Az elektronikus tervezéstől a gyártásig és a javításig a diódákat széles körben használják számos alkalmazáshoz. Ezek különböző típusúak, és az adott dióda tulajdonságai és specifikációi alapján továbbítják az elektromos áramot. Ezek elsősorban P-N elágazási diódák, fényérzékeny diódák, Zener diódák, Schottky diódák, Varactor diódák. A fényérzékeny diódák közé tartoznak a LED-ek, a fotodiódák és a fotovoltaikus cellák. Ezek egy részét a cikk röviden ismerteti.
1. P-N csatlakozási dióda
A P-N elágazás egy félvezető eszköz, amelyet P és N típusú félvezető anyagok alkotnak. A P-típusú lyukak koncentrációja nagy, az N-típusú elektronoké pedig nagy. A furatok diffúziója p-típusú és n-típusú, az elektron-diffúzió pedig n-típusú és p-típusú.
Az n-típusú régió donorionjai pozitív töltésűvé válnak, amikor a szabad elektronok az n-típusúról p-típusúra mozognak. Ezért a csomópont É-oldalán pozitív töltés épül fel. A kereszteződésen átmenő szabad elektronok a negatív akceptorionok a lyukak kitöltésével, majd a kereszteződés p-oldalán létrehozott negatív töltés látható az ábrán.
Az n-típusú és a p-típusú negatív ionok által alkotott elektromos mező. Ezt a régiót diffúziós régiónak nevezzük. Mivel az elektromos mező gyorsan kisöpri a szabad hordozókat, ezért a régió kimerült a szabad hordozókból. Beépített potenciál Vval,-velÊ miatt a kereszteződésben képződik az ábra mutatja.
A P-N csatlakozási dióda funkcionális diagramja:
A P-N csatlakozási dióda funkcionális diagramja
A P-N csomópont előre mutatói:
Ha az akkumulátor pozitív kapcsa P-típusú és a negatív kivezetése N-típusú-hoz van csatlakoztatva, akkor a P-N csomópont előrehaladásának hívják az alábbi ábra.
A P-N csomópont előre mutató jellemzői
Ha ez a külső feszültség nagyobb lesz, mint a potenciálkorlát értéke, kb. 0,7 volt szilícium esetében és 0,3 V Ge esetén, akkor a potenciálkorlát kereszteződik, és az áram elkezd áramlani, mivel az elektronok a kereszteződésen át mozognak, és ugyanolyanak a furatoknál is.
P-N csomópont előre irányú előítéletek
A P-N csomópont fordított jellemzői:
Ha pozitív feszültséget kapunk a dióda n-részének és negatív feszültséget a dióda p-részének, akkor azt mondjuk, hogy fordított előfeszítettségű.
P-N csomópont fordított jellemzői áramkör
Ha a dióda N-részének pozitív feszültséget adnak, az elektronok a pozitív elektróda felé mozognak, és negatív feszültségnek a p-részre történő alkalmazása a lyukakat a negatív elektróda felé mozgatja. Ennek eredményeként az elektronok keresztezik a kereszteződést, hogy egyesüljenek a csomópont másik oldalán lévő lyukakkal és fordítva. Ennek eredményeként egy kimerítő réteg képződik, amelynek nagy az impedanciája és nagy a potenciális gátja.
P-N csomópont fordított torzítás jellemzői
A P-N csatlakozási dióda alkalmazásai:
A P-N elágazási dióda egy két terminálra érzékeny, polaritásra érzékeny eszköz, a dióda akkor vezet, amikor előrefelé irányuló előfeszítésben van, és a dióda nem vezet, ha fordított előfeszítéssel rendelkezik. Ezen jellemzők miatt a P-N elágazási diódát számos alkalmazásban használják, például
- Egyenirányítók DC-ben tápegység
- Demodulációs áramkörök
- Hálózatok nyírása és befogása
2. Fotodióda
A fotodióda egyfajta dióda, amely a beeső fényenergiával arányos áramot generál. Ez egy fény-feszültség / áram átalakító, amely alkalmazásokat talál a biztonsági rendszerekben, szállítószalagokban, automatikus kapcsolóberendezésekben stb. A fotodióda hasonló a felépítésű LED-hez, de p-n csatlakozása rendkívül érzékeny a fényre. A p-n elágazás lehet kitéve, vagy ablakkal csomagolható, hogy a fény bejusson a P-N elágazásba. Előre torzított állapotban az áram az anódtól a katódig halad, míg fordított előfeszített állapotban a fotovezeték fordított irányban áramlik. A legtöbb esetben a Photodiode csomagolása hasonló a LED-hez anóddal és katódvezetékekkel, amelyek kinyúlnak a tokból.
Fotódióda
Kétféle fotodióda létezik - PN és PIN fotodiódák. A különbség a teljesítményükben van. A PIN fotodiodának van egy belső rétege, ezért fordított torzításúnak kell lennie. A fordított előfeszítés eredményeként a kimerülési régió szélessége növekszik, és a p-n elágazás kapacitása csökken. Ez lehetővé teszi további elektronok és lyukak keletkezését a kimerülési régióban. De a fordított előfeszítés egyik hátránya, hogy zajáramot generál, amely csökkentheti az S / N arányt. Tehát a fordított előfeszítés csak nagyobb igényt igénylő alkalmazásokban alkalmas sávszélesség . A PN fotodióda ideális alacsonyabb megvilágítású alkalmazásokhoz, mert a működés elfogulatlan.
A fotodióda két módban működik, nevezetesen fotovoltaikus és fényvezető módban. Fotovoltaikus üzemmódban (más néven Zero bias mode) a készülék fotovezetése korlátozott és feszültség keletkezik. A fotodióda előrehaladott állapotban van, és a „sötét áram” elkezd folyni a p-n kereszteződésen. Ez a sötét áramlás a fotovezérlés irányával ellentétesen történik. A sötét áram fény hiányában keletkezik. A sötét áramerősség a háttérsugárzás által indukált fényáram plusz a készülék telítettségének árama.
A fényvezető üzemmód akkor fordul elő, amikor a fotodióda fordított torzítású. Ennek eredményeként a kimerülő réteg szélessége növekszik, és a p-n kereszteződés kapacitásának csökkenéséhez vezet. Ez megnöveli a dióda válaszidejét. Az érzékenység a keletkező fényáram és a beeső fényenergia aránya. Fényvezető üzemmódban a dióda csak kicsi áramot állít elő, amelyet telítettségnek vagy visszavezetésnek neveznek. A fényáram ebben az állapotban ugyanaz marad. A fényáram mindig arányos a lumineszcenciával. Annak ellenére, hogy a fényvezető üzemmód gyorsabb, mint a fotovoltaikus mód, az elektronikus zaj nagyobb a fényvezető módban. A szilícium alapú fotodiódák kevesebb zajt generálnak, mint a germánium alapú fotodiódák, mivel a szilícium fotodiódák nagyobb sávszélességgel rendelkeznek.
3. Zener dióda
A Zener dióda olyan típusú dióda, amely az egyenirányító diódához hasonlóan lehetővé teszi az áram áramlását előrefelé, ugyanakkor lehetővé teszi az áram fordított áramlását akkor is, ha a feszültség meghaladja a Zener lebontási értékét. Ez általában egy-két volttal magasabb, mint a Zener névleges feszültsége, és Zener feszültségnek vagy lavina pontnak hívják. A Zener nevét Clarence Zenerről kapta, aki felfedezte a dióda elektromos tulajdonságait. A Zener diódák alkalmazásokat találnak a feszültségszabályozásban és a félvezető eszközök védelmében a feszültségingadozásoktól. A Zener diódákat széles körben használják feszültségreferenciákként és söntszabályozóként az áramkörök feszültségének szabályozására.
A Zener dióda a p-n átmenetét fordított előfeszítési módban használja, hogy megkapja a Zener-hatást. A Zener-effektus vagy a Zener-bontás során a Zener a feszültséget közel tartja a Zener-feszültség néven ismert állandó értékhez. A hagyományos dióda a fordított előfeszítés tulajdonságával is rendelkezik, de ha a fordított előfeszítési feszültség túllépésre kerül, a dióda nagy áramnak lesz kitéve, és megsérül. A Zener dióda viszont kifejezetten úgy van kialakítva, hogy csökkentett megszakítási feszültsége legyen, az úgynevezett Zener feszültség. A Zener dióda a vezérelt meghibásodás tulajdonságát is megmutatja, és lehetővé teszi az áram számára, hogy a Zener dióda feszültségét a megszakítási feszültség közelében tartsa. Például egy 10 V-os Zener 10 V-ot csökken a fordított áramok széles tartományában.
Amikor a Zener dióda fordított előfeszítéssel rendelkezik, annak p-n átmenetén lavina meghibásodás tapasztalható, és a Zener fordított irányban vezet. Az alkalmazott elektromos tér hatására a vegyértékű elektronok felgyorsulnak, hogy más elektronokat kopogtassanak és felszabadítsák. Ez az Avalanche effektussal végződik. Amikor ez bekövetkezik, a feszültség kis változása nagy áramot eredményez. A Zener lebomlása függ az alkalmazott elektromos mezőtől, valamint a réteg vastagságától, amelyre a feszültséget alkalmazzák.
A Zener diódához áramkorlátozó ellenállásra van szükség sorozatban, hogy korlátozza a Zeneren átáramló áramot. A Zener áram általában 5 mA. Például, ha 10 V-os Zenert használnak 12 voltos tápfeszültséggel, akkor egy 400 Ohm (a közeli érték 470 Ohm) ideális a Zener-áram 5 mA-es tartásához. Ha a feszültség 12 volt, akkor a Zener diódán 10 volt, az ellenállón pedig 2 volt van. 2 volt feszültséggel a 400 ohmos ellenálláson az ellenálláson és a Zeneren átáramló áram 5 mA lesz. Tehát rendszerint 220 Ohm és 1K ellenállást használunk a Zenerrel sorozatban, a tápfeszültség függvényében. Ha a Zeneren keresztüli áram nem elegendő, a kimenet szabályozatlan lesz, és kisebb lesz, mint a névleges megszakítási feszültség.
A következő képlet hasznos a Zeneren keresztüli áram meghatározásához:
Zener = (VIn - V Out) / R Ohm
Az R ellenállás értékének két feltételnek kell megfelelnie.
- Ennek alacsony értéknek kell lennie ahhoz, hogy elegendő áramot engedjen át a Zeneren
- Az ellenállás teljesítményének elég magasnak kell lennie a Zener védelméhez.
Photo Credit:
