Els díodes semiconductors s'utilitzen àmpliament en l'electrònica i la indústria electrònica. S'utilitzen tant de manera independent com com a unió p-n de transistors i molts altres dispositius. Com a component discret, els díodes són una part clau de molts circuits electrònics. Troben moltes aplicacions que van des d'aplicacions de baixa potència fins a rectificadors.
Què és un díode?
Traduït del grec, el nom d'aquest element electrònic significa literalment "dos terminals". S'anomenen ànode i càtode. En un circuit, el corrent flueix des de l'ànode fins al càtode. El díode semiconductor és un element unilateral i el flux de corrent en sentit contrari està bloquejat.
Principi de funcionament
El dispositiu dels díodes semiconductors és molt diferent. Aquesta és la raó que n'hi ha de molts tipus, que es diferencien tant pel seu valor nominal com per les funcions que desenvolupen. No obstant això, en la majoria dels casos el principi bàsicEl funcionament dels díodes semiconductors és el mateix. Contenen una unió p-n, que proporciona la seva funcionalitat bàsica.
Aquest terme s'utilitza normalment en referència a la forma estàndard d'un díode. De fet, s'aplica a gairebé qualsevol tipus d'ells. Els díodes formen la columna vertebral de la indústria electrònica moderna. Tot, des d'elements simples i transistors fins a microprocessadors moderns, es basa en semiconductors. El principi de funcionament d'un díode semiconductor es basa en les propietats dels semiconductors. La tecnologia es basa en un grup de materials, la introducció d'impureses a la xarxa cristal·lina dels quals permet obtenir regions en les quals els forats i els electrons són portadors de càrrega.
P-n-junction
El díode de tipus p-n va rebre el seu nom perquè utilitza una unió p-n que permet que el corrent flueixi en una sola direcció. L'element té altres propietats que també s'utilitzen àmpliament. Els díodes semiconductors, per exemple, poden emetre i detectar llum, canviar la capacitat i regular la tensió.
La unió P-n és una estructura bàsica de semiconductors. Com el seu nom indica, és una unió entre regions de tipus p i n. La transició permet que els portadors de càrrega es moguin només en una direcció, cosa que, per exemple, permet convertir el corrent altern en corrent continu.
Els díodes estàndard solen estar fets de silici, tot i que també s'utilitzen germani i altres materials semiconductors, principalment amb finalitats especials.
Volt-característica d'amperes
El díode es caracteritza per una corba corrent-tensió, que es pot dividir en 2 branques: endavant i inversa. En sentit contrari, el corrent de fuga és proper a 0, però amb l'augment de la tensió augmenta lentament i, quan s'arriba a la tensió de ruptura, comença a augmentar bruscament. En la direcció cap endavant, el corrent augmenta ràpidament amb la tensió aplicada per sobre del llindar de conducció, que és de 0,7 V per als díodes de silici i de 0,4 V per al germani. Les cèl·lules que utilitzen materials diferents tenen característiques volt-amperes i llindar de conducció i tensions de ruptura diferents.
El díode d'unió p-n es pot considerar com un dispositiu de nivell bàsic. S'utilitza àmpliament en moltes aplicacions que van des de circuits de senyal i detectors fins a limitadors o supressors de transitoris en bobines d'inducció o relés i rectificadors d' alta potència.
Característiques i paràmetres
Les especificacions dels díodes proporcionen moltes dades. Tanmateix, no sempre hi ha explicacions precises de què són. A continuació es mostren els detalls de les diferents característiques i paràmetres del díode, que es donen a les especificacions.
Material semiconductor
El material utilitzat en les unions p-n és de gran importància perquè afecta moltes de les característiques fonamentals dels díodes semiconductors. El silici és el més utilitzat per la seva alta eficiència i els seus baixos costos de producció. Un altre d'ús freqüentl'element és germani. Altres materials s'utilitzen normalment en díodes de propòsit especial. L'elecció del material semiconductor és important perquè determina el llindar de conducció: uns 0,6 V per al silici i 0,3 V per al germani.
Caiguda de tensió en mode de corrent continu (U pr.)
Qualsevol circuit elèctric pel qual passa el corrent provoca una caiguda de tensió, i aquest paràmetre d'un díode semiconductor és de gran importància, especialment per a la rectificació, quan les pèrdues de potència són proporcionals a U ave. A més, els components electrònics sovint necessiten proporcionen una petita caiguda de tensió, perquè els senyals poden ser febles, però encara han de superar-la.
Això passa per dos motius. El primer rau en la naturalesa mateixa de la unió p-n i és el resultat d'una tensió llindar de conducció que permet que el corrent travessi la capa d'esgotament. El segon component és la pèrdua de resistència normal.
L'indicador és de gran importància per als díodes rectificadors, que poden transportar grans corrents.
Tensió inversa màxima (Arr. U màx.)
Aquest és el voltatge invers més alt que pot suportar un díode semiconductor. No s'ha de superar, en cas contrari l'element pot fallar. No és només la tensió RMS del senyal d'entrada. Cada circuit s'ha de tenir en compte pels seus mèrits, però per a un simple rectificador de mitja ona amb un condensador de suavització, recordeu que el condensador mantindrà una tensió igual al pic de l'entrada.senyal. Aleshores, el díode estarà sotmès al pic del senyal entrant en sentit invers i, per tant, en aquestes condicions hi haurà una tensió inversa màxima igual al valor màxim de l'ona.
Corrent directe màxim (U pr. màx.)
Quan dissenyeu un circuit elèctric, assegureu-vos que no es superin els nivells màxims de corrent del díode. A mesura que augmenta el corrent, es genera calor addicional, que s'ha d'eliminar.
Corrent de fuga (I arr.)
En un díode ideal, no hi hauria d'haver corrent inversa. Però en les unions p-n reals, es deu a la presència de portadors de càrrega minoritaris al semiconductor. La quantitat de corrent de fuga depèn de tres factors. Òbviament, el més significatiu d'aquests és el voltatge invers. A més, el corrent de fuga depèn de la temperatura; amb el seu creixement, augmenta significativament. A més, depèn molt del tipus de material semiconductor. En aquest sentit, el silici és molt millor que el germani.
El corrent de fuga es determina a una determinada tensió inversa i una determinada temperatura. Normalment s'especifica en microamps (ΜA) o picoamps (pA).
Capacitat de transició
Tots els díodes semiconductors tenen capacitat d'unió. La zona d'esgotament és una barrera dielèctrica entre dues plaques que es formen a la vora de la regió d'esgotament i la regió amb els portadors de càrrega majoritaris. El valor real de la capacitat depèn de la tensió inversa, que provoca un canvi a la zona de transició. El seu augment amplia la zona d'esgotament i, en conseqüència,redueix la capacitat. Aquest fet s'aprofita en varactors o varicaps, però per a altres aplicacions, especialment aplicacions de RF, aquest efecte s'ha de minimitzar. El paràmetre s'especifica normalment en pF a una tensió determinada. Hi ha disponibles díodes especials de baixa resistència per a moltes aplicacions de RF.
Tipus de cas
Depenent de la finalitat, els díodes semiconductors es produeixen en paquets de diferents tipus i formes. En alguns casos, especialment quan s'utilitza en circuits de processament de senyal, el paquet és un element clau per determinar les característiques generals d'aquest element electrònic. En circuits de potència on la dissipació de calor és important, el paquet pot determinar molts dels paràmetres generals d'un díode. Els dispositius d' alta potència s'han de poder connectar a un dissipador de calor. Els articles més petits es poden produir en estoigs de plom o com a dispositius de muntatge superficial.
Tipus de díodes
De vegades és útil familiaritzar-se amb la classificació dels díodes semiconductors. Tanmateix, alguns articles poden pertànyer a diverses categories.
Díode invertit. Encara que no és tan utilitzat, és un tipus d'element de tipus p-n, que en la seva acció és molt semblant al túnel. Presenta baixa caiguda de tensió a l'estat. Troba ús en detectors, rectificadors i interruptors d' alta freqüència.
Díode de trànsit d'injecció. Té molt en comú amb el més comú vol d'allaus. S'utilitza en generadors de microones i sistemes d'alarma.
Diode Gunn. No pertany al tipus p-n, sinó que és un dispositiu semiconductor amb dos terminals. S'utilitza habitualment per generar i convertir senyals de microones en el rang 1-100 GHz.
L'emissió de llum o LED és un dels tipus de components electrònics més populars. En polarització directa, el corrent que flueix per la unió fa que s'emeti llum. Utilitzen semiconductors compostos (per exemple, arsenur de gal·li, fosfur de gal·li, fosfur d'indi) i poden brillar en una varietat de colors, tot i que originàriament es limitaven només al vermell. Hi ha moltes novetats que estan canviant la manera com funcionen i es produeixen les pantalles, com a exemple l'OLED.
Fotodiode. S'utilitza per detectar llum. Quan un fotó toca una unió p-n, pot crear electrons i forats. Els fotodíodes solen funcionar en condicions de polarització inversa, on fins i tot els petits corrents generats per la llum es poden detectar fàcilment. Els fotodiodes es poden utilitzar per generar electricitat. De vegades s'utilitzen elements de tipus pin com a fotodetectors.
Díode pin. El nom de l'element electrònic descriu bé el dispositiu d'un díode semiconductor. Té regions estàndard de tipus p i n, però hi ha una regió interna sense impureses entre elles. Té l'efecte d'augmentar l'àrea de la regió d'esgotament, que pot ser útil per a la commutació, així com en fotodíodes, etc.
La unió p-n estàndard es pot considerar normalo el tipus estàndard de díode que s'utilitza actualment. Es poden utilitzar en RF o altres aplicacions de baixa tensió, així com rectificadors d' alta tensió i alta potència.
Díodes Schottky. Tenen una caiguda de tensió directa més baixa que els semiconductors de silici de tipus p-n estàndard. A corrents baixes, pot ser de 0,15 a 0,4 V, i no de 0,6 V, com passa amb els díodes de silici. Per fer-ho, no es fan com és habitual: utilitzen un contacte metall-semiconductor. S'utilitzen àmpliament com a limitadors, rectificadors i en equips de ràdio.
Díode amb acumulació de càrrega. És un tipus de díode de microones utilitzat per generar i donar forma a polsos a freqüències molt altes. El seu funcionament es basa en una característica de disparament molt ràpid.
Díode làser. Es diferencia de l'emissió de llum normal perquè produeix una llum coherent. Els díodes làser s'utilitzen en molts dispositius, des de unitats de DVD i CD fins a punters làser. Són molt més barats que altres tipus de làsers, però significativament més cars que els LED. Tenen una vida útil limitada.
Díode de túnel. Encara que avui dia no s'utilitza àmpliament, abans s'utilitzava en amplificadors, oscil·ladors i dispositius de commutació, circuits de temporització d'oscil·loscopis, quan era més eficient que altres elements.
Varactor o varicap. S'utilitza en molts dispositius de RF. Per a aquest díode, la polarització inversa canvia l'amplada de la capa d'esgotament en funció de la tensió aplicada. En aquesta configuracióactua com un condensador amb una regió d'esgotament que actua com a dielèctric aïllant i plaques formades per les regions conductores. S'utilitza en oscil·ladors controlats per tensió i filtres RF.
Díode Zener. És un tipus de díode molt útil ja que proporciona una tensió de referència estable. A causa d'això, el díode zener s'utilitza en grans quantitats. Funciona en condicions de polarització inversa i es trenca quan s'arriba a una certa diferència de potencial. Si el corrent està limitat per una resistència, això proporciona una tensió estable. Molt utilitzat per estabilitzar fonts d'alimentació. Hi ha dos tipus de descomposició inversa als díodes zener: descomposició Zener i ionització per impacte.
Així, diversos tipus de díodes semiconductors inclouen elements per a aplicacions de baixa potència i alta potència, que emeten i detecten llum, amb baixa caiguda de tensió directa i capacitat variable. A més d'això, hi ha una sèrie de varietats que s'utilitzen en tecnologia de microones.
