Yarı iletken diyot, elektrik mühendisliği ve elektronikte yaygın olarak kullanılmaktadır. Düşük maliyeti ve iyi güç-boyut oranıyla, benzer amaçlı vakum cihazlarının yerini hızla aldı.
İçerik
Yarı iletken diyotun cihazı ve çalışma prensibi
Bir yarı iletken diyot, bir yarı iletkenden (silikon, germanyum, vb.) yapılmış iki bölgeden (katman) oluşur. Bir bölgede fazla serbest elektron (n-yarı iletken), diğerinde eksiklik (p-yarı iletken) vardır - bu, temel malzemeye katkı yapılarak elde edilir. Aralarında, n-bölgesinden gelen fazla serbest elektronun p-bölgesindeki delikleri "kapattığı" (difüzyon nedeniyle rekombinasyon meydana gelir) küçük bir bölge vardır ve bu bölgede serbest yük taşıyıcıları yoktur. İleri voltaj uygulandığında rekombinasyon bölgesi küçüktür, direnci küçüktür ve diyot akımı bu yönde iletir. Ters voltaj ile taşıyıcısız bölge artacak, diyotun direnci artacaktır. Bu yönde hiçbir akım akmayacaktır.
Elektrik şemalarında tipler, sınıflandırma ve grafik gösterim
Genel durumda, diyagramdaki diyot, akımın yönünü gösteren stilize bir ok olarak gösterilir. Cihazın koşullu grafik görüntüsü (UGO) iki sonuç içerir - anot ve katot, doğrudan bağlantıda sırasıyla elektrik devresinin artısına ve eksisine bağlanır.
Bu bipolar yarı iletken cihazın, amaca bağlı olarak biraz farklı UGO'lara sahip olabilen çok sayıda çeşidi vardır.
Zener diyotları (Zener diyotları)
Zener diyot, yarı iletken bir cihazdır.çığ arızası bölgesinde ters voltajda çalışıyor. Bu bölgede, Zener diyot voltajı, cihaz üzerinden geniş bir akım aralığında kararlıdır. Bu özellik, yük boyunca gerilimi stabilize etmek için kullanılır.
stabilizatörler
Zener diyotları, 2 V ve üzeri voltajları dengelemek için iyi bir iş çıkarır.Bu sınırın altında sabit bir voltaj elde etmek için stabıstörler kullanılır. Bu cihazların yapıldığı malzemenin (silikon, selenyum) dopingi, özelliğin doğrudan dalının en büyük dikeyliğini sağlar. Bu modda, sabitleyiciler, ileri voltajda akım-voltaj karakteristiğinin doğrudan dalında 0,5 ... 2 V aralığında örnek bir voltaj vererek çalışır.
Schottky diyotları
Schottky diyotu, yarı iletken metal şemasına göre yapılmıştır ve geleneksel bir bağlantıya sahip değildir. Bu nedenle, iki önemli özellik elde edildi:
- azaltılmış ileri voltaj düşüşü (yaklaşık 0,2 V);
- öz kapasitanstaki azalma nedeniyle artan çalışma frekansları.
Dezavantajlar arasında artan ters akım değerleri ve ters voltaj seviyesine azaltılmış tolerans bulunur.
varisler
Her diyotun bir elektrik kapasitansı vardır. Kondansatörün plakaları iki uzay yüküdür (yarı iletkenlerin p ve n bölgeleri) ve bariyer tabakası dielektriktir. Ters voltaj uygulandığında bu katman genişler ve kapasitans azalır. Bu özellik tüm diyotlarda doğaldır, ancak varikaplar için kapasitans normalleştirilir ve verilen voltaj limitleri için bilinir. Bu, bu tür cihazları kullanmayı mümkün kılar. değişken kapasitörler ve çeşitli seviyelerde ters voltaj sağlayarak devreleri ayarlamak veya ince ayar yapmak için geçerlidir.
tünel diyotları
Bu cihazlar, voltajın artmasının akımda bir azalmaya neden olduğu, özelliğin düz bölümünde bir sapmaya sahiptir. Bu bölgede diferansiyel direnç negatiftir.Bu özellik, tünel diyotlarının 30 GHz üzerindeki frekanslarda zayıf sinyal yükselticileri ve üreteçleri olarak kullanılmasını mümkün kılar.
Dinistörler
Dinistör - diyot tristör - p-n-p-n yapısına ve S şeklinde bir CVC'ye sahiptir, uygulanan voltaj eşik seviyesine ulaşana kadar akım iletmez. Bundan sonra açılır ve akım tutma seviyesinin altına düşene kadar normal bir diyot gibi davranır. Dinistörler güç elektroniğinde anahtar olarak kullanılmaktadır.
fotodiyotlar
Fotodiyot, kristale görünür ışık erişimi olan bir pakette yapılır. Bir p-n bağlantısı ışınlandığında, içinde bir emf ortaya çıkar. Bu, fotodiyodu bir akım kaynağı olarak (güneş panellerinin bir parçası olarak) veya bir ışık sensörü olarak kullanmanızı sağlar.
LED'ler
Bir LED'in ana özelliği, akım bir p-n bağlantısından geçtiğinde ışık yayma yeteneğidir. Bu ışıma, akkor lamba gibi ısıtmanın yoğunluğu ile ilgili değildir, bu nedenle cihaz ekonomiktir. Bazen geçişin doğrudan ışıması kullanılır, ancak daha sık olarak fosforun tutuşmasının başlatıcısı olarak kullanılır. Bu, mavi ve beyaz gibi önceden ulaşılamayan LED renklerinin elde edilmesini mümkün kıldı.
Gunn Diyotları
Gunn diyotu her zamanki geleneksel grafik gösterime sahip olsa da, tam anlamıyla bir diyot değildir. Çünkü p-n eklemi yoktur. Bu cihaz, metal bir alt tabaka üzerinde bir galyum arsenit plakasından oluşur.
İşlemlerin ayrıntılarına girmeden: cihaza belirli bir büyüklükte bir elektrik alanı uygulandığında, süresi yarı iletken gofretin boyutuna bağlı olan (ancak belirli sınırlar içinde frekans ayarlanabilir) elektriksel salınımlar meydana gelir. dış unsurlar tarafından).
Gunn diyotları 1 GHz ve üzeri frekanslarda osilatör olarak kullanılır. Cihazın avantajı, yüksek frekans kararlılığıdır ve dezavantajı, elektriksel salınımların küçük genliğidir.
manyetik diyotlar
Sıradan diyotlar, harici manyetik alanlardan zayıf bir şekilde etkilenir. Manyetodiyotlar, bu etkiye duyarlılığı artıran özel bir tasarıma sahiptir. Genişletilmiş bir tabana sahip p-i-n teknolojisi kullanılarak yapılırlar. Bir manyetik alanın etkisi altında, cihazın ileri yöndeki direnci artar ve bu, temassız anahtarlama elemanları, manyetik alan dönüştürücüler vb. oluşturmak için kullanılabilir.
lazer diyotları
Bir lazer diyotunun çalışma prensibi, belirli koşullar altında rekombinasyon sırasında bir elektron deliği çiftinin monokromatik ve tutarlı görünür radyasyon yayma özelliğine dayanır. Bu koşulları yaratma yöntemleri farklıdır, kullanıcının sadece diyotun yaydığı dalganın uzunluğunu ve gücünü bilmesi gerekir.
çığ diyotları
Bu cihazlar mikrodalgada kullanılır. Belirli koşullar altında, çığ kırılma modunda, diyot karakteristiğinde negatif diferansiyel direncine sahip bir bölüm belirir. APD'nin bu özelliği, milimetre aralığına kadar olan dalga boylarında çalışan jeneratörler olarak kullanılmalarını sağlar. Orada en az 1 watt'lık bir güç elde etmek mümkündür. Daha düşük frekanslarda, bu tür diyotlardan birkaç kilowatt'a kadar çıkarılır.
PIN diyotları
Bu diyotlar p-i-n teknolojisi kullanılarak yapılır. Katkılı yarı iletken katmanları arasında, katkısız malzeme katmanı bulunur. Bu nedenle diyotun doğrultma özellikleri kötüleşir (ters voltaj ile, p ve n bölgeleri arasında doğrudan temas olmaması nedeniyle rekombinasyon azalır).Ancak, uzay yükü bölgelerinin aralığı nedeniyle, parazitik kapasitans çok küçük olur, kapalı durumda, yüksek frekanslarda sinyal sızıntısı pratik olarak hariç tutulur ve RF ve mikrodalgada anahtarlama elemanları olarak pin diyotlar kullanılabilir.
Diyotların ana özellikleri ve parametreleri
Yarı iletken diyotların temel özellikleri (çok özel olanlar hariç) şunları içerir:
- izin verilen maksimum ters voltaj (sabit ve darbeli);
- sınır çalışma frekansı;
- ileri voltaj düşüşü;
- çalışma sıcaklığı aralığı.
Önemli özelliklerin geri kalanı, diyotun I-V özellikleri örneği kullanılarak en iyi şekilde değerlendirilir - bu daha açıktır.
Yarı iletken diyotun volt-amper karakteristiği
Bir yarı iletken diyotun akım-voltaj karakteristiği, ileri ve geri dallardan oluşur. Diyottan geçen akım ve voltajın yönü her zaman çakıştığı için I ve III kadranlarında bulunurlar. Akım-voltaj karakteristiğine göre, bazı parametreleri belirleyebilir ve cihazın özelliklerinin neleri etkilediğini açıkça görebilirsiniz.
İletim eşik voltajı
Diyota ileri bir voltaj uygularsanız ve onu artırmaya başlarsanız, ilk anda hiçbir şey olmaz - akım artmaz. Ancak belirli bir değerde diyot açılacak ve gerilime göre akım artacaktır. Bu voltaj, iletim eşik voltajı olarak adlandırılır ve VAC üzerinde Uthreshold olarak işaretlenir. Diyotun yapıldığı malzemeye bağlıdır. En yaygın yarı iletkenler için bu parametre:
- silikon - 0,6-0,8 V;
- germanyum - 0,2-0,3 V;
- galyum arsenit - 1.5 V.
Germanyum yarı iletken cihazların düşük voltajda açılma özelliği, düşük voltajlı devrelerde çalışırken ve diğer durumlarda kullanılır.
Doğrudan bağlantı ile diyot üzerinden maksimum akım
Diyot açıldıktan sonra ileri gerilimdeki artışla birlikte akımı da artar. İdeal bir diyot için bu grafik sonsuza gider. Pratikte bu parametre, yarı iletken cihazın ısıyı dağıtma yeteneği ile sınırlıdır. Belirli bir sınıra ulaşıldığında, diyot aşırı ısınır ve arızalanır. Bunu önlemek için üreticiler izin verilen en yüksek akımı belirtir (VAC - Imax'ta). Diyotun boyutuna ve paketine göre kabaca belirlenebilir. Azalan sırayla:
- en büyük akım, metal bir kılıf içindeki cihazlar tarafından tutulur;
- plastik kasalar orta güç için tasarlanmıştır;
- Düşük akımlı devrelerde cam zarflardaki diyotlar kullanılır.
Radyatörlere metal cihazlar monte edilebilir - bu, yayılma gücünü artıracaktır.
Ters kaçak akım
Diyota ters voltaj uygularsanız, duyarsız bir ampermetre hiçbir şey göstermez. Aslında sadece ideal bir diyot herhangi bir akım geçmez. Gerçek bir cihazın bir akımı olacaktır, ancak çok küçüktür ve ters kaçak akım olarak adlandırılır (CVC - Iobr'de). Onlarca mikroamper veya onda miliamperdir ve doğru akımdan çok daha azdır. Dizinde bulabilirsiniz.
Arıza gerilimi
Ters voltajın belirli bir değerinde, arıza adı verilen akımda keskin bir artış meydana gelir. Tünel veya çığ karakterine sahiptir ve tersine çevrilebilir. Bu mod, voltajı (çığ) stabilize etmek veya darbeler (tünel) oluşturmak için kullanılır.Voltajın daha da artmasıyla arıza termal hale gelir. Bu mod geri döndürülemez ve diyot arızalanır.
Parazitik kapasitans pn-kavşağı
Daha önce p-n kavşağının olduğu belirtilmişti. elektrik kapasitesi. Ve eğer bu özellik faydalıysa ve varikaplarda kullanılıyorsa, sıradan diyotlarda zararlı olabilir. Rağmen kapasite birimdir veya onlarca pF ve doğru akımda veya düşük frekanslarda algılanamaz, artan frekansla etkisi artar. RF'deki birkaç pikofarad, sahte sinyal sızıntısı için yeterince düşük direnç oluşturacak, mevcut kapasitansa eklenecek ve devrenin parametrelerini değiştirecek ve çıkışın veya basılı iletkenin endüktansı ile birlikte sahte bir rezonans devresi oluşturacaktır. Bu nedenle yüksek frekanslı cihazların üretiminde geçiş kapasitansını azaltacak önlemler alınmaktadır.
diyot işaretleme
Metal bir kasada diyotları işaretlemenin en kolay yolu. Çoğu durumda, cihazın tanımı ve pin çıkışı ile işaretlenirler. Plastik kasadaki diyotlar, katot tarafında bir halka işaretiyle işaretlenmiştir. Ancak üreticinin bu kurala kesinlikle uyacağına dair bir garanti yoktur, bu nedenle dizine başvurmak daha iyidir. Daha da iyisi, cihazı bir multimetre ile çalın.
Ev tipi düşük güçlü zener diyotları ve diğer bazı cihazlarda, kasanın karşı taraflarında iki halka veya farklı renkte nokta işareti olabilir. Böyle bir diyotun türünü ve pin çıkışını belirlemek için bir referans kitabı almanız veya İnternette bir çevrimiçi işaretleme tanımlayıcı bulmanız gerekir.
diyot uygulamaları
Basit cihaza rağmen, yarı iletken diyotlar elektronikte yaygın olarak kullanılmaktadır:
- düzleştirme için alternatif akım voltajı. Türün bir klasiği - akımı bir yönde iletmek için p-n bağlantı özelliği kullanılır.
- diyot dedektörleri. Burada, I-V karakteristiğinin doğrusal olmaması kullanılır, bu da harmonikleri sinyalden ayırmayı mümkün kılar, gerekli olan filtreler tarafından ayırt edilebilir.
- Arka arkaya bağlanan iki diyot, hassas radyo alıcılarının sonraki giriş aşamalarını aşırı yükleyebilen güçlü sinyaller için bir sınırlayıcı görevi görür.
- Zener diyotlar, tehlikeli alanlara kurulan sensörlerin devrelerine yüksek voltaj darbelerinin girmesine izin vermeyen kıvılcım geçirmez elemanlar olarak dahil edilebilir.
- Diyotlar, yüksek frekanslı devrelerde anahtarlama cihazları olarak hizmet edebilir. Sabit bir voltajla açılırlar ve RF sinyalini geçerler (veya geçmezler).
- Parametrik diyotlar, özelliğin doğrudan dalında negatif dirençli bir bölümün varlığından dolayı mikrodalga aralığında zayıf sinyallerin yükselticileri olarak hizmet eder.
- Diyotlar, verici veya alıcı ekipmanlarda çalışan karıştırıcıları bir araya getirmek için kullanılır. karıştırırlar yerel osilatör sinyali daha fazla işlem için yüksek frekanslı (veya düşük frekanslı) bir sinyal ile. Aynı zamanda akım-voltaj karakteristiğinin doğrusal olmama özelliğini de kullanır.
- Doğrusal olmayan karakteristik, mikrodalga diyotların frekans çarpanları olarak kullanılmasına izin verir. Sinyal çarpan diyottan geçtiğinde, yüksek harmonikler vurgulanır. Daha sonra filtreleme yoluyla seçilebilirler.
- Diyotlar, rezonans devreleri için ayar elemanları olarak kullanılır. Bu durumda, p-n bağlantısında kontrollü bir kapasitansın varlığı kullanılır.
- Mikrodalga aralığında jeneratör olarak bazı diyot türleri kullanılır. Bunlar esas olarak tünel diyotları ve Gunn etkisine sahip cihazlardır.
Bu, çift terminalli yarı iletken cihazların yeteneklerinin yalnızca kısa bir açıklamasıdır. Diyotların yardımıyla özelliklerin ve karakteristiklerin derinlemesine incelenmesiyle, elektronik ekipman geliştiricilerine verilen birçok sorunu çözmek mümkündür.
Benzer makaleler:
