Характеристики диоды: характеристики, обозначение и маркировка диодов

Выпрямительные диоды малой, средней и большой и мощности, справочник

Приведены электрические характеристики выпрямительных диодов отечественного производства. Рассмотрены выпрямительные диоды малой, средней и большой мощности. Справочник по отечественным полупроводниковым диодам.

Используемые в таблицах сокращения:

• Uобр.макс. — максимально-допустимое постоянное обратное напряжение диода;
• Uобр.и.макс. — максимально-допустимое импульсное обратное напряжение диода;
• Iпр.макс. — максимальный средний прямой ток за период;
• Iпр.и.макс. — максимальный импульсный прямой ток за период;
• Iпрг. — ток перегрузки выпрямительного диода;
• fмакс. — максимально-допустимая частота переключения диода;
• fраб. — рабочая частота переключения диода;
• Uпр при Iпр — постоянное прямое напряжения диода при токе Iпр;
• Iобр. — постоянный обратный ток диода;
• Тк.макс. — максимально-допустимая температура корпуса диода;
• Тп.макс. — максимально-допустимая температура перехода диода.

Диоды малой мощности

Рис. 1. Выпрямительные отечественные диоды малой мощности.

В таблице приведены справочные данные по отечественными выпрямительным диодам малой мощности.

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ Параметры и характеристики

Диоды – полупроводники, которые пропускают ток в одном направлении. Выводы диода называют анодом А и катодом К. 

Если приложено положительное напряжение UAK > 0, то диод работает в прямом направлении. При отрицательном напряжении UAK < 0, диод заперт. Обратный ток всегда на несколько порядков меньше, чем прямой.

Режим работы диода определяется его вольт-амперной характеристикой (ВАХ) I = f(UAK). Типовая характеристика диода представлена на рис. 4.2. Прямой ток резко возрастает при малых положительных напряжениях UAK. Однако он не должен превышать определенного максимального значения Iмакс, так как иначе произойдет перегрев и диод выйдет из строя. Приближенно ход характеристики может быть описан значениями прямого напряжения UПР при токах порядка 0,1Iмакс. Для германия UПР находится в пределах от 0,2 по 0,4 В, для кремния от 0,5 до 0,8 В. Таким падением напряжения можно пренебречь, и тогда диод можно рассматривать как проводник, пропускающий ток только в одном направлении.

Для диодов общего назначения обратный ток очень мал и составляет нано- и микроамперы. Его, как правило, можно не принимать во внимание до тех пор, пока напряжение на диоде не достигнет напряжения пробоя. Для диодов общего назначения это напряжение составляет десятки и сотни вольт.  Обратный ток при напряжениях |UAK| > UОБР.макс возрастает до значений, соизмеримых с прямым током. Обычные диоды в этой области не могут работать, так как в них происходит локальный перегрев, приводящий к выходу диодов из строя. Все полупроводниковые приборы можно разделить на две группы: выпрямительные и специальные. Выпрямительные диоды, как следует из самого названия, предназначены для выпрямления переменного тока. В зависимости от частоты и формы переменного напряжения они делятся на высокочастотные, низкочастотные и импульсные. Специальные типы полупроводниковых диодов используют различные свойства p-n переходов: явление пробоя, барьерную емкость, наличие участков с отрицательным сопротивлением и др.

Рис.4.2. ВАХ диода 

Выпрямительные диоды обычно характеризуют набором статических и динамических параметров. К статическим параметрам диода относятся:

• падение напряжения UПРна диоде при некотором значении прямого тока;
• обратный ток IОБР при некотором значении обратного напряжения;
• среднее значение прямого тока IПР.СР.;
• максимальное значение обратного напряжения UОБР.

        К динамическим параметрам диода относятся его временные или частотные характеристики. К таким параметрам относятся:

• время восстановленияtВОС обратного напряжения;
• время нарастания прямого тока IНАР;
• предельная частота без снижения режимов диода fмакс.

 Статические параметры можно установить по вольт-амперной характеристике диода. Время обратного восстановления диода tВОСявляется основным параметром выпрямительных диодов, характеризующим их инерционные свойства. Переключение диода из проводящего состояния в закрытое происходит не мгновенно, так как при этом p-n переход должен освободиться от накопленного заряда. Эффект накопления заряда можно пояснить на примере простого выпрямителя. В качестве входного напряжения используется напряжение прямоугольной формы. Когда входное напряжение UВХположительно, диод открывается и выходное напряжение равно прямому напряжению на диоде. Когда UВХотрицательно, диод закрывается и IД = IОБР. Из рис.4.3 видно, что это происходит по истечении времени восстановления tВОС, которое тем больше, чем больше прямой ток p-n перехода. По существу, происходит рассасывание зарядов на границе p-n перехода (т.е. разряд эквивалентной емкости). 

Рис. 4.3. Импульсный режим работы диода 

Обычно значение времени накопления для маломощных диодов составляет 10 – 100 нс. Для мощных диодов эта величина находится в диапазоне микросекунд. Период колебаний входного напряжения должен быть больше времени накопления, в противном случае теряются выпрямительные свойства диода.

Технические характеристики выпрямительных диодов высокой и средней мощности

Выпрямительные диоды предназначены для преобразования переменного тока в постоянный.

Обычно к быстродействию, ёмкости p-n перехода и стабильности параметров данного типа диодов специальных
требований не предъявляется.

Частотный диапазон выпрямительных диодов невелик, предельная частота в большинстве случаев не превышает 20 кГц.

Среди выпрямительных диодов следует особо выделить диоды Шоттки, создаваемые на базе контакта металл-полупроводник и отличающиеся более
высокой рабочей частотой (для 1 МГц и более), низким прямым падением напряжения (менее 0,6 В).

Мощность выпрямительных диодов определяется максимально допустимым прямым током.

В соответствии с этой характеристикой принята следующая классификация:

— Слаботочные выпрямительные диоды, они используются в цепях с током не более 0,3 А.

Такие устройства, как правило, выполнены в пластмассовом корпусе и имеют малый вес и небольшие габариты.

— Устройства, рассчитанные на среднюю мощность, могут работать с током в диапазоне 0,3-10 А.

Такие элементы, в большинстве своём, изготавливаются корпусе из металла и снабжены жёсткими выводами.

— Силовые полупроводниковые элементы, рассчитанные на прямой ток свыше 10 А.

Производятся такие устройства в металлокерамических или металлостеклянных корпусах штыревого или таблеточного типа.

Условные обозначения электрических параметров, характеризующих свойства

выпрямительных полупроводниковых диодов средней мощности:

Принцип работы диодов для чайников

Диод является одной из разновидностей приборов, сконструированных на полупроводниковой основе. Обладает одним p-n переходом, а также анодным и катодным выводом. В большинстве случаев он предназначен для модуляции, выпрямления, преобразования и иных действий с поступающими электрическими сигналами.

Принцип работы:

1. Электрический ток воздействует на катод, подогреватель начинает накаливаться, а электрод испускать электроны.
2. Между двумя электродами происходит образование электрического поля.
3. Если анод обладает положительным потенциалом, то он начинает притягивать электроны к себе, а возникшее поле является катализатором данного процесса. При этом, происходит образование эмиссионного тока.
4. Между электродами происходит образование пространственного отрицательного заряда, способного помешать движению электронов. Это происходит, если потенциал анода оказывается слишком слабым. В таком случае, частям электронов не удается преодолеть воздействие отрицательного заряда, и они начинают двигаться в обратном направлении, снова возвращаясь к катоду.
5. Все электроны, которые достигли анода и не вернулись к катоду, определяют параметры катодного тока. Поэтому данный показатель напрямую зависит от положительного анодного потенциала.
6. Поток всех электронов, которые смогли попасть на анод, имеет название анодный ток, показатели которого в диоде всегда соответствуют параметрам катодного тока. Иногда оба показателя могут быть нулевыми, это происходит в ситуациях, когда анод обладает отрицательным зарядом. В таком случае, возникшее между электродами поле не ускоряет частицы, а, наоборот, тормозит их и возвращает на катод. Диод в таком случае остается в запертом состоянии, что приводит к размыканию цепи.

Устройство

Ниже приводится подробное описание устройства диода, изучение этих сведений необходимо для дальнейшего понимания принципов действия этих элементов:

1. Корпус представляет собой вакуумный баллон, который может быть изготовлен из стекла, металла или прочных керамических разновидностей материала.
2. Внутри баллона имеется 2 электрода. Первый является накаленным катодом, который предназначен для обеспечения процесса эмиссии электронов. Самый простейший по конструкции катод представляет собой нить с небольшим диаметром, которая накаливается в процессе функционирования, но на сегодняшний день более распространены электроды косвенного накала. Они представляют собой цилиндры, изготовленные из металла, и обладающие особым активным слоем, способным испускать электроны.
3. Внутри катода косвенного накала имеется специфический элемент – проволока, которая накаливается под воздействием электрического тока, она называется подогреватель.
4. Второй электрод является анодом, он необходим для приема электронов, которые были выпущены катодом. Для этого он должен обладать положительным относительно второго электрода потенциалом. В большинстве случаев анод также имеет цилиндрическую форму.
5. Оба электрода вакуумных приборов полностью идентичны эмиттеру и базе полупроводниковой разновидности элементов.
6. Для изготовления диодного кристалла чаще всего используется кремний или германий. Одна из его частей является электропроводимой по p-типу и имеет недостаток электронов, который образован искусственным методом. Противоположная сторона кристалла также имеет проводимость, но n-типа и обладает избытком электронов. Между двумя областями имеется граница, которая и называется p-n переходом.

