhold til anoden), så er dioden lukket (modstanden af dioden er høj, den omvendte strøm er lille og kan overvejes lig med nul i mange praktiske tilfælde).
Udviklingen af dioder begyndte i tredje fjerdedel af det 19. århundrede i to retninger på én gang: I 1873 opdagede den britiske videnskabsmand F. Guthrie , at en negativt ladet elektroskopkugle mister ladning, når den bliver kraftigt opvarmet, men hvis den er positivt ladet, så er ladningen ikke tabt. På det tidspunkt kunne de ikke forklare dette fænomen. Dette fænomen er forårsaget af termionisk emission og blev derefter brugt i elektrovakuumdioder med varm katode. Termionisk emission blev genopdaget den 13. februar 1880 af Thomas Edison i hans eksperimenter for at forlænge levetiden af en glødetråd i glødelamper , og derefter, i 1883 , patenteret af ham ( US patent nr. 307.031). Edison studerede det dog ikke nærmere.
Den termioniske emissionsdiode blev første gang patenteret i Storbritannien af John Ambrose Fleming (en videnskabelig rådgiver for Marconi- firmaet og en tidligere ansat i Edison) den 16. november 1904 (US patent nr. 803684, november 1905).
I 1874 opdagede den tyske videnskabsmand Karl Ferdinand Braun krystallinske dioders ensretteregenskaber , og i 1899 patenterede Brown en krystallinsk ensretter [4] . Jadish Chandra Bowes udviklede Browns opdagelse yderligere til en enhed, der kan bruges til at modtage radiobølger . Omkring 1900 skabte Greenleaf Pickard den første krystaldioderadiomodtager . Den 20. november 1906 patenterede Picard siliciumkrystaldetektoren (US patent nr. 836.531) .
I slutningen af det 19. århundrede blev apparater af denne art kaldt ensrettere, og det var først i 1919, at William Henry Eckles opfandt udtrykket "diode".
Dioder er elektrovakuum ( kenotroner ), gasfyldte ( gastroner , ignitroner , corona- og glødudladningszenerdioder ), halvledere osv. I øjeblikket bruges halvlederdioder i langt de fleste tilfælde .
dioder | |||||||||||||||||||||||||||||
Halvleder | Ikke halvleder | ||||||||||||||||||||||||||||
gasfyldt | vakuum | ||||||||||||||||||||||||||||
Elektrovakuumdioder er en evakueret cylinder med to elektroder, hvoraf den ene - katoden - opvarmes af en strøm fra et specielt elektrisk glødetrådskredsløb. Når katoden opvarmes, sker der termionisk emission, og nogle af elektronerne forlader katodeoverfladen. Hvis en positiv spænding i forhold til katoden påføres en anden elektrode - anoden, vil elektronerne under påvirkning af et elektrisk felt begynde at bevæge sig mod anoden og skabe en strøm. Hvis der påføres en negativ spænding til anoden, vil elektronerne blive afstødt fra anoden, og der vil ikke være nogen strøm.
En halvlederdiode består af enten p-type og n - type halvledere (halvledere med forskellige typer ydre ledning ) eller en halvleder og et metal ( Schottky diode ). Kontakten mellem halvledere kaldes en pn-junction og leder strøm i én retning (har ensidig ledningsevne). Nogle typer halvlederdioder har ikke en p - n-forbindelse, såsom Gunn-dioder .
Nogle typer halvlederdioderEn dielektrisk diode er en metal-dielektrisk-metalfilmstruktur med en strømspændingskarakteristik svarende til den for en elektrovakuumdiode ved at bruge forskellen mellem kildens og drænets arbejdsfunktioner. [5]
Urev.max. | - | den maksimalt tilladte konstante omvendte spænding af dioden; |
Uinv.and.max. | - | den maksimalt tilladte impulsomvendte spænding af dioden; |
Ipr.max. | - | maksimal gennemsnitlig fremadstrøm for perioden; |
Ipr.i.max. | - | maksimal fremadgående pulsstrøm for perioden; |
Iprg. | - | ensretter diode overbelastning strøm; |
fmax. | - | den maksimalt tilladte koblingsfrekvens for dioden; |
farbejde | - | diode driftsfrekvens; |
Upr. ved Ipr. | - | konstant fremadgående spænding af dioden ved nuværende Ipr; |
Iarr. | - | konstant diode omvendt strøm; |
Tk.max. | - | den maksimalt tilladte temperatur for diodehuset. |
Tp.max. | - | maksimalt tilladte diodeforbindelsestemperatur. |
Klassificeringen af dioder i henhold til deres formål, fysiske egenskaber, grundlæggende elektriske parametre, strukturelle og teknologiske egenskaber, type kildemateriale ( halvleder ) vises af et system af symboler for deres typer. Systemet af symboler bliver konstant forbedret i overensstemmelse med fremkomsten af nye klassifikationsgrupper og typer af dioder. Typisk er notationssystemer repræsenteret af en alfanumerisk kode.
På Sovjetunionens territorium har det symbolske betegnelsessystem gentagne gange undergået ændringer, og indtil nu kan du på radiomarkederne finde halvlederdioder produceret på fabrikkerne i USSR og med et betegnelsessystem i henhold til industristandarden GOST 11 336.919 -81, baseret på en række klassificeringstræk ved produkter [3] .
For eksempel: KD212B, GD508A, KTs405Zh.
Derudover giver betegnelsessystemet (om nødvendigt) mulighed for at indføre yderligere skilte i betegnelsen for at fremhæve individuelle væsentlige design og teknologiske egenskaber ved produkter.
GOST 2.730-73 fortsætter med at fungere - "Halvlederenheder. Symboler grafik" [6]
Der er en række generelle principper for standardisering af kodesystemet for dioder i udlandet. De mest almindelige standarder er EIA / JEDEC og den europæiske "Pro Electron".
EIA/JEDEC systemDet standardiserede EIA370 1N-serie nummereringssystem blev introduceret i USA af EIA/JEDEC (Joint Electronics Engineering Council) omkring 1960. Blandt de mest populære i denne serie var: 1N34A/1N270 (germanium), 1N914/1N4148 (silicium), 1N4001-1N4007 (1A silicium ensretter) og 1N54xx (3A power silicium ensretter) [7] [8] [ 9] .
Pro Electron systemIfølge det europæiske betegnelsessystem for aktive komponenter Pro Electron , introduceret i 1966 og bestående af to bogstaver og en numerisk kode:
Andre almindelige nummererings-/kodningssystemer (normalt af producenten) omfatter:
JIS-systemet mærker halvlederdioder, der starter med "1S".
Derudover har mange producenter eller organisationer deres egne fælles kodningssystemer, såsom:
Grafiske symboler for forskellige typer dioder, der bruges på elektriske kredsløb i overensstemmelse med deres funktionelle formål. trekanten angiver retningen af strømmen fra anoden til katoden (fremadledning).
Diode
Lysdiode (LED)
Undertrykkerdiode (beskyttelsesdiode; TVS)
Shockley-ligningen for en ideel diode (opkaldt efter opfinderen af transistoren William Shockley ) beskriver strøm-spændingskarakteristikken for en diode i et idealiseret forenklet tilfælde.
Diode Shockleys ligning (eller nogle gange kaldet diodes lov ) er udledt med den antagelse, at de eneste processer, der forårsager strøm i en diode, er ladningsbærerdrift, diffusion og rekombination. Det antages også, at strømmen i pn -regionen forårsaget af rekombination er ubetydelig.
Shockley-ligning for en ideel diode:
hvor I er strømmen, der går gennem dioden; I S - diodemætningsstrøm (maksimal omvendt strøm uden sammenbrud); V er spændingen over dioden; V T er diodens termiske spænding; n er imperfektionsfaktoren , også kaldet emissionsfaktoren .Den termiske spænding V T er ca. 25,85 mV ved 300 K (en temperatur tæt på stuetemperatur, der almindeligvis anvendes i simuleringsprogrammer). For en bestemt temperatur kan den findes ved formlen:
hvor k er Boltzmann-konstanten ; T er den absolutte temperatur af pn- forbindelsen; q er den elementære ladning af elektronen .Den ikke-ideelle faktor n varierer normalt fra 1 til 2 (selvom den kan være højere i nogle tilfælde) afhængigt af fremstillingsteknologien og det anvendte halvledermateriale. I mange tilfælde antages det, at n er omtrent lig med 1 (derved udelades faktoren n i formlen). Ikke-idealitetsfaktoren er ikke inkluderet i Shockley-diodeligningen og blev introduceret for at tage højde for ufuldkommenheden af reelle pn-forbindelser. Derfor, for n = 1 , reduceres ligningen til Shockley-ligningen for en ideel diode.
Mætningsstrømmen IS er ikke konstant for hver diode, den afhænger af temperaturen og denne afhængighed er meget større end afhængigheden af spændingen V T af temperaturen. Spændingen V falder med stigende T ved et fast I , mætningsstrømmen stiger.
Dioder bruges i vid udstrækning til at konvertere AC til DC (mere præcist, ensrettet pulserende; se ensretter ). En diodeensretter eller diodebro (det vil sige 4 dioder til et enkeltfaset kredsløb, 6 til et trefaset halvbrokredsløb eller 12 for et trefaset fuldbrokredsløb , forbundet i et kredsløb) er den primære komponent i strømforsyninger til næsten alle elektroniske enheder. En diode trefaset ensretter i henhold til skemaet fra A. N. Larionov på tre parallelle halvbroer bruges i bilgeneratorer , den konverterer generatorens trefasede vekselstrøm til jævnstrømmen i bilens indbyggede netværk. Brugen af en generator i kombination med en diodeensretter i stedet for en jævnstrømsgenerator med en børstesamlersamling gjorde det muligt at reducere størrelsen af en bilgenerator betydeligt og øge dens pålidelighed.
Nogle ensrettere bruger stadig selen ensrettere. Dette skyldes deres ejendommelighed, at når den maksimalt tilladte strøm overskrides, brænder selen ud (i sektioner), hvilket ikke (i et vist omfang) fører til hverken tab af ensretteregenskaber eller kortslutning - sammenbrud.
Højspændingsensrettere bruger selen højspændingssøjler fra en flerhed af serieforbundne selen ensrettere og silicium højspændingssøjler fra en flerhed af serieforbundne silicium dioder.
Hvis flere dioder er forbundet i serie og i overensstemmelse (i én retning), stiger den tærskelspænding, der kræves for at låse alle dioder op.
Dioder i kombination med kondensatorer bruges til at udtrække lavfrekvensmodulation fra et amplitudemoduleret radiosignal eller andre modulerede signaler. Diodedetektorer bruges i radiomodtagere ( radiomodtagere , fjernsyn og lignende). Under driften af dioden bruges en kvadratisk sektion af strøm-spændingskarakteristikken .
Dioder bruges til at beskytte enheder mod omvendt polaritet, beskytte kredsløbsindgange mod overbelastning, beskytte nøgler mod nedbrydning af selvinduktions- EMK , der opstår, når en induktiv belastning er slukket, og mere.
For at beskytte indgangene på analoge og digitale kredsløb mod overbelastning, bruges en kæde af to dioder, forbundet til strømskinnerne i den modsatte retning, som vist på figuren. Den beskyttede indgang er forbundet til midtpunktet af denne kæde. Under normal drift varierer inputpotentialet fra jordpotentiale til forsyningspotentiale, mens de omvendt forspændte dioder er lukkede og har ringe effekt på kredsløbets drift. Når inputpotentialet ændres over forsyningsspændingen eller under "jordpotentialet", åbner en af dioderne og shunter indgangen på kredsløbet, hvilket begrænser det tilladte inputpotentiale til et område inden for forsyningsspændingen plus eller minus fremadspændingsfaldet på tværs af dioden.
Ofte er sådanne diodekæder integreret i IC'en på krystaldesignstadiet eller er tilvejebragt ved udvikling af diagrammer af noder, blokke, enheder. Færdiglavede beskyttelsessamlinger er fremstillet af to dioder i tre-terminale "transistor"-kasser.
For at indsnævre eller udvide beskyttelsesområdet kan andre potentialer bruges i stedet for strømforsyningspotentialerne i henhold til det påkrævede område.
Ved beskyttelse mod kraftig interferens, der opstår på lange ledninger, for eksempel under lynudladninger, kan det være nødvendigt at bruge mere komplekse kredsløb, sammen med dioder inklusive modstande , varistorer , afledere [10] [11] .
Ved frakobling af induktive belastninger (såsom relæer , elektromagneter , magnetiske startere , elektriske motorer ) ved at skifte nøgler, opstår der selvinduktions- emf proportionalt med strømændringshastigheden:
hvor - induktans ; er strømmen gennem induktansen; - tid.Selvinduktionens EMF forhindrer faldet i strømstyrken gennem induktansen og "stræber" efter at holde strømmen på samme niveau. Når strømmen er slukket, skal energien fra magnetfeltet , akkumuleret af induktansen, spredes et sted . Det magnetiske felt skabt af en induktiv belastning har en energi på:
hvor er induktansen; er strømmen gennem induktoren.Efter at strømmen er slukket, bliver induktansen således til en strøm- og spændingskilde, og den spænding, der opstår på den lukkede nøgle, kan nå høje værdier og føre til gnistdannelse og afbrænding af elektromekaniske kontakter og nedbrud af halvlederomskiftningsinduktans afbrydere eller isolationsnedbrud, da energien lagret i induktansen vil spredes direkte på selve nøglen.
Diodebeskyttelse er en enkel og en af de mest udbredte ordninger til beskyttelse af kontakter med induktive belastninger. Dioden er forbundet parallelt med induktoren , så når kontakten er lukket, er dioden lukket. Når strømmen er slukket, rettes den fremkommende EMF af selvinduktion mod den spænding, der tidligere er påført induktansen, denne modsat rettede EMF åbner dioden. Strømmen, der strømmer gennem induktoren, skiftes til dioden, og magnetfeltets energi spredes af dioden og induktorens indre aktive modstand uden at forårsage skade på kontakten.
I et beskyttelseskredsløb med kun én diode vil spændingen over spolen være lig med spændingsfaldet over dioden i fremadgående retning - omkring 0,6-1 V for en siliciumdiode, afhængig af strømmens størrelse. På grund af den lille spænding kan induktansen betragtes som næsten kortsluttet, og strømmen vil falde ret langsomt. Strømændringshastigheden i induktoren, der negligerer dens egen aktive modstand:
For eksempel, for en induktans på 1 H, er denne værdi af størrelsesordenen af induktansen af viklingerne af kraftige kontaktorer og executive solenoider , den aktuelle faldhastighed vil være omkring 0,5-1 A/s .
For at fremskynde nedlukningen af en induktiv belastning er det nødvendigt at øge spændingen ved induktorens terminaler efter nedlukning, da jo højere spændingen er, jo hurtigere falder strømmen. Dette kan kræve brugen af et mere komplekst beskyttelseskredsløb, for eksempel inklusion af en zenerdiode i serie med en diode, en diode i kombination med en modstand , varistor eller modstand-kondensator netværk [ 12] .
Diodekontakter bruges til at skifte højfrekvente signaler. Styringen udføres ved jævnstrøm, adskillelsen af RF og styresignalet udføres ved hjælp af kondensatorer og induktanser .
![]() | ||||
---|---|---|---|---|
|