Эта статья описывает основные различия между типами диодов (она будет меняться и дополняться)
Правила установки (полярность)
На втором изображение указана полярность (распиновка) установки диода на печатную плату. На самом диоде минусовой контакт (катод) отмечен полосой, на печатной плате так же, а иногда и в виде самого диода, как он обозначен на электронных схемах.
Выпрямительные диоды
Выпрямительный диод это прибор проводящий ток только в одну сторону. Обычный полупроводниковый вариант представляет из себя один p-n переход и два контакта. Он изменяет ток переменный на постоянный за счет отсекания значения противоположной полярности. Их широко используют в электронных и электрических схемах (электросхемах) для выпрямления переменного напряжения, умножения напряжения и цепях, где отсутствуют строгие требования к времени и частоте электрического сигнала. Считаются низкочастотными приборами, предназначенные для работы с частотами до 100 кГц, для них характерны высокие напряжения и токи.
Импульсные диоды
Как известно диод это полупроводниковый прибор способный пропускать ток только в одном направление (при условии, что он постоянный а не переменный). Но при прикладывание обратного напряжения процесс запирания диода происходит не мгновенно. Для многих схем это важный параметр и требуется высокая скорость переключения диода в открытое или закрытое состояние. Для этого и были разработаны импульсные диоды. Их ещё могут называть быстрые, сверхбыстрые (FAST, ULTRAFAST, UFAST) и для них характерна малая емкость (чем меньше емкость, тем меньше времени требуется на зарядку).
А ещё благодаря нормированным параметрам времени переключения эти диоды используют для выработки очень коротких импульсов. Например при смене полярности на обратную приложенного напряжения, он выдаст короткий импульс определенной длительности до момента полного закрытия. Это параметр называют временем обратного восстановления (Reverse recovery time).
Высоковольтные диоды
Обычно представляют из себя сборку некоторого количества последовательно соединенных обычных диодов. Максимальное обратное напряжение для диода с одним переходом обычно не превышает 2000 вольт. Но два таких последовательных диода уже могут выдержать 4000 вольт, больше цепочка - больше напряжение, как и прямое напряжение (при котором он вообще открывается). По этой причине проверка таких диодов обычно невозможна простым мультиметром, так как он рассчитан на один переход и прямое напряжение от долей вольта до 2 (напряжение открытия).
Диоды Шоттки (Schottky)
В диодах Шоттки в качестве барьера Шоттки используется переход металл-полупроводник, в отличие от обычных диодов, где используется p-n-переход. Переход металл-полупроводник имеет ряд особенных свойств (отличных от обычного p-n-перехода).
- пониженное падение напряжения при прямом включении
- высокий ток утечки
- очень маленький заряд обратного восстановления.
Последнее объясняется тем, что по сравнению с обычным p-n-переходом у таких диодов нет диффузии, связанной с инжекцией неосновных носителей, то есть они работают только на основных носителях и их быстродействие определяется только барьерной ёмкостью. Диоды Шоттки изготавливают обычно на основе кремния (Si), карбида кремния (SiC) или арсенида галлия (GaAs), редко на основе германия (Ge). Выбор металла для контакта с полупроводником определяет многие параметры.
В первую очередь — величину контактной разности потенциалов, образующейся на границе металл-полупроводник. При использовании этих диодов в качестве детектора она определяет его чувствительность, а при использовании в смесителях — требуемую мощность гетеродина. Поэтому чаще всего используются металлы Ag, Au, Pt, Pd, W, которые наносятся на поверхность полупроводника и даёт величину потенциального барьера 0,2…0,9 эВ.
В реальности большинство диодов Шоттки на основе кремния (Si) применяются в низковольтных цепях при обратном напряжении порядка единиц — нескольких десятков вольт (хотя не редкость и 150 вольт). Приборы на основе карбида кремния (SiC) применяются в более высоковольтных цепях, их предельное обратное напряжение составляет от 600 до 1200 Вольт. Прямое падение напряжение у таких диодов, обычно не меньше, чем у аналогичных по предельным параметром кремниевых диодов с p-n-переходом, а их основные преимущества заключаются в высоком быстродействии и низкой барьерной ёмкости. Их часто используются в выходных цепях корректоров коэффициента мощности (PFC).
Стабилитрон - это особый тип диода, предназначенный для фиксации протекания тока "назад" при достижении определенного заданного обратного напряжения, известного как стабилитронное напряжение. Стабилитроны изготавливаются с большим разнообразием напряжений стабилизации, а некоторые даже являются переменными. Другими словами используется обратное подключение, когда обычный диод не должен проводить ток. Но при определенном напряжение, он его начинает проводить - и этим дает сигнал другим элементам схемы, что достигнут необходимый уровень напряжения.
Название «зенеровский диод» (с английского zener diode), он получил по имени первооткрывателя туннельного пробоя Кларенса Зенера. Первую модель электрического пробоя он предложил в 1933 году. Его «Теория электрического пробоя в твёрдых диэлектриках» была опубликована летом 1934 года. В 1954 году Кеннет Маккей из Bell Labs установил, что предложенный Зенером туннельный механизм действует только при напряжениях пробоя до примерно 5,5 В, а при бо́льших напряжениях преобладает лавинный механизм.
На печатных платах электроных схем, стабилитроны обычно обозначают буквой Z или ZD и картинкой
Таблица сочетаний стабилитронов для выбора 2-х нужных, что бы получить другие напряжения стабилизации.
Например - если подключить последовательно стабилитрон на 3,3в и 4,7в мы получим один результирующий на 8 вольт.
Таблица сочетаний стабилитронов. Названия столбца и строки дают две нужные детали.
| Маркировка стабилитрона |
Напряж. В |
Вар. комб. с 1N4728A |
с 1N4732A |
с 1N4734A |
с 1N4738A |
с 1N4742A |
с 1N4746A |
с 1N4751A |
| 1N4728A DO-41 1W 3.3V |
3,3 |
6,6 |
8 |
8,9 |
11,5 |
15,3 |
21,3 |
33,3 |
| 1N4732A DO-41 1W 4.7V |
4,7 |
8 |
9,4 |
10,3 |
12,9 |
16,7 |
22,7 |
34,7 |
| 1N4734A DO-41 1W 5.6V |
5,6 |
8,9 |
10,3 |
11,2 |
13,8 |
17,6 |
23,6 |
35,6 |
| 1N4738A DO-41 1W 8.2V |
8,2 |
11,5 |
12,9 |
13,8 |
16,4 |
20,2 |
26,2 |
38,2 |
| 1N4742A DO-41 1W 12V |
12 |
15,3 |
16,7 |
17,6 |
20,2 |
24 |
30 |
42 |
| 1N4746A DO-41 1W 18V |
18 |
21,3 |
22,7 |
23,6 |
26,2 |
30 |
36 |
48 |
| 1N4751A DO-41 1W 30V |
30 |
33,3 |
34,7 |
35,6 |
38,2 |
42 |
48 |
60 |
Лавинный диод
Для начала нужно дать определения лавинного пробоя p-n-перехода, т.к. на нем основывается работа этого прибора, который является разновидностью стабилитрона и использует зенеровский пробой. Если быть точнее, полупроводники с напряжением пробоя больше 5,1 В называются лавинными диодами.
Лавинный пробой создается сильным электрическим полем. Таким свойством обладают полупроводники с p/n - переходом большой толщины. Неосновные носители, находящиеся в переходе, берут на себя основную функцию, при разгоне они ионизируют атомы. Новые электроны, в основном это электроны теплового происхождения, сталкиваясь с атомами кремния, расположенными по соседству, вызывают лавинообразный рост всего процесса, создавая новые пары электрон-дырка.Данный вид пробоя является обратимым и происходит без каких-либо разрушительных последствий для кристаллической структуры полупроводникового прибора, особенно при отсутствие перегрева прибора и ограничение величины тока. Значение напряжения для лавинного пробоя лежит в границах значений от 5,1 до 1000 В, зависит от конструктивных особенностей диода и уровня легирования кремния.
Защитный диод (Супрессор, стабилитрон ограничитель, диодный предохранитель, TVS, трансил, transil)
Принцип работы защитного диода основан на применении эффекта обратимого пробоя, этим он напоминает стабилитрон (только существенно мощней). Пока напряжение на нём не превышает номинальное, не происходит никакого существенного влияния на работу схемы, если же уровень напряжения превысит расчетное, этот специальный диод перейдет в режим лавинного пробоя. Таким способом, размер амплитуды нормируется, а все лишнее напряжение в случае срабатывания защитного диода уходит на землю через него.Существует два основных вида защитных диодов TVS:
- симметричные (двунаправленные - обычно в маркировке диода добавляют буквы CA ) – часто эксплуатируются в цепях с переменным или двухполярным напряжением, что позволяет использовать их в сетях переменного тока;
- несимметричные (однонаправленные - обычно в маркировке диода добавляют букву A ) – эффективно защищают цепи с напряжением постоянной полярности, их используют в схемах с постоянным током.
Приведем основные электрические параметры защитных диоды.
- PPP или P имп. (измеряется в Ваттах) – максимальная импульсная мощность, показывает уровень мощности которую способен подавить этот TVS диод ;
- IR или I обр. (измеряется в Микроамперах) – значение постоянного обратного тока утечки, который, обычно, не оказывает существенного влияния на работу схемы;
- VCL, VC или U огр. имп. (измеряется в Вольтах) – значение максимально допустимого импульса ограничения напряжения;
- VBR или U раб. (измеряется в Вольтах) – Рабочее напряжение, это типовое напряжение защищаемой цепи, защита не должна срабатывать;
- VBR-min или U-обр. мин. (измеряется в Вольтах)– минимальное напряжение при котором начинается пробой (напряжение срабатывания) и отводится опасный импульс тока на общий провод;
- VBR-max или U-обр. макс. (измеряется в Вольтах)– максимальное напряжение при котором начинается пробой (напряжение срабатывания) и отводится опасный импульс тока на общий провод;
- IPPM (A) или I огр. имп. (измеряется в амперах) – максимальный пиковый импульс тока. Это значение которое способен выдержать этот TVS диод.
Дини́стор (Материал из Википедии — свободной энциклопедии)
Другие названия: дио́дный тири́стор, дио́д Шо́кли, не путать с диодом Шоттки — полупроводниковый прибор с двумя выводами, представляющий собой полупроводниковую p-n-p-n-структуру и обладающий S-образной вольт-амперной характеристикой при приложении рабочей полярности внешнего напряжения.
Функционирует как тиристор, но не имеет управляющего электрода, включение в проводящее состояние происходит при превышении прямого напряжения на приборе свыше напряжения отпирания. Широко используется в силовой полупроводниковой электронике в роли переключателя. И от меня лично - проверить мультиметром этот тип диода не так просто из за того, что он открывается при достаточно большом напряжение. Придется подать необходимое минимальное напряжение на этот участок цепи и убедится, что ток пошел через него (для открытия этого хитрого диода).
Варикап — полупроводниковый диод, используемый в качестве электрически управляемой емкости. Эти параметрические диоды работают в обратном направлении (обратное включение), от которого зависит барьерная емкость. Таким образом, варикапы представляют собой конденсаторы переменной емкости, управляемой не механически, а электрически, при изменении обратного напряжения. Варикапы применяются главным образом для настройки колебательных контуров. Простейшая схема включения варикапа в колебательный контур на этом рисунке.
Фотодиод
Разновидность диодов, обладающих светочувствительностью. Технологически в корпусе диода создают окно для подачи света на базовую область полупроводника, обычно с линзой. Основное назначение – трансформация светового потока в электросигнал. Такие фотодиоды применяются в составе различных приборов, работа которых основана на использовании видимого и невидимого спектра света.
Принцип работы фотодиодов
Основан на внутреннем фотоэффекте (фотовольтаическом). Под действием света происходит разделение электронов и дырок в p- и n-области, за счёт чего образуется заряд и ЭДС (электродвижущая сила). На этом же принципе основана работа солнечных элементов (батарей). Кроме p-n фотодиодов, существуют и p-i-n фотодиоды, в которых между слоями p и n находится слой нелегированного полупроводника i. Фотодиоды только преобразуют свет в электрический ток, но не усиливают его, в отличие от лавинных фотодиодов и фототранзисторов.При этом, чем выше освещенность, тем больше ток (до определенного предела). Если чувствительная к свету зона находится в темноте, то его свойства аналогичны обычному диоду. При проверке измерительным прибором (мультиметр, тестер) в отсутствии освещения результаты будут аналогичны проверки обычного диода. В прямом направлении будет присутствовать маленькое сопротивление (мультиметр будет показывать падение напряжения), в обратном – почти бесконечное сопротивление.
Фотодиод может работать в двух режимах:
- Фотогальванический — без внешнего напряжения. Так называемый "Режим фотогенератора". Осуществляется без дополнительного источника электропитания. Их функция – преобразовывать световую (солнечную) энергию в электрическую.
Наиболее распространены на базе кремния – дешевого, распространенного, хорошо изученного. Обладают невысокой стоимостью, но их КПД достигает всего 20%. Более прогрессивными являются пленочные элементы.
- Фотодиодный — с внешним обратным напряжением. Источник электропитания в схему подключается с обратной полярностью, фотодиод в данном случае служит датчиком освещенности.
Параметры и характеристики фотодиодов
- Чувствительность - отражает изменение напряжения на выходе фотодиода при подаче на вход единичного оптического сигнала. Количественно чувствительность измеряется отношением изменения электрической характеристики, снимаемой на выходе фотоприёмника, к световому потоку или потоку излучения, его вызвавшему.
Шумы - помимо полезного сигнала на выходе фотодиода появляется хаотический сигнал со случайной амплитудой и спектром — шум фотодиода. Он не позволяет регистрировать сколь угодно малые полезные сигналы. Шум фотодиода складывается из шумов полупроводникового материала и фотонного шума.
Характеристики
- Вольтамперная характеристика (ВАХ): зависимость выходного напряжения от входного тока. Определяет изменение величины тока в соответствии с меняющимся напряжением при стабильных потоке света и темновом токе.
- Спектральные характеристики: зависимость фототока от длины волны падающего света на фотодиод. Коротковолновая граница чувствительности зависит от толщины базы и от скорости поверхностной рекомбинации. Положение максимума в спектральной характеристике фотодиода сильно зависит от степени роста коэффициента поглощения.
- Световые характеристики: зависимость фототока от освещённости, соответствует прямой пропорциональности фототока от освещённости.
- Постоянная времени: это время, в течение которого фототок фотодиода изменяется после освещения или после затемнения фотодиода в е раз (63 %) по отношению к установившемуся значению.
- Темновое сопротивление: сопротивление фотодиода в отсутствие освещения.
- Инерционность: по другому, быстродействие.
Схема и устройство фотодиода Изображение некоторых фотодиодов
Разновидности фотодиодов
- P-i-n: Для этих полупроводников характерно наличие в зоне p-n перехода участка, обладающего собственной проводимостью и значительной величиной сопротивления. При попадании на этот участок светового потока появляются пары дырок и электронов. Электрополе в данной области постоянно, пространственного заряда нет. Такой вспомогательный слой расширяет диапазон рабочих частот полупроводника. По функциональному назначению p-i-n-фотодиоды разделяют на детекторные, смесительные, параметрические, ограничительные, умножительные, настроечные и др.
- Лавинные: Этот вид отличается высокой чувствительностью. Его функция – преобразование светового потока в электросигнал, усиленный с помощью эффекта лавинного умножения. Может применяться в условиях незначительного светового потока. В конструкции лавинных фотодиодов используются сверхрешетки, способствующие снижению помех при передаче сигналов.
- С барьером Шоттки: Состоит из металла и полупроводника, вокруг границы соединения которых создается электрическое поле. Главным отличием от обычных фотодиодов p-i-n-типа является использование основных, а не дополнительных носителей зарядов.
- С гетероструктурой: Образуется из двух полупроводников, имеющих разную ширину запрещенной зоны. Гетерогенным называют слой, находящийся между ними. Путем подбора таких полупроводников можно создать устройство, работающее в полном диапазоне длин волн. Его минусом является высокая сложность изготовления.
Области применения фотодиодов
Оптоэлектронные интегральные микросхемы. Для реализации оптической связи, что гарантирует эффективную гальваноразвязку силовых и управляющих цепей. Многоэлементные фотоприемники – сканисторы, фоточувствительные аппараты, фотодиодные матрицы. Оптоэлектрический элемент способен воспринимать не только яркостную характеристику объекта и ее изменение во времени, но и создавать полный визуальный образ. Оптоволоконные линии, лазерные дальномеры, установки эмиссионно-позитронной томографии и др.
