De la proiectarea electronică la producție și reparații, diodele sunt utilizate pe scară largă pentru mai multe aplicații. Acestea sunt de diferite tipuri și transferă curentul electric pe baza proprietăților și specificațiilor acelei diode. Acestea sunt în principal diode de joncțiune P-N, diode fotosensibile, diode Zener, diode Schottky, diode Varactor. Diodele fotosensibile includ LED-uri, fotodiode și celule fotovoltaice. Unele dintre acestea sunt explicate pe scurt în acest articol.
1. Diodă de joncțiune P-N
O joncțiune P-N este un dispozitiv semiconductor, care este format din material semiconductor de tip P și N. Tipul P are o concentrație mare de găuri, iar tipul N are o concentrație mare de electroni. Difuzia găurilor este de la tip p la tip n, iar difuziunea electronică este de la tip n la tip p.
Ionii donatori din regiunea de tip n devin încărcați pozitiv pe măsură ce electronii liberi trec de la tipul n la tipul p. Prin urmare, o parte pozitivă este construită pe partea N a joncțiunii. Electronii liberi de-a lungul joncțiunii sunt ionii acceptori negativi prin umplerea găurilor, apoi sarcina negativă stabilită pe partea p a joncțiunii este prezentată în figură.
Un câmp electric format din ionii pozitivi din regiunea de tip n și ioni negativi în regiunile de tip p. Această regiune se numește regiune de difuzie. Deoarece câmpul electric elimină rapid transportatorii liberi, prin urmare, regiunea este epuizată de transportatorii liberi. Un potențial V încorporatcudatorită Ê se formează la joncțiunea este prezentată în figură.
Diagrama funcțională a diodei de joncțiune P-N:
Diagrama funcțională a diodei de joncțiune P-N
Caracteristici directe ale joncțiunii P-N:
Când terminalul pozitiv al bateriei este conectat la tipul P și terminalul negativ este conectat la tipul N se numește polarizare directă a joncțiunii P-N, se arată în figura de mai jos.
Caracteristici directe ale joncțiunii P-N
Dacă această tensiune externă devine mai mare decât valoarea barierei potențiale, aproximativ 0,7 volți pentru siliciu și 0,3 V pentru Ge, bariera potențială este traversată și curentul începe să curgă din cauza mișcării electronilor peste joncțiune și același pentru găuri.
P-N Junction Forward Bias Caracteristici
Caracteristici inverse ale joncțiunii P-N:
Când se dă o tensiune pozitivă părții n și tensiune negativă părții p a diodei, se spune că este în stare de polarizare inversă.
Circuitul caracteristicilor inverse ale joncțiunii P-N
Când se dă o tensiune pozitivă părții N a diodei, electronii se deplasează spre electrodul pozitiv și aplicarea tensiunii negative la partea p face ca găurile să se deplaseze spre electrodul negativ. Ca rezultat, electronii traversează joncțiunea pentru a se combina cu găurile din partea opusă a joncțiunii și invers. Ca rezultat, se formează un strat de epuizare, având o cale de impedanță ridicată cu o barieră de potențial ridicată.
Caracteristici de polarizare inversă a joncțiunii P-N
Aplicații ale diodei de joncțiune P-N:
Dioda de joncțiune P-N este un dispozitiv sensibil la polaritate cu două terminale, dioda conduce atunci când este transmisă polarizarea și dioda nu conduce la polarizarea inversă. Datorită acestor caracteristici, dioda de joncțiune P-N este utilizată în multe aplicații cum ar fi
- Redresoare în curent continuu alimentare electrică
- Circuite de demodulare
- Retele de prindere si prindere
2. Fotodioda
Fotodioda este un fel de diodă care generează curent proporțional cu energia luminii incidente. Este un convertor de lumină la tensiune / curent care găsește aplicații în sistemele de securitate, transportoare, sisteme de comutare automată etc. Fotodioda este similară cu un LED în construcție, dar joncțiunea sa p-n este extrem de sensibilă la lumină. Joncțiunea p-n poate fi expusă sau ambalată cu o fereastră pentru a introduce lumina în joncțiunea P-N. În starea de polarizare directă, curentul trece de la anod la catod, în timp ce în stare de polarizare inversă, fotocurentul curge în direcția inversă. În majoritatea cazurilor, ambalajul fotodiodei este similar cu LED-urile cu cabluri anodice și catodice care ies din carcasă.
Foto diodă
Există două tipuri de fotodiode - fotodiodele PN și PIN. Diferența constă în performanța lor. Fotodioda PIN are un strat intrinsec, deci trebuie să fie polarizat invers. Ca urmare a polarizării inverse, lățimea regiunii de epuizare crește, iar capacitatea joncțiunii p-n scade. Acest lucru permite generarea mai multor electroni și găuri în regiunea de epuizare. Dar un dezavantaj al polarizării inverse este că generează curent de zgomot care poate reduce raportul S / N. Deci, polarizarea inversă este potrivită numai în aplicații care necesită mai mult lățime de bandă . Fotodioda PN este ideală pentru aplicații cu lumină mai scăzută, deoarece operațiunea este imparțială.
Fotodioda funcționează în două moduri și anume modul fotovoltaic și modul fotoconductiv. În modul fotovoltaic (numit și modul Zero Bias), fotocurentul de la dispozitiv este restricționat și se acumulează o tensiune. Fotodioda se află acum în starea de polarizare înainte și un „curent întunecat” începe să curgă peste joncțiunea p-n. Acest flux de curent întunecat are loc opus direcției fotocurentului. Curentul întunecat generează în absența luminii. Curentul întunecat este fotocurentul indus de radiația de fundal plus curentul de saturație din dispozitiv.
Modul fotoconductor apare atunci când fotodioda este polarizată invers. Ca urmare, lățimea stratului de epuizare crește și duce la o reducere a capacității joncțiunii p-n. Acest lucru mărește timpul de răspuns al diodei. Responsibilitatea este raportul dintre fotocurentul generat și energia luminii incidente. În modul fotoconductiv, dioda generează doar un curent mic numit curent de saturație sau curent invers de-a lungul direcției sale. Fotocurentul rămâne același în această stare. Fotocurentul este întotdeauna proporțional cu luminescența. Chiar dacă modul fotoconductor este mai rapid decât modul fotovoltaic, zgomotul electronic este mai mare în modul fotoconductor. Fotodiodele pe bază de siliciu generează mai puțin zgomot decât fotodiodele pe bază de germaniu, deoarece fotodiodele pe siliciu au o bandă mai mare.
3. Dioda Zener
Dioda Zener este un tip de diodă care permite curgerea curentului în direcția directă similară cu o diodă redresoare, dar, în același timp, poate permite curgerea inversă a curentului și atunci când tensiunea este peste valoarea de defalcare a Zenerului. Aceasta este de obicei cu unu până la doi volți mai mare decât tensiunea nominală a Zener și este cunoscută sub numele de tensiunea Zener sau punctul Avalanche. Zener a fost numit astfel după Clarence Zener, care a descoperit proprietățile electrice ale diodei. Diodele Zener găsesc aplicații în reglarea tensiunii și pentru a proteja dispozitivele semiconductoare de fluctuațiile de tensiune. Diodele Zener sunt utilizate pe scară largă ca referințe de tensiune și ca regulatoare de șunt pentru a regla tensiunea pe circuite.
Dioda Zener își folosește joncțiunea p-n în modul polarizare inversă pentru a da efectul Zener. În timpul efectului Zener sau al defectării Zener, Zener menține tensiunea aproape de o valoare constantă cunoscută sub numele de tensiune Zener. Dioda convențională are, de asemenea, proprietatea de polarizare inversă, dar dacă tensiunea de polarizare inversă este depășită, dioda va fi supusă unui curent ridicat și va fi deteriorată. Dioda Zener, pe de altă parte, este special concepută pentru a avea o tensiune de avarie redusă numită tensiune Zener. Dioda Zener prezintă, de asemenea, proprietatea unei defecțiuni controlate și permite curentului să mențină tensiunea pe dioda Zener aproape de tensiunea de defecțiune. De exemplu, un Zener de 10 volți va scădea 10 volți pe o gamă largă de curenți inversi.
Atunci când dioda Zener este polarizată invers, joncțiunea sa p-n va experimenta o defecțiune a avalanșei, iar Zener conduce în direcția inversă. Sub influența câmpului electric aplicat, electronii de valanță vor fi accelerați pentru a bate și a elibera alți electroni. Aceasta se încheie cu efectul Avalanche. Când se întâmplă acest lucru, o mică modificare a tensiunii va duce la un flux mare de curent. Defectarea Zener depinde de câmpul electric aplicat, precum și de grosimea stratului pe care se aplică tensiunea.
Dioda Zener necesită un rezistor de limitare a curentului în serie pentru a restricționa fluxul de curent prin Zener. De obicei, curentul Zener este fixat ca 5 mA. De exemplu, dacă un Zener de 10 V este utilizat cu o sursă de alimentare de 12 volți, un 400 Ohmi (valoarea Aproape este de 470 Ohmi) este ideal pentru a menține curentul Zener la 5 mA. Dacă alimentarea este de 12 volți, există 10 volți în dioda Zener și 2 volți în rezistență. Cu 2 volți peste rezistorul de 400 ohmi, atunci curentul prin rezistor și Zener va fi de 5 mA. Deci, de regulă, rezistențele de 220 Ohmi până la 1K sunt utilizate în serie cu Zener, în funcție de tensiunea de alimentare. Dacă curentul prin Zener este insuficient, ieșirea va fi nereglementată și mai mică decât tensiunea nominală de avarie.
Următoarea formulă este utilă pentru a determina curentul prin Zener:
Zener = (VIn - V Out) / R Ohmi
Valoarea rezistorului R trebuie să îndeplinească două condiții.
- Trebuie să fie o valoare scăzută pentru a permite un curent suficient prin Zener
- Puterea nominală a rezistorului trebuie să fie suficient de mare pentru a proteja Zener.
Credit foto:
