Полупроводниковые приборы — диод

    полупроводниковые приборы

    Введение

    Каждый технически грамотный человек должен знать электронику. Подавляющее большинство устройств современной электроники изготавливаются из полупроводниковых материалов. По этому в рамках этой статьи, я бы хотел рассказать о диодах. Конечно, не зная основных свойств полупроводников, нельзя понять, как работает транзистор. Но одного знакомства только со свойствами полупроводников не достаточно. Необходимо разобраться в очень интересных и не всегда простых явлениях.


    полупроводниковые приборы

    Краткая справка


    Электро-дырочный переход (p-n переход) — это переходный слой между двумя областями полупроводника с разной электропроводностью, в котором существует диффузионное электрическое поле.
    Диоды — это полупроводниковые приборы, основой которых является p-n переход. В основе применения полупроводниковых диодов лежит ряд их свойств, таких как асимметрия вольт-амперной характеристики, пробой электро-дырочного перехода, зависимость барьерной емкости от напряжения и т.д.

    Используемое свойство перехода
    • Выпрямительный — асимметрия вольт-амперной характеристики
    • Стабилитрон — пробой
    • Варикап — барьерная ёмкость
    • Импульсный — переходные процессы

    Познакомимся с ними подробнее.

    Выпрямительные диоды

    Выпрямительные диоды предназначены для преобразования переменного сигнала в постоянный.
    Рассмотрим принцип действия простейшего однополупериодного выпрямителя на полупроводниковом диоде.

    image


    Описание работы

    При поступлении от первичного источника переменного напряжения, диод будет открыт на положительной полуволне и закрыт на отрицательной. В результате на полуволне через диод и сопротивление нагрузки будет протекать ток. конденсатор при этом заряжается до значения, близкого к пиковому. При уменьшении напряжения во входной цепи диод запирается. При этом конденсатор начинает разряжаться через сопротивление нагрузки.
    Недостатком является то, что выпрямительное напряжение сильно зависит от сопротивления нагрузки и имеет большую амплитуду пульсаций. Поэтому такие выпрямители применяются только при высокомерных нагрузках. Для формирования Импульсов применяются амплитудные ограничители, которые могут быть последовательными и параллельными. В последовательных диодных ограничителях диод включается последовательно с сопротивлением нагрузки.

    Варикапы


    Варикап — полупроводниковый диод, используемый в качестве электрически управляемой емкости.
    Эти параметрические диоды работают в обратном направлении, от которого зависит барьерная емкость. Таким образом, варикапы представляют собой конденсаторы переменной емкости, управляемой не механически, а электрически, при изменении обратного напряжения.
    Варикапы применяются главным образом для настройки колебательных контуров. Простейшая схема включения варикапа в колебательный контур на рисунке.

    Описание работы

    Настройка колебательного контура на резонансную частоту может осуществляться двумя способами. Во-первых, посредством варьирования частоты проводимого к контуру переменного входного напряжения Uвх. Во-вторых, за счет изменения частоты собственных колебаний Wо, которая обусловлена индуктивностью и емкостью колебательного контура. Изменяя величину обратного напряжения Uобр., можно регулировать емкость варикапа, а следовательно и менять резонансную частоту контура. Конденсатор Cp является разделительным. Он необходим для предотвращения шунтирования варикапа индуктивностью.

    Стабилитроны

    стабилитрон
    Стабилитрон — это полупроводниковый диод, используемый для стабилизации напряжения.
    Участок соответствующий электрическому пробою Uпроб. на котором напряжение слабо зависит от тока, является рабочим. При использовании стабилитрона для стабилизации постоянного напряжения, его включают параллельно нагрузке. Наиболее часто стабилитрон работает в таком режиме, когда напряжение источника нестабильно, а сопротивление нагрузки Rн постоянно. Для установления и поддержания правильного режима стабилизации в этом случае сопротивление Rогр. должно иметь определенное значение. Для исключения температурного дрейфа напряжение используют последовательно соединенный диод. Подобные диоды называются термокомпенсированными стабилитронами.

    Импульсные диоды

    импульсные диоды Импульсные диоды имеют малую длительность переходных процессов и предназначены для работы в качестве коммутирующих элементов. Существуют различные типы импульсных диодов: сплавные, точечные меза-диоды, диоды Шоттки.
    Импульсные диоды широко используют в качестве коммутирующих элементов, т.е. устройств, имеющих два устойчивых состояния: «открыто», когда сопротивления прибора мало и «закрыто», когда велико.
    При использовании диода в качестве ключа, могут комбинироваться различные диодные и диодно-транзисторные схемы, предназначенные для работы в цифровой аппаратуре.

    В заключении


    Прошу прощения за рисунки, элементы схем не по госту(их соотношение), но думаю для наглядного примера сойдет.
    PS: стоит ли рассказать о транзисторах?
    Поделиться публикацией
    Похожие публикации
    AdBlock похитил этот баннер, но баннеры не зубы — отрастут

    Подробнее
    Реклама
    Комментарии 47
    • +35
      PS: стоит ли рассказать о транзисторах?

      ИМХО стоит.
      • 0
        Спасибо, если есть те кому это будет интересно — напишу. Изложенный стиль вам нравится? Подскажите над чем стоит поработать, что добавить.
        • +18
          Если бы я не знал, что такое диод, я бы ничего не понял. В статье нет объяснения того, что такое диод. Нет даже ВАХ диода.
          • +1
            ВАХ добавлю.
            • +2
              +1, я вот не понял. Пойду в гугл, потом перечитаю.
              • +3
                Согласен. Стоит еще нарисовать зонную диаграмму и объяснить, что происходит с носителями заряда при различных приложенных напряжениях. Другими словами — как оно, на самом деле, работает. Вот это может помочь.
                • +1
                  Или умная книжка наподобие: Чиркин, Пасынков «Полупроводниковые приборы».
                  • 0
                    Как описано в вики не нравится, сам лучше опишу.
                  • 0
                    Науки побольше) Зи С. цитиуйте.
                    • +1
                      напоминает шпаргалки к экзамену по полупроводниковым приборам
                    • +4
                      Стиль нормальный, но ИМХО недостаточно практического материала, а именно — как их применять. Допустим те же выпрямительные: можно было бы описать обычный диодный мост, и его простейший расчёт (максимальное напряжение, силу тока), т.к. они применяются практически в любом источнике питания.

                      Про прямое падение напряжения на диоде тоже можно рассказать подробнее, а то многие любят включать светодиоды как лампочки, без токоограничительных резисторов.
                      • +2
                        Относительно этой статьи, было бы интересно узнать не только, как работает p-n переход, но и почему он так работает. Тогда бы понять работу разных видов полупроводниковых элементов было бы проще.
                      • +5
                        Что такое полупроводниковый диод и транзистор, проходят в школьном курсе физики.
                        Какой смысл пересказывать учебник?
                        • +3
                          Например, учебник:
                          Физика. 11 класс. Учебник. Касьянов В.А.
                          4-е изд., стереотип. — М.: Дрофа, 2004. — 416 с.

                          § 45. Полупроводниковый диод 165
                          § 46. Транзистор. 170
                          • 0
                            Мне кажется стоит добавить более подробное описание происходящих процессов. Например, подробнее о p-n переходе. Мне, конечно, всё понятно, но принципы работы, на которых основано устройство, думаю, было бы интресно узнать людям, менее посвящённым в электротехнику. А вообще, спасибо за статью! Жду продолжения :)
                            • +1
                              Да, про p-n переход было бы интересней. У меня высшее техническое образование (связь) и я до сих пор до конца не могу понять этот злосчастный p-n переход. Хотя может потому, что так «доступно» объясняли.
                              • 0
                                Смотря где учились и кто преподавал. Я среднее специальное образование по связи получал в Екатеринбурге (УрКСИ), а высшее уже в Новосибирске в головном ВУЗе (СибГУТИ). Так вот, несмотря на то, что в Новосибирске база лучше, данный конкретный предмет лучше объяснили в Екатеринбурге. Возможно свой отпечаток дала форма обучения (дневная и заочная). Но факт, что один раз даже лаборанта завалил ответом на вопрос о резонансных усилителях :) По сути говоря только за счёт знаний из Екатеринбурга!
                        • +23
                          не совсем понятно, для кого эта статья.
                          для тех, кто не знает, что такое диод — похоже такой читатель из этой статьи этого и не поймет.
                          для тех, кто знает — для освежить в памяти? ну можно ведь и на википедию зайти…
                          • +1
                            Я думаю, что она подойдет и тем и другим. Помогите советами, что добавить и что изменить, что бы она была понятнее первым и интереснее вторым.
                            • +8
                              Не пытайтесь сесть на два стула — это невозможно или по крайней мере трудно без достаточного опыта написания наупопа. Лучше пишите для какой-то одной части аудитории — наверное, лучше для совсем начинающих.

                              После прочтения вашей статьи диод представляется некой волшебной палочкой: может выпрямлять, может стабилизировать, может кофе варить. Механизм действия остался где-то за рамками статьи: краткого упоминания p-n-перехода явно недостаточно.
                          • +3
                            Про туннельные интересней, а про светодиоды смешнее. Я уже не говорю про фотоэффект, например, или способы измерения температуры или магнитных полей. Статья требует доработки :) Мгновенной.
                            • +3
                              Каждый технически грамотный человек должен знать электронику.

                              Каждый технически грамотный человек должен быть… грамотным. Прочтите внимательно свою статью. :)

                              Электро-дырочный переход
                              Какой-какой?:)
                            • +11
                              Вы сами-то учебник по радио-электронике прочтите, дабы последовательность в изложении материала была. Что-то вроде Ю.Н.Ерофеев «Основы импульсной техники» или В.А. Батушев «Электронные приборы».
                              А то сразу p-n переход, диод, выпрямитель… выпрямитель чего? Объясните для начала что такое сигнал и какой он бывает. Начните с чего-то по проще например с ёмкостей, сопротивлений и индуктивностей.
                              • +3
                                > при высокомерных нагрузках

                                С высокомерной нагрузкой не всякий источник питания справится :)
                                • 0
                                  Не помешало бы немного объяснить некоторые более базовые термины имхо (как уже заметили выше; допустим когда речь идет про колебательный контур, можно хотя бы дать ссылку на вики), а так статья хорошая. Я изучал основы по мутному учебнику, где было много воды, с клецками в виде определений терминов.
                                  • +4
                                    Я, например, отдаленно знаю для чего используются диоды и где-то вдалеке брезжут знания о свойствах полупроводников. К сожалению, после прочтения этой статьи, завеса невежества не приподнялась ни на миллиметр( Обязуюсь яросно плюсовать статьи об основах электроники с объяснениями физических процессов протекающих в полупроводниковых элементах. Как было сказано выше, можно и учебник почитать, НО учебник не отвечает возникающие на вопросы и ИМХО не может заменить живого преподавателя)
                                    • +2
                                      рассказать стоит, а то большинство источников описывают длинно и заумно.

                                      P.S. как Вы свой ник набираете?
                                      • 0
                                        Оформление отличное, статья нет.
                                        Из чего состоят и как их делают? Какие виды диодов существует? Их характеристики? Тема диодов не раскрыта.
                                      • +1
                                        По-моему чтобы понять принцип работы диод (и тем более транзисторов) нужно для начала пояснить что такое «Электро-дырочный переход (p-n переход)». Насколько я помню, это не слой, а процесс — электрон достаточно энергичен :) чтобы перейти на другой энергетический уровень, покидая свой атом он оставляет «дырку» и т.д. и т.п. Пояснить в чем прелесть «тесного соседства» P и N материалов, что это дает — это и есть диод.

                                        Имхо, такие статьи несколько лишние, ведь есть вики, учебники, видеокурсы.
                                        • +2
                                          Уважаемый автор,

                                          как я понимаю, вы написали эту статью, т.к. хотели преподать «скучный, долгий и заумный» материал коротко и по-человечески. Что же, гуманно. Но даже мне, как выпускнику радиофиза, показалось, что статья получилась ни там ни сям. Может, стоило определиться, для кого эта статья? Уверен, дальше будет еще лучше, продолжайте!

                                          P.S. «Мыслить тяжело, поэтому люди просто судят» :)
                                          • 0
                                            Вас можно цитировать?)
                                            • +1
                                              Цитируйте Жванецкого — он, думаю, не против, тем более что это его слова ;-)
                                          • 0
                                            Графиков, графиков больше надо! На единственном имеющемся неопытному читателю даже не ясно где входное, а где выходное напряжение.
                                            • 0
                                              Насколько я понимаю автор хотел объяснить чем отличаются диоды из прайслиста радиомагазина.

                                              Как правильно сказали выше, было упущено 3 типа диодов — тунельнвй, фотодиод и светодиод. Также следовало детально рассмотреть диоды Шоттки.

                                              Значиьельно полезнее было бы рассмотреть различные схемы выпрямления тока.
                                              • +1
                                                Было упущено более *ндцати видов диодов (речь пока о однопереходных приборах, так) от всяких там детекторов, до солнечных батареек. Но я надеюсь, что автор отработает плюсики в карму.
                                                • 0
                                                  Да, поступило достаточно пожеланий, пока не знаю вот что это выльется, но курс развития данной тематики ясен.
                                              • +2
                                                Ещё со школы не любил физику, т.к. преподавалось всё скучно и слишком «технически». Нет юзер-френдли интерфейса обучения таким темам.

                                                Вашу статью собирался прочитать — восполнить недостающие, либо уже забытые знания, но как и когда-то в школе, сдулся после буквально первых двух-треёх абзацев. Почему? Потому что, на мой взгляд, объяснять «основы» специфическими терминами области — это не совсем правильно.
                                                Либо добавьте детализации технической части — тогда будет интересно искушённым.
                                                Либо попробуйте разжёвывать без терминов (либо сразу ссылки на их объяснения), используя ассоциации, образность и метафоры — тогда будет интересно «новичкам».
                                                • 0
                                                  Относительно первой иллюстрации p-n-перехода. Возможно я и ошибаюсь, но, вроде принято, p-область считать областью с дырочной проводимостью и обозначать красным цветом, а n-областью считать область с электронной проводимостью и обозначать синим цветом.

                                                  Если придерживаться такого обозначения, то, например, при объяснении принципа работы солнечной батареи не придется путаться с ее полярностями.
                                                  • 0
                                                    спасибо за интересную статью
                                                    • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                                                      • 0
                                                        Во введение можно было бы написать основное свойство — односторонние пропускание, тогда возможно, было б понятнее о чем речь…
                                                        • 0
                                                          > Электро-дырочный переход

                                                          Электронно-дырочный переход.
                                                          • +1
                                                            И да, вы не написали, что такое p- и n- область, как и откуда она берётся. То есть, начали объяснение с середины, не объяснив базовые принципы. Получается каша и псевдознание.
                                                            • –2
                                                              Я прошу тебя от лица всей своей группы, пиши дальше, скоро сессия! Спасибо!
                                                              • –1
                                                                я пишу от своего лица. возьмите учебник!

                                                              Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.