Què és un díode?
Contingut
- Com funciona un díode?
- Per a què serveixen els díodes?
- Aplicació de díodes
- Història del díode
- Tipus de díodes
- Petit díode de senyal
- Díode de gran senyal
- díode zener
- díode emissor de llum (LED)
- Díodes DC
- Díode Schottky
- Díode de Shockley
- Díodes de recuperació de pas
- díode túnel
- Díode Varactor
- díode làser
- Díode de supressió de transitoris
- Díodes dopats amb or
- Díodes super barrera
- Díode Peltier
- díode de cristall
- Díode d'allau
- Rectificador controlat per silici
- Díodes de buit
- Díode PIN
- Díode de punt de contacte
- Díode Gunn
- Vídeo Tutorial
- Conclusió
Un díode és un component electrònic de dos terminals, restringeix el flux corrent en una direcció i li permet fluir lliurement en sentit contrari. Té molts usos en circuits electrònics i es pot utilitzar per construir rectificadors, inversors i generadors.
En aquest article, prendrem mirar fixament què és un díode i com funciona. També veurem alguns dels seus usos habituals en circuits electrònics. Així que comencem!
Com funciona un díode?
Un díode és un dispositiu electrònic que permet el corrent ha de circular en una direcció. Normalment es troben en circuits elèctrics. Funcionen a partir del material semiconductor del qual estan fets, que pot ser de tipus N o de tipus P. Si el díode és de tipus N, només passarà corrent quan la tensió s'apliqui en la mateixa direcció que la fletxa del díode, mentre que els díodes de tipus P només passaran corrent quan la tensió s'aplica en la direcció oposada a la seva fletxa.
El material semiconductor permet que el corrent flueixi, creantzona d'esgotament', aquesta és la regió on els electrons estan prohibits. Després d'aplicar la tensió, la zona d'esgotament arriba als dos extrems del díode i permet que el corrent circuli per ella. Aquest procés s'anomena "biaix cap endavant».
Si s'aplica tensió inversament material semiconductor, polarització inversa. Això farà que la zona d'esgotament s'estengui només des d'un extrem del terminal i impedirà que flueixi el corrent. Això es deu al fet que si s'aplicava tensió al llarg de la mateixa ruta que la fletxa d'un semiconductor de tipus P, el semiconductor de tipus P actuaria com un tipus N perquè permetria que els electrons es moguessin en la direcció oposada a la seva fletxa.
Per a què serveixen els díodes?
Els díodes s'utilitzen per convertir corrent continu a corrent altern, mentre bloqueja la conducció inversa de les càrregues elèctriques. Aquest component principal també es pot trobar en dimmers, motors elèctrics i plaques solars.
Els díodes s'utilitzen en ordinadors per Seguretat components electrònics de l'ordinador per danys causats per sobretensions. Redueixen o bloquegen una tensió superior a la requerida per la màquina. També redueix el consum d'energia de l'ordinador, estalviant energia i reduint la calor generada a l'interior del dispositiu. Els díodes s'utilitzen en aparells de gamma alta com forns, rentavaixelles, forns de microones i rentadores. S'utilitzen en aquests dispositius per protegir-se dany a causa de sobretensions causades per fallades de corrent.
Aplicació de díodes
- correcció
- Com un interruptor
- Circuit d'aïllament de la font
- Com a tensió de referència
- Mesclador de freqüència
- Protecció de corrent inversa
- Protecció de polaritat inversa
- Protecció contra sobretensions
- Detector d'embolcall AM o demodulador (detector de díodes)
- Com una font de llum
- Al circuit del sensor de temperatura positiu
- Al circuit del sensor de llum
- Bateria solar o bateria fotovoltaica
- Com una talladora
- Com un retenedor
Història del díode
La paraula "díode" ve de Греческий la paraula "diodous" o "diodos". El propòsit d'un díode és permetre que l'electricitat flueixi en una sola direcció. Un díode també es pot anomenar vàlvula electrònica.
Es va trobar Henry Joseph Round mitjançant els seus experiments amb l'electricitat el 1884. Aquests experiments es van dur a terme mitjançant un tub de vidre al buit, dins del qual hi havia elèctrodes metàl·lics als dos extrems. El càtode té una placa amb càrrega positiva i l'ànode té una placa amb càrrega negativa. Quan el corrent passava pel tub, s'il·luminava, indicant que l'energia circulava pel circuit.
Qui va inventar el díode
Tot i que el primer díode semiconductor va ser inventat l'any 1906 per John A. Fleming, se li atribueix a William Henry Price i Arthur Schuster per haver inventat el dispositiu de manera independent el 1907.
Tipus de díodes
- Petit díode de senyal
- Díode de gran senyal
- díode zener
- díode emissor de llum (LED)
- Díodes DC
- Díode Schottky
- Díode de Shockley
- Díodes de recuperació de pas
- díode túnel
- Díode Varactor
- díode làser
- Díode de supressió de transitoris
- Díodes dopats amb or
- Díodes super barrera
- Díode Peltier
- díode de cristall
- Díode d'allau
- Rectificador controlat per silici
- Díodes de buit
- Díode PIN
- punt de contacte
- Díode Gunn
Petit díode de senyal
Un petit díode de senyal és un dispositiu semiconductor amb capacitat de commutació ràpida i baixa caiguda de tensió de conducció. Proporciona un alt grau de protecció contra danys a causa de descàrregues electrostàtiques.
Díode de gran senyal
Un díode de senyal gran és un tipus de díode que transmet senyals a un nivell de potència més alt que un díode de senyal petit. Normalment s'utilitza un díode de senyal gran per convertir AC a DC. Un díode de senyal gran transmetrà el senyal sense pèrdua de potència i és més barat que un condensador electrolític.
Sovint s'utilitza un condensador de desacoblament en combinació amb un díode de senyal gran. L'ús d'aquest dispositiu afecta el temps de resposta transitòria del circuit. El condensador de desacoblament ajuda a limitar les fluctuacions de tensió causades pels canvis d'impedància.
díode zener
Un díode Zener és un tipus especial que només conduirà l'electricitat a la zona directament sota la caiguda de tensió directa. Això vol dir que quan un terminal d'un díode zener s'activa, permet que el corrent es mogui des de l'altre terminal cap al terminal energitzat. És important que aquest dispositiu s'utilitzi correctament i estigui connectat a terra, en cas contrari pot danyar permanentment el vostre circuit. També és important que aquest dispositiu s'utilitzi a l'aire lliure, ja que fallarà si es col·loca en un ambient humit.
Quan s'aplica prou corrent al díode zener, es crea una caiguda de tensió. Si aquesta tensió arriba o supera la tensió de ruptura de la màquina, permet que el corrent flueixi des d'un terminal.
díode emissor de llum (LED)
Un díode emissor de llum (LED) està fet d'un material semiconductor que emet llum quan hi passa una quantitat suficient de corrent elèctric. Una de les propietats més importants dels LED és que converteixen l'energia elèctrica en energia òptica de manera molt eficient. Els LED també s'utilitzen com a llums indicadores per indicar objectius en dispositius electrònics com ordinadors, rellotges, ràdios, televisors, etc.
El LED és un bon exemple del desenvolupament de la tecnologia de microxip i ha permès canvis significatius en el camp de la il·luminació. Els LED utilitzen almenys dues capes de semiconductors per generar llum, una unió pn per generar portadors (electrons i forats), que després s'envien als costats oposats d'una capa de "barrera" que captura forats d'un costat i electrons a l'altre. . L'energia dels portadors atrapats es recombina en una "ressonància" coneguda com a electroluminescència.
El LED es considera un tipus d'il·luminació eficient perquè emet poca calor juntament amb la seva llum. Té una vida útil més llarga que les làmpades incandescents, que poden durar fins a 60 vegades més, tenen una sortida de llum més alta i emeten menys emissions tòxiques que les làmpades fluorescents tradicionals.
El major avantatge dels LED és el fet que requereixen molt poca potència per funcionar, depenent del tipus de LED. Ara és possible utilitzar LED amb fonts d'alimentació que van des de cèl·lules solars fins a bateries i fins i tot corrent altern (CA).
Hi ha molts tipus diferents de LED i vénen en una varietat de colors, com ara vermell, taronja, groc, verd, blau, blanc i molt més. Avui dia, els LED estan disponibles amb un flux lluminós de 10 a 100 lúmens per watt (lm/W), que és gairebé el mateix que les fonts de llum convencionals.
Díodes DC
Un díode de corrent constant, o CCD, és un tipus de díode regulador de tensió per a fonts d'alimentació. La funció principal del CCD és reduir les pèrdues de potència de sortida i millorar l'estabilització de la tensió reduint les seves fluctuacions quan la càrrega canvia. El CCD també es pot utilitzar per ajustar els nivells de potència d'entrada de CC i per controlar els nivells de CC als carrils de sortida.
Díode Schottky
Els díodes Schottky també s'anomenen díodes portadors calents.
El díode Schottky va ser inventat pel doctor Walter Schottky l'any 1926. La invenció del díode Schottky ens ha permès utilitzar LED (díodes emissors de llum) com a fonts de senyal fiables.
El díode té un efecte molt beneficiós quan s'utilitza en circuits d'alta freqüència. El díode Schottky consta principalment de tres components; P, N i unió metall-semiconductor. El disseny d'aquest dispositiu és tal que es forma una transició pronunciada dins del semiconductor sòlid. Això permet als portadors passar de semiconductors a metall. Al seu torn, això ajuda a reduir la tensió directa, que al seu torn redueix les pèrdues de potència i augmenta la velocitat de commutació dels dispositius que utilitzen díodes Schottky per un marge molt gran.
Díode de Shockley
El díode de Shockley és un dispositiu semiconductor amb una disposició asimètrica d'elèctrodes. El díode conduirà el corrent en una direcció i molt menys si s'inverteix la polaritat. Si es manté una tensió externa a través del díode de Shockley, es polarirà gradualment a mesura que augmenta la tensió aplicada, fins a un punt anomenat "tensió de tall" en què no hi ha corrent apreciable, ja que tots els electrons es recombinen amb els forats. . Més enllà de la tensió de tall a la representació gràfica de la característica corrent-tensió, hi ha una regió de resistència negativa. El Shockley actuarà com un amplificador amb valors de resistència negatius en aquest rang.
El treball de Shockley es pot entendre millor dividint-lo en tres parts conegudes com a regions, el corrent en sentit invers de baix a dalt és 0, 1 i 2 respectivament.
A la regió 1, quan s'aplica una tensió positiva per a la polarització directa, els electrons es difonen al semiconductor de tipus n a partir del material de tipus p, on es forma una "zona d'esgotament" a causa de la substitució dels portadors majoritaris. La zona d'esgotament és la regió on s'eliminen els portadors de càrrega quan s'aplica una tensió. La zona d'esgotament al voltant de la unió pn evita que el corrent flueixi per la part frontal del dispositiu unidireccional.
Quan els electrons entren al costat n des del costat del tipus p, es forma una "zona d'esgotament" en la transició de baix a dalt fins que es bloqueja el camí del corrent del forat. Els forats que es mouen de dalt a baix es recombinen amb electrons que es mouen de baix a dalt. És a dir, entre les zones d'esgotament de la banda de conducció i la banda de valència, apareix una "zona de recombinació", que impedeix el flux addicional dels portadors principals a través del díode Shockley.
El flux de corrent ara està controlat per un únic portador, que és el portador minoritari, és a dir, electrons en aquest cas per a un semiconductor de tipus n i forats per a un material de tipus p. Així doncs, podem dir que aquí el flux de corrent està controlat pels portadors majoritaris (forats i electrons) i el flux de corrent és independent de la tensió aplicada sempre que hi hagi prou portadors lliures per conduir.
A la regió 2, els electrons emesos des de la zona d'esgotament es recombinen amb forats a l'altre costat i creen nous portadors majoritaris (electrons en un material de tipus p per a un semiconductor de tipus n). Quan aquests forats entren a la zona d'esgotament, completen el camí actual a través del díode Shockley.
A la regió 3, quan s'aplica una tensió externa per a la polarització inversa, apareix una regió de càrrega espacial o una zona d'esgotament a la unió, formada tant per portadors majoritaris com minoritaris. Els parells electró-forat es separen a causa de l'aplicació d'una tensió entre ells, donant lloc a un corrent de deriva a través del Shockley. Això fa que una petita quantitat de corrent flueixi pel díode Shockley.
Díodes de recuperació de pas
Un díode de recuperació de pas (SRD) és un dispositiu semiconductor que pot proporcionar un estat de conducció fixa i incondicionalment estable entre el seu ànode i el càtode. La transició de l'estat apagat a l'estat encès pot ser causada per polsos de tensió negatius. Quan està activat, l'SRD es comporta com un díode perfecte. Quan està apagat, l'SRD és predominantment no conductor amb una mica de corrent de fuga, però generalment no és suficient per provocar una pèrdua de potència important a la majoria d'aplicacions.
La figura següent mostra les formes d'ona de recuperació de passos per als dos tipus de SRD. La corba superior mostra el tipus de recuperació ràpida, que emet una gran quantitat de llum quan entra a l'estat apagat. En canvi, la corba inferior mostra un díode de recuperació ultra ràpid optimitzat per a un funcionament a alta velocitat i que només presenta una radiació visible insignificant durant la transició d'encès a apagat.
Per encendre l'SRD, la tensió de l'ànode ha de superar la tensió llindar (VT) de la màquina. El SRD s'apagarà quan el potencial de l'ànode sigui inferior o igual al potencial del càtode.
díode túnel
Un díode de túnel és una forma d'enginyeria quàntica que pren dues peces d'un semiconductor i uneix una peça amb l'altra cara cap a fora. El díode túnel és únic perquè els electrons flueixen a través del semiconductor en lloc d'envoltar-lo. Aquesta és una de les principals raons per les quals aquest tipus de tècnica és tan singular, perquè cap altra forma de transport d'electrons fins ara ha estat capaç d'aconseguir una proesa com aquesta. Una de les raons per les quals els díodes de túnel són tan populars és que ocupen menys espai que altres formes d'enginyeria quàntica i també es poden utilitzar en moltes aplicacions en molts camps.
Díode Varactor
Un díode varactor és un semiconductor utilitzat en una capacitat variable regulada per tensió. El díode varactor té dues connexions, una al costat de l'ànode de la unió PN i l'altra al costat del càtode de la unió PN. Quan apliqueu una tensió a un varactor, permet que es formi un camp elèctric que canvia l'amplada de la seva capa d'esgotament. Això canviarà efectivament la seva capacitat.
díode làser
Un díode làser és un semiconductor que emet llum coherent, també anomenada llum làser. El díode làser emet feixos de llum paral·lels dirigits amb poca divergència. Això contrasta amb altres fonts de llum, com ara els LED convencionals, la llum emesa dels quals és altament divergent.
Els díodes làser s'utilitzen per a l'emmagatzematge òptic, impressores làser, escàners de codis de barres i comunicacions de fibra òptica.
Díode de supressió de transitoris
Un díode de supressió de tensió transitòria (TVS) és un díode dissenyat per protegir contra sobretensions de tensió i altres tipus de transitoris. També és capaç de separar voltatge i corrent per evitar que els transitoris d'alta tensió entrin a l'electrònica del xip. El díode TVS no conduirà durant el funcionament normal, sinó que només conduirà durant el transitori. Durant el transitori elèctric, el díode TVS pot funcionar tant amb pics ràpids dv/dt com amb grans pics dv/dt. El dispositiu es troba generalment als circuits d'entrada dels circuits de microprocessador, on processa senyals de commutació d'alta velocitat.
Díodes dopats amb or
Els díodes d'or es poden trobar en condensadors, rectificadors i altres dispositius. Aquests díodes s'utilitzen principalment a la indústria electrònica perquè no requereixen molta tensió per conduir l'electricitat. Els díodes dopats amb or es poden fabricar amb materials semiconductors de tipus p o de tipus n. El díode dopat amb or condueix l'electricitat de manera més eficient a altes temperatures, especialment en els díodes de tipus n.
L'or no és un material ideal per dopar els semiconductors perquè els àtoms d'or són massa grans per cabre fàcilment dins dels cristalls semiconductors. Això vol dir que normalment l'or no es difon molt bé en un semiconductor. Una manera d'augmentar la mida dels àtoms d'or perquè es puguin difondre és afegir plata o indi. El mètode més comú utilitzat per dopar els semiconductors amb or és l'ús de borohidrur de sodi, que ajuda a crear un aliatge d'or i plata dins del cristall semiconductor.
Els díodes dopats amb or s'utilitzen habitualment en aplicacions d'alta freqüència. Aquests díodes ajuden a reduir la tensió i el corrent recuperant l'energia de l'EMF posterior de la resistència interna del díode. Els díodes dopats amb or s'utilitzen en màquines com xarxes de resistències, làsers i díodes de túnel.
Díodes super barrera
Els díodes de super barrera són un tipus de díode que es pot utilitzar en aplicacions d'alta tensió. Aquests díodes tenen una tensió directa baixa a alta freqüència.
Els díodes de super barrera són un tipus de díode molt versàtil, ja que poden funcionar en una àmplia gamma de freqüències i voltatges. S'utilitzen principalment en circuits de commutació d'alimentació per a sistemes de distribució d'energia, rectificadors, inversors de motor i fonts d'alimentació.
El díode superbarrera es compon principalment de diòxid de silici amb coure afegit. El díode de superbarrera té diverses opcions de disseny, incloent el díode de superbarrera de germani pla, el díode de superbarrera d'unió i el díode de superbarrera aïllant.
Díode Peltier
El díode Peltier és un semiconductor. Es pot utilitzar per generar un corrent elèctric en resposta a l'energia tèrmica. Aquest dispositiu encara és nou i encara no s'entén del tot, però sembla que podria ser útil per convertir la calor en electricitat. Això es pot utilitzar per a escalfadors d'aigua o fins i tot en cotxes. Això permetria aprofitar la calor generada per un motor de combustió interna, que normalment és energia malbaratada. També permetria que el motor funcionés de manera més eficient, ja que no hauria de produir tanta potència (per tant utilitzant menys combustible), sinó que un díode Peltier convertiria la calor residual en potència.
díode de cristall
Els díodes de cristall s'utilitzen habitualment per al filtrat de banda estreta, oscil·ladors o amplificadors controlats per tensió. El díode de cristall es considera una aplicació especial de l'efecte piezoelèctric. Aquest procés ajuda a generar senyals de tensió i corrent utilitzant les seves propietats inherents. Els díodes de cristall també es combinen habitualment amb altres circuits que proporcionen amplificació o altres funcions especialitzades.
Díode d'allau
Un díode d'allau és un semiconductor que genera una allau a partir d'un sol electró des de la banda de conducció fins a la banda de valència. S'utilitza com a rectificador en circuits de corrent continu d'alta tensió, com a detector de radiació infraroja i com a màquina fotovoltaica per a la radiació ultraviolada. L'efecte allau augmenta la caiguda de tensió directa a través del díode de manera que es pot fer molt més petita que la tensió de ruptura.
Rectificador controlat per silici
El rectificador controlat de silici (SCR) és un tiristor de tres terminals. Va ser dissenyat per actuar com un interruptor als forns de microones per controlar la potència. Es pot activar per corrent o tensió, o ambdós, depenent de la configuració de sortida de la porta. Quan el pin de la porta és negatiu, permet que el corrent flueixi a través de l'SCR i, quan és positiu, bloqueja el flux de corrent per l'SCR. La ubicació del pin de la porta determina si el corrent passa o es bloqueja quan està al seu lloc.
Díodes de buit
Els díodes de buit són un altre tipus de díode, però a diferència d'altres tipus, s'utilitzen en tubs de buit per regular el corrent. Els díodes de buit permeten que el corrent flueixi a una tensió constant, però també tenen una xarxa de control que canvia aquesta tensió. Depenent de la tensió a la xarxa de control, el díode de buit permet o atura el corrent. Els díodes de buit s'utilitzen com a amplificadors i oscil·ladors en receptors i transmissors de ràdio. També serveixen com a rectificadors que converteixen AC a DC per al seu ús amb dispositius elèctrics.
Díode PIN
Els díodes PIN són un tipus de díode d'unió pn. En general, els PIN són un semiconductor que presenta una baixa resistència quan se li aplica una tensió. Aquesta baixa resistència augmentarà a mesura que augmenta la tensió aplicada. Els codis PIN tenen una tensió llindar abans que esdevinguin conductors. Així, si no s'aplica cap tensió negativa, el díode no passarà corrent fins que no assoleixi aquest valor. La quantitat de corrent que flueix pel metall dependrà de la diferència de potencial o tensió entre ambdós terminals, i no hi haurà fuites d'un terminal a l'altre.
Díode de punt de contacte
Un díode puntual és un dispositiu unidireccional capaç de millorar un senyal de RF. El punt de contacte també s'anomena transistor sense unió. Consta de dos cables connectats a un material semiconductor. Quan aquests cables es toquen, es crea un "punt de pessic" on els electrons poden creuar. Aquest tipus de díode s'utilitza especialment amb ràdios AM i altres dispositius per permetre-los detectar senyals de RF.
Díode Gunn
El díode Gunn és un díode format per dues unions pn antiparal·leles amb una alçada de barrera asimètrica. Això es tradueix en una forta supressió del flux d'electrons en la direcció cap endavant, mentre que el corrent encara flueix en la direcció inversa.
Aquests dispositius s'utilitzen habitualment com a generadors de microones. Van ser inventats cap a l'any 1959 per J. B. Gann i A. S. Newell a la Royal Post Office del Regne Unit, d'on prové el nom: "Gann" és una abreviatura dels seus noms, i "diode" perquè treballaven en dispositius de gas (Newell treballava anteriorment). a l'Edison Institute of Communications). Bell Laboratories, on va treballar en dispositius semiconductors).
La primera aplicació a gran escala de díodes Gunn va ser la primera generació d'equips de ràdio UHF militars britànics, que va entrar en ús al voltant de 1965. Les ràdios AM militars també van fer un ús extensiu dels díodes Gunn.
La característica del díode Gunn és que el corrent és només un 10-20% del d'un díode de silici convencional. A més, la caiguda de tensió a través del díode és aproximadament 25 vegades menor que un díode convencional, normalment 0 mV a temperatura ambient durant XNUMX.
Vídeo Tutorial
Conclusió
Esperem que hàgiu après què és un díode. Si esteu interessats a obtenir més informació sobre com funciona aquest increïble component, consulteu els nostres articles a la pàgina de díodes. Confiem que aquesta vegada aplicareu tot el que heu après.
