ไดโอดเซมิคอนดักเตอร์คืออะไร ประเภทของไดโอด และกราฟแสดงลักษณะแรงดันกระแสไฟ

ไดโอดเซมิคอนดักเตอร์ใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านวิศวกรรมไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ ด้วยต้นทุนที่ต่ำและอัตราส่วนกำลังต่อขนาดที่ดี จึงเปลี่ยนอุปกรณ์สูญญากาศที่มีจุดประสงค์คล้ายกันได้อย่างรวดเร็ว

อุปกรณ์และหลักการทำงานของไดโอดเซมิคอนดักเตอร์

เซมิคอนดักเตอร์ไดโอดประกอบด้วยสองส่วน (ชั้น) ที่ทำจากเซมิคอนดักเตอร์ (ซิลิกอน เจอร์เมเนียม ฯลฯ) บริเวณหนึ่งมีอิเล็กตรอนอิสระมากเกินไป (n-semiconductor) อีกส่วนมีข้อบกพร่อง (p-semiconductor) ซึ่งทำได้โดยการเติมวัสดุฐาน ระหว่างพวกเขามีโซนเล็ก ๆ ที่มีอิเล็กตรอนอิสระมากเกินไปจาก n-site "ปิด" รูจาก p-site (การรวมตัวใหม่เกิดขึ้นเนื่องจากการแพร่) และไม่มีผู้ให้บริการฟรีในภูมิภาคนี้ เมื่อใช้แรงดันไปข้างหน้า พื้นที่การรวมตัวใหม่จะมีขนาดเล็ก ความต้านทานมีขนาดเล็ก และไดโอดจะนำกระแสไปในทิศทางนี้ ด้วยแรงดันย้อนกลับ เขตปลอดพาหะจะเพิ่มขึ้น ความต้านทานของไดโอดจะเพิ่มขึ้น จะไม่มีกระแสไหลไปในทิศทางนี้

ประเภท การจำแนกประเภท และการกำหนดกราฟิกบนไดอะแกรมไฟฟ้า

ในกรณีทั่วไป ไดโอดในไดอะแกรมจะแสดงเป็นลูกศรชี้ทิศทางของกระแส ภาพกราฟิกแบบมีเงื่อนไข (UGO) ของอุปกรณ์ประกอบด้วยสองข้อสรุป - แอโนดและแคโทดซึ่งเชื่อมต่อโดยตรงกับวงจรไฟฟ้าบวกและลบตามลำดับ

อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์แบบไบโพลาร์นี้มีหลายประเภท ซึ่งขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ อาจมี UGO ที่แตกต่างกันเล็กน้อย

ซีเนอร์ไดโอด (ซีเนอร์ไดโอด)

ซีเนอร์ไดโอดเป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ทำงานที่แรงดันไฟย้อนกลับในเขตที่มีการพังทลายของหิมะถล่ม ในภูมิภาคนี้ แรงดันไดโอดซีเนอร์จะคงที่ในช่วงกว้างของกระแสผ่านอุปกรณ์ คุณสมบัตินี้ใช้เพื่อทำให้แรงดันไฟฟ้าคงที่ตลอดโหลด

สเตบิสเตอร์

ไดโอดซีเนอร์ทำหน้าที่รักษาเสถียรภาพของแรงดันไฟฟ้าได้ดีตั้งแต่ 2 V ขึ้นไปสเตบิสเตอร์ใช้เพื่อให้ได้แรงดันคงที่ต่ำกว่าขีดจำกัดนี้ การเติมวัสดุที่ใช้ทำอุปกรณ์เหล่านี้ (ซิลิกอน, ซีลีเนียม) ทำให้เกิดแนวตั้งที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของสาขาตรงของลักษณะเฉพาะ ในโหมดนี้ สเตบิสเตอร์ทำงาน โดยให้แรงดันไฟฟ้าที่เป็นแบบอย่างในช่วง 0.5 ... 2 V บนกิ่งตรงของลักษณะแรงดันกระแสตรงที่แรงดันไปข้างหน้า

ไดโอด Schottky

ไดโอด Schottky สร้างขึ้นตามแบบแผนเซมิคอนดักเตอร์-โลหะ และไม่มีจุดต่อแบบธรรมดา ด้วยเหตุนี้จึงได้รับคุณสมบัติที่สำคัญสองประการ:

• ลดแรงดันตกไปข้างหน้า (ประมาณ 0.2 V);
• เพิ่มความถี่ในการทำงานเนื่องจากความจุในตัวเองลดลง

ข้อเสีย ได้แก่ ค่ากระแสย้อนกลับที่เพิ่มขึ้นและความทนทานต่อระดับแรงดันย้อนกลับลดลง

Varicaps

ไดโอดแต่ละตัวมีความจุไฟฟ้า เพลตของตัวเก็บประจุเป็นประจุสองช่องว่าง (บริเวณ p และ n ของเซมิคอนดักเตอร์) และชั้นกั้นคือไดอิเล็กตริก เมื่อใช้แรงดันย้อนกลับ ชั้นนี้จะขยายและความจุจะลดลง คุณสมบัตินี้มีอยู่ในไดโอดทั้งหมด แต่สำหรับ varicaps ความจุจะถูกทำให้เป็นมาตรฐานและเป็นที่รู้จักสำหรับขีดจำกัดแรงดันไฟฟ้าที่กำหนด ทำให้สามารถใช้อุปกรณ์เช่น ตัวเก็บประจุแบบแปรผัน และนำไปใช้กับการปรับหรือปรับแต่งวงจรโดยการจ่ายแรงดันย้อนกลับในระดับต่างๆ

ไดโอดอุโมงค์

อุปกรณ์เหล่านี้มีการโก่งตัวในส่วนตรงของคุณลักษณะ ซึ่งแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นทำให้กระแสไฟลดลง ในภูมิภาคนี้ ความต้านทานส่วนต่างเป็นลบคุณสมบัตินี้ทำให้สามารถใช้อุโมงค์ไดโอดเป็นเครื่องขยายสัญญาณและเครื่องกำเนิดสัญญาณอ่อนที่ความถี่สูงกว่า 30 GHz

Dinistors

Dinistor - ไดโอดไทริสเตอร์ - มีโครงสร้าง p-n-p-n และ CVC รูปตัว S ไม่นำกระแสจนกว่าแรงดันไฟฟ้าที่ใช้จะถึงระดับเกณฑ์ หลังจากนั้นจะเปิดขึ้นและทำงานเหมือนไดโอดปกติจนกว่ากระแสไฟจะลดลงต่ำกว่าระดับการถือครอง Dinistors ใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังเป็นกุญแจ

โฟโตไดโอด

โฟโตไดโอดทำในแพ็คเกจที่มีแสงที่มองเห็นได้เข้าถึงคริสตัล เมื่อจุดแยก p-n ถูกฉายรังสี แรงเคลื่อนไฟฟ้าจะเกิดขึ้น วิธีนี้ช่วยให้คุณใช้โฟโตไดโอดเป็นแหล่งจ่ายกระแสไฟ (เป็นส่วนหนึ่งของแผงโซลาร์เซลล์) หรือใช้เป็นเซ็นเซอร์วัดแสงได้

ไฟ LED

คุณสมบัติหลักของ LED คือความสามารถในการเปล่งแสงเมื่อกระแสผ่านจุดแยก p-n การเรืองแสงนี้ไม่เกี่ยวข้องกับความเข้มของความร้อน เช่น หลอดไส้ ดังนั้นอุปกรณ์นี้จึงประหยัด บางครั้งมีการใช้การเรืองแสงโดยตรงของการเปลี่ยนแปลง แต่บ่อยครั้งที่ใช้เป็นตัวเริ่มต้นของการจุดระเบิดของสารเรืองแสง ซึ่งทำให้ได้สี LED ที่ไม่สามารถเข้าถึงได้ก่อนหน้านี้ เช่น สีฟ้าและสีขาว

กันน์ไดโอด

แม้ว่า Gunn diode จะมีการกำหนดกราฟิกแบบธรรมดา แต่ก็ไม่ใช่ไดโอดในความหมายที่สมบูรณ์ เพราะมันไม่มีทางแยกพีเอ็น อุปกรณ์นี้ประกอบด้วยแผ่นแกลเลียมอาร์เซไนด์บนพื้นผิวโลหะ

โดยไม่ต้องลงรายละเอียดของกระบวนการ: เมื่อมีสนามไฟฟ้าที่มีขนาดที่แน่นอนในอุปกรณ์จะเกิดการสั่นของไฟฟ้าซึ่งระยะเวลาจะขึ้นอยู่กับขนาดของเซมิคอนดักเตอร์เวเฟอร์ (แต่ภายในขอบเขตที่แน่นอนความถี่สามารถปรับได้ โดยองค์ประกอบภายนอก)

ไดโอดกันน์ใช้เป็นออสซิลเลเตอร์ที่ความถี่ 1 GHz ขึ้นไป ข้อดีของอุปกรณ์คือความเสถียรของความถี่สูงและข้อเสียคือแอมพลิจูดเล็กของการแกว่งทางไฟฟ้า

ไดโอดแม่เหล็ก

ไดโอดธรรมดาได้รับผลกระทบจากสนามแม่เหล็กภายนอกเล็กน้อย แมกนีโตไดโอดมีการออกแบบพิเศษที่เพิ่มความไวต่อเอฟเฟกต์นี้ พวกเขาทำโดยใช้เทคโนโลยี p-i-n พร้อมฐานขยาย ภายใต้การกระทำของสนามแม่เหล็ก ความต้านทานของอุปกรณ์ในทิศทางไปข้างหน้าจะเพิ่มขึ้น และสามารถใช้เพื่อสร้างองค์ประกอบการสลับแบบไม่สัมผัส ตัวแปลงสนามแม่เหล็ก ฯลฯ

เลเซอร์ไดโอด

หลักการทำงานของเลเซอร์ไดโอดขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของคู่อิเล็กตรอน-รูในระหว่างการรวมตัวกันใหม่ภายใต้เงื่อนไขบางประการเพื่อปล่อยรังสีที่มองเห็นได้แบบเอกรงค์และสอดคล้องกัน วิธีการสร้างเงื่อนไขเหล่านี้แตกต่างกัน สำหรับผู้ใช้จำเป็นต้องทราบความยาวของคลื่นที่ปล่อยออกมาจากไดโอดและกำลังของมันเท่านั้น

ไดโอดหิมะถล่ม

อุปกรณ์เหล่านี้ใช้ในไมโครเวฟ ภายใต้เงื่อนไขบางประการ ในโหมดการพังทลายของหิมะถล่ม ส่วนที่มีความต้านทานส่วนต่างเป็นลบจะปรากฏบนคุณลักษณะไดโอด คุณสมบัติของ APD นี้ทำให้สามารถใช้เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ทำงานที่ความยาวคลื่นจนถึงช่วงมิลลิเมตร เป็นไปได้ที่จะได้รับพลังงานอย่างน้อย 1 วัตต์ ที่ความถี่ต่ำจะถูกลบออกจากไดโอดดังกล่าวมากถึงหลายกิโลวัตต์

PIN ไดโอด

ไดโอดเหล่านี้ผลิตขึ้นโดยใช้เทคโนโลยี p-i-n ระหว่างชั้นสารกึ่งตัวนำที่เจือด้วยสารกึ่งตัวนำเป็นชั้นของวัสดุที่ไม่ผ่านการเจือปน ด้วยเหตุนี้ คุณสมบัติการแก้ไขของไดโอดจึงแย่ลง (ด้วยแรงดันย้อนกลับ การรวมตัวใหม่จะลดลงเนื่องจากขาดการสัมผัสโดยตรงระหว่างโซน p และ n)แต่เนื่องจากการเว้นระยะห่างของพื้นที่ประจุไฟฟ้า ความจุของกาฝากจึงมีขนาดเล็กมาก ในสถานะปิด แทบไม่มีการรั่วไหลของสัญญาณที่ความถี่สูง และพินไดโอดสามารถใช้กับ RF และไมโครเวฟเป็นองค์ประกอบสวิตชิ่งได้

ลักษณะสำคัญและพารามิเตอร์ของไดโอด

ลักษณะสำคัญของไดโอดเซมิคอนดักเตอร์ (ยกเว้นไดโอดที่มีความเชี่ยวชาญสูง) ได้แก่:

• แรงดันย้อนกลับสูงสุดที่อนุญาต (คงที่และพัลซิ่ง);
• ความถี่ปฏิบัติการขอบเขต
• แรงดันตกไปข้างหน้า;
• ช่วงอุณหภูมิในการทำงาน

ลักษณะสำคัญที่เหลือพิจารณาได้ดีที่สุดโดยใช้ตัวอย่างของลักษณะ IV-V ของไดโอด - ซึ่งชัดเจนกว่า

ลักษณะโวลต์แอมแปร์ของไดโอดเซมิคอนดักเตอร์

ลักษณะแรงดันกระแสของเซมิคอนดักเตอร์ไดโอดประกอบด้วยสาขาไปข้างหน้าและย้อนกลับ ตั้งอยู่ในควอดรันต์ I และ III เนื่องจากทิศทางของกระแสและแรงดันผ่านไดโอดจะตรงกันเสมอ ตามลักษณะเฉพาะของแรงดันไฟ คุณสามารถกำหนดพารามิเตอร์บางตัวได้ รวมทั้งมองเห็นได้ชัดเจนว่าลักษณะของอุปกรณ์ส่งผลกระทบอย่างไร

แรงดันเกณฑ์การนำไฟฟ้า

หากคุณใช้แรงดันไปข้างหน้ากับไดโอดและเริ่มเพิ่มขึ้นในตอนแรกจะไม่มีอะไรเกิดขึ้น - กระแสจะไม่เพิ่มขึ้น แต่ที่ค่าหนึ่ง ไดโอดจะเปิดขึ้นและกระแสจะเพิ่มขึ้นตามแรงดันไฟ แรงดันไฟฟ้านี้เรียกว่าแรงดันไฟฟ้าตามเกณฑ์การนำไฟฟ้า และทำเครื่องหมายบน VAC เป็น Uthreshold ขึ้นอยู่กับวัสดุที่ใช้ทำไดโอด สำหรับเซมิคอนดักเตอร์ทั่วไป พารามิเตอร์นี้คือ:

• ซิลิกอน - 0.6-0.8 V;
• เจอร์เมเนียม - 0.2-0.3 V;
• แกลเลียม arsenide - 1.5 V.

คุณสมบัติของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์เจอร์เมเนียมในการเปิดที่แรงดันต่ำนั้นถูกใช้เมื่อทำงานในวงจรไฟฟ้าแรงต่ำและในสถานการณ์อื่นๆ

กระแสสูงสุดผ่านไดโอดด้วยการเชื่อมต่อโดยตรง

หลังจากที่ไดโอดเปิด กระแสจะเพิ่มขึ้นพร้อมกับแรงดันไปข้างหน้าที่เพิ่มขึ้น สำหรับไดโอดในอุดมคติ กราฟนี้จะมีค่าอนันต์ ในทางปฏิบัติ พารามิเตอร์นี้จำกัดโดยความสามารถของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ในการกระจายความร้อน เมื่อถึงขีดจำกัดที่กำหนด ไดโอดจะร้อนเกินไปและล้มเหลว เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหานี้ ผู้ผลิตระบุกระแสสูงสุดที่อนุญาต (บน VAC - Imax) สามารถกำหนดได้โดยคร่าวๆ จากขนาดของไดโอดและบรรจุภัณฑ์ เรียงจากมากไปน้อย:

• กระแสไฟฟ้าที่ยิ่งใหญ่ที่สุดถูกเก็บไว้โดยอุปกรณ์ในปลอกโลหะ
• กล่องพลาสติกถูกออกแบบมาสำหรับพลังงานปานกลาง
• ไดโอดในซองแก้วใช้ในวงจรกระแสไฟต่ำ

สามารถติดตั้งเครื่องใช้โลหะบนหม้อน้ำได้ ซึ่งจะเป็นการเพิ่มพลังในการกระจาย

กระแสไฟรั่วย้อนกลับ

หากคุณใช้แรงดันย้อนกลับกับไดโอด แอมมิเตอร์ที่ไม่ไวต่อแสงจะไม่แสดงอะไรเลย อันที่จริงมีเพียงไดโอดในอุดมคติเท่านั้นที่ไม่ผ่านกระแสใด ๆ อุปกรณ์จริงจะมีกระแสไฟฟ้า แต่มีขนาดเล็กมาก และเรียกว่า กระแสไฟรั่วแบบย้อนกลับ (บน CVC - Iobr) มันคือสิบไมโครแอมป์หรือสิบมิลลิแอมป์และน้อยกว่ากระแสตรงมาก คุณสามารถค้นหาได้ในไดเร็กทอรี

แรงดันพังทลาย

ที่ค่าหนึ่งของแรงดันย้อนกลับจะเกิดกระแสเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วซึ่งเรียกว่าการพังทลาย มีอุโมงค์หรือลักษณะหิมะถล่มและสามารถย้อนกลับได้ โหมดนี้ใช้เพื่อทำให้แรงดันไฟฟ้าคงที่ (หิมะถล่ม) หรือเพื่อสร้างพัลส์ (อุโมงค์)ด้วยแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นอีก การสลายจะกลายเป็นความร้อน โหมดนี้ไม่สามารถย้อนกลับได้และไดโอดล้มเหลว

ความจุกาฝาก pn-ชุมทาง

ได้กล่าวไว้แล้วว่าทางแยก p-n มี ความจุไฟฟ้า. และถ้าคุณสมบัตินี้มีประโยชน์และใช้ใน varicaps แล้วในไดโอดธรรมดาอาจเป็นอันตรายได้ แม้ว่า ความจุคือหน่วย หรือหลายสิบ pF และที่กระแสตรงหรือความถี่ต่ำนั้นมองไม่เห็น ความถี่ที่เพิ่มขึ้นอิทธิพลจะเพิ่มขึ้น picofarad สองสามตัวที่ RF จะสร้างความต้านทานต่ำเพียงพอสำหรับการรั่วไหลของสัญญาณปลอม เพิ่มความจุที่มีอยู่และเปลี่ยนพารามิเตอร์ของวงจร และเมื่อรวมกับความเหนี่ยวนำของเอาต์พุตหรือตัวนำที่พิมพ์ออกมาจะเป็นวงจรเรโซแนนซ์ปลอม ดังนั้นในการผลิตอุปกรณ์ความถี่สูง มาตรการเพื่อลดความจุของการเปลี่ยนแปลง

เครื่องหมายไดโอด

วิธีที่ง่ายที่สุดในการทำเครื่องหมายไดโอดในกล่องโลหะ ในกรณีส่วนใหญ่ จะมีการทำเครื่องหมายด้วยการกำหนดอุปกรณ์และพิน ไดโอดในกล่องพลาสติกทำเครื่องหมายด้วยเครื่องหมายวงแหวนที่ด้านแคโทด แต่ไม่มีการรับประกันว่าผู้ผลิตจะปฏิบัติตามกฎนี้อย่างเคร่งครัด ดังนั้นจึงเป็นการดีกว่าที่จะอ้างอิงถึงไดเร็กทอรี ยิ่งไปกว่านั้น ให้โทรเข้าเครื่องด้วยมัลติมิเตอร์

ไดโอดซีเนอร์พลังงานต่ำในประเทศและอุปกรณ์อื่นๆ อาจมีเครื่องหมายวงแหวนสองวงหรือจุดสีต่างกันที่ด้านตรงข้ามของเคส ในการกำหนดประเภทของไดโอดและพินเอาต์ คุณต้องใช้หนังสืออ้างอิงหรือค้นหาตัวระบุการทำเครื่องหมายออนไลน์บนอินเทอร์เน็ต

การประยุกต์ใช้ไดโอด

แม้จะมีอุปกรณ์ง่ายๆ แต่ไดโอดเซมิคอนดักเตอร์ยังใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์:

1. สำหรับการยืดผม แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ. คลาสสิกของประเภท - คุณสมบัติทางแยก p-n ใช้เพื่อนำกระแสในทิศทางเดียว
2. เครื่องตรวจจับไดโอด ในที่นี้ ใช้ความไม่เชิงเส้นของคุณลักษณะ I–V ซึ่งทำให้สามารถแยกฮาร์โมนิกออกจากสัญญาณได้ ซึ่งจำเป็นที่ตัวกรองสามารถแยกแยะได้
3. ไดโอดสองตัวที่เชื่อมต่อแบบ back-to-back ทำหน้าที่เป็นตัวจำกัดสัญญาณอันทรงพลังที่สามารถโอเวอร์โหลดสเตจอินพุตที่ตามมาของเครื่องรับวิทยุที่มีความละเอียดอ่อนได้
4. สามารถรวมซีเนอร์ไดโอดเป็นองค์ประกอบป้องกันประกายไฟซึ่งไม่อนุญาตให้พัลส์แรงดันสูงเข้าสู่วงจรของเซ็นเซอร์ที่ติดตั้งในพื้นที่อันตราย
5. ไดโอดสามารถใช้เป็นอุปกรณ์สวิตชิ่งในวงจรความถี่สูง เปิดด้วยแรงดันคงที่และส่งผ่าน (หรือไม่ผ่าน) สัญญาณ RF
6. พาราเมตริกไดโอดทำหน้าที่เป็นเครื่องขยายสัญญาณที่อ่อนแอในช่วงไมโครเวฟเนื่องจากมีส่วนที่มีความต้านทานเชิงลบในสาขาตรงของคุณลักษณะ
7. ไดโอดใช้เพื่อประกอบมิกเซอร์ที่ทำงานในอุปกรณ์ส่งหรือรับ พวกเขาผสม สัญญาณออสซิลเลเตอร์ท้องถิ่น ด้วยสัญญาณความถี่สูง (หรือความถี่ต่ำ) สำหรับการประมวลผลต่อไป นอกจากนี้ยังใช้ความไม่เชิงเส้นของลักษณะแรงดันกระแส
8. คุณลักษณะที่ไม่เป็นเชิงเส้นช่วยให้สามารถใช้ไดโอดไมโครเวฟเป็นตัวคูณความถี่ได้ เมื่อสัญญาณผ่านตัวคูณไดโอด ฮาร์โมนิกที่สูงกว่าจะถูกเน้น จากนั้นจะสามารถเลือกได้โดยการกรอง
9. ไดโอดใช้เป็นองค์ประกอบปรับแต่งสำหรับวงจรเรโซแนนซ์ ในกรณีนี้ การมีตัวเก็บประจุแบบควบคุมอยู่ที่ทางแยก p-n
10. ไดโอดบางประเภทใช้เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าในช่วงไมโครเวฟ ส่วนใหญ่เป็นไดโอดอุโมงค์และอุปกรณ์ที่มีผลกระทบกันน์

นี่เป็นเพียงคำอธิบายสั้นๆ เกี่ยวกับความสามารถของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์แบบสองขั้ว ด้วยการศึกษาเชิงลึกเกี่ยวกับคุณสมบัติและลักษณะเฉพาะด้วยความช่วยเหลือของไดโอด จึงสามารถแก้ปัญหามากมายที่ได้รับมอบหมายจากนักพัฒนาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ได้

บทความที่คล้ายกัน: