Halbleiterdioden sind in der Elektronik und der Elektronikindustrie weit verbreitet. Sie werden sowohl unabhängig als auch als p-n-Übergang von Transistoren und vielen anderen Geräten verwendet. Als diskrete Komponente sind Dioden ein wichtiger Bestandteil vieler elektronischer Sch altungen. Sie finden viele Anwendungen, die von Anwendungen mit geringem Stromverbrauch bis hin zu Gleichrichtern reichen.
Was ist eine Diode?
Aus dem Griechischen übersetzt bedeutet der Name dieses elektronischen Elements wörtlich "zwei Anschlüsse". Sie heißen Anode und Kathode. In einem Stromkreis fließt Strom von der Anode zur Kathode. Die Halbleiterdiode ist ein einseitiges Element und der Stromfluss in die entgegengesetzte Richtung wird blockiert.
Funktionsprinzip
Die Vorrichtung von Halbleiterdioden ist sehr unterschiedlich. Aus diesem Grund gibt es viele Arten von ihnen, die sich sowohl im Nennwert als auch in den Funktionen, die sie erfüllen, unterscheiden. Allerdings ist in den meisten Fällen das GrundprinzipDer Betrieb von Halbleiterdioden ist derselbe. Sie enth alten einen p-n-Übergang, der ihre grundlegende Funktionalität bereitstellt.
Dieser Begriff wird normalerweise in Bezug auf die Standardform einer Diode verwendet. Tatsächlich gilt es für fast jede Art von ihnen. Dioden bilden das Rückgrat der modernen Elektronikindustrie. Alles – von einfachen Bauelementen und Transistoren bis hin zu modernen Mikroprozessoren – basiert auf Halbleitern. Das Funktionsprinzip einer Halbleiterdiode basiert auf den Eigenschaften von Halbleitern. Die Technologie basiert auf einer Gruppe von Materialien, deren Kristallgitter durch das Einbringen von Verunreinigungen Bereiche erh alten, in denen Löcher und Elektronen Ladungsträger sind.
P-n-Kreuzung
Die p-n-Diode hat ihren Namen, weil sie einen p-n-Übergang verwendet, der Strom nur in eine Richtung fließen lässt. Das Element hat andere Eigenschaften, die ebenfalls weit verbreitet sind. Halbleiterdioden können beispielsweise Licht emittieren und detektieren, die Kapazität ändern und die Spannung regulieren.
P-n-Übergang ist eine grundlegende Halbleiterstruktur. Wie der Name schon sagt, handelt es sich um eine Verbindung zwischen Regionen vom p- und n-Typ. Durch den Übergang können sich Ladungsträger nur in eine Richtung bewegen, was beispielsweise die Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom ermöglicht.
Standard-Dioden werden normalerweise aus Silizium hergestellt, obwohl auch Germanium und andere Halbleitermaterialien verwendet werden, hauptsächlich für spezielle Zwecke.
Volt-Ampere-Kennlinie
Die Diode zeichnet sich durch eine Strom-Spannungskurve aus, die sich in 2 Zweige aufteilen lässt: Vorwärts und Rückwärts. In der entgegengesetzten Richtung ist der Leckstrom nahe 0, steigt aber mit zunehmender Spannung langsam an und beginnt bei Erreichen der Durchbruchspannung stark anzusteigen. In Durchlassrichtung steigt der Strom bei angelegter Spannung schnell über die Leitungsschwelle an, die bei Siliziumdioden 0,7 V und bei Germanium 0,4 V beträgt. Zellen, die unterschiedliche Materialien verwenden, haben unterschiedliche Volt-Ampere-Eigenschaften und Leitungsschwellen- und Durchbruchspannungen.
Die p-n-Übergangsdiode kann als Element der Grundstufe betrachtet werden. Es wird in vielen Anwendungen eingesetzt, die von Signalsch altkreisen und Detektoren bis hin zu Begrenzern oder Überspannungsunterdrückern in Induktions- oder Relaisspulen und Hochleistungsgleichrichtern reichen.
Funktionen und Parameter
Diodenspezifikationen liefern viele Daten. Genaue Erklärungen darüber, was sie sind, sind jedoch nicht immer verfügbar. Nachfolgend finden Sie die Details der verschiedenen Eigenschaften und Parameter der Diode, die in den Spezifikationen angegeben sind.
Halbleitermaterial
Das in p-n-Übergängen verwendete Material ist von größter Bedeutung, da es viele der grundlegenden Eigenschaften von Halbleiterdioden beeinflusst. Silizium wird aufgrund seiner hohen Effizienz und niedrigen Produktionskosten am häufigsten verwendet. Ein weiterer häufig verwendeterDas Element ist Germanium. Andere Materialien werden typischerweise in Spezialdioden verwendet. Die Wahl des Halbleitermaterials ist wichtig, da es die Leitungsschwelle bestimmt – etwa 0,6 V für Silizium und 0,3 V für Germanium.
Spannungsabfall im Gleichstrombetrieb (U pr.)
Jeder elektrische Stromkreis, durch den Strom fließt, verursacht einen Spannungsabfall, und dieser Parameter einer Halbleiterdiode ist von großer Bedeutung, insbesondere für die Gleichrichtung, wenn die Leistungsverluste proportional zu U ave sind. Außerdem müssen elektronische Komponenten dies häufig tun bieten einen kleinen Spannungsabfall, da die Signale schwach sein können, aber sie müssen ihn noch überwinden.
Dies geschieht aus zwei Gründen. Der erste liegt in der Natur des p-n-Übergangs und ist das Ergebnis einer Leitungsschwellenspannung, die Strom durch die Verarmungsschicht fließen lässt. Die zweite Komponente ist der normale Widerstandsverlust.
Der Indikator ist von großer Bedeutung für Gleichrichterdioden, die große Ströme führen können.
Spitzensperrspannung (U arr. max)
Dies ist die höchste Sperrspannung, der eine Halbleiterdiode standh alten kann. Sie darf nicht überschritten werden, sonst kann das Element versagen. Es ist nicht nur die RMS-Spannung des Eingangssignals. Jede Sch altung muss nach ihren Vorzügen betrachtet werden, aber bei einem einfachen Einweggleichrichter mit einem Glättungskondensator ist zu beachten, dass der Kondensator eine Spannung hält, die der Spitze des Eingangs entsprichtSignal. Die Diode wird dann der Spitze des eingehenden Signals in umgekehrter Richtung ausgesetzt, und daher gibt es unter diesen Bedingungen eine maximale Sperrspannung, die dem Spitzenwert der Welle entspricht.
Maximaler Durchlassstrom (U pr. max)
Achten Sie beim Entwurf einer elektrischen Sch altung darauf, dass die maximalen Diodenströme nicht überschritten werden. Bei steigendem Strom entsteht zusätzliche Wärme, die abgeführt werden muss.
Leckstrom (I arr.)
In einer idealen Diode sollte es keinen Rückstrom geben. Bei echten p-n-Übergängen liegt dies jedoch an der Anwesenheit von Minoritätsladungsträgern im Halbleiter. Die Höhe des Leckstroms hängt von drei Faktoren ab. Offensichtlich ist die bedeutendste davon die Sperrspannung. Außerdem hängt der Leckstrom von der Temperatur ab - mit seinem Wachstum nimmt er erheblich zu. Außerdem ist sie stark von der Art des Halbleitermaterials abhängig. In dieser Hinsicht ist Silizium viel besser als Germanium.
Der Leckstrom wird bei einer bestimmten Sperrspannung und einer bestimmten Temperatur bestimmt. Sie wird normalerweise in Mikroampere (ΜA) oder Picoampere (pA) angegeben.
Übergangskapazität
Alle Halbleiterdioden haben eine Sperrschichtkapazität. Die Verarmungszone ist eine dielektrische Barriere zwischen zwei Platten, die sich am Rand der Verarmungszone und der Zone mit den Majoritätsladungsträgern ausbilden. Der tatsächliche Kapazitätswert hängt von der Sperrspannung ab, die zu einer Änderung der Übergangszone führt. Seine Erhöhung erweitert die Verarmungszone und folglichverringert die Kapazität. Diese Tatsache wird in Varaktoren oder Varicaps ausgenutzt, aber für andere Anwendungen, insbesondere HF-Anwendungen, muss dieser Effekt minimiert werden. Der Parameter wird normalerweise in pF bei einer bestimmten Spannung angegeben. Für viele HF-Anwendungen stehen spezielle niederohmige Dioden zur Verfügung.
Falltyp
Halbleiterdioden werden je nach Verwendungszweck in Gehäusen unterschiedlicher Art und Form hergestellt. In einigen Fällen, insbesondere bei der Verwendung in Signalverarbeitungssch altungen, ist das Gehäuse ein Schlüsselelement bei der Bestimmung der Gesamteigenschaften dieses elektronischen Elements. In Leistungssch altkreisen, in denen Wärmeableitung wichtig ist, kann das Gehäuse viele der allgemeinen Parameter einer Diode bestimmen. Hochleistungsgeräte müssen an einem Kühlkörper befestigt werden können. Kleinere Artikel können in Bleigehäusen oder als oberflächenmontierte Geräte hergestellt werden.
Diodentypen
Manchmal ist es sinnvoll, sich mit der Klassifizierung von Halbleiterdioden vertraut zu machen. Einige Artikel können jedoch mehreren Kategorien angehören.
Umgekehrte Diode. Obwohl es nicht so weit verbreitet ist, handelt es sich um eine Art p-n-Element, das in seiner Wirkung dem Tunnel sehr ähnlich ist. Verfügt über einen niedrigen Spannungsabfall im Durchlasszustand. Findet Anwendung in Detektoren, Gleichrichtern und Hochfrequenzsch altern.
Injektionstransitdiode. Es hat viel mit dem häufigeren Lawinenflug gemeinsam. Verwendet in Mikrowellengeneratoren und Alarmsystemen.
Diode Gunn. Es gehört nicht zum p-n-Typ, sondern ist ein Halbleiterbauelement mit zwei Anschlüssen. Es wird üblicherweise verwendet, um Mikrowellensignale im Bereich von 1 bis 100 GHz zu erzeugen und umzuwandeln.
Licht emittierende oder LED ist eine der beliebtesten Arten von elektronischen Komponenten. Bei Vorwärtsspannung bewirkt der durch den Übergang fließende Strom, dass Licht emittiert wird. Sie verwenden Verbindungshalbleiter (z. B. Galliumarsenid, Galliumphosphid, Indiumphosphid) und können in einer Vielzahl von Farben leuchten, obwohl sie ursprünglich nur auf Rot beschränkt waren. Es gibt viele neue Entwicklungen, die die Funktionsweise und Herstellung von Displays verändern, beispielsweise OLED.
Fotodiode. Wird verwendet, um Licht zu erkennen. Wenn ein Photon auf einen pn-Übergang trifft, kann es Elektronen und Löcher erzeugen. Fotodioden arbeiten typischerweise unter Sperrvorspannungsbedingungen, bei denen sogar kleine durch Licht erzeugte Ströme leicht erfasst werden können. Fotodioden können zur Stromerzeugung verwendet werden. Manchmal werden stiftartige Elemente als Photodetektoren verwendet.
Pin-Diode. Der Name des elektronischen Elements beschreibt gut die Vorrichtung einer Halbleiterdiode. Es hat Standardbereiche vom p- und n-Typ, aber es gibt einen internen Bereich ohne Verunreinigungen dazwischen. Es hat den Effekt, dass die Fläche des Verarmungsbereichs vergrößert wird, was zum Sch alten sowie in Fotodioden usw. nützlich sein kann.
Standard p-n-Übergang kann als normal betrachtet werdenoder der heute gebräuchliche Standard-Diodentyp. Sie können in HF- oder anderen Niederspannungsanwendungen sowie in Hochspannungs- und Hochleistungsgleichrichtern verwendet werden.
Schottky-Dioden. Sie haben einen geringeren Durchlassspannungsabfall als Standard-Siliziumhalbleiter vom p-n-Typ. Bei niedrigen Strömen kann es 0,15 bis 0,4 V betragen und nicht 0,6 V wie bei Siliziumdioden. Dazu werden sie nicht wie üblich hergestellt - sie verwenden einen Metall-Halbleiter-Kontakt. Sie werden häufig als Begrenzer, Gleichrichter und in Funkgeräten verwendet.
Diode mit Ladungsanhäufung. Es ist eine Art Mikrowellendiode, die verwendet wird, um Impulse bei sehr hohen Frequenzen zu erzeugen und zu formen. Seine Arbeitsweise basiert auf einer sehr schnellen Auslösecharakteristik.
Laserdiode. Es unterscheidet sich von gewöhnlicher Lichtemission, da es kohärentes Licht erzeugt. Laserdioden werden in vielen Geräten verwendet, von DVD- und CD-Laufwerken bis hin zu Laserpointern. Sie sind viel billiger als andere Laserformen, aber deutlich teurer als LEDs. Sie haben eine begrenzte Lebensdauer.
Tunneldiode. Obwohl es heute nicht weit verbreitet ist, wurde es früher in Verstärkern, Oszillatoren und Sch altgeräten sowie in Zeitsch altungen für Oszilloskope verwendet, als es effizienter war als andere Elemente.
Varaktor oder Varicap. Wird in vielen HF-Geräten verwendet. Bei dieser Diode ändert die Sperrvorspannung die Breite der Verarmungsschicht in Abhängigkeit von der angelegten Spannung. In dieser Konfiguration ist eswirkt als Kondensator mit einem Verarmungsgebiet, das als isolierendes Dielektrikum wirkt, und Platten, die durch die leitenden Gebiete gebildet werden. Wird in spannungsgesteuerten Oszillatoren und HF-Filtern verwendet.
Zenerdiode. Dies ist ein sehr nützlicher Diodentyp, da er eine stabile Referenzspannung liefert. Aus diesem Grund wird die Zenerdiode in großen Mengen verwendet. Es arbeitet unter Sperrichtungsbedingungen und bricht bei Erreichen einer bestimmten Potentialdifferenz durch. Wird der Strom durch einen Widerstand begrenzt, so liefert dieser eine stabile Spannung. Weit verbreitet zur Stabilisierung von Netzteilen. Es gibt 2 Arten von Sperrdurchbruch in Zenerdioden: Zener-Zersetzung und Stoßionisation.
Daher enth alten verschiedene Arten von Halbleiterdioden Elemente für Anwendungen mit niedriger und hoher Leistung, die Licht emittieren und erkennen, mit geringem Durchlassspannungsabfall und variabler Kapazität. Darüber hinaus gibt es eine Reihe von Varianten, die in der Mikrowellentechnik verwendet werden.
