Diodat gjysmëpërçuese përdoren gjerësisht në elektronikë dhe industrinë elektronike. Ato përdoren si në mënyrë të pavarur ashtu edhe si një lidhje p-n e transistorëve dhe shumë pajisjeve të tjera. Si një komponent diskret, diodat janë një pjesë kyçe e shumë qarqeve elektronike. Ata gjejnë shumë aplikacione duke filluar nga aplikacionet me fuqi të ulët deri te ndreqësit.
Çfarë është një diodë?
Përkthyer nga greqishtja, emri i këtij elementi elektronik fjalë për fjalë do të thotë "dy terminale". Ato quhen anodë dhe katodë. Në një qark, rryma rrjedh nga anoda në katodë. Dioda gjysmëpërçuese është një element i njëanshëm dhe rrjedha e rrymës në drejtim të kundërt është e bllokuar.
Parimi i funksionimit
Pajisja e diodave gjysmëpërçuese është shumë e ndryshme. Kjo është arsyeja që ka shumë lloje të tyre, të cilat ndryshojnë si në vlerën nominale ashtu edhe në funksionet që kryejnë. Megjithatë, në shumicën e rasteve parimi bazëfunksionimi i diodave gjysmëpërçuese është i njëjtë. Ato përmbajnë një kryqëzim p-n, i cili siguron funksionalitetin e tyre bazë.
Ky term përdoret zakonisht në lidhje me formën standarde të një diode. Në fakt, kjo vlen për pothuajse çdo lloj të tyre. Diodat formojnë shtyllën kurrizore të industrisë moderne të elektronikës. Gjithçka - nga elementët dhe transistorët e thjeshtë deri te mikroprocesorët modernë - bazohet në gjysmëpërçues. Parimi i funksionimit të një diode gjysmëpërçuese bazohet në vetitë e gjysmëpërçuesve. Teknologjia bazohet në një grup materialesh, futja e papastërtive në rrjetën kristalore të së cilës bën të mundur marrjen e rajoneve në të cilat vrimat dhe elektronet janë bartës të ngarkesës.
P-n-junction
Dioda e tipit p-n mori emrin e saj sepse përdor një kryqëzim p-n që lejon që rryma të rrjedhë vetëm në një drejtim. Elementi ka veti të tjera që përdoren gjithashtu gjerësisht. Diodat gjysmëpërçuese, për shembull, mund të lëshojnë dhe zbulojnë dritë, të ndryshojnë kapacitetin dhe të rregullojnë tensionin.
P-n-bashkimi është një strukturë bazë gjysmëpërçuese. Siç sugjeron emri, është një kryqëzim midis rajoneve të tipit p dhe n. Tranzicioni lejon që transportuesit e ngarkesës të lëvizin vetëm në një drejtim, gjë që, për shembull, bën të mundur konvertimin e rrymës alternative në rrymë direkte.
Diodat standarde zakonisht bëhen nga silikoni, megjithëse përdoren gjithashtu germanium dhe materiale të tjera gjysmëpërçuese, kryesisht për qëllime të veçanta.
Volt-karakteristikë e amperit
Dioda karakterizohet nga një kurbë e tensionit aktual, e cila mund të ndahet në 2 degë: përpara dhe mbrapsht. Në drejtim të kundërt, rryma e rrjedhjes është afër 0, por me rritjen e tensionit rritet ngadalë dhe, kur arrihet tensioni i prishjes, fillon të rritet ndjeshëm. Në drejtimin përpara, rryma rritet me shpejtësi me tensionin e aplikuar mbi pragun e përcjelljes, i cili është 0,7 V për diodat e silikonit dhe 0,4 V për germaniumin. Qelizat që përdorin materiale të ndryshme kanë karakteristika të ndryshme të volt-amperit dhe pragun e përcjellshmërisë dhe tensionet e prishjes.
Dioda e lidhjes p-n mund të konsiderohet si një pajisje e nivelit bazë. Përdoret gjerësisht në shumë aplikacione duke filluar nga qarqet dhe detektorët e sinjalit deri te kufizuesit ose shtypësit kalimtarë në bobinat me induksion ose rele dhe ndreqësit me fuqi të lartë.
Veçoritë dhe parametrat
Specifikimet e diodës ofrojnë shumë të dhëna. Megjithatë, shpjegime të sakta se çfarë janë ato nuk janë gjithmonë të disponueshme. Më poshtë janë detajet e karakteristikave dhe parametrave të ndryshëm të diodës, të cilat janë dhënë në specifikimet.
Material gjysmëpërçues
Materiali i përdorur në nyjet p-n është i një rëndësie të madhe sepse ndikon në shumë nga karakteristikat themelore të diodave gjysmëpërçuese. Siliconi është më i përdoruri për shkak të efikasitetit të tij të lartë dhe kostove të ulëta të prodhimit. Një tjetër që përdoret shpeshelementi është germanium. Materialet e tjera zakonisht përdoren në dioda për qëllime të veçanta. Zgjedhja e materialit gjysmëpërçues është e rëndësishme sepse përcakton pragun e përçueshmërisë - rreth 0,6 V për silikon dhe 0,3 V për germanium.
Rënia e tensionit në modalitetin e rrymës direkte (U pr.)
Çdo qark elektrik nëpër të cilin kalon rryma shkakton një rënie të tensionit dhe ky parametër i një diode gjysmëpërçuese është i një rëndësie të madhe, veçanërisht për korrigjimin, kur humbjet e energjisë janë në përpjesëtim me U. Përveç kësaj, komponentët elektronikë shpesh duhet të ofrojnë një rënie të vogël të tensionit, sepse sinjalet mund të jenë të dobëta, por ata ende duhet ta kapërcejnë atë.
Kjo ndodh për dy arsye. E para qëndron në vetë natyrën e kryqëzimit p-n dhe është rezultat i një tensioni të pragut të përcjelljes që lejon që rryma të kalojë shtresën e varfërimit. Komponenti i dytë është humbja normale e rezistencës.
Treguesi ka një rëndësi të madhe për diodat ndreqës, të cilat mund të mbajnë rryma të mëdha.
Tensioni i kundërt maksimumi (U arr. max)
Ky është tensioni më i lartë i kundërt që mund të përballojë një diodë gjysmëpërçuese. Nuk duhet të tejkalohet, përndryshe elementi mund të dështojë. Nuk është vetëm tensioni RMS i sinjalit të hyrjes. Çdo qark duhet të merret parasysh në bazë të meritave të tij, por për një ndreqës të thjeshtë gjysmëvalë me një kondensator zbutës, mbani mend se kondensatori do të mbajë një tension të barabartë me kulmin e hyrjessinjal. Më pas dioda do t'i nënshtrohet pikut të sinjalit hyrës në drejtim të kundërt, dhe për këtë arsye në këto kushte do të ketë një tension maksimal të kundërt të barabartë me vlerën e pikut të valës.
Rryma maksimale përpara (U pr. max)
Kur dizajnoni një qark elektrik, sigurohuni që nivelet maksimale të rrymës së diodës të mos tejkalohen. Me rritjen e rrymës, gjenerohet nxehtësi shtesë, e cila duhet të hiqet.
Rryma e rrjedhjes (I arr.)
Në një diodë ideale, nuk duhet të ketë rrymë të kundërt. Por në kryqëzimet reale p-n, kjo është për shkak të pranisë së bartësve të ngarkesës pakicë në gjysmëpërçues. Sasia e rrymës së rrjedhjes varet nga tre faktorë. Natyrisht, më i rëndësishmi prej tyre është tensioni i kundërt. Gjithashtu, rryma e rrjedhjes varet nga temperatura - me rritjen e saj, ajo rritet ndjeshëm. Përveç kësaj, varet shumë nga lloji i materialit gjysmëpërçues. Në këtë drejtim, silikoni është shumë më i mirë se germani.
Rryma e rrjedhjes përcaktohet në një tension të caktuar të kundërt dhe një temperaturë të caktuar. Zakonisht specifikohet në mikroamps (ΜA) ose pikoamps (pA).
Kapaciteti kalimtar
Të gjitha diodat gjysmëpërçuese kanë kapacitet kryqëzimi. Zona e varfërimit është një pengesë dielektrike midis dy pllakave që formohen në skajin e rajonit të varfërimit dhe rajonit me transportuesit më të shumtë të ngarkesës. Vlera aktuale e kapacitetit varet nga tensioni i kundërt, i cili çon në një ndryshim në zonën e tranzicionit. Rritja e tij zgjeron zonën e varfërimit dhe, rrjedhimisht,zvogëlon kapacitetin. Ky fakt shfrytëzohet në varaktorë ose varikap, por për aplikime të tjera, veçanërisht aplikimet RF, ky efekt duhet të minimizohet. Parametri zakonisht specifikohet në pF në një tension të caktuar. Diodat speciale me rezistencë të ulët janë të disponueshme për shumë aplikacione RF.
Lloji i rastit
Në varësi të qëllimit, diodat gjysmëpërçuese prodhohen në pako të llojeve dhe formave të ndryshme. Në disa raste, veçanërisht kur përdoret në qarqet e përpunimit të sinjalit, paketa është një element kyç në përcaktimin e karakteristikave të përgjithshme të atij elementi elektronik. Në qarqet e fuqisë ku shpërndarja e nxehtësisë është e rëndësishme, paketa mund të përcaktojë shumë nga parametrat e përgjithshëm të një diode. Pajisjet me fuqi të lartë duhet të jenë në gjendje të ngjiten në një ngrohës. Artikujt më të vegjël mund të prodhohen në kuti plumbi ose si pajisje montimi në sipërfaqe.
Llojet e diodave
Ndonjëherë është e dobishme të njiheni me klasifikimin e diodave gjysmëpërçuese. Megjithatë, disa artikuj mund t'u përkasin disa kategorive.
Diodë e kundërt. Edhe pse nuk është aq i përdorur, është një lloj elementi i tipit p-n, i cili në veprimin e tij është shumë i ngjashëm me tunelin. Paraqet rënie të ulët të tensionit në gjendje. Gjen përdorim në detektorë, ndreqës dhe çelësa me frekuencë të lartë.
Diodë transit injeksion. Ka shumë të përbashkëta me fluturimet më të zakonshme të ortekëve. Përdoret në gjeneratorët e mikrovalëve dhe sistemet e alarmit.
Diodë Gunn. Nuk i përket tipit p-n, por është një pajisje gjysmëpërçuese me dy terminale. Zakonisht përdoret për të gjeneruar dhe konvertuar sinjalet e mikrovalës në intervalin 1-100 GHz.
Drita që lëshon ose LED është një nga llojet më të njohura të komponentëve elektronikë. Në paragjykim përpara, rryma që rrjedh nëpër kryqëzim shkakton emetimin e dritës. Ata përdorin gjysmëpërçues të përbërë (p.sh. arsenid galium, fosfid galium, fosfid indium) dhe mund të shkëlqejnë në një larmi ngjyrash, megjithëse fillimisht ishin të kufizuar vetëm në të kuqe. Ka shumë zhvillime të reja që po ndryshojnë mënyrën e funksionimit dhe prodhimit të ekraneve, një shembull është OLED.
Fotodiodë. Përdoret për të zbuluar dritën. Kur një foton godet një kryqëzim p-n, ai mund të krijojë elektrone dhe vrima. Fotodiodat zakonisht funksionojnë në kushte të paragjykimit të kundërt, ku edhe rrymat e vogla të gjeneruara nga drita mund të zbulohen lehtësisht. Fotodiodat mund të përdoren për të prodhuar energji elektrike. Ndonjëherë elementët e tipit pin përdoren si fotodetektorë.
