Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Екі терминалды электрондық компонент
Two terminal electronic component
Диод – токты негізінен бір бағытта өткізетін екі терминалды электрондық компонент (асимметриялық өткізгіштік). Оның бір бағыттағы кедергісі төмен (идеал жағдайда нөл), ал екінші бағыттағы кедергісі жоғары (идеал жағдайда шексіз). Бүгінде ең көп қолданылатын жартылай өткізгіш диод – екі электр терминалына қосылған p-n торабы бар жартылай өткізгіш материалдың кристалдық бөлігі. Оның экспоненциалды ток-кернеу сипаттамасы бар. Жартылай өткізгіш диодтар – алғашқы жартылай өткізгіш электрондық құрылғылар болды. Кристалл минерал мен металл арасындағы контакті арқылы асимметриялық электр өткізгіштігін неміс физигі Фердинанд Браун 1874 жылы ашқан. Қазіргі кезде диодтардың көпшілігі кремнийден жасалады, бірақ галлий арсениді және германий сияқты басқа жартылай өткізгіш материалдар да қолданылады. Ескірген термодиод – бұл екі электродты, қыздырылған катодты және пластинаны қамтитын вакуумдық түтік, онда электрондар тек бір бағытта, катодтан пластинаға қарай ағуы мүмкін. Көптеген қолданыстардың ішінде диодтар түзеткіштерде айнымалы токты (AC) тұрақты токқа (DC) түрлендіру үшін, радио қабылдағыштарда демодуляция үшін және тіпті логикалық схемаларда немесе температура сенсоры ретінде қолданылуы мүмкін. Диодтың кең таралған түрі – жарықдиод, ол электрондық құрылғыларда электр жарығы және күй индикаторы ретінде қолданылады.
A diode is a two terminal electronic component that conducts current primarily in one direction (asymmetric conductance). It has low (ideally zero) resistance in one direction and high (ideally infinite) resistance in the other. A semiconductor diode, the most commonly used type today, is a crystalline piece of semiconductor material with a p–n junction connected to two electrical terminals. It has an exponential current–voltage characteristic. Semiconductor diodes were the first semiconductor electronic devices. The discovery of asymmetric electrical conduction across the contact between a crystalline mineral and a metal was made by German physicist Ferdinand Braun in 1874. Today, most diodes are made of silicon, but other semiconducting materials such as gallium arsenide and germanium are also used. The obsolete thermionic diode is a vacuum tube with two electrodes, a heated cathode and a plate, in which electrons can flow in only one direction, from cathode to plate. Among many uses, diodes are found in rectifiers to convert alternating current (AC) power to direct current (DC), demodulation in radio receivers, and can even be used for logic or as temperature sensors. A common variant of a diode is a light emitting diode, which is used as electric lighting and status indicators on electronic devices.
Бір бағыттағы ток ағыны
Диодтың ең көп таралған функциясы – электр тоғының бір бағытта (диодтың тікелей бағыты деп аталады) өтуіне мүмкіндік беру, ал қарама-қарсы бағытта (кері бағыт) тоқтату. Оның гидравликалық аналогы – кері клапан. Осы бір бағытты қасиеті ауыспалы токты (AC) тұрақты токқа (DC) түрлендіруге мүмкіндік береді, бұл процесс түзеу деп аталады. Түзеуге қолданылатын диодтар, мысалы, радио қабылдағыштардағы радиосигналдардан модуляцияны бөліп алу сияқты міндеттерге пайдаланылуы мүмкін.
The most common function of a diode is to allow an electric current to pass in one direction (called the diode's forward direction), while blocking it in the opposite direction (the reverse direction). Its hydraulic analogy is a check valve. This unidirectional behavior can convert alternating current (AC) to direct current (DC), a process called rectification. As rectifiers, diodes can be used for such tasks as extracting modulation from radio signals in radio receivers.
Шекті кернеу
Жартылай өткізгіш диодтың экспоненциалдық ток-вольтаждық сипаттамасы, қарапайым қосу-өшіру іс-әрекетінен гөрі күрделірек мінез-құлыққа алып келеді. Экспоненциалдық функцияларды "қисық" кернеуге ие деп қарастыруға болатындықтан, жеңілдік үшін диодтың алға бағытталған шекті кернеуі бар деп айтылады, одан жоғары ток маңызды болады, ал одан төмен ток дерлік болмайды. Дегенмен, бұл тек жуықтау ғана, себебі алға бағытталған сипаттамасы ток-вольтаж қисығында біртіндеп өзгереді. +Әртүрлі жартылай өткізгіштер үшін алға бағытталған шекті кернеуТүріАлға бағытталған шекті кернеуКремний диодтары0,6 В-тан 0,7 В-қа дейінГерманий диодтары0,25 В-тан 0,3 В-қа дейінШоттки диодтары0,15 В-тан 0,45 В-қа дейінЖарықдиодтар (LED)1,6 В (қызыл) - 4 В (көк). толық тізімі бар. Диодтың алға бағытталған кернеудің төмендеуі токпен аздап өзгереді және температураның функциясы болғандықтан, бұл эффект температура сенсоры ретінде немесе шамалы дәлдігі бар кернеу анықтамасы ретінде қолданылуы мүмкін.
A semiconductor diode's exponential current–voltage characteristic results in more complicated behavior than a simple on–off action. Since exponential functions can be viewed as having a "knee" voltage, for simplicity, a diode is commonly said to have a forward threshold voltage, above which there is significant current and below which there is almost no current. However, this is only an approximation as the forward characteristic is gradual in its current–voltage curve. +Forward threshold voltage for various semiconductorsTypeForward threshold voltageSilicon diodes0.6 V to 0.7 VGermanium diodes0.25 V to 0.3 VSchottky diodes0.15 V to 0.45 VLight emitting diodes (LEDs)1.6 V (red) to 4 V (violet). has a complete list. Since a diode's forward direction voltage drop varies only a little with the current, and is more so a function of temperature, this effect can be used as a temperature sensor or as a somewhat imprecise voltage reference.
Кері бөліну
Диодтың кері бағыттағы токқа қарсы жоғары кедергісі, диодтағы кері кернеулік бұзылу кернеуіне жеткенде күрт төмендейді. Бұл эффект кернеуді тұрақтандыру үшін (Зенер диодтары) немесе тізбектерді жоғары кернеуден қорғау үшін (аваланша диодтары) пайдаланылады.
A diode's high resistance to current flowing in the reverse direction suddenly drops to a low resistance when the reverse voltage across the diode reaches a value called the breakdown voltage. This effect is used to regulate voltage (Zener diodes) or to protect circuits from high voltage surges (avalanche diodes).
Этимология
Өздерінің ойлап шығарылу кезінде асимметриялық ток өткізгіш құрылғылар туралаушылар деп аталды. 1919 жылы, тетродтар ойлап табылған жылы, Уильям Генри Экклз грек тіліндегі "di" (δί) – "екі" және "ode" (οδός) – "жол" сөздерінен "диод" терминін жасады. Дегенмен, "диод" сөзі бұрыннан-ақ қолданыста болған, триод, тетрод, пентод, гексод сияқты мультиплексті телеграфия терминдері ретінде де пайдаланылған. Барлық диодтар ток түзегенмен, "туралаушы" термині көбінесе қуат көзі үшін қолданылатын диодтарға қатысты айтылады, оларды шағын сигнал тізбектеріне арналған диодтардан ажырату үшін.
At the time of their invention, asymmetrical conduction devices were known as rectifiers. In 1919, the year tetrodes were invented, William Henry Eccles coined the term diode from the Greek roots di (from δί), meaning 'two', and ode (from οδός), meaning 'path'. The word diode however was already in use, as were triode, tetrode, pentode, hexode, as terms of multiplex telegraphy. Although all diodes rectify, "rectifier" usually applies to diodes used for power supply, to differentiate them from diodes intended for small signal circuits.
Вакуумды диодтар
Термиондық диод – екі электродтан: катодтан және пластинкадан тұратын, герметикалық жабынған, вакуумдалған шыны немесе металл корпустан құралған термиондық шам құрылғысы. Катод тікелей немесе жанама түрде қыздырылады. Егер жанама қыздыру қолданылса, корпусқа жылытқыш қосылады. Жұмыс істегенде катод қызыл қыздырылғанға дейін қыздырылады, ал тікелей қыздырылатын катод вольфрам сымынан жасалады және сыртқы кернеу көзінен өтетін ток арқылы қыздырылады. Жанама қыздырылатын катод, сыртқы кернеу көзімен қуатталатын нихром сымынан жасалған жақын орналасқан жылытқыштан инфрақызыл сәулелену арқылы қыздырылады. Катодтың жұмыс температурасы оның электрондарды вакуумға шығаруына себеп болады, бұл процесс термиондық эмиссия деп аталады. Катод барий және стронций оксидтері сияқты сілтілік жер металдарының оксидтерімен қапталады. Олардың жұмыс функциясы төмен, яғни олар қапталмаған катодқа қарағанда электрондарды оңайрақ шығарады. Пластинка қыздырылмайтындықтан электрондарды шығара алмайды, бірақ оларды сіңіре алады. Түзетілетін айнымалы кернеу катод пен пластинка арасына қолданылады. Пластинканың кернеуі катодқа қатысты оң болғанда, пластинка электростатикалық күш арқылы катодтан электрондарды тартады, нәтижесінде электрондар тогы түтік арқылы катодтан пластинкаға өтеді. Пластинканың кернеуі катодқа қатысты теріс болғанда, пластинка электрондарды шығармайды, сондықтан пластинкадан катодқа ток өтпейді.
A thermionic diode is a thermionic valve device consisting of a sealed, evacuated glass or metal envelope containing two electrodes: a cathode and a plate. The cathode is either indirectly heated or directly heated. If indirect heating is employed, a heater is included in the envelope. In operation, the cathode is heated to red heat, around A directly heated cathode is made of tungsten wire and is heated by a current passed through it from an external voltage source. An indirectly heated cathode is heated by infrared radiation from a nearby heater that is formed of Nichrome wire and supplied with current provided by an external voltage source. The operating temperature of the cathode causes it to release electrons into the vacuum, a process called thermionic emission. The cathode is coated with oxides of alkaline earth metals, such as barium and strontium oxides. These have a low work function, meaning that they more readily emit electrons than would the uncoated cathode. The plate, not being heated, does not emit electrons; but is able to absorb them. The alternating voltage to be rectified is applied between the cathode and the plate. When the plate voltage is positive with respect to the cathode, the plate electrostatically attracts the electrons from the cathode, so a current of electrons flows through the tube from cathode to plate. When the plate voltage is negative with respect to the cathode, no electrons are emitted by the plate, so no current can pass from the plate to the cathode.
Контакт нүктесі диодтары
Нысандық контактты диодтар 1930 жылдары бастап, алғашқы кристалл детектор технологиясының негізінде жасалды және қазір көбінесе 3-тен 30 гигагерцке дейінгі жиілік диапазонында қолданылады. Нысандық контактты диодтар жартылай өткізгіш кристалмен жанасатын кішкентай диаметрлі металл сымды пайдаланады және дәнекерленбеген немесе дәнекерленген контактты типте болуы мүмкін. Дәнекерленбеген контактты құрылым Шотки кедергісі принципіне негізделген. Металл жағы – жартылай өткізгіш кристалмен жанасатын кішкентай диаметрлі сымның ұшы. Дәнекерленген контактты типте, металл нүктесінің айналасында, құрылғы арқылы қысқа мерзімге салыстырмалы түрде үлкен ток өткізу арқылы өндіріс кезінде, әдетте N типіндегі кристалда шағын P аймағы қалыптасады. Нысандық контактты диодтар, әдетте, торапты диодтарға қарағанда төмен сыйымдылыққа, жоғары тікелей кедергіге және үлкен кері токқа ие.
Point contact diodes were developed starting in the 1930s, out of the early crystal detector technology, and are now generally used in the 3 to 30 gigahertz range. Point contact diodes use a small diameter metal wire in contact with a semiconductor crystal, and are of either non welded contact type or welded contact type. Non welded contact construction utilizes the Schottky barrier principle. The metal side is the pointed end of a small diameter wire that is in contact with the semiconductor crystal. In the welded contact type, a small P region is formed in the otherwise N type crystal around the metal point during manufacture by momentarily passing a relatively large current through the device. Point contact diodes generally exhibit lower capacitance, higher forward resistance and greater reverse leakage than junction diodes.
Pn қосылу диоды
Pn түйіспелі диод әдетте кремнийден жасалған, бірақ германий және галлий арсениді де қолданылатын жартылай өткізгіш кристалдан тұрады. Оған қоспалар қосылып, бір жағында теріс заряд тасымалдаушылары (электрондары) бар n типіндегі жартылай өткізгіш, ал екінші жағында оң заряд тасымалдаушылары (бос орындар) бар p типіндегі жартылай өткізгіш аймақтары құрылады. n және p типті материалдар қосылғанда, n жағынан p жағына электрондардың қысқа мерзімді ағыны пайда болады, нәтижесінде екі аймақтың арасында заряд тасымалдаушылары жоқ үшінші аймақ пайда болады. Бұл аймақ тозу аймағы деп аталады, себебі оның құрамында заряд тасымалдаушылары (электрондар да, бос орындар да) жоқ. Диодтың электродтары n және p типті аймақтарға қосылады. Бұл екі аймақтың арасындағы шекара pn түйіспесі деп аталады және диодтың жұмыс істеу принципі осы жерде жүзеге асырылады. P жағына (анодқа) N жағына (катодқа) қарағанда жеткілікті жоғары электр потенциалы қосылғанда, электрондар N типті жағынан P типті жағына тозу аймағы арқылы өте алады. Ал кері полярлықта (кері потенциал қолданылғанда) түйіспе электрондардың кері бағытта өтуіне кедергі келтіреді, бұл белгілі бір мағынада электрлік клапан қызметін атқарады.
A p–n junction diode is made of a crystal of semiconductor, usually silicon, but germanium and gallium arsenide are also used. Impurities are added to it to create a region on one side that contains negative charge carriers (electrons), called an n type semiconductor, and a region on the other side that contains positive charge carriers (holes), called a p type semiconductor. When the n type and p type materials are attached together, a momentary flow of electrons occurs from the n to the p side resulting in a third region between the two where no charge carriers are present. This region is called the depletion region because there are no charge carriers (neither electrons nor holes) in it. The diode's terminals are attached to the n type and p type regions. The boundary between these two regions, called a p–n junction, is where the action of the diode takes place. When a sufficiently higher electrical potential is applied to the P side (the anode) than to the N side (the cathode), it allows electrons to flow through the depletion region from the N type side to the P type side. The junction does not allow the flow of electrons in the opposite direction when the potential is applied in reverse, creating, in a sense, an electrical check valve.
Шоттки диоды
Шоттки диоды деп аталатын тағы бір диод түрі, p-n түйінінің орнына металл-жартылай өткізгіш түйінінен жасалады, бұл сыйымдылықты төмендетіп, жылдамдықпен қосу мүмкіндігін арттырады.
Another type of junction diode, the Schottky diode, is formed from a metal–semiconductor junction rather than a p–n junction, which reduces capacitance and increases switching speed.
Ток- кернеу сипаттамасы
Жартылай өткізгіш диодтың схемадағы мінез-құлқы оның ток-вольталық сипаттамасымен сипатталады. Бұл қисықтың пішіні әртүрлі жартылай өткізгіштер арасындағы p-n түйініндегі тозу қабаты немесе тозу аймағы деп аталатын заряд тасымалдаушылардың тасымалдануымен анықталады. p-n түйіні алғаш құрылғанда, N допингтелген аймақтан еркін (көшкіш) электрондар P допингтелген аймаққа диффузиялайды, онда электрондармен "қайта бірігетін" көптеген бос орындар (тесіктер) бар. Көшкіш электрон тесікпен қайта біріккенде, екі тесік де, электрон да жоғалып, N жағында жылжымайтын оң зарядты донор (допант), ал P жағында теріс зарядты акцептор (допант) қалады. p-n түйінінің маңындағы аймақ заряд тасымалдаушылардан тозады, сондықтан ол оқшаулағыш сияқты әрекет етеді. Дегенмен, тозу аймағының ені (тозу ені деп аталады) шексіз өсе алмайды. Әрбір электрон-тесік жұбының қайта бірігуіне орай, N допингтелген аймақта оