Apa yang dimaksud dengan dioda semikonduktor, jenis dioda dan grafik karakteristik arus-tegangan?

Dioda semikonduktor banyak digunakan dalam teknik listrik dan elektronik. Dengan biaya rendah dan rasio daya-ke-ukuran yang baik, dengan cepat menggantikan perangkat vakum dengan tujuan yang sama.

Perangkat dan prinsip pengoperasian dioda semikonduktor

Dioda semikonduktor terdiri dari dua daerah (lapisan) yang terbuat dari semikonduktor (silikon, germanium, dll). Satu wilayah memiliki kelebihan elektron bebas (n-semikonduktor), yang lain memiliki kekurangan (p-semikonduktor) - ini dicapai dengan doping bahan dasar. Di antara mereka ada zona kecil di mana kelebihan elektron bebas dari situs-n "menutup" lubang dari situs-p (rekombinasi terjadi karena difusi), dan tidak ada pembawa muatan bebas di wilayah ini. Ketika tegangan maju diterapkan, wilayah rekombinasi kecil, resistansinya kecil, dan dioda mengalirkan arus ke arah ini. Dengan tegangan balik, zona bebas pembawa akan meningkat, resistansi dioda akan meningkat. Tidak ada arus yang akan mengalir ke arah ini.

Jenis, klasifikasi dan penunjukan grafis pada diagram listrik

Dalam kasus umum, dioda dalam diagram ditunjukkan sebagai panah bergaya yang menunjukkan arah arus. Gambar grafik bersyarat (UGO) perangkat berisi dua kesimpulan - anoda dan katoda, yang masing-masing terhubung langsung ke plus dari sirkuit listrik dan ke minus.

Ada banyak jenis perangkat semikonduktor bipolar ini, yang, tergantung pada tujuannya, mungkin memiliki UGO yang sedikit berbeda.

Dioda Zener (Dioda Zener)

Dioda zener adalah perangkat semikonduktorberoperasi pada tegangan balik di zona kerusakan longsoran. Di wilayah ini, tegangan dioda Zener stabil pada berbagai arus yang melalui perangkat. Properti ini digunakan untuk menstabilkan tegangan di seluruh beban.

stabilisator

Dioda Zener melakukan pekerjaan yang baik untuk menstabilkan tegangan dari 2 V ke atas.Stabistor digunakan untuk mendapatkan tegangan konstan di bawah batas ini. Doping bahan dari mana perangkat ini dibuat (silikon, selenium) mencapai vertikalitas terbesar dari cabang langsung karakteristik. Dalam mode ini, stabistor bekerja, memberikan tegangan teladan dalam kisaran 0,5 ... 2 V pada cabang langsung dari karakteristik tegangan arus pada tegangan maju.

Dioda Schottky

Dioda Schottky dibangun sesuai dengan skema semikonduktor-logam, dan tidak memiliki sambungan konvensional. Karena ini, dua properti penting diperoleh:

• penurunan tegangan maju yang berkurang (sekitar 0,2 V);
• peningkatan frekuensi operasi karena penurunan kapasitansi diri.

Kerugiannya termasuk peningkatan nilai arus balik dan pengurangan toleransi ke tingkat tegangan balik.

Varicaps

Setiap dioda memiliki kapasitansi listrik. Pelat kapasitor adalah dua muatan ruang (daerah p dan n semikonduktor), dan lapisan penghalang adalah dielektrik. Ketika tegangan balik diterapkan, lapisan ini mengembang dan kapasitansi berkurang. Properti ini melekat pada semua dioda, tetapi untuk varicaps, kapasitansi dinormalisasi dan dikenal untuk batas tegangan yang diberikan. Ini memungkinkan untuk menggunakan perangkat seperti kapasitor variabel dan berlaku untuk menyesuaikan atau menyempurnakan sirkuit dengan memasok tegangan balik dari berbagai tingkat.

dioda terowongan

Perangkat ini memiliki defleksi pada karakteristik bagian lurus, di mana peningkatan tegangan menyebabkan penurunan arus. Di wilayah ini, resistansi diferensial negatif.Properti ini memungkinkan untuk menggunakan dioda terowongan sebagai penguat sinyal lemah dan generator pada frekuensi di atas 30 GHz.

Dinistor

Dinistor - dioda thyristor - memiliki struktur p-n-p-n dan CVC berbentuk S, tidak menghantarkan arus sampai tegangan yang diberikan mencapai tingkat ambang batas. Setelah itu, ia menyala dan berperilaku seperti dioda normal hingga arus turun di bawah tingkat penahanan. Dinistor digunakan dalam elektronika daya sebagai kunci.

fotodioda

Fotodioda dibuat dalam paket dengan akses cahaya tampak ke kristal. Ketika sambungan p-n disinari, timbul ggl di dalamnya. Ini memungkinkan Anda untuk menggunakan fotodioda sebagai sumber arus (sebagai bagian dari panel surya) atau sebagai sensor cahaya.

LED

Properti utama dari LED adalah kemampuan untuk memancarkan cahaya ketika arus melewati sambungan p-n. Cahaya ini tidak terkait dengan intensitas pemanasan, seperti lampu pijar, sehingga perangkat ini ekonomis. Terkadang cahaya transisi langsung digunakan, tetapi lebih sering digunakan sebagai inisiator penyalaan fosfor. Ini memungkinkan untuk mendapatkan warna LED yang sebelumnya tidak dapat dicapai, seperti biru dan putih.

Dioda Gunn

Meskipun dioda Gunn memiliki penunjukan grafis konvensional yang biasa, itu bukan dioda dalam arti penuh. Karena tidak memiliki p-n junction. Perangkat ini terdiri dari pelat galium arsenida pada substrat logam.

Tanpa merinci prosesnya: ketika medan listrik dengan besaran tertentu diterapkan pada perangkat, osilasi listrik terjadi, periode yang tergantung pada ukuran wafer semikonduktor (tetapi dalam batas-batas tertentu, frekuensi dapat disesuaikan oleh elemen luar).

Dioda Gunn digunakan sebagai osilator pada frekuensi 1 GHz ke atas. Keuntungan dari perangkat ini adalah stabilitas frekuensi tinggi, dan kerugiannya adalah amplitudo osilasi listrik yang kecil.

dioda magnetik

Dioda biasa dipengaruhi secara lemah oleh medan magnet luar. Magnetodioda memiliki desain khusus yang meningkatkan kepekaan terhadap efek ini. Mereka dibuat menggunakan teknologi p-i-n dengan basis yang diperluas. Di bawah aksi medan magnet, resistansi perangkat ke arah depan meningkat, dan ini dapat digunakan untuk membuat elemen sakelar non-kontak, konverter medan magnet, dll.

dioda laser

Prinsip pengoperasian dioda laser didasarkan pada sifat pasangan lubang elektron selama rekombinasi dalam kondisi tertentu untuk memancarkan radiasi tampak monokromatik dan koheren. Metode menciptakan kondisi ini berbeda, bagi pengguna hanya perlu mengetahui panjang gelombang yang dipancarkan oleh dioda dan kekuatannya.

Dioda longsoran

Perangkat ini digunakan dalam microwave. Dalam kondisi tertentu, dalam mode avalanche breakdown, bagian dengan resistansi diferensial negatif muncul pada karakteristik dioda. Properti APD ini memungkinkan mereka untuk digunakan sebagai generator yang beroperasi pada panjang gelombang hingga kisaran milimeter. Di sana dimungkinkan untuk mendapatkan daya minimal 1 watt. Pada frekuensi yang lebih rendah, hingga beberapa kilowatt dikeluarkan dari dioda tersebut.

dioda PIN

Dioda ini dibuat menggunakan teknologi p-i-n. Di antara lapisan semikonduktor yang didoping adalah lapisan bahan yang tidak didoping. Untuk alasan ini, sifat penyearah dioda memburuk (dengan tegangan balik, rekombinasi berkurang karena kurangnya kontak langsung antara zona p dan n).Tetapi karena jarak wilayah muatan ruang, kapasitansi parasit menjadi sangat kecil, dalam keadaan tertutup, kebocoran sinyal pada frekuensi tinggi praktis tidak termasuk, dan dioda pin dapat digunakan pada RF dan microwave sebagai elemen switching.

Karakteristik utama dan parameter dioda

Karakteristik utama dioda semikonduktor (kecuali yang sangat khusus) meliputi:

• tegangan balik maksimum yang diijinkan (konstan dan berdenyut);
• frekuensi operasi batas;
• penurunan tegangan maju;
• kisaran suhu operasi.

Karakteristik penting lainnya sebaiknya dipertimbangkan dengan menggunakan contoh karakteristik IV dioda - ini lebih jelas.

Karakteristik volt-ampere dari dioda semikonduktor

Karakteristik arus-tegangan dioda semikonduktor terdiri dari cabang maju dan mundur. Mereka terletak di kuadran I dan III, karena arah arus dan tegangan melalui dioda selalu bertepatan. Menurut karakteristik tegangan arus, Anda dapat menentukan beberapa parameter, serta melihat dengan jelas apa yang dipengaruhi oleh karakteristik perangkat.

Tegangan ambang konduksi

Jika Anda menerapkan tegangan maju ke dioda dan mulai meningkatkannya, maka pada saat pertama tidak ada yang terjadi - arus tidak akan meningkat. Namun pada nilai tertentu, dioda akan terbuka dan arus akan bertambah sesuai dengan tegangannya. Tegangan ini disebut tegangan ambang konduksi dan ditandai pada VAC sebagai Uthreshold. Itu tergantung pada bahan dari mana dioda dibuat. Untuk semikonduktor yang paling umum, parameter ini adalah:

• silikon - 0,6-0,8 V;
• germanium - 0,2-0,3 V;
• galium arsenida - 1,5 V.

Properti perangkat semikonduktor germanium untuk membuka pada tegangan rendah digunakan saat bekerja di sirkuit tegangan rendah dan dalam situasi lain.

Arus maksimum melalui dioda dengan koneksi langsung

Setelah dioda dibuka, arusnya meningkat seiring dengan peningkatan tegangan maju. Untuk dioda ideal, grafik ini menuju tak terhingga. Dalam praktiknya, parameter ini dibatasi oleh kemampuan perangkat semikonduktor untuk menghilangkan panas. Ketika batas tertentu tercapai, dioda akan terlalu panas dan gagal. Untuk menghindari hal ini, pabrikan menunjukkan arus tertinggi yang diizinkan (pada VAC - Imax). Secara kasar dapat ditentukan oleh ukuran dioda dan paketnya. Dalam urutan menurun:

• arus terbesar disimpan oleh perangkat dalam selubung logam;
• kasing plastik dirancang untuk daya sedang;
• Dioda dalam amplop kaca digunakan di sirkuit arus rendah.

Peralatan logam dapat dipasang pada radiator - ini akan meningkatkan daya disipasi.

Arus bocor terbalik

Jika Anda menerapkan tegangan balik ke dioda, maka ammeter yang tidak sensitif tidak akan menunjukkan apa-apa. Faktanya, hanya dioda ideal yang tidak melewatkan arus apa pun. Perangkat nyata akan memiliki arus, tetapi sangat kecil, dan disebut arus bocor terbalik (pada CVC - Iobr). Ini adalah puluhan microamps atau sepersepuluh miliampere dan jauh lebih sedikit daripada arus searah. Anda dapat menemukannya di direktori.

Tegangan rusak

Pada nilai tegangan balik tertentu, terjadi peningkatan arus yang tajam, yang disebut kerusakan. Ini memiliki karakter terowongan atau longsoran dan dapat dibalik. Mode ini digunakan untuk menstabilkan tegangan (avalanche) atau untuk membangkitkan pulsa (tunnel).Dengan peningkatan tegangan lebih lanjut, kerusakan menjadi termal. Mode ini tidak dapat diubah dan dioda gagal.

Pn-junction kapasitansi parasit

Telah disebutkan bahwa p-n junction memiliki kapasitas listrik. Dan jika properti ini berguna dan digunakan dalam varicaps, maka dalam dioda biasa itu bisa berbahaya. Meskipun kapasitas adalah satuan atau puluhan pF dan pada arus searah atau frekuensi rendah tidak terlihat, dengan meningkatnya frekuensi pengaruhnya meningkat. Beberapa picofarad di RF akan menciptakan resistansi yang cukup rendah untuk kebocoran sinyal palsu, menambah kapasitansi yang ada dan mengubah parameter rangkaian, dan bersama-sama dengan induktansi keluaran atau konduktor tercetak membentuk rangkaian resonansi palsu. Oleh karena itu, dalam produksi perangkat frekuensi tinggi, tindakan diambil untuk mengurangi kapasitansi transisi.

Penandaan dioda

Cara termudah untuk menandai dioda dalam kotak logam. Dalam kebanyakan kasus, mereka ditandai dengan penunjukan perangkat dan pinout-nya. Dioda dalam wadah plastik ditandai dengan tanda cincin di sisi katoda. Tetapi tidak ada jaminan bahwa pabrikan secara ketat mematuhi aturan ini, jadi lebih baik merujuk ke direktori. Lebih baik lagi, hubungkan perangkat dengan multimeter.

Dioda zener berdaya rendah domestik dan beberapa perangkat lain mungkin memiliki tanda dua cincin atau titik dengan warna berbeda di sisi yang berlawanan dari casing. Untuk menentukan jenis dioda tersebut dan pinout-nya, Anda perlu mengambil buku referensi atau menemukan pengenal penandaan online di Internet.

Aplikasi dioda

Meskipun perangkatnya sederhana, dioda semikonduktor banyak digunakan dalam elektronik:

1. Untuk meluruskan tegangan AC. Klasik dari genre - properti p-n junction digunakan untuk mengalirkan arus dalam satu arah.
2. detektor dioda. Di sini, nonlinier dari karakteristik I–V digunakan, yang memungkinkan untuk mengisolasi harmonik dari sinyal, yang diperlukan untuk membedakannya dengan filter.
3. Dua dioda, saling terhubung, berfungsi sebagai pembatas sinyal kuat yang dapat membebani tahap input berikutnya dari penerima radio sensitif.
4. Dioda zener dapat dimasukkan sebagai elemen anti percikan yang tidak memungkinkan pulsa tegangan tinggi memasuki sirkuit sensor yang dipasang di area berbahaya.
5. Dioda dapat berfungsi sebagai perangkat switching di sirkuit frekuensi tinggi. Mereka membuka dengan tegangan konstan dan melewatkan (atau tidak melewatkan) sinyal RF.
6. Dioda parametrik berfungsi sebagai penguat sinyal lemah dalam rentang gelombang mikro karena adanya bagian dengan resistansi negatif di cabang langsung karakteristik.
7. Dioda digunakan untuk merakit mixer yang beroperasi dalam peralatan transmisi atau penerima. Mereka mencampur sinyal osilator lokal dengan sinyal frekuensi tinggi (atau frekuensi rendah) untuk diproses lebih lanjut. Ini juga menggunakan nonlinier dari karakteristik tegangan arus.
8. Karakteristik non-linier memungkinkan penggunaan dioda gelombang mikro sebagai pengganda frekuensi. Ketika sinyal melewati dioda pengali, harmonik yang lebih tinggi disorot. Kemudian mereka dapat dipilih dengan memfilter.
9. Dioda digunakan sebagai elemen penyetelan untuk rangkaian resonansi. Dalam hal ini, keberadaan kapasitansi terkontrol di persimpangan p-n digunakan.
10. Beberapa jenis dioda digunakan sebagai generator dalam jangkauan gelombang mikro. Ini terutama dioda terowongan dan perangkat dengan efek Gunn.

Ini hanya deskripsi singkat tentang kemampuan perangkat semikonduktor terminal ganda. Dengan studi mendalam tentang sifat dan karakteristik dengan bantuan dioda, banyak masalah yang ditugaskan kepada pengembang peralatan elektronik dapat diselesaikan.

Artikel serupa: