Pengenalan kepada Diod - Definisi, Prinsip Kerja, Jenis, Aplikasi

Diod adalah komponen kecil tetapi berkuasa yang digunakan dalam banyak peranti dari peralatan dapur ke alat berteknologi tinggi.Dalam artikel ini, kami akan mengetahui apa diod, bagaimana ia berfungsi, & jenis yang berbeza. Panduan ini direka untuk menjadikan konsep diod jelas & difahami.

Katalog

Rajah 1: Diodes

Apa itu diod?

Diod adalah komponen elektronik asas yang berfungsi sebagai peranti semikonduktor.Ia mempunyai dua elektrod utama, anod & katod.Anod biasanya disambungkan ke bahan p-jenis, manakala katod disambungkan ke bahan N-jenis semikonduktor.Diod membolehkan arus mengalir dalam hanya 1 arah (dari anod ke katod) semasa menyekat arus ke arah yang bertentangan.Aliran arus satu arah ini disebabkan oleh persimpangan P-N dalam diod.Elektron bergerak dari rantau N-jenis ke rantau P-jenis, tetapi persimpangan P-N mewujudkan halangan, membentuk perbezaan potensi semula jadi yang disebut voltan terbina dalam.Voltan terbina dalam ini menghalang aliran bebas semasa apabila tiada voltan luaran digunakan.

Simbol diod

Rajah 2: Simbol diod

Rajah 2 memaparkan simbol diod tipikal bersama dengan perwakilan fizikalnya.Ia mempunyai dua terminal: anod & katod.Anod, ditandai dengan tanda positif (+), berada di sebelah kiri dan termasuk anak panah yang menunjuk ke arah katod.Anak panah ini menunjukkan arah aliran arus konvensional apabila diod adalah bias ke hadapan.Katod, di sebelah kanan, dikenal pasti dengan tanda negatif (-), melengkapkan simbol litar untuk diod.

Pembinaan diod

Rajah 3: Pembinaan diod

Reka bentuk diod bergantung pada strukturnya yang merangkumi semikonduktor p-jenis, semikonduktor N-jenis, & persimpangan P-N di mana mereka bertemu.Pembuatan komponen ini melibatkan teknik doping yang tepat.Semikonduktor p-jenis mendapat lubang tambahan dengan menambahkan unsur-unsur trivalen seperti boron.N-jenis semikonduktor memperoleh elektron bebas dengan menambahkan unsur-unsur pentavalen seperti fosforus.Proses doping ini meningkatkan kekonduksian semikonduktor.Interaksi lubang & elektron bebas di persimpangan P-N adalah penting untuk fungsi asas diod.

Bagaimana diod berfungsi?

Apabila tiada voltan luaran yang digunakan, persimpangan P-N secara automatik mewujudkan rantau penipisan.Ini adalah kawasan di mana elektron bergerak ke arah rantau p-jenis, dan lubang beralih ke rantau N-jenis.Rantau ini bertindak sebagai penghalang, menghalang aliran semasa kerana kekurangan pembawa caj mudah alih.Operasi diod bergantung pada bagaimana voltan yang digunakan mempengaruhi rantau pengurangan ini.

Diod beroperasi di tiga keadaan bias: kecenderungan ke hadapan, bias terbalik, & tiada bias.Negeri -negeri ini menentukan pergerakan pembawa caj & dengan itu aliran semasa, yang diperlukan untuk merancang & melengkapkan litar.

Rajah 4: Bias negeri diod

Bias ke hadapan

Dalam kecenderungan ke hadapan, anod menghubungkan ke semikonduktor p-jenis & katod ke semikonduktor N-jenis.Voltan luaran mengurangkan lebar rantau pengurangan, menurunkan halangan & membolehkan elektron di rantau N-jenis untuk menyeberangi persimpangan & menggabungkan dengan lubang di rantau p-jenis, membentuk arus.Aliran semasa ini bertentangan dengan arah pergerakan elektron.

Bias terbalik

Dalam bias terbalik, katod menghubungkan ke semikonduktor p-jenis & anod ke semikonduktor N-jenis.Voltan luaran meluaskan rantau penipisan, meningkatkan penghalang & mencegah aliran pembawa caj.Hanya arus terbalik kecil, yang disebabkan oleh tenaga terma, melintasi halangan, menunjukkan ciri -ciri pengasingan voltan yang sangat baik diod.

Tiada kecenderungan

Dalam keadaan yang tidak berat sebelah, tidak ada perbezaan voltan di seluruh diod, & rantau penurunan mengekalkan lebar semulajadi disebabkan oleh medan elektrik terbina dalam.Aliran semasa adalah minimum, terhad kepada pembawa minoriti yang dihasilkan oleh haba.Negeri ini berfungsi sebagai rujukan untuk keadaan semulajadi diod & jarang digunakan secara langsung dalam aplikasi praktikal.

Negeri bias memberi kesan kepada prestasi elektrik diod.Di bawah kecenderungan ke hadapan, arus meningkat dengan ketara dengan voltan.Di bawah kecenderungan terbalik, arus tetap rendah sehingga ia mendekati voltan kerosakan, di mana ia tiba -tiba meningkat.Fungsi ini membolehkan diod beroperasi sebagai penerus, suis, & pengawal selia voltan dalam litar elektronik.

Ciri-ciri voltan semasa diod

Diod, peranti semikonduktor dalam teknologi elektronik, mempunyai sifat elektrik yang mempengaruhi reka bentuk & prestasi litar elektronik.Ciri -ciri ini menentukan kesesuaian mereka untuk pelbagai aplikasi, dari pengurusan kuasa asas kepada pemprosesan isyarat lanjutan.

Fungsi utama diod adalah untuk membolehkan arus mengalir ke satu arah, didayakan oleh struktur P-N dalamannya.Dalam kecenderungan ke hadapan, di mana anod berada pada potensi yang lebih tinggi daripada katod, rantau kekurangan.Itu membolehkan arus mengalir dengan mudah.Untuk diod silikon, ini menghasilkan penurunan voltan ke hadapan yang rendah, biasanya sekitar 0.6 hingga 0.7 volt.Sebaik sahaja ambang ini melebihi, semasa meningkat secara eksponen.Oleh itu, menjadikan diod sesuai untuk litar cepat.

Dalam kecenderungan terbalik, dengan anod pada potensi yang lebih rendah daripada katod, rantau kekurangan melebar, mewujudkan halangan yang menghalang aliran semasa.Diod mempamerkan rintangan yang tinggi sehingga voltan kerosakan terbalik dicapai.Diod standard boleh mengendalikan voltan tinggi secara terbalik tanpa memecah.Manakala diod zener dibuat untuk memecahkan voltan yang lebih rendah.Ciri pecahan ini berguna untuk mengawal tahap voltan & melindungi litar dari pancang voltan.

Arus ke hadapan maksimum (IFMAX) menunjukkan arus tertinggi diod boleh terus mengendalikan tanpa terlalu panas atau kerosakan.Voltan terbalik maksimum (VRMAX) adalah voltan tertinggi diod yang dapat menahan kecenderungan terbalik tanpa mengekalkan kerosakan.

Suhu juga mempengaruhi prestasi diod.Apabila suhu meningkat, penurunan voltan ke hadapan berkurangan sedikit, & kebocoran arus meningkat.Tingkah laku terma ini memberi kesan kepada kebolehpercayaan & prestasi diod, terutamanya dalam persekitaran suhu tinggi.

Ciri-ciri dinamik seperti menukar masa & persimpangan kapasitans adalah penting dalam aplikasi frekuensi tinggi.Masa penukaran mempengaruhi prestasi diod dalam aplikasi tersebut, yang mempengaruhi integriti isyarat & kelajuan pemprosesan.Kapasiti persimpangan, yang berbeza dengan keadaan bias, memberi kesan kepada kelajuan tindak balas diod dalam pemprosesan isyarat frekuensi tinggi.

Simbol dan jenis diod yang berbeza

Rajah 5: Simbol diod

Rajah 5 memberikan rujukan komprehensif mengenai simbol skematik untuk pelbagai jenis diod yang digunakan dalam litar elektronik.Diod datang dalam pelbagai jenis berdasarkan fungsi & keperluan reka bentuk mereka.Setiap jenis mempunyai ciri -ciri unik yang sesuai untuk cabaran atau aplikasi teknikal tertentu.

Rajah 6: Diod penerus

Diod penerus. Ini adalah diod yang paling biasa.Ia digunakan untuk menukar arus berselang (AC) kepada arus mengarahkan (DC).Mereka mengendalikan arus & voltan yang tinggi dalam sistem bekalan kuasa.Sebagai contoh, siri 1N4001 hingga 1N4007 merangkumi pelbagai tahap voltan terbalik maksimum.Itu membolehkan pemilihan berdasarkan keperluan voltan tertentu untuk pembetulan yang cekap.

Rajah 7: Diod Zener

Zener Diodes. Diod Zener direka untuk operasi bias terbalik, memecahkan dengan cara terkawal apabila voltan terbalik ditetapkan.Ini menjadikan mereka sesuai untuk penstabilan voltan & perlindungan overvoltage.Sering digunakan sebagai rujukan voltan atau untuk melindungi komponen sensitif dari pancang voltan.

Rajah 8: Diod Schottky

Schottky Diodes. Dikenali untuk penurunan voltan ke hadapan mereka (biasanya 0.2 hingga 0.3 volt) & kelajuan penukaran pantas.Diod Schottky lebih disukai dalam litar frekuensi tinggi & kuasa yang memerlukan penukaran cepat, seperti dalam menukar bekalan kuasa & penukar kekerapan.Mereka mencapai sifat-sifat ini melalui halangan Schottky antara logam & semikonduktor, menyediakan laluan pengaliran yang lebih efisien daripada diod simpang P-N tradisional.

Rajah 9: Diod pemancar cahaya (LED)

Diod pemancar cahaya (LED). LED memancarkan cahaya apabila elektron & lubang rekombin di persimpangan P-N.Dengan penggunaan kuasa yang rendah, kehidupan yang panjang, & pelbagai warna, LED telah menjadi pusat dalam teknologi pencahayaan & paparan moden.Ia secara beransur -ansur menggantikan pencahayaan tradisional.

Rajah 10: Photodiode

Photodiodes. Diod ini menukar isyarat optik ke dalam isyarat elektrik, yang digunakan dalam peranti seperti pengawal pintu automatik, komunikasi serat optik, & kaunter optik.Mereka mesti dengan cepat & tepat menukar isyarat optik yang ditangkap untuk pemprosesan selanjutnya.

Rajah 11: Diod laser

Diod laser. Diod laser menjana rasuk laser yang sangat fokus, sesuai untuk aplikasi yang memerlukan kawalan cahaya yang tepat, seperti komunikasi gentian optik, percetakan laser, & pengimbasan perubatan.Ketepatan & kecekapan mereka menjadikan mereka tidak ternilai dalam bidang ini.

Rajah 12: Diod varactor dan diod penalaan

Diod varactor. Juga dikenali sebagai diod penalaan, diod varactor menyesuaikan kapasitans mereka berdasarkan voltan yang digunakan di terminal mereka.Ini menjadikan mereka berguna untuk tugas penyesuaian & kekerapan, seperti penalaan frekuensi dalam penerima radio & televisyen.

Memahami persamaan semasa diod

Persamaan ini menunjukkan bagaimana diod berkelakuan di bawah keadaan elektrik yang berbeza & ditulis sebagai:

​

Inilah penjelasan ringkas setiap simbol:

• i: Arus melalui diod

• i₀: Arus ketepuan gelap, arus minimum melalui diod dalam keadaan gelap

• Q.: Caj elektron

• v: Voltan yang digunakan

• n: Faktor ideal (1 untuk diod germanium, 2 untuk diod silikon)

• t: Suhu mutlak di Kelvin

• k: Pemalar Boltzmann

Keadaan berat sebelah ke hadapan

Dalam kecenderungan ke hadapan, diod dengan mudah membolehkan arus lulus.Persamaan semasa menjadi:

​

Persamaan ini menunjukkan bahawa peningkatan voltan V secara signifikan meningkatkan arus I, menunjukkan kekonduksian berkesan diod dalam keadaan ini.

Keadaan berat sebelah terbalik

Dalam bias terbalik, diod blok semasa.Persamaan dimudahkan untuk:

Di sini, aliran arus yang minimum ke arah yang bertentangan, menonjolkan peranan diod dalam menyekat aliran semasa apabila terbalik berat sebelah.

Pelbagai menggunakan diod

Diod adalah komponen serba boleh dalam litar elektronik, berfungsi fungsi dari pengurusan kuasa untuk memberi isyarat pemprosesan & perlindungan.Kekonduksian unidirectional & tindak balas voltan unik mereka membolehkan pelbagai tugas elektronik.

Pembetulan.Diod biasanya digunakan sebagai penerus untuk menukar arus berselang (AC) untuk mengarahkan arus (DC).Dalam pembetulan separuh gelombang, satu diod tunggal membetulkan separuh daripada bentuk gelombang AC, yang membolehkan arus mengalir ke satu arah.Pembetulan gelombang penuh, yang menggunakan empat diod dalam konfigurasi jambatan, memproses seluruh bentuk gelombang AC, memberikan output DC yang lebih lancar.Teknik ini penting dalam unit bekalan kuasa, memastikan kuasa DC yang stabil & boleh dipercayai untuk peranti elektronik.

Pengesanan isyarat.Dalam aplikasi Radio & Komunikasi, Diodes demodulate isyarat.Dalam AM (modulasi amplitud) penerima, diod ekstrak isyarat audio dari bentuk gelombang frekuensi tinggi dengan membenarkan kitaran separuh positif untuk lulus & menyekat kitaran separuh negatif.Demodulasi ini penting dalam teknologi radio asas.

Peraturan voltan.Diod Zener digunakan untuk peraturan & penstabilan voltan.Mereka beroperasi pada voltan terbalik tertentu, menstabilkan litar & melindungi komponen dari turun naik voltan.

Pengapit voltan.Diod juga mengehadkan tahap voltan untuk melindungi peranti dari pancang voltan.Dalam unit bekalan kuasa, diod menyerap overvoltages, melindungi komponen sensitif seperti mikropemproses.

Beralih berkelajuan tinggi.Schottky Diodes & Small Signal Diodes digunakan dalam litar frekuensi tinggi & litar logik digital kerana ciri-ciri pantas mereka.Mereka dengan cepat beralih antara negeri ON & OFF, menyokong operasi berkelajuan tinggi yang cekap.

Optoelectronics.Dalam aplikasi optoelektronik, diod pemancar cahaya (LED) menukar tenaga elektrik ke dalam cahaya, & photodiodes menukar isyarat cahaya ke dalam isyarat elektrik.LED digunakan secara meluas dalam paparan, pencahayaan, & sensor optik kerana penggunaan tenaga rendah & jangka hayatnya.

Litar perlindungan.Diod melindungi litar dengan menghalang sambungan bateri terbalik atau menyerap arus terbalik, melindungi daripada kesilapan pendawaian atau kesalahan lain.

Kesimpulan

Sudah jelas bahawa bahagian -bahagian kecil ini mempunyai pekerjaan yang besar dalam banyak peranti yang kami gunakan setiap hari.Diod membantu mengawal elektrik, memastikan ia mengalir ke arah yang betul & menjaga alat kami selamat dari isu -isu elektrik.Mereka terlibat dalam segala -galanya daripada mengecas telefon kami untuk menjaga peralatan dapur berjalan lancar.Memahami diod menunjukkan kepada kita betapa menakjubkan & penting bahagian -bahagian kecil ini berada di dunia elektronik.

Soalan Lazim [Soalan Lazim]

1. Apakah kesan alam sekitar pelupusan diod?

Pelupusan diod yang tidak betul boleh membahayakan alam sekitar kerana bahan toksik mereka, seperti Lead & Gallium.Diod kitar semula melalui program e-waste diperlukan untuk mencegah pencemaran ini.

2. Bagaimana diod diuji untuk kualiti sebelum digunakan dalam peranti?

Diod menjalani beberapa ujian untuk memastikan kualiti.Ini termasuk ujian drop voltan ke hadapan untuk prestasi elektrik, ujian voltan pecahan terbalik untuk toleransi voltan, & ujian hayat dipercepatkan untuk meramalkan panjang umur.Tambahan pula, pemeriksaan visual & ujian pembungkusan dijalankan untuk mengenal pasti kecacatan fizikal.

3. Apakah inovasi terkini dalam teknologi diod?

Kemajuan terkini dalam teknologi diode ciri -ciri silikon karbida (SIC) dan gallium nitride (GaN) diod.Bahan -bahan ini meningkatkan kecekapan, menahan suhu yang lebih tinggi, & mengendalikan frekuensi lebih baik daripada diod silikon tradisional.Oleh itu, menjadikannya sesuai untuk aplikasi kuasa tinggi seperti kenderaan elektrik & tenaga boleh diperbaharui.

4. Bagaimanakah suhu melampau mempengaruhi prestasi diod?

Suhu melampau kesan prestasi diod.Suhu tinggi meningkatkan kebocoran semasa & mengurangkan keberkesanan voltan, yang berpotensi menyebabkan kegagalan.Suhu yang rendah meningkatkan rintangan & mengurangkan prestasi.Diod sic direka untuk menahan variasi suhu ini.Oleh itu, menjadikannya sesuai untuk keadaan yang keras.

5. Bolehkah diod digunakan dalam aplikasi tenaga boleh diperbaharui?

Diod digunakan dalam sistem tenaga boleh diperbaharui, seperti panel solar & turbin angin.Mereka menghalang arus terbalik dalam panel solar & menukar AC ke DC dalam turbin angin.Mereka menjamin penggunaan tenaga yang cekap & melindungi daripada isu -isu elektrik.

6. Apakah cabaran dalam diod pembuatan?

Diod pembuatan melibatkan cabaran dalam memastikan kesucian bahan & proses yang tepat.Konsistensi dalam bahan semikonduktor adalah penting, kerana kekotoran boleh menjejaskan fungsi diod.Pengilang mesti mengawal proses doping dengan teliti & pembentukan persimpangan untuk memenuhi piawaian berkualiti tinggi.