Діод

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.

Діод (рос. диод, англ. diode, нім. die Diode ) - електронний прилад з двома електродами, що пропускає електричний струм лише в одному напрямі. Застосовується у радіотехніці, електроніці, енергетиці та інших галузях переважно для випрямляння змінного електричного струму, детектування, перетворення та помноження частоти, а також для переключення електричних кіл.

Назву діод запропонував у 1919 році Вільям Генрі Еклз, утворивши її від грецької частки ді-, яка означає два та грец. ὅδος - шлях.

Зміст 1 Види діодів 2 Історія 3 Виготовлення 4 Вольт-амперна характеристика 5 Рівняння ідеального діода 6 Характеристики діодів 7 Використання 8 Дивись також 9 Література

[ред.] Види діодів

Найчастіше зустрічаються напівпровідникові діоди, проте лампові діоди теж мають свою сферу застосування.

Напівпровідниковий діод - використовує ректифікаційні властивості p-n переходу, тобто пропускання струму в одному напрямку і непропускання в іншому.

У ламповому діоді струм може проходити лише від катоду до аноду завдяки конструкції лампи, при якій лише в розжареному катоді відбувається термоелектронна емісія електронів. Лампові діоди широко використовувалися в радіотехніці впродовж XX-го століття, але в сучасну епоху за ними збереглися тільки окремі ніші - там де вимагається дуже висока потужність.

[ред.] Історія

У 1873 Фредерік Ґутрай відкрив принцип функціонування вакуумного діода. Підносячи розжарений метал до додатно зарядженого електроскопа, хоча й не торкаючись його, він зміг розрядити електроскоп, а з від'ємно зарядженим електроскопом такого не траплялося. Це відкриття незалежно повторив Томас Едісон у 1880 році. У часи цього відкриття було незрозуміло, як можна використати цей ефект, але Едісон на всякий випадок запатентував винайдений пристрій.

Через 20 років Джон Амброуз Флемінг збагнув, що ефект односторонньої провідності можна використати в радіо. Він запатентував свій винахід у 1904 році в Британії, а в 1905 році в США.

Принцип роботи напівпровідникового діода відкрив у 1874 році Карл Фердинанд Браун. Перший радіоприймач з використанням кристалічного діода сконструював Ґрінліф Віттіер Пікард. Свій винахід він запатентував у 1906 році.

[ред.] Виготовлення

Діоди виготовляють з кремнію, германію, селену, та інших напівпровідників.

Розглянемо способи утворення p-n переходу в діоді. Цей перехід не вдається одержати механічним з’єднанням напівпровідників, бо відстань між p і n областями має бути не більшою від міжатомних відстаней. Тому основними методами одержання p-n переходів є сплавлення і дифузія.

Розглянемо германієвий діод з n-електропровідністю. При високій температурі в нього вплавляють індій, внаслідок чого утворюється ділянка з р-електропровідністю. На межі цих ділянок утворюється p-n перехід. Щоб на p-n перехід менше впливала температура і освітлення, діод запаюють в герметичний корпус.

[ред.] Вольт-амперна характеристика

Вольт-амперна характеристика напівпровідникового діода схематично показана на рисунку (без збереження масштабу). Рисунок демонструє чотири режими роботи напівпровідникового діода на p-n-переході. При оберненій напрузі більшій за V_br наступає пробій - різке збільшення струму, яке використовується в роботі лавинних діодів та діодів Зенера. При оберненій напрузі, меншій від V_br існує тільки малий струм насичення, здебільшого порядку мікроамперів. При прикладенні напруги в прямому напрямку струм зростає експоненційно, залишаючись малим до напруги V_d, напруги включення діода. Ця напруга може бути різною, в залежності від типу діода й матеріалів, які в ньому використовуються - від 0,2 В для діодів Шоткі, до 4 В у блакитних світлодіодах.

Вольт-амперні характеристики деяких діодів, наприклад, діода Ганна і резонансного тунельного діода можуть містити ділянки з від'ємною диференціальною провідністю, тобто ділянки, на яких сила струму в діоді зменшується при збільшенні прикладеної напруги. Такі діоди зручні для використання в генераторах електричних коливань.

[ред.] Рівняння ідеального діода

Вольт-амперну характеристику ідеального діода, тобто діода, в якому не враховується можливість пробою та інші фактори, можна описати рівнянням Шоклі

,

де I - сила струму, I_S - сила струму насичення при зворотній напрузі, V_a - напруга (в прямому напрямку), k_B - стала Больцмана, T - температура.

Величину V_T = k_BT / e називають термальною напругою.

[ред.] Характеристики діодів

• I_s — струм насичення (тепловий струм);
• R_б — опір бази діода;
• R_а — активний опір;
• R_Д — диференційний опір;
• C_б — бар'єрна ємність;
• С_Д — дифузійна ємність
• R_{тп к} — тепловий опір перехід-корпус;
• К_в — коефіцієнт випростування;
• φ_к — контактна різниця потенціалів.

Допустимі зворотні напруги кремнієвих діодів - 1000-1500 В, а германієвих 100-400 В. Інтервал робочих температур кремнієвого діода є від –60 ^oC до +150 ^oC, а для германієвого від –60 ^oC до +85 ^oC. Тому зараз в основному використовують кремнієві діоди.

[ред.] Використання

Діоди широко використовуються у радіотехніці з різними цілями в залежності від своєї будови й характеристик.

Властивість діода проводити струм в одному напрямку застосовують у випрямлячах для перетворення змінного струму на постійний. Такі потреби виникають в більшості електронних схем, які працюють, використовуючи постійні джерела живлення, а передача електроенергії здійснюється через змінний струм.

Та ж властивітсь використовується при демодуляції амплітудно-модульованого радіосигналу, тобто виділення низькочастотної складової високочастотного сигналу.

Часто діоди застовуються для захисту електронних схем від надмірної напруги. Для цієї мети зазвичай використовують діоди, підключені в зворотньому напрямку. В нормальних умовах вони не проводять, а при збільшенні напруги понад напругу пробою, дозволяють шунтувати чутливі схеми, оберігаючи їх.

Разом із іншими електронними компонентами діоди можуть використовуватися для створення AND і OR логічних елементів.

Світлодіоди використовуються як джерела світла, а фотодіоди, як його індикатори.

Робота діодів чутлива до радіоактивних променів, що дозволяє використовувати їх у якості детекторів іонізуючого випромінювання, зокрема детекторів елементарних частинок. Одна така частинка має енергію в сотні тисяч і мільйони електронвольт. Проходячи через напівпровідник вона створює значну концентрацію носіїв заряду. Неосновні носії заряду легко проходять через p-n перехід діода, підключеного у зворотньому напрямку, створюючи струм, вимірюючи який можна оцінити характеристики частинки.

Постійне опромінення впливає на характеристики діода, а тому діоди можна використовувати не тільки для детектування частинок, а й для вимірювання доз опромінення. Для цієї мети особливо зручні PIN-діоди, в який p- та n- області розділені широкою ділянкою ізолятора (нелегованого напівпровідника). Завдяки ширині такої області радіаційні пошкодження детектувати легше.

Діоди використовуються також для вимірювання температури, оскільки падіння напруги на діоді при прямому підключенні залежить від температури.

Варікапи виконують роль керованої напругою ємності. Діоди з від'ємною вольт-амперною характеристикою є нелінійними елементами схем генераторів високочастотних коливань.

Інше використання діодів - у клавіатурі електронних музичних інструментів. Для зменшення кількості проводів ці інструменти часто використовують плати клавіатурних матриць. Контролер клавіатури сканує рядки й стовпчики, щоб визначити яку клавішу натиснув музикант. Виникає проблема в тому, що при одночасному натисненні на кілька клавіш струм може текти в зворотньому напрямку й викликати фантомні ноти. Щоб запобігти цьому клавітатурні матриці мають діод під кожною клавішею.

[ред.] Дивись також

• Електронно-дірковий перехід
• Світлодіод
• Органічний світлодіод
• Фотодіод
• Напівпровідниковий діод
• Тунельний діод
• Резонансний тунельний діод
• Діод Зенера
• Діод Ганна
• Лавинний діод
• PIN діод

[ред.] Література

• Мала гірнича енциклопедія: В 3-х т. / За ред. В. С. Білецького. — Донецьк: «Донбас», 2004. ISBN 966-7804-14-3
• УРЕС, т.1, Київ, Головна редакція Української Радянської Енциклопедії, 1986
• Васильєва Л.Д., Медведенко Б.І., Якименко Ю.І Напівпровідникові прилади. Підручник -К.: Кондор, 2008 - 396с. ISBN 978-966-622-103-9
• Радіонов С.В. Основи радіотехніки. – К., 1996.
• Яременко І.В. Радиотехника для всех. – М., 1994.
• Словник-довідник з радіотехніки. – К., 1991.
• M. Sze, Modern Semiconductor Device Physics, Wiley Interscience, ISBN 0-471-15237-4

Це незавершена стаття з електроніки. Ви можете допомогти проекту, виправивши або дописавши її.

Це незавершена стаття з фізики. Ви можете допомогти проекту, виправивши або дописавши її.