Pin-diodë. Emri i elementit elektronik përshkruan mirë pajisjen e një diode gjysmëpërçuese. Ka rajone standarde të tipit p dhe n, por ka një rajon të brendshëm pa papastërti midis tyre. Ka efekt në rritjen e zonës së rajonit të varfërimit, e cila mund të jetë e dobishme për ndërrim, si dhe në fotodioda, etj.
Kryqëzimi standard p-n mund të konsiderohet si një normalose lloji standard i diodës që përdoret sot. Ato mund të përdoren në RF ose aplikacione të tjera të tensionit të ulët, si dhe ndreqës të tensionit të lartë dhe fuqisë së lartë.
Dioda Schottky. Ata kanë një rënie më të ulët të tensionit përpara sesa gjysmëpërçuesit standard të silikonit të tipit p-n. Në rryma të ulëta, mund të jetë nga 0,15 në 0,4 V, dhe jo 0,6 V, si me diodat e silikonit. Për ta bërë këtë, ato nuk janë bërë si zakonisht - ata përdorin një kontakt metal-gjysmëpërçues. Ato përdoren gjerësisht si kufizues, ndreqës dhe në pajisjet radio.
Diodë me akumulim ngarkese. Është një lloj diodë me mikrovalë që përdoret për të gjeneruar dhe formuar impulse në frekuenca shumë të larta. Funksionimi i tij bazohet në një karakteristikë të fikjes shumë të shpejtë.
Diodë lazer. Ai ndryshon nga drita e zakonshme që lëshon pasi prodhon dritë koherente. Diodat lazer përdoren në shumë pajisje, nga disqet DVD dhe CD deri te treguesit lazer. Ato janë shumë më të lira se format e tjera të lazerëve, por dukshëm më të shtrenjta se LED. Ata kanë një jetë të kufizuar shërbimi.
Diodë tuneli. Edhe pse sot nuk përdoret gjerësisht, më parë përdorej në amplifikatorë, oshilatorë dhe pajisje komutuese, qarqe të kohës së oshiloskopit, kur ishte më efikas se elementët e tjerë.
Varactor ose varicap. Përdoret në shumë pajisje RF. Për këtë diodë, paragjykimi i kundërt ndryshon gjerësinë e shtresës së varfërimit në varësi të tensionit të aplikuar. Në këtë konfigurim ajovepron si një kondensator me një zonë zbrazjeje që vepron si një dielektrik izolues dhe pllaka të formuara nga rajonet përçuese. Përdoret në oshilatorët e kontrolluar me tension dhe filtrat RF.
Diodë Zener. Është një lloj diodë shumë i dobishëm pasi siguron një tension referencë të qëndrueshëm. Për shkak të kësaj, dioda zener përdoret në sasi të mëdha. Ai funksionon në kushte të paragjykimit të kundërt dhe depërton kur arrihet një ndryshim i caktuar potencial. Nëse rryma është e kufizuar nga një rezistencë, atëherë kjo siguron një tension të qëndrueshëm. Përdoret gjerësisht për të stabilizuar furnizimin me energji elektrike. Ekzistojnë 2 lloje të zbërthimit të kundërt në diodat zener: zbërthimi i Zenerit dhe jonizimi i ndikimit.
Kështu, lloje të ndryshme të diodave gjysmëpërçuese përfshijnë elementë për aplikime me fuqi të ulët dhe fuqi të lartë, që emetojnë dhe zbulojnë dritën, me rënie të ulët të tensionit përpara dhe kapacitet të ndryshueshëm. Përveç kësaj, ka një sërë varietetesh që përdoren në teknologjinë e mikrovalëve.
