діод

1. Історія створення і розвитку діодів
2. типи діодів
3. напівпровідникові діоди
4. лампові діоди
5. Спеціальні типи діодів
6. Класифікація та система позначень
7. СРСР
8. Росія
9. імпортні радіодеталі
10. EIA / JEDEC
11. Pro Electron
12. інші
13. застосування діодів
14. діодні детектори
15. диодная захист
16. діодні перемикачі
17. диодная іскрозахист
18. Цікаві факти
19. Примітки

Діод (від грец. δις [1] - два і -од [2] що означає шлях) - двухелектродний електронний прилад, що володіє різною провідністю залежно від напряму електричного струму. електрод діода, що підключається до позитивного полюса джерела струму, коли діод відкритий (тобто має маленьке опір ), Називають анодом , Що підключається до негативного полюса - катодом .

Історія створення і розвитку діодів

Розвиток діодів почалося в третій чверті XIX століття відразу за двома напрямками: в 1873 році британський вчений Фредерік Гутрі відкрив принцип дії Терміон (вакуумних лампових з прямим напруженням) діодів, в 1874 році німецький вчений Карл Фердинанд Браун відкрив принцип дії кристалічних (твердотільних) діодів. Пізніше був відкритий принцип роботи полупровднікових діодів російським математиком і фізиком Шинкаренко Валерієм Геннадійовичем.

Принципи роботи Терміон діода були заново відкрито 13 лютого 1880 року Томасом Едісоном , І потім, в 1883 році , Запатентовані (патент США № 307031). Однак подальшого розвитку в роботах Едісона ідея не отримала. В 1899 році німецький учений Карл Фердинанд Браун запатентував випрямляч на кристалі [4] . Джедіш Чандра Боус розвинув далі відкриття Брауна в пристрій застосовне для детектування радіо. близько 1900 року Грінліф Пікард створив перший радіоприймач на кристалічному діоді. Перший Терміон діод був запатентований в Британії Джон Амброз Флемінг (науковим радником компанії Марконі і колишнім співробітником Едісона) 16 листопада 1904 року (Патент США № 803684 від листопада 1905 року). 20 листопада 1906 року Пікард запатентував кремнієвий кристалічний детектор (патент США № 836531).

В кінці XIX століття пристрої подібного роду були відомі під ім'ям випрямлячів, і лише в 1919 році Вільям Генрі Іклс ввів в обіг слово «діод», утворене від грецьких коренів «di» - два, і «odos» - шлях [2] .

Ключову роль в розробці перших вітчизняних напівпровідникових діодів в 1930-х роках зіграв радянський фізик Б. М. Вул .

типи діодів

діоди бувають електровакуумними ( кенотрони ), Газонаповненими ( газотрони , ігнітрони , стабілітрони ), напівпровідниковими і ін. В даний час в переважній більшості випадків застосовуються напівпровідникові діоди.

діоди

напівпровідникові

Чи не напівпровідникові

Газозаполненние

вакуумні

напівпровідникові діоди

Напівпровідникові діоди використовують властивість односторонньої провідності pn переходу - контакту між напівпровідниками з різним типом примесной провідності , Або між напівпровідником і металом ( діод Шотткі ).

лампові діоди

Лампові діоди є радіолампу з двома робочими електродами, один з яких підігрівається ниткою розжарення. Завдяки цьому, частина електронів залишає поверхню розігрітого електрода (катода) і під дією електричного поля рухається до іншого електрода - анода. Якщо ж поле направлено в протилежну сторону, електричне поле перешкоджає цим електронам і струму (практично) немає.

Спеціальні типи діодів

• стабілітрони (Діод Зенера). Використовують зворотний гілка характеристики діода з оборотним пробоєм для стабілізації напруги.
• тунельні діоди (діоди Лео Есакі ). Діоди, істотно використовують квантово ефекти . Мають область т. Н. «Негативного опору» на вольт-амперної характеристики. Застосовуються як підсилювачі, генератори та ін.
• варикапи (Діоди Джона Джеумма). Використовується те, що замкнений p-n-перехід володіє великою ємністю, причому ємність залежить від прикладеної зворотної напруги. Застосовуються в якості конденсаторів змінної ємності.
• світлодіоди (Діоди Генрі Раунду). На відміну від звичайних діодів, при рекомбінації електронів і дірок в переході випромінюють світло у видимому діапазоні, а не в інфрачервоному. Однак, випускаються світлодіоди і з випромінюванням в ІК діапазоні, а з недавніх пір - і в УФ.
• напівпровідникові лазери . По пристрою близькі до світлодіодів, проте мають оптичний резонатор, випромінюють когерентний світло.
• фотодіоди . Замкнений фотодіод відкривається під дією світла.
• Сонячний елемент. Подібний фотодіоду, але працює без зміщення. Падаючий на pn перехід світло викликає рух електронів і генерацію струму.
• діоди Ганна . Використовуються для генерації і перетворення частоти в СВЧ діапазоні.
• діод Шотткі . Діод з малим падінням напруги при прямому включенні.
• лавинний діод - діод, заснований на лавинному пробої зворотного ділянки вольт-амперної характеристики. Застосовується для захисту ланцюгів від перенапруг
• Лавинно-пролітний діод - діод, заснований на лавину множенні носіїв заряду. Застосовується для генерації коливань в НВЧ-техніці.
• Магнітодіод . Діод, вольт-амперна характеристика якого істотно залежить від значення індукції магнітного поля і розташування його вектора відносно площини pn-переходу.
• стабістори . При роботі використовується ділянку гілки вольт-амперної характеристики, відповідний «прямому напрузі» на діоді.
• змішувальний діод - призначений для перемноження двох високочастотних сигналів.
• pin діод - містить область власної провідності між сильнолегованих областями. Використовується в СВЧ-техніці, силовий електроніці, як фотодетектор.

Класифікація та система позначень

Класифікація діодів за їх призначенням, фізичним властивостям, основним електричним параметрам, конструктивно-технологічним ознаками, родом вихідного матеріалу ( напівпровідника ) Відображається системою умовних позначень їх типів. Система умовних позначень постійно вдосконалюється відповідно до виникненням нових класифікаційних груп і типів діодів. Зазвичай системи позначень представлені буквено-цифровим кодом.

СРСР

На території СРСР система умовних позначень неодноразово зазнавала змін і до теперішнього часу на радіоринках можна зустріти напівпровідникові діоди, випущені на заводах СРСР і з системою позначень згідно галузевого стандарту ОСТ 11 336.919-81, що базується на ряді класифікаційних ознак виробів [3] . Отже,

1. перший елемент буквено-цифрового коду позначає вихідний матеріал (напівпровідник), на основі якого виготовлений діод, наприклад:
2. другий елемент - буквений індекс, що визначає підклас приладів;
3. третій елемент - цифра (або в разі оптопар - буква), яка визначає один з основних ознак приладу (параметр, призначення або принцип дії);
4. четвертий елемент - число, що позначає порядковий номер розробки технологічного типу вироби;
5. п'ятий елемент - буквений індекс, умовно визначає класифікацію за параметрами діодів, виготовлених за єдиною технологією.

Крім того, система позначень передбачає (в разі необхідності) введення в позначення додаткових знаків для виділення окремих істотних конструктивно-технологічних особливостей виробів.

Росія

продовжує діяти ГОСТ 2.730-73 - прилади напівпровідникові. Умовні позначення графічні.

імпортні радіодеталі

Існує ряд загальних принципів стандартизації системи кодування для діодів за кордоном - найбільш поширені EIA / JEDEC і європейський Pro Electron стандарти.

EIA / JEDEC

Стандартизована система EIA370 нумерації 1N-серії була введена в США EIA / JEDEC (Об'єднаний Інженерний Консиліум по Електронним Пристроям) приблизно в 1960 році. Серед найпопулярнішого в цій серії були: 1N34A / 1N270 (германієвого), 1N914 / 1N4148 (кремнієвий), 1N4001-1N4007 (Кремнієвий випрямляч 1A) і 1N54xx (потужний кремнієвий випрямляч 3A) [5] [6] [7] .

Pro Electron

Додаткові відомості: Pro Electron

Згідно європейської системи позначень активних компонентів Pro Electron, введеної в 1966 році і складається з двох букв і числового коду:

1. перша буква позначає матеріал напівпровідника:
2. друга буква позначає підклас приладів:
   • A - надвисокочастотні діоди;
   • B - варикапи ;
   • X - умножители напруги;
   • Y - випрямні діоди;
   • Z - стабілітрони , Наприклад:

• AA-серія - германієві надвисокочастотні діоди (наприклад, AA119);
• BA-серія - кремнієві надвисокочастотні діоди (наприклад: BAT18 - діодний перемикач)
• BY-серія - кремнієві випрямні діоди (наприклад: BY127 - випрямний діод 1250V, 1А);
• BZ-серія - кремнієві стабілітрони (наприклад, BZY88C4V7 - стабілітрон 4,7V).

інші

Інші поширені системи нумерації / кодування (зазвичай виробником), включають:

• GD-серія германієвих діодів (наприклад, GD9) - це дуже стара система кодування;
• OA-серія германієвих діодів (наприклад, OA47) - кодують послідовності розроблені британською компанією Mullard.

Система JIS маркує напівпровідникові діоди, починаючись з «1S».

Крім того, багато виробників або організації мають свої власні системи загальної кодування, наприклад:

• HP діод 1901-0044 = JEDEC 1N4148
• Військовий діод CV448 ( Великобританія ) = Mullard типу OA81 = GEC типу GEX23

застосування діодів

діодні випрямлячі

Діоди широко використовуються для перетворення змінного струму в постійний (точніше, в однонаправлений пульсуючий). доданий випрямляч або діодний міст (Тобто 4 діода для однофазної схеми, 6 для трифазної полумостовой схеми або 12 для трифазної полномостовой схеми, з'єднаних між собою за схемою) - основний компонент блоків живлення практично всіх електронних пристроїв. доданий трифазний випрямляч за схемою Ларіонова А. Н. на трьох паралельних півмилі застосовується в автомобільних генераторах , Він перетворює змінний трифазний струм генератора в постійний струм бортової мережі автомобіля. Застосування генератора змінного струму в поєднанні з доданими випрямлячем замість генератора постійного струму з щітково-колекторним вузлом дозволило значно зменшити розміри автомобільного генератора і підвищити його надійність.

У деяких випрямних пристроях досі застосовуються селенові випрямлячі. Це викликано тією особливістю даних випрямлячів, що при перевищенні гранично допустимого струму, відбувається вигоряння селену (ділянками), що не приводить (до певної міри) ні до втрати випрямних властивостей, ні до короткого замикання - пробою.

У високовольтних випрямлячах застосовуються селенові високовольтні стовпи з безлічі послідовно з'єднаних селенових випрямлячів і кремнієві високовольтні стовпи з безлічі послідовно з'єднаних кремнієвих діодів.

Якщо з'єднане послідовно і відповідно до (в одну сторону) кілька діодів, порогове напруга, необхідне для відмикання всіх діодів, збільшується.

діодні детектори

Діоди в поєднанні з конденсаторами застосовуються для виділення низькочастотної модуляції з амплітудно-модульованого радіосигналу або інших модульованих сигналів. Діодні детектори застосовуються в радіоприймальних пристроях: радіоприймачах , телевізорах і т.п. Використовується квадратичний ділянку вольт-амперної характеристики діода.

диодная захист

Діоди застосовуються для захисту пристроїв від неправильної полярності включення, захисту входів схем від перевантаження, захисту ключів від пробою ЕРС самоіндукції , Що виникає при виключенні індуктивного навантаження і т.п.

Для захисту входів аналогових і цифрових схем від перевантаження використовується ланцюжок з двох діодів, підключених до шин харчування в зворотному напрямку, що захищається вхід підключається до середньої точки цього ланцюжка. При нормальній роботі діоди закриті і майже не впливають на роботу схеми. При відведенні потенціалу входу за межі напруги живлення один з діодів відкривається і шунтує вхід схеми, обмежуючи таким чином допустимий потенціал входу діапазоном в межах напруги живлення плюс пряме падіння напруги на діоді. Такі ланцюжки можуть бути вже включені до складу ІС на етапі проектування кристала, або передбачатися при розробці схем вузлів, блоків, пристроїв. Випускаються готові захисні збірки з двох діодів в трёхвиводних «транзисторних» корпусах.

Для звуження або розширення діапазону захисту замість потенціалів харчування необхідно використовувати інші потенціали відповідно до необхідного діапазоном. При захисті від потужних перешкод, що виникають на довгих дротяних лініях, наприклад, при грозових розрядах, може знадобитися використання більш складних схем, разом з діодами включають в себе резистори , варистори , розрядники [8] [9] .

при виключенні індуктивних навантажень (таких як реле , електромагніти , магнітні пускачі , електродвигуни ) виникає ЕРС самоіндукції :

,

де - індуктивність, - струм через індуктивність, - час.

ЕРС самоіндукції перешкоджає зменшенню сили струму через індуктивність і «прагне» підтримати струм на колишньому рівні. При виключенні струму енергія магнітного поля , Створеного індуктивністю, повинна десь розсіятися. Магнітне поле, створюване індуктивним навантаженням, володіє енергією:

,

де - індуктивність - струм через індуктивність ,.

Таким чином, після відключення індуктивність сама стає джерелом струму і напруги, а виникає на закритому ключі напруга може досягати високих значень і приводити до іскріння і обгорання контактів механічних і пробою напівпровідникових ключів оскільки в цих випадках енергія буде розсіюватися безпосередньо на самому ключі. Диодная захист є простою і однією з широко поширених схем, що дозволяють захистити ключі з індуктивним навантаженням. Діод включається паралельно котушці так, що в робочому стані діод закритий. При відключенні струму виникає ЕРС самоіндукції спрямована проти раніше прикладеного до індуктивності напруги, ця протидії ЕРС відкриває діод, раніше йшов через індуктивність ток продовжує текти через діод і енергія магнітного поля розсіється на ньому, не викликаючи пошкодження ключа.

У схемі захисту з одним тільки діодом напруга на котушці буде рівним падіння напруги на діоді в прямому напрямку - близько 0,7-1,2 В, в залежності від величини струму. Через малість цієї напруги струм буде спадати повільно і для прискорення виключення навантаження може знадобитися використання більш складної захисної схеми: стабілітрон послідовно з діодом, діод в комбінації з резистором , варистором або резісторно- ємнісний ланцюжком [10] .

діодні перемикачі

Застосовуються для комутації високочастотних сигналів. Управління здійснюється постійним струмом, поділ ВЧ і керуючого сигналу за допомогою конденсаторів і індуктивностей.

диодная іскрозахист

Цим не вичерпується застосування діодів в електроніці, проте інші схеми, як правило, досить вузькоспеціальні. Зовсім іншу область застосовності мають спеціальні діоди, тому вони будуть розглянуті в окремих статтях.

Цікаві факти

• У перші десятиліття розвитку напівпровідникової технології точність виготовлення діодів була настільки низькою, що доводилося робити «розбракування» вже виготовлених приладів. Так, діод Д220 міг, в залежності від фактично одержані параметрів, маркуватися і як комутаційний (Д220А, Б), і як стабілітрон (Д220С). [Джерело не вказано 1 265 днів] Радіоаматори широко використовували його в якості варикапа .
• Діоди можуть використовуватися як датчики температури.
• Діоди в прозорому скляному корпусі (в тому числі і сучасні SMD -варіанти) можуть володіти паразитного чутливістю до світла (тобто радіоелектронний пристрій працює по-різному в корпусі і без корпусу, на світлі).

Примітки

1. ↑ Словник з кібернетики / За редакцією академіка В. С. Михалевича . - 2-е. - Київ: Головна редакція Української Радянської Енциклопедії імені М. П. Бажана, 1989. - 751 с. - (С48). - 50 000 прим. - ISBN 5-88500-008-5
2. ↑ 1 2 www.yourdictionary.com: суфікс -од (ode) (Англ.)
3. ↑ 1 2 А. В. Баюк, А. Б. Гітцевіч, А. А. Зайцев та ін. Напівпровідникові прилади: діоди, тиристори, оптоелектронні прилади. Довідник / За ред. Н. Н. Горюнова. - 2-е изд., Перераб. - М.: Вища школа, 1984. - С. 13-31. - 744 с., Іл с. - 100 000 прим.
4. ↑ Diode
5. ↑ About JEDEC . Jedec.org. Читальний зал з першоджерела 5 серпня 2012 року Перевірено 22 вересня 2008.
6. ↑ EDAboard.com . News.elektroda.net (10 червня 2010). Читальний зал з першоджерела 5 серпня 2012 року Перевірено 6 серпня 2010 року.
7. ↑ IDEA Transistor Museum Construction Projects Point Contact Germanium Western Electric Vintage Historic Semiconductors Photos Alloy Junction Oral History . Semiconductormuseum.com. Читальний зал з першоджерела 5 серпня 2012 року Перевірено 22 вересня 2008.
8. ↑ Класифікація та випробування грозозащіт (Рос.). «Мережеві рішення», видавництво «Нестор» (15 квітня 2004). - (Захист обладнання Ethernet ). Читальний зал з першоджерела 30 травня 2012 року Перевірено 27 квітня 2012.
9. ↑ Деякі питання використання газорозрядних приладів для захисту ліній Ethernet (Рос.). «Мережеві рішення», видавництво «Нестор» (12 травня 2008). Читальний зал з першоджерела 30 травня 2012 року Перевірено 27 квітня 2012.
10. ↑ Барнс Дж. Електронне конструювання: Методи боротьби з перешкодами = John R. Barnes. Electronic System Design: Interference And Noise Control Techniques. - Prentice-Hall, 1987. - Пер. з англ. - М.: Світ, 1990. - С. 78-85. - 238 с. - 30 000 прим. - ISBN 5-03-001369-5 (Рос.), ISBN 0-13-252123-7 (Англ.)

Див. також

посилання