Такие особенности внутреннего устройства наделяют диоды их главным свойством – возможностью проведения электрического тока только в одном направлении.

Назначение

Ниже приводятся основные области применения диодов, на примере которых становится понятно их основное назначение:

1. Диодные мосты представляют собой 4, 6 или 12 диодов, соединенных между собой, их количество зависит от типа схемы, которая может быть однофазной, трехфазной полумостовой или трехфазной полномостовой. Они выполняют функции выпрямителей, такой вариант чаще всего используется в автомобильных генераторах, поскольку внедрение подобных мостов, а также использование вместе с ними щеточно-коллекторных узлов, позволило в значительной степени сократить размеры данного устройства и увеличить степень его надежности. Если соединение выполнено последовательно и в одну сторону, то это повышает минимальные показатели напряжения, которое потребуется для отпирания всего диодного моста.
2. Диодные детекторы получаются при комбинированном использовании данных приборов с конденсаторами. Это необходимо для того, чтобы было можно выделить модуляцию с низкими частотами из различных модулированных сигналов, в том числе амплитудно-модулированной разновидности радиосигнала. Такие детекторы являются частью конструкции многих бытовых потребителей, например, телевизоров или радиоприемников.
3. Обеспечение защиты потребителей от неверной полярности при включении схемных входов от возникающих перегрузок или ключей от пробоя электродвижущей силой, возникающей при самоиндукции, которая происходит при отключении индуктивной нагрузки. Для обеспечения безопасности схем от возникающих перегрузок, применяется цепочка, состоящая из нескольких диодов, имеющих подключение к питающим шинам в обратном направлении. При этом, вход, которому обеспечивается защита, должен подключаться к середине этой цепочки. Во время обычного функционирования схемы, все диоды находятся в закрытом состоянии, но если ими было зафиксировано, что потенциал входа ушел за допустимые пределы напряжения, происходит активация одного из защитных элементов. Благодаря этому, данный допустимый потенциал получает ограничение в рамках допустимого питающего напряжения в сумме с прямым падением показателей напряжение на защитном приборе.
4. Переключатели, созданные на основе диодов, используются для осуществления коммутации сигналов с высокими частотами. Управление такой системой осуществляется при помощи постоянного электрического тока, разделения высоких частот и подачи управляющего сигнала, которое происходит благодаря индуктивности и конденсаторам.
5. Создание диодной искрозащиты. Используются шунт-диодные барьеры, которые обеспечивают безопасность путем ограничения напряжения в соответствующей электрической цепи. В совокупности с ними применяются токоограничительные резисторы, которые необходимы для ограничения показателей электрического тока, проходящего через сеть, и увеличения степени защиты.

Использование диодов в электронике на сегодняшний день весьма широко, поскольку фактически ни одна современная разновидность электронного оборудования не обходится без этих элементов.

Прямое включение диода

На p-n-переход диода может оказывать воздействие напряжение, подаваемое с внешних источников. Такие показатели, как величина и полярность, будут сказываться на его поведении и проводимом через него электрическом токе.

Ниже подробно рассмотрен вариант, при котором происходит подключение плюса к области p-типа, а отрицательного полюса к области n-типа. В этом случае произойдет прямое включение:

1. Под воздействием напряжения от внешнего источника, в p-n-переходе сформируется электрическое поле, при этом его направление будет противоположным относительно внутреннего диффузионного поля.
2. Напряжение поля значительно снизится, что вызовет резкое сужение запирающего слоя.
3. Под воздействием этих процессов значительное количество электронов обретет возможность свободно переходить из p-области в n-область, а также в обратном направлении.
4. Показатели тока дрейфа во время этого процесса остаются прежними, поскольку они напрямую зависят только от числа неосновных заряженных носителей, находящихся в области p-n-перехода.
5. Электроны обладают повышенным уровнем диффузии, что приводит к инжекции неосновных носителей. Иными словами, в n-области произойдет повышение количества дырок, а в p-области будет зафиксирована повышенная концентрация электронов.
6. Отсутствие равновесия и повышенное число неосновных носителей заставляет их уходить вглубь полупроводника и смешиваться с его структурой, что в итоге приводит к разрушению его свойств электронейтральности.
7. Полупроводник при этом способен восстановить свое нейтральное состояние, это происходит благодаря получению зарядов от подключенного внешнего источника, что способствует появлению прямого тока во внешней электрической цепи.

Обратное включение диода

Теперь будет рассмотрен другой способ включения, во время которого изменяется полярность внешнего источника, от которого происходит передача напряжения:

1. Главное отличие от прямого включения заключается в том, что создаваемое электрическое поле будет обладать направлением, полностью совпадающим с направлением внутреннего диффузионного поля. Соответственно, запирающий слой будет уже не сужаться, а, наоборот, расширяться.
2. Поле, находящееся в p-n-переходе, будет оказывать ускоряющий эффект на целый ряд неосновных носителей заряда, по этой причине, показатели дрейфового тока останутся без изменений. Он будет определять параметры результирующего тока, который проходит через p-n-переход.
3. По мере роста обратного напряжения, электрический ток, протекающий через переход, будет стремиться достичь максимальных показателей. Он имеет специальное название – ток насыщения.
4. В соответствии с экспоненциальным законом, с постепенным увеличением температуры будут увеличиваться и показатели тока насыщения.

Прямое и обратное напряжение

Напряжение, которое оказывает воздействие на диод, разделяют по двум критериям:

1. Прямое напряжение – это то, при котором происходит открытие диода и начинается прохождение через него прямого тока, при этом показатели сопротивления прибора являются крайне низкими.
2. Обратное напряжение – это то, которое обладает обратной полярностью и обеспечивает закрытие диода с прохождением через него обратного тока. Показатели сопротивления прибора при этом начинают резко и значительно расти.

Сопротивление p-n-перехода является постоянно меняющимся показателем, в первую очередь на него оказывает влияние прямое напряжение, подающееся непосредственно на диод. Если напряжение увеличивается, то показатели сопротивления перехода будут пропорционально уменьшаться.

Это приводит к росту параметров прямого тока, проходящего через диод. Когда данный прибор закрыт, то на него воздействует фактически все напряжение, по этой причине показатели проходящего через диод обратного тока являются незначительными, а сопротивление перехода при этом достигает пиковых параметров.

Работа диода и его вольт-амперная характеристика

Под вольт-амперной характеристикой данных приборов понимается кривая линия, которая показывает то, в какой зависимости находится электрический ток, протекающий через p-n-переход, от объемов и полярности напряжения, воздействующего на него.

Подобный график можно описать следующим образом:

1. Ось, расположенная по вертикали: верхняя область соответствует значениям прямого тока, нижняя область параметрам обратного тока.
2. Ось, расположенная по горизонтали: область, находящаяся справа, предназначена для значений прямого напряжения; область слева для параметров обратного напряжения.
3. Прямая ветвь вольт-амперной характеристики отражает пропускной электрический ток через диод. Она направлена вверх и проходит в непосредственной близости от вертикальной оси, поскольку отображает увеличение прямого электрического тока, которое происходит при увеличении соответствующего напряжения.
4. Вторая (обратная) ветвь соответствует и отображает состояние закрытого электрического тока, который также проходит через прибор. Положение у нее такое, что она проходит фактически параллельно относительно горизонтальной оси. Чем круче эта ветвь подходит к вертикали, тем выше выпрямительные возможности конкретного диода.
5. По графику можно наблюдать, что после роста прямого напряжения, протекающего через p-n-переход, происходит медленное увеличение показателей электрического тока. Однако постепенно, кривая достигает области, в которой заметен скачок, после которого происходит ускоренное нарастание его показателей. Это объясняется открытием диода и проведением тока при прямом напряжении. Для приборов, изготовленных из германия, это происходит при напряжении равном от 0,1В до 0,2В (максимальное значение 1В), а для кремниевых элементов требуется более высокий показатель от 0,5В до 0,6В (максимальное значение 1,5В).
6. Показанное увеличение показателей тока может привести к перегреву полупроводниковых молекул. Если отведение тепла, происходящее благодаря естественным процессам и работе радиаторов, будет меньше уровня его выделения, то структура молекул может быть разрушена, и этот процесс будет иметь уже необратимый характер. По этой причине, необходимо ограничивать параметры прямого тока, чтобы не допустить перегрева полупроводникового материала. Для этого, в схему добавляются специальные резисторы, имеющие последовательное подключение с диодами.
7. Исследуя обратную ветвь можно заметить, что если начинает увеличиваться обратное напряжение, которое приложено к p-n-переходу, то фактически незаметен рост параметров тока. Однако в случаях, когда напряжение достигает параметров, превосходящих допустимые нормы, может произойти внезапный скачок показателей обратного тока, что перегреет полупроводник и будет способствовать последующему пробою p-n-перехода.

Основные неисправности диодов

Иногда приборы подобного типа выходят из строя, это может происходить из-за естественной амортизации и старения данных элементов или по иным причинам.

Всего выделяют 3 основных типа распространенных неисправностей:

1. Пробой перехода приводит к тому, что диод вместо полупроводникового прибора становится по своей сути самым обычным проводником. В таком состоянии он лишается своих основных свойств и начинает пропускать электрический ток в абсолютно любом направлении. Подобная поломка легко выявляется при помощи стандартного мультиметра, который начинает подавать звуковой сигнал и показывать низкий уровень сопротивления в диоде.
2. При обрыве происходит обратный процесс – прибор вообще перестает пропускать электрический ток в каком-либо направлении, то есть он становится по своей сути изолятором. Для точности определения обрыва, необходимо использовать тестеры с качественными и исправными щупами, в противном случае, они могут иногда ложно диагностировать данную неисправность. У сплавных полупроводниковых разновидностей такая поломка встречается крайне редко.
3. Утечка, во время которой нарушается герметичность корпуса прибора, вследствие чего он не может исправно функционировать.

Пробой p-n-перехода

Подобные пробои происходят в ситуациях, когда показатели обратного электрического тока начинают внезапно и резко расти, происходит это из-за того, что напряжение соответствующего типа достигает недопустимых высоких значений.

Обычно различается несколько видов:

1. Тепловые пробои, которые вызваны резким повышением температуры и последующим перегревом.
2. Электрические пробои, возникающие под воздействием тока на переход.

График вольт-амперной характеристики позволяет наглядно изучать эти процессы и разницу между ними.

Электрический пробой

Последствия, вызываемые электрическими пробоями, не носят необратимого характера, поскольку при них не происходит разрушение самого кристалла. Поэтому при постепенном понижении напряжения можно восстановить всей свойства и рабочие параметры диода.

При этом, пробои такого типа делятся на две разновидности:

1. Туннельные пробои происходят при прохождении высокого напряжения через узкие переходы, что дает возможность отдельно взятым электронам проскочить через него. Обычно они возникают, если в полупроводниковых молекулах имеется большое количество разных примесей. Во время такого пробоя, обратный ток начинает резко и стремительно расти, а соответствующее напряжение находится на низком уровне.
2. Лавинные разновидности пробоев возможны благодаря воздействию сильных полей, способных разогнать носителей заряда до предельного уровня из-за чего они вышибают из атомов ряд валентных электронов, которые после этого вылетают в проводимую область. Это явление носит лавинообразный характер, благодаря чему данный вид пробоев и получил такое название.

Тепловой пробой

Возникновение такого пробоя может произойти по двум основным причинам: недостаточный теплоотвод и перегрев p-n-перехода, который происходит из-за протекания через него электрического тока со слишком высокими показателями.

Повышение температурного режима в переходе и соседних областях вызывает следующие последствия:

1. Рост колебания атомов, входящих в состав кристалла.
2. Попадание электронов в проводимую зону.
3. Резкое повышение температуры.
4. Разрушение и деформация структуры кристалла.
5. Полный выход из строя и поломка всего радиокомпонента.

Статья была полезна?

0,00 (оценок: 0)

Виды диодов, характеристики, применение

Официальное определение диода гласит, что это элемент, который имеет различную проводимость, в зависимости от того, в каком направлении течёт электрический ток. Его использование необходимо в цепях, нуждающихся в ограничении пути его следования. Данная статья более подробно расскажет об устройстве диода, а также о том, какие существуют виды и как их различать.

История появления

Работы, связанные с диодами, начали вести параллельно сразу два учёных — британец Фредерик Гутри и немец Карл Браун. Открытия первого были основаны на ламповых диодах, второго — на твердотельных. Однако развитие науки того времени не позволило совершить большой рывок в этом направлении, но дали новую пищу для ума.

Затем через несколько лет открытие диодов заново произвёл Томас Эдисон и в дальнейшем запатентовал изобретение. Однако по каким-то причинам, в своих работах применения ему на нашлось. Поэтому развитие диодной технологии продолжали другие учёные в разные годы.

Кстати, до начала 20 века диоды назывались выпрямителями. Затем учёный Вильям Генри Иклс применил два корня слов — di и odos. Первое с греческого переводится как «два», второе — «путь». Таким образом, слово «диод» означает «два пути».

Принцип работы и основные сведения о диодах

Диод имеет два электрода — анод и катод. Если анод обладает положительным потенциалом по отношению к катоду, то диод становится открытым. То есть, ток проходит и имеет малое сопротивление диода.

Если же на катоде находится положительный потенциал, то значит диод не раскрыт, обладает большим сопротивлением и не пропускает электрический ток.

Как устроен диод?

В основном, корпус элемента изготовлен из стекла, металла или керамических соединений. Под покрытием расположены два электрода. Самый простой диод содержит в себе нить малого диаметра.

Внутри катода может находится особая проволока. Она обладает свойством нагреваться под воздействием электрического тока и называется «подогреватель».

Вещества, используемые при изготовлении, чаще всего кремний или германий. Одна сторона элемента обладает нехваткой электронов, вторая — наоборот их переизбытком. Между ними существует граница, которая и обеспечивает p-n переход. Именно он позволяет проводить ток в нужном направлении.

Характеристики диодов

При выборе элемента в основном ориентируются на два показателя — предельное обратное напряжение и максимальная сила тока.

Использование диодов в быту

Один из ярких примеров использования диодов — автомобильный генератор. В нем размещён комплекс из нескольких таких элементов, который называется «диодный мост».

Также элементы активно применяются в телевизорах или радиоприёмниках. В соединении с конденсаторами диоды могут выделять частоты из разнообразных модулированных сигналов.

Очень часто комплекс из диодов используется в схемах для защиты потребителей от поражения электрическим током.

Также стоит сказать о том, что любой блок питания многих электронных устройств обязательно содержит диоды.

Виды диодов

В основном, элементы можно разделить на две группы. Первая — вид полупроводниковых диодов, вторая — не полупроводниковые.

Широкое распространение получила именно первая группа. Название происходит от материалов, из которых изготовлен диод: два полупроводника либо полупроводник с металлом.

Также имеется целый ряд специальных видов диодов, которые применяются в особых схемах и приборах.

Диод Зенера или стабилитрон

Данный вид характерен тем, что при возникновении пробоя происходит резкое увеличение тока с высокой точностью. Эту особенность применяют в стабилизации напряжения.

Туннельный

Если говорить простыми словами, то данный вид диодов образует отрицательное сопротивление на вольт-амперной характеристике. Применяется в основном в усилителях и генераторах.

Обращённый диод

Обладает свойством значительно понижать напряжение в открытом режиме. Это также основано на туннельном эффекте, подобному предыдущему диоду.

Варикап

Относится к виду диодов полупроводниковых, которые обладают повышенной ёмкостью, управляемой электрически в случае изменения обратного напряжения. Используется в настройке и калибровке колебательных контуров.

Светодиод

Особенность данного типа диодов заключается в том, что он излучает свет при течении тока в прямом направлении. В современном мире применяется практически везде, где требуется освещение с экономичным источником света.

Фотодиод

Имеет обратные предыдущему экземпляру свойства. То есть, начинает вырабатывать электрический заряд при попадании на него света.

Маркировка

Для того чтобы определить вид, узнать характеристику полупроводникового диода, производители наносят специальные обозначения на корпус элемента. Она состоит из четырёх частей.

На первом месте — буква или цифра, означающая материал, из которого изготовлен диод. Может принимать следующие значения:

• Г (1) — германий;
• К (2) — кремний;
• А (3) — арсенид галлия;
• И (4) — индий.

На втором — типы диода. Они тоже могут иметь разное значение:

• Д — выпрямительные;
• В — варикап;
• А — сверхвысокочастотные;
• И — туннельные;
• С — стабилитроны;
• Ц — выпрямительные столбы и блоки.

На третьем месте располагается цифра, указывающая на область применения элемента.

Четвёртое место — числа от 01 до 99, означающее порядковый номер разработки.

Также на корпус могут быть нанесены и дополнительные обозначения. Но, как правило, они используются в специализированных приборах и схемах.

Для удобства восприятия диоды могут маркироваться также и разнообразными графическими символами, например, точками и полосками. Особой логики в таких рисунках нет. То есть, чтобы определить, что это за диод, придется заглянуть в специальную таблицу соответствия.

Триоды

Данный вид электронных элементов чем-то схож с диодом, однако выполняет другие функции и имеет свою конструкцию.

Основное различие между диодом и триодом в том, что последний имеет три вывода и в его отношении чаще используется название «транзистор». Принцип работы основан на управлении токами в выходных цепях с помощью небольшого сигнала.

Диоды и триоды (транзисторы) применяются практически в каждом электронном устройстве. В том числе и процессорах.

Плюсы и минусы

Перед заключением можно обобщить всю информацию о диодах и составить список их преимуществ и недостатков.

Плюсы:

• Невысокая цена диодов.
• Отличный КПД.
• Высокий ресурс работы.
• Маленькие размеры, что позволяет удобно их размещать на схемах.
• Возможность использования диода в переменном токе.

Из минусов, пожалуй, можно выделить то, что не существует полупроводникового типа для высоких напряжений в несколько киловольт. Поэтому придется применять более старые ламповые аналоги. Также воздействие высоких температур неблагоприятно сказывается на работе и состоянии элемента.

Немного интересных сведений о диодах

Первые экземпляры выпускались с применением малой точности. Поэтому разброс получившихся характеристик диодов был очень большим, вследствие чего уже готовые приборы приходилось, что называется, «разбраковывать». То есть, некоторые диоды, казалось бы, одной серии могли получить совершенно разные свойства. После отсева, элементы маркировались в соответствии с фактическими характеристиками.

Диоды, изготовленные в стеклянном корпусе, имеют одну интересную особенность — чувствительность к свету. То есть если прибор, в составе которого имеется такой элемент, имеет открывающуюся крышку, то работать вся схема может по-разному в закрытом и открытом состоянии.

Заключение

В общем, чтобы полностью понять и разобраться, как правильно применять и где использовать диоды, нужны изучить больше литературы. Для определения типа элемента на глазок потребуется соответствующий опыт. Ну а новичкам в этом могут помочь таблицы и справочники по маркировкам.

Также необходимо иметь хотя бы базовые представления об электрическом токе, его свойствах. Конечно, это все проходилось в школе, но кто сейчас навскидку сможет вспомнить даже закон Ома?

Поэтому без базовых знаний нырять в мир электроники будет очень проблематично.

Основные характеристики и параметры диодов

1. Полупроводниковые
   диоды, их параметры и характеристики.
   Область применения диодов.

Полупроводниковый
диод — полупроводниковый
прибор с
одним электрическим переходом и двумя
выводами (электродами).
В отличие от других типов диодов,
принцип действия полупроводникового
диода основывается на явлении p-n-перехода.

Плоскостные p-n-переходы
для полупроводниковых диодов получают
методом сплавления, диффузии и эпитаксии.

• Вольт-амперная
  характеристика

• Максимально
  допустимое постоянное обратное
  напряжение

• Максимально
  допустимое импульсное обратное
  напряжение

• Максимально
  допустимый постоянный прямой ток

• Максимально
  допустимый импульсный прямой ток

• Номинальный
  постоянный прямой ток

• Прямое
  постоянное напряжение на диоде при
  номинальном токе (т. н. «падение
  напряжения»)

• Постоянный
  обратный ток, указывается при максимально
  допустимом обратном напряжении

• Диапазон
  рабочих частот

• Ёмкость

• Пробивное
  напряжение (для защитных диодов и
  стабилитронов)

• Тепловое
  сопротивление корпуса при различных
  вариантах монтажа

• Максимально
  допустимая мощность рассеивания

Вольт-ампе́рная
характери́стика (ВАХ) —
зависимость тока через двухполюсник от напряжения на
этом двухполюснике. Описывает поведение
двухполюсника на постоянном
токе.
А также функция
выражающая (описывающая) эту зависимость.
А также — график этой
функции. Чаще всего рассматривают ВАХ
нелинейных элементов (степень нелинейности
определяется коэффициентом нелинейности ),
поскольку для линейных элементов
ВАХ представляет собой прямую линию
(описывающуюся законом
Ома)
и не представляет особого интереса.

Характерные
примеры элементов, обладающих существенно
нелинейной ВАХ: диод, тиристор,
стабилитрон.

Для
трёхполюсных элементо в (таких,
как транзистор, тиристор или ламповый
триод)
часто строят семейства кривых, являющимися
ВАХ для двухполюсника при так или иначе
заданных параметрах на третьем выводе элемента.

Необходимо
отметить, что в реальной схеме, особенно
работающей с относительно высокими
частотами (близкими к границам рабочего
частотного диапазона) для данного
устройства реальная зависимость
напряжения от времени может пробегать
по траекториям, весьма далёким от
«идеальной» ВАХ. Чаще всего это связано
с ёмкостью или другими инерционными
свойствами элемента.

Диодные выпрямители

Диоды
широко используются для преобразования
переменного тока в постоянный (точнее,
в однонаправленный пульсирующий). Диодный
выпрямитель или диодный
мост (То
есть 4 диода для однофазной схемы, 6 для
трёхфазной полумостовой схемы или 12
для трёхфазной полномостовой
схемы, соединённых между собой по
схеме) — основной компонент блоков
питания практически всех электронных
устройств. Диодный трёхфазный
выпрямитель по
схеме А.
Н. Ларионова на
трёх параллельных полумостах применяется
в автомобильных генераторах,
он преобразует переменный трёхфазный
ток генератора в постоянный ток бортовой
сети автомобиля. Применение генератора
переменного тока в сочетании с диодным
выпрямителем вместо генератора
постоянного тока с щёточно-коллекторным
узлом позволило
значительно уменьшить размеры
автомобильного генератора и повысить
его надёжность.

В
некоторых выпрямительных устройствах
до сих пор применяются селеновые выпрямители.
Это вызвано той особенностью данных
выпрямителей, что при превышении
предельно допустимого тока, происходит
выгорание селена (участками), не приводящее
(до определенной степени) ни к потере
выпрямительных свойств, ни к короткому
замыканию — пробою.

В
высоковольтных выпрямителях применяются
селеновые высоковольтные столбы из
множества последовательно соединённых
селеновых выпрямителей и кремниевые
высоковольтные столбы из множества
последовательно соединённых кремниевых
диодов.

Если
соединено последовательно и согласно
(в одну сторону) несколько диодов,
пороговое напряжение, необходимое для
отпирания всех диодов, увеличивается.

2. Тиристоры,
   их параметры и характеристики. Область
   применения.

Тири́стор — полупроводниковый
прибор,
выполненный на основе
монокристалла полупроводника с
тремя или более p-n-переходами и
имеющий два устойчивых состояния:
закрытое состояние, то есть состояние
низкой проводимости, и открытое состояние,
то есть состояние высокой проводимости.

Тиристор
можно рассматривать как электронный
выключатель (ключ). Основное применение
тиристоров — управление мощной
нагрузкой с помощью слабых сигналов, а
также переключающие устройства.
Существуют различные виды тиристоров,
которые подразделяются, главным образом,
по способу управления и по проводимости.
Различие по проводимости означает, что
бывают тиристоры, проводящие ток в одном
направлении (например тринистор,
изображённый на рисунке) и в двух
направлениях (например, симисторы,
симметричные динисторы).

Тиристор
имеет нелинейную вольт-амперную
характеристику (ВАХ)
с участком отрицательного
дифференциального сопротивления.
По сравнению, например, с транзисторными
ключами, управление тиристором имеет
некоторые особенности. Переход тиристора
из одного состояния в другое в электрической
цепи происходит скачком (лавинообразно)
и осуществляется внешним воздействием
на прибор: либо напряжением (током), либо
светом (для фототиристора). После перехода
тиристора в открытое состояние он
остаётся в этом состоянии даже после
прекращения управляющего сигнала, если
протекающий через тиристор ток превышает
некоторую величину, называемую током
удержания.

Какие характеристики диодов действительно имеют смысл?

Несмотря на свою простоту, некоторые технические характеристики современных диодов могут вызвать вопросы у неопытных разработчиков. Дело в том, что некоторые модели диодов были созданы 30 — 50 лет назад. Тогда же для них создавалась и сопутствующая документация. По этой причине в отрасли все еще используют многие устаревшие характеристики и определения, даже если речь касается новых моделей диодов. Старая документация создавалась с прицелом на оптимизацию серийного производства и минимизацию брака. В ней не учитывалась стратегия нулевых дефектов. Очевидно, что разница между этими подходами значительна.

В этой статье мы обсудим наиболее важные параметры, которые должны учитывать разработчики при выборе диодов. Мы также объясним, каким образом производители тестируют диоды и определяют их характеристики. В свою очередь, эти знания помогут разработчикам правильно оценивать характеристики, приведенные в документации.

Мы обсудим наиболее важные предельно допустимые параметры, такие как импульсный ток и напряжение пробоя, а также связанные с ними характеристики, например, I2t и ΔVf. Мы также рассмотрим максимальную температуру перехода и другие технические характеристики, которые требуются для оценки допустимого нагрева в различных приложениях, включая факторы, влияющие на тепловое сопротивление, а также уменьшение допустимого тока при разогреве (дирейтинг).

В статье будут предложены способы оценки надежности компонентов, а также будут обсуждаться другие параметры, в частности, ток утечки и значения Cpk. В настоящей статье обсуждаются только стандартные кремниевые диоды и мостовые выпрямители. Аналогичный обзор параметров для диодов Шоттки будет выполнен в следующей статье.

Предельно допустимые характеристики

На самом деле у диодов есть только две предельно допустимых характеристики: максимальный импульсный ток Ifsm и напряжение пробоя Vrrm. Превышение допустимых токов и напряжений может привести к катастрофическому отказу компонента. Существует несколько механизмов пробоя диодов. Чтобы определить конкретный механизм пробоя, используют растровые электронные микроскопы (SEM). Катастрофические отказы можно воспроизвести при испытаниях.

Уровень напряжения пробоя диодов Vrrm в обязательном порядке проверяют на производстве. Более того, такая проверка выполняется неоднократно, чтобы гарантировать нулевой уровень брака. В результате, разработчики могут не сомневаться в этом параметре и использовать его в расчетах. С другой стороны, проблемы могут возникнуть из-за превышения Vrrm. Большинство стандартных диодов имеют много различных исполнений с рабочими напряжениями от 100 В до 1000 В, однако для производства каждого из них используют один и тот же тип кристалла (или два типа кристаллов). Дело в том, что при массовом производстве неизбежны отклонения. Это и объясняет различия в значениях напряжения пробоя.

Устройства, в которых диод сталкивается с превышением рейтинга напряжения Vrrm, могут без отказов отработать в лабораторных условиях и в прототипах. Однако при крупносерийном производстве подобных изделий поставщику вряд ли удастся обеспечить нулевой уровень отказов. Как правило, диоды не предназначены для работы в режиме лавинообразного пробоя (если об этом напрямую не сказано в документации).

Превышение Vrrm не рекомендуется, так как лавинный ток обычно происходит по поверхности кристалла, а не в его объеме. Разумеется, если производитель определяет стойкость диода к лавинному пробою, то это очень хорошо и является признаком надежности компонента. Однако к этому нужно относиться очень осторожно, так как условия испытаний, используемые производителем, могут существенно отличаться от параметров конкретной схемы. Очень часто в документации приводят параметры устойчивости диодов к одиночным выбросам напряжения, в то время как для реальных схем, как правило, характерны повторяющиеся импульсы перенапряжений.

Импульсный ток Ifsm не тестируется при серийном производстве, но гарантируется конструкцией самого диода. Длительность импульсов тока в большинстве AC/DC-преобразователей не превышает 1,5 мс. Переходное тепловое сопротивление является ключевым параметром, который определяет надежность работы диода. Устойчивость диода к импульсам тока длительностью 1,5 мс определяется размером кристалла и качеством его разварки. Качество разварки в свою очередь очень сильно зависит от качества паяных соединений и способности производителя минимизировать количество пустот в объеме припоя.

Обычно в документации приводят значения Ifsm для импульса 8,3 мс или синусоидальной волны 10 мс и резистивной нагрузки, что соответствует работе линейного источника питания 50/60 Гц. Очевидно, что эти условия испытаний были разработаны еще в прошлом веке и являются устаревшими, так как современные источники питания в большинстве своем оказываются импульсными и обычно работают с емкостной нагрузкой. Для них длительность пускового тока существенно меньше, чем 10 мс.

Некоторые разработчики стараются использовать значения I2t, которые обычно приводят в документации. Однако здесь также легко ошибиться. Величина прямого падения напряжения Vf не является постоянной даже для больших токов, кроме того формы сигналов различаются. По этой причине I2t позволяет выполнять только ориентировочные расчеты. Таким образом, разработчику в любом случае потребуется проверять свои расчеты на прототипах.

Большинство производителей диодов контролируют значение ΔVf в ходе заключительной программы испытании. В ходе таких испытаний измеряется прямое падение напряжения на диоде (Vf) до и после воздействия короткого импульса тока. Хорошо известно, что для диодов значение Vf имеет отрицательный температурный коэффициент. Таки образом, по изменению ΔVf можно судить о тепловом сопротивлении компонента и при необходимости отбраковывать диоды с плохим качеством разварки кристалла.

Для того чтобы свести к нулю число отказов, необходимо обратиться к производителю и обсудить с ним некоторые аспекты производственных процессов и дирейтинг тока с учетом особенностей вашего конкретного приложения.

Температура перехода

Максимально допустимая температура перехода для диода (Tj) необходима для определения рейтинга тока, а также используется при проведении испытаний надежности и при оценке долгосрочной надежности с использованием уравнения Аррениуса.

Диоды – это устройства с сильной температурной зависимостью. Наиболее важное уравнение, используемое для теплового анализа работы диода, имеет вид:

T_j = T_a + P_d*R_thj-a

где T_j – температура перехода, T_a – температура окружающей среды, P_d – рассеиваемая мощность, а R_thj-a – это теплового сопротивление переход – окружающее пространство.

Если не учитывать ток утечки и потери на переключения, то мощность, рассеиваемую на диоде, можно рассчитать как P_d = I_f * V_f. Так как прямое падение на диоде является величиной практически постоянной, то ограничение мощности в первую очередь определяется рейтингом тока. Очевидно, что допустимый ток зависит от температуры кристалла, а значит и от эффективности отвода тепла от кристалла. Уменьшение предельного тока при разогреве называют «дирейтингом». К сожалению, очень часто из маркетинговых соображений график дирейтинга тока, искусственно «приукрашивается». Если выбрать низкое значение Rthj-a (иногда совсем нереальное) можно сдвинуть точку излома графика в сторону более высоких температур, тем самым сделать дирейтинг тока более привлекательным. В качестве примера мы взяли график снижения тока для 1N4007 (рис. 1).

Рис. 1. Зависимость максимального прямого тока от температуры (дирейтинг) для кремниевого диода общего назначения 1N4007

Как уже было сказано выше, точка излома этой характеристики определяется тепловым сопротивлением кристалл-окружающая среда Rthj-a. Значение Rthj-a может быть выбрано производителем произвольно и очень часто занижается из маркетинговых соображений. Очевидно, что при различных показателях Rthj-a токовая нагрузка диода может изменяться в очень широких пределах. Такой неоднозначности можно избежать, если производитель будет строить график дирейтинга тока в зависимости от температуры корпуса Tc, а не от температуры окружающей среды Ta, и при этом, укажет конкретное значение Rthj-l.

Однако, даже когда производитель указывает дирейтинг с учетом Tc, а не Ta, разработчики все равно должны быть осторожны (особенно в случае с SMD-компонентами). В большинстве устройств тепловое сопротивление состоит из двух частей: тепловое сопротивление переход-корпус (или переход-вывод) и тепловое сопротивление корпус-среда (вывод-среда). Если компонент не имеет внешнего теплоотвода, то основной вклад в общее тепловое сопротивление вносит сопротивление корпус-среда (до 75%). Очевидно, что в таких случаях дирейтинг с учетом Tc становится бессмысленным. Концепция бесконечного радиатора является чисто теоретической – она не может быть реализована на практике.

Производители могут использовать различные условия испытаний, что приводит к тому, что рейтинги тока, представленные в документации, оказываются не столь однозначными и способны вводить в заблуждение разработчиков. Другими словами указание рейтинга тока 2 А или 5 А может не имеет особого практического смысла. Более эффективным будет сравнение диодов по их Vf и по условиям испытаний. Большинство поставщиков включают типовые ВАХ в документацию. Вольт-амперные характеристики являются объективными – их нельзя подстроить по желанию маркетингового отдела. Они позволяют объективно сравнивать диоды.

Максимальная температура перехода также играет очень важную роль с точки зрения надежности. Обратите внимание, что производители диодов могут сами выбирать, как определять максимальную температуру кристалла и как проводить тестирование надежности. Но если компонент сертифицируется согласно требованиям AEC Q101, то условия испытаний становятся четко определенными. Высокотемпературное тестирование с обратным смещением (High-temperature reverse-bias, HTRB) особенно важно для определения надежности. Компоненты, соответствующие требованиям AEC Q101, в обязательном порядке проходят испытания для определения Tj и пробивного напряжения (DC/RMS). Если диод не сертифицирован согласно AEC Q101, то разработчику следует ознакомиться, каким образом производитель выполняет тест HTRB.

Важно понимать, что в документации приводится максимальная температура, однако использование компонента при более низкой температуре позволит снизить количество отказов. Чтобы объяснить эту закономерность, следует изучить факторы ускорения химической реакции в уравнении Аррениуса. Если вы разрабатываете электронику для автомобильной техники с номинальным бортовым напряжением 12 В, то вашими основными инструментами для оценки долгосрочной надежности и вероятности отказов станут модель Коффина-Менсона и испытания с термоциклированием. Однако в случае неавтомобильных приложений, таких как AC/DC- и DC/DC-преобразователи, следует использовать уравнение Аррениуса.

Производители обычно предоставляют значение интенсивности отказов FIT (failures in time) для температуры 55 °C с определенным уровнем достоверности, например, 60% или 90%. Значение FIT определяется как отношение количества отказов на один миллиард устройство-часов. Если разработчик учтет коэффициент ускорения AF, то он сможет определить, каким будет FIT в его устройстве. Коэффициент AF высчитывается для заданной температуры Tj, после чего умножается на значение FIT при 55 °C. В таблице 1 приведены коэффициенты ускорения, рассчитанные с энергией активации 0,7 эВ, которая является стандартной для кремниевых диодов.

Таблица 1. Коэффициенты ускорений для различных температур перехода

Во многих компаниях существует правило, согласно которому допустимый перегрев корпусов компонентов не должен превышать 90 °C. Для диодов это обычно соответствует температуре кристалла Tj от 100 °C до 110 °C. Это очень хорошее правило. Мы также включили в таблицу значения AF для 149 °C и 151 °C, чтобы подчеркнуть, что для диодов с максимальной температурой кристалла Tj 150 °C разница в частоте отказов между 149 °C и 151 C не так велика. Однако и в том, и в другом случае уровень отказов оказывается очень высоким.

Другие параметры

Для многих стандартных диодов в документации указывают предельные значения токов утечки (Ir): 1 мкА или 5 мкА. Такие значения были вполне адекватными 30…50 лет назад, однако за эти годы было сделано много технологических улучшений. Сегодня кривая распределения токов утечки ограничивается сотнями нА, в зависимости от размера кристалла. Таким образом, указанные предельные значения 5 мкА или даже 1 мкА не имеют смысла.

В документации обычно указываются значения Cpk (индекса возможностей процесса) от 20 и более. Значение Cpk не характеризует уровень погрешности ppm, но указывает на ошибку указанных значений. На самом деле диоды, для которых ток утечки располагается между нормальным распределением и предельными значениями (от 1 до 5 мкА), являются наиболее вероятными причинами сбоев в работе. Они имеют механические повреждения, проблемы с пассивацией или другие дефекты. Вместо того чтобы полагаться на значения, приведенные в документации, разработчик, стремящийся приблизить количество отказов к нулю, должен спросить у производителя, выполняет ли он PAT-тестирование (part average tested) для своих компонентов (рис. 2).

Рис. 2. PAT-тестирование предназначено для обнаружения явных отклонений

PAT-тестирование оказывается гораздо полезнее, чем табличные предельные значения, и связывает спецификацию теста с нормальным распределением (методология 6 сигм). Это гарантирует, что компоненты с низкой надежностью будут обнаружены. Если диод должен иметь напряжение пробоя 1000 В, но не соответствует этой спецификации, то его либо отбраковывают, либо понижают рейтинг напряжения и продают как 100 В диод. Но первоначальный провал теста показывает, что у компонента есть дефект, и его надежность будет ниже.

Заключение

Диоды производятся миллиардами штук ежегодно. Во время работы им приходится сталкиваться с различными негативными факторами, например бросками напряжения или перегревом. Обычно при исследовании температурного профиля печатной платы оказывается, что именно диоды являются самыми горячими компонентами. В результате риск отказа диодов может быть выше, чем для других компонентов.

Однако, следуя основным правилам и имея представление о процессе производства и программе испытаний, можно минимизировать риск отказа диода при работе в составе реальных устройств.

Источник: http://www.how2power.com

диодов — learn.sparkfun.com

Добавлено в избранное

Любимый

57

Реальные характеристики диода

В идеале , диоды будут блокировать любой ток, текущий в обратном направлении, или просто действовать как короткое замыкание, если ток идет вперед. К сожалению, реальное поведение диодов не совсем идеальное. Диоды действительно потребляют некоторое количество энергии при проведении прямого тока, и они не будут блокировать весь обратный ток.Реальные диоды немного сложнее, и все они имеют уникальные характеристики, которые определяют, как они на самом деле работают.

Соотношение тока и напряжения

Наиболее важной характеристикой диода является его вольт-амперная зависимость ( i-v ). Это определяет, какой ток проходит через компонент, учитывая, какое напряжение на нем измеряется. Резисторы, например, имеют простую линейную зависимость i-v … Закон Ома. Кривая i-v диода, однако, полностью не -линейна.Выглядит это примерно так:

Вольт-амперная зависимость диода. Чтобы преувеличить несколько важных моментов на графике, масштабы как в положительной, так и в отрицательной половине не равны.

В зависимости от приложенного к нему напряжения диод будет работать в одном из трех регионов:

1. Прямое смещение : Когда напряжение на диоде положительное, диод включен, и ток может протекать через него. Напряжение должно быть больше прямого напряжения (V _F ), чтобы ток был значительным.
2. Обратное смещение : Это режим «выключения» диода, когда напряжение меньше, чем V _F , но больше, чем -V _BR . В этом режиме протекание тока (в основном) заблокировано, а диод выключен. Очень малый ток (порядка нА), называемый током обратного насыщения, может протекать через диод в обратном направлении.
3. Пробой : Когда напряжение, приложенное к диоду, очень велико и отрицательно, большой ток может течь в обратном направлении от катода к аноду.

прямое напряжение

Чтобы «включиться» и провести ток в прямом направлении, диод требует приложения определенного количества положительного напряжения. Типичное напряжение, необходимое для включения диода, называется прямым напряжением (В _F ). Он также может называться напряжения включения или напряжения включения .

Как мы знаем из кривой i-v , ток через диод и напряжение на диоде взаимозависимы.Больший ток означает большее напряжение, меньшее напряжение означает меньший ток. Однако, как только напряжение приближается к номинальному прямому напряжению, большое увеличение тока по-прежнему должно означать лишь очень небольшое увеличение напряжения. Если диод полностью проводящий, обычно можно предположить, что напряжение на нем соответствует номинальному прямому напряжению.

Мультиметр с настройкой диода может использоваться для измерения (минимального) прямого падения напряжения на диоде.

V _F конкретного диода зависит от того, из какого полупроводникового материала он сделан.Обычно кремниевый диод имеет V _F около 0,6–1 В . Диод на основе германия может быть ниже, около 0,3 В. Диод типа также имеет некоторое значение для определения прямого падения напряжения; светоизлучающие диоды могут иметь гораздо больший V _F , в то время как диоды Шоттки разработаны специально, чтобы иметь гораздо более низкое, чем обычно, прямое напряжение.

Напряжение пробоя

Если к диоду приложить достаточно большое отрицательное напряжение, он поддается и позволяет току течь в обратном направлении.Это большое отрицательное напряжение называется напряжением пробоя . Некоторые диоды на самом деле предназначены для работы в области пробоя, но для большинства обычных диодов не очень полезно подвергаться воздействию больших отрицательных напряжений.

Для нормальных диодов это напряжение пробоя составляет от -50 до -100 В или даже более отрицательное.

Таблицы данных диодов

Все вышеперечисленные характеристики должны быть подробно описаны в даташите на каждый диод. Например, в этом техническом описании диода 1N4148 указано максимальное прямое напряжение (1 В) и напряжение пробоя (100 В) (среди множества другой информации):

Таблица данных может даже представить вам хорошо знакомый график вольт-амперной характеристики, чтобы более подробно описать поведение диода.Этот график из таблицы данных диода увеличивает изогнутую переднюю часть кривой i-v . Обратите внимание, как больший ток требует большего напряжения:

Эта таблица указывает на еще одну важную характеристику диода — максимальный прямой ток. Как и любой другой компонент, диоды могут рассеивать только определенное количество энергии, прежде чем они взорвутся. На всех диодах должен быть указан максимальный ток, обратное напряжение и рассеиваемая мощность. Если диод подвергается большему напряжению или току, чем он может выдержать, ожидайте, что он нагреется (или, что еще хуже, расплавится, задымится…).

Некоторые диоды хорошо подходят для больших токов — 1 А или более — другие, такие как малосигнальный диод 1N4148, показанный выше, могут подходить только для тока около 200 мА.

Этот 1N4148 — лишь крошечная выборка всех существующих типов диодов. Далее мы исследуем, какое удивительное разнообразие существует и для какой цели служит каждый тип.

← Предыдущая страница
Идеальные диоды

.

Diode ＜ Типы диодов ＞ | Основы электроники

Выпрямительный диод

(REC): устройство и особенности

Выпрямительные диоды, как следует из их названия, предназначены для выпрямления общих частот переменного тока.Выпрямление в первую очередь включает преобразование из переменного тока в постоянный и может включать высокие напряжения и токи. Эффективность преобразования может сильно различаться в зависимости от рабочей частоты и условий. Таким образом, предлагаются различные типы, включая модели с низким V _F (прямое напряжение), высокоскоростное переключение и модели с низким уровнем шума.

Конфигурация схемы выпрямления］

Переключающий диод (SW): структура и особенности

Эти диоды обеспечивают переключение.Подача напряжения в прямом направлении вызовет протекание тока (ВКЛ). И наоборот, подача напряжения в обратном направлении остановит ток. Переключающие диоды обычно характеризуются более коротким временем обратного восстановления (trr), что приводит к лучшим характеристикам переключения.

Что такое время обратного восстановления (trr)?

Время обратного восстановления trr относится к времени, за которое переключающий диод полностью выключается из состояния ВКЛ.Как правило, электроны не могут быть остановлены сразу после выключения работы, что приводит к протеканию некоторого тока в обратном направлении. Чем выше этот ток утечки, тем больше потери. Однако время обратного восстановления может быть сокращено за счет диффузии тяжелых металлов, оптимизации материалов или разработки FRD (Fast Recovery Diodes), которые подавляют звон после восстановления.

Ключевые моменты

• Trr относится к времени, за которое ток исчезает после переключения напряжения в противоположном направлении.
• Чем короче trr, тем меньше потери и выше скорость переключения

Диоды с барьером Шоттки (SBD): структура и особенности

В отличие от обычных диодов, которые обеспечивают характеристики диодов через переход PN (полупроводник-полупроводник), в диодах с барьером Шоттки используется барьер Шоттки, состоящий из перехода металл-полупроводник.Это приводит к гораздо более низким характеристикам V _F (прямое падение напряжения) по сравнению с диодами с PN переходом, что обеспечивает более высокую скорость переключения. Однако есть один недостаток — больший ток утечки (I _R ), что требует принятия контрмер для предотвращения теплового разгона.

SBD

, которые часто используются для выпрямления вторичного источника питания, имеют характеристики, которые могут сильно различаться в зависимости от типа используемого металла. ROHM предлагает широкий ассортимент ведущих в отрасли SBD, в которых используются различные металлы.

• RB ** 1 серия низкая V _F тип
• RB ** 0 серия низкая I _R тип
• ROHM предлагает серию RB ** 8 диодов со сверхнизким I _R для автомобильных приложений

Ключевые моменты

• Low V _F и I _R типов можно получить, просто изменив тип металла.

Термический побег

Диоды с барьером Шоттки

чувствительны к чрезмерному тепловыделению при протекании большого тока.В результате сочетание высокой температуры с увеличением I _R (ток утечки) может вызвать повышение как температуры корпуса, так и окружающей среды. Следовательно, реализация неправильного теплового дизайна может привести к тому, что количество выделяемого тепла превысит количество рассеиваемого, что может привести к увеличению тепловыделения и тока утечки и, в конечном итоге, к повреждению. Это явление называется «тепловым разгоном».

Ключевые моменты

• Высокая температура окружающей среды может привести к тепловому разгоне

Стабилитрон

(ZD) ： Структура и особенности

Стабилитроны обычно используются в цепях постоянного напряжения для обеспечения постоянного напряжения даже при колебаниях тока или в качестве элементов защиты от импульсных токов и электростатических разрядов.В отличие от стандартных диодов, которые используются в прямом направлении, стабилитроны предназначены для использования в обратном направлении. Напряжение обратного пробоя стабилитрона называется напряжением стабилитрона V _Z , а значение тока в это время называется током стабилитрона (I _Z ). В последние годы в связи с продолжающейся миниатюризацией и увеличением производительности электронных устройств возникает потребность в более совершенных устройствах защиты, что привело к появлению диодов TVS (подавления переходных напряжений).

Ключевые моменты

• В обратном направлении работают только стабилитроны

Высокочастотные диоды (PIN-диоды) ： Структура и особенности

Какая емкость диода (C _t )

Величина внутреннего накопленного заряда при подаче обратного смещения называется емкостью диода (C _t ). Электрически нейтральный обедненный слой формируется путем заполнения внутреннего слоя, созданного между слоями P и N, носителями заряда (дырками и электронами).Слой обеднения действует как паразитный конденсатор, емкость которого пропорциональна площади PN-перехода и обратно пропорциональна расстоянию d. Расстояние определяется концентрацией слоев P и N. Подача напряжения на диод увеличит слой обеднения и уменьшит C _t . Требуемый Ct будет варьироваться в зависимости от приложения.

［При подаче обратного напряжения］

Ключевые моменты

• Чем шире слой обеднения (и чем больше расстояние), тем меньше емкость C _t .

Диоды

на страницу продукта

ROHM использует оригинальные передовые технологии, чтобы предложить широкий модельный ряд диодов. Кроме того, передовой опыт в области малосигнальных диодов и диодов средней / большой мощности позволил разработать высококачественные диоды Шоттки и диоды с быстрым восстановлением.

.

Диод Шоттки — Характеристики, параметры и применение

Диод — один из основных компонентов, которые обычно используются в конструкциях электронных схем, его обычно можно встретить в выпрямителях, клипперах, зажимах и многих других широко используемых схемах. Это двухконтактное полупроводниковое устройство, которое позволяет току течь только в одном направлении, а именно от анода к катоду (+ к -), и блокирует ток в обратном направлении, то есть от катода к аноду. Причина в том, что он имеет ок.Нулевое сопротивление в прямом направлении и бесконечное сопротивление в обратном направлении. Существует много типов диодов, каждый со своими уникальными свойствами и областями применения. Мы уже узнали о стабилитронах и их работе, в этой статье мы узнаем о другом интересном типе диода, который называется Schottky Diode , и о том, как его можно использовать в наших схемах.

Диод Шоттки (названный в честь немецкого физика Вальтера Х. Шоттки) — это другой тип полупроводникового диода, но вместо PN перехода диод Шоттки имеет переход металл-полупроводник, что снижает емкость и увеличивает скорость переключения диода Шоттки. , и этим он отличается от других диодов.Диод Шоттки также имеет другие названия, такие как диод с поверхностным барьером , диод с барьером Шоттки, диод с горячим носителем или диод с горячими электронами .

Символ диода Шоттки

Символ диода Шоттки основан на общем символе диода, но вместо прямой линии он имеет S-образную структуру на отрицательном конце диода, как показано ниже. Это условное обозначение можно легко использовать, чтобы отличить диод Шоттки от других диодов при чтении принципиальной схемы.На протяжении всей статьи мы будем сравнивать диод Шоттки с обычным диодом для лучшего понимания.

Даже по внешнему виду компонента диод Шоттки похож на обычный диод, и часто бывает трудно определить разницу, не прочитав на нем номер детали. Но в большинстве случаев диод Шоттки будет казаться немного громоздким, чем обычные диоды, но это не всегда так. Изображение выводов диода Шоттки показано ниже.

Что делает диод Шоттки особенным?

Как обсуждалось ранее, диод Шоттки выглядит и работает очень похоже на обычный диод, но уникальными характеристиками диода Шоттки являются очень низкое падение напряжения и высокая скорость переключения . Чтобы лучше понять это, давайте подключим диод Шоттки и обычный диод к идентичной схеме и и проверим, как она работает.

На изображениях выше представлены две схемы: одна для диода Шоттки, а другая — для типичного диода с PN переходом.Эти схемы будут использоваться для различения падений напряжения на обоих диодах. Итак, левая цепь предназначена для диода Шоттки, а правая — для типичного диода с PN переходом. Оба диода запитаны 5В. Когда ток проходит от обоих диодов, диод Шоттки имеет падение напряжения только 0,3 В и оставляет 4,7 В для нагрузки, с другой стороны, типичный диод с PN-переходом имеет падение напряжения 0,7 В и оставляет 4,3 В для нагрузка. Таким образом, диод Шоттки имеет на меньшее падение напряжения, чем обычный диод с PN-переходом .За исключением падения напряжения, диод Шоттки также имеет некоторые другие преимущества по сравнению с типичным диодом с PN-переходом, таким как диод Шоттки, который имеет на более высокую скорость переключения, меньший шум и лучшие характеристики , чем типичный диод с PN-переходом.

Недостатки диода Шоттки

Если диод Шоттки имеет очень низкое падение напряжения и высокую скорость переключения, обеспечивая лучшую производительность, то зачем нам вообще нужны диоды с обычным P-N переходом? Почему бы просто не использовать диод Шоттки во всех схемах?

Хотя это правда, что диоды Шоттки лучше, чем диоды с P-N переходом, постепенно они становятся более предпочтительными, чем диоды с P-N переходом.Два основных недостатка диода Шоттки — это его , низкое обратное напряжение пробоя и , высокий обратный ток утечки по сравнению с обычным диодом. Это делает его непригодным для коммутации высокого напряжения. Также диоды Шоттки сравнительно на дороже на , чем обычные выпрямительные диоды.

Диод Шоттки против выпрямительного диода

Краткое сравнение между PN-диодом и диодом Шоттки приведено в таблице ниже:

PN-переходной диод	Диод Шоттки
Диод с PN-переходом — это биполярное устройство . означает, что токопроводимость происходит за счет как неосновных, так и основных носителей заряда.	В отличие от диода с PN-переходом, диод Шоттки является униполярным устройством . означает, что проводимость тока происходит только за счет основных носителей заряда.
PN-диод с переходом полупроводник-полупроводник .	В то время как диод Шоттки имеет перехода металл-полупроводник.
PN-переходный диод имеет большое падение напряжения .	Диод Шоттки имеет малое падение напряжения .
High По государственным потерям.	Low Состояние потерь.
Медленная скорость переключения.	Быстрая скорость переключения.
Высокое напряжение включения (0,7 В)	Низкое напряжение включения (0,2 В)
Высокое обратное напряжение блокировки	Низкое обратное напряжение блокировки
Низкий обратный ток	Большой обратный ток

Структура диода Шоттки

Диоды Шоттки

построены с использованием перехода металл-полупроводник , как показано на рисунке ниже.Диоды Шоттки имеют соединение металла с одной стороны перехода и легированный кремний с другой стороны, поэтому диод Шоттки не имеет обедненного слоя . Из-за этого свойства диоды Шоттки известны как униполярные устройства, в отличие от типичных диодов с PN-переходом, которые являются биполярными устройствами.

Базовая структура диода Шоттки показана на изображении выше. Как вы можете видеть на изображении, диод Шоттки имеет металлическое соединение на одной стороне, которое может варьироваться от платины до вольфрама, молибдена, золота и т. Д.и полупроводник N-типа с другой стороны. Когда соединение металла и полупроводник N-типа объединяются, они создают переход металл-полупроводник. Этот переход известен как Барьер Шоттки . Ширина барьера Шоттки зависит от типа металлических и полупроводниковых материалов, которые используются при формировании перехода.

Барьер Шоттки работает по-разному в несмещенном, прямом или обратном смещении. В состоянии прямого смещения , когда положительный вывод батареи соединен с металлом, а отрицательный вывод соединен с полупроводником n-типа, диод Шоттки пропускает ток.Но в состоянии обратного смещения , когда положительный вывод батареи соединен с полупроводником n-типа, а отрицательный вывод соединен с металлом, диод Шоттки блокирует ток. Однако, если напряжение с обратным смещением повысится выше определенного уровня, сломает барьер , и ток начнет течь в обратном направлении, и это может повредить компоненты, подключенные к диоду Шоттки.

V-I характеристики диода Шоттки

Одной из важных характеристик, которую следует учитывать при выборе диода, является график зависимости прямого напряжения (В) от прямого тока (I).График VI наиболее популярных диодов Шоттки 1N5817, 1N5818 и 1N5819 показан ниже

.

Характеристики

V-I диода Шоттки очень похожи на типичный диод с PN-переходом. Наличие более низкого падения напряжения, чем у типичного диода с PN-переходом, позволяет диоду Шоттки потреблять меньшее напряжение, чем типичный диод. Из приведенного выше графика видно, что 1N517 имеет наименьшее прямое падение напряжения по сравнению с двумя другими, также можно отметить, что падение напряжения увеличивается по мере увеличения тока через диод.Даже для 1N517 при максимальном токе 30 А падение напряжения на нем может достигать 2 В. Следовательно, эти диоды обычно используются в слаботочных приложениях.

Параметры, которые следует учитывать при выборе диода Шоттки

Каждый инженер-конструктор должен выбрать правильный диод Шоттки в соответствии с потребностями его применения. Для схем выпрямления потребуются диоды высокого напряжения, низкого / среднего тока и низкой частоты.Для схем переключения номинальная частота диода должна быть высокой.

Некоторые общие и важные параметры диода, о которых следует помнить, перечислены ниже:

Падение напряжения в прямом направлении: Падение напряжения при включении диода с прямым смещением является падением напряжения в прямом направлении. Это зависит от разных диодов. Для диода Шоттки обычно предполагается, что напряжение включения составляет около 0,2 В.

Напряжение обратного пробоя: Определенная величина напряжения обратного смещения, после которой диод выходит из строя и начинает проводить в обратном направлении, называется напряжением обратного пробоя.Напряжение обратного пробоя для диода Шоттки составляет около 50 вольт.

Время обратного восстановления: Это время, необходимое для переключения диода из его прямого проводящего состояния или состояния «ВКЛ» в обратное состояние «ВЫКЛ». Наиболее важным различием между типичным диодом с PN-переходом и диодом Шоттки является время обратного восстановления. В типичном диоде с PN-переходом время обратного восстановления может варьироваться от нескольких микросекунд до 100 наносекунд. У диодов Шоттки нет времени восстановления, потому что диод Шоттки не имеет обедненной области на переходе.

Обратный ток утечки: Ток, проводимый полупроводниковым устройством при обратном смещении, является обратным током утечки. В диоде Шоттки повышение температуры значительно увеличивает обратный ток утечки.

Применение диода Шоттки

Диоды Шоттки

благодаря своим уникальным свойствам находят множество применений в электронной промышленности. Вот некоторые из приложений:

1.Цепи ограничения / ограничения напряжения

Схемы ограничителей и схемы фиксаторов обычно используются в приложениях для формирования волн. Низкое падение напряжения делает диод Шоттки полезным в качестве ограничивающего диода.

2. Защита от обратного тока и разряда

Как мы знаем, диод Шоттки также называется блокирующим диодом , потому что он блокирует ток в обратном направлении; его можно использовать в качестве защиты от разряда.Например, в Emergency Flash Light, диод Шоттки используется между суперконденсатором и двигателем постоянного тока, чтобы предотвратить разряд суперконденсатора через двигатель постоянного тока.

3. Цепи выборки и хранения

Диоды Шоттки с прямым смещением не содержат неосновных носителей заряда, и благодаря этому они могут переключаться быстрее, чем обычные диоды с PN-переходом. Таким образом, диоды Шоттки используются, поскольку они имеют меньшее время перехода от выборки к шагу удержания, и это приводит к более точной выборке на выходе.

4. Выпрямитель мощности

Диоды Шоттки

имеют высокую плотность тока, а низкое прямое падение напряжения означает, что потери энергии меньше, чем у типичного диода с PN переходом, и это делает диоды Шоттки более подходящими для силовых выпрямителей.

Далее по ссылке можно найти практическое применение диода во многих схемах.

.

V-I характеристика p-n-переходного диода

ВАХ или вольт-амперные характеристики
п-п
переходной диод показан на рисунке ниже. В
горизонтальная линия на рисунке ниже представляет величину напряжения
применяется через диод p-n перехода, тогда как
вертикальная линия представляет количество текущих потоков в
p-n переходный диод.

Форвард V-I характеристики
диод p-n переход

Если
положительный полюс аккумулятора подключен к р-типу
полупроводник и отрицательный вывод
аккумулятор подключен к n-типу
полупроводник, говорят, что диод в прямом
предвзятость. Вперед
смещенный диод p-n перехода, В _F
представляет прямое напряжение, тогда как I _F
представляет прямой ток.

• Нападающий
  ВАХ кремниевого диода

Если
внешнее напряжение, подаваемое на кремниевый диод, меньше
чем 0,7 вольт, кремниевый диод допускает только небольшой
электрический ток. Однако этот небольшой электрический ток
считается незначительным.

Когда
внешнее напряжение, приложенное к кремниевому диоду, достигает
0,7 В, диод p-n-перехода начинает допускать большие
электрический ток через него. На данный момент небольшое увеличение
в напряжении быстро увеличивает электрический ток. В
прямое напряжение, при котором кремниевый диод начинает позволять
большой электрический ток называется напряжением включения.Врезка
напряжение для кремниевого диода составляет примерно 0,7 вольт.

• Нападающий
  ВАХ германиевого диода
  

Если
внешнее напряжение, приложенное к германиевому диоду, меньше
чем 0,3 вольт, германиевый диод допускает только небольшую
электрический ток.Однако этот небольшой электрический ток
считается незначительным.

Когда
внешнее напряжение, приложенное к германиевому диоду, достигает
0,3 В, германиевый диод начинает допускать большие
электрический ток через него. На данный момент небольшое увеличение
в напряжении быстро увеличивает электрический ток. В
прямое напряжение, при котором начинает работать германиевый диод, позволяя
большой электрический ток называется напряжением включения.Врезка
напряжение для германиевого диода составляет примерно 0,3 вольт.

Реверс
Вольт-амперные характеристики p-n-переходного диода

Если
отрицательная клемма аккумулятора подключена к
полупроводник p-типа и положительный вывод
аккумулятор подключен к полупроводнику n-типа, диод
говорят, что это обратное смещение.В
обеспечить регресс
смещенный диод p-n перехода, В _R
представляет обратное напряжение, тогда как I _R
представляет собой обратный ток.

Если
внешнее обратное напряжение, приложенное к p-n переходу
диод увеличен, свободный
электронов из полупроводника n-типа и дырок из
Полупроводники p-типа удалены от p-n перехода.Это увеличивает ширину истощения
область, край.

широкая обедненная область диода с обратным смещением p-n-перехода
полностью блокирует ток большинства носителей заряда.
Однако он допускает ток неосновных носителей заряда. В
свободные электроны (неосновные носители) в p-типе
полупроводник и дырки (неосновные носители) в
Полупроводники n-типа переносят электрический ток.В
электрический ток, который переносится неосновным зарядом
носителей в диоде с p-n-переходом, называется обратным
текущий.

В
Полупроводники n-типа и p-типа, очень небольшое количество
неосновные носители заряда присутствуют. Следовательно, небольшое напряжение
нанесенный на диод выталкивает все неосновные носители
к перекрестку.Таким образом, дальнейшее увеличение внешнего
напряжение не увеличивает электрический ток. Эта
электрический ток называется током обратного насыщения. В
другими словами, напряжение или точка, в которой электрический
ток достигает максимального уровня и дальнейшее увеличение
напряжение не увеличивает электрический ток называется
обратный ток насыщения.

Обратный ток насыщения зависит от
температура.Если температура увеличивается, образование
неосновных носителей заряда. Следовательно, обратное
ток увеличивается с повышением температуры. Однако,
ток обратного насыщения не зависит от
внешнее обратное напряжение. Следовательно, обратное насыщение
ток остается постоянным с увеличением напряжения.
Однако, если напряжение на диоде увеличивается
непрерывно диод p-n перехода переходит в состояние
где происходит пробой перехода и обратный ток
быстро увеличивается.

В
германиевые диоды, небольшое повышение температуры приводит к
большое количество неосновных носителей заряда. Номер
неосновные носители заряда, генерируемые в германиевых диодах
больше, чем у кремниевых диодов. Следовательно, обратное
ток насыщения в германиевых диодах больше
кремниевые диоды.

Типы
диодов

различные типы диодов следующие:

1. стабилитрон
   диод
2. Лавинный диод
3. Фотодиод
4. Свет
   Излучающий диод
5. Лазер
   диод
6. Туннель
   диод
7. Шоттки
   диод
8. Варактор
   диод
9. П-Н
   переходной диод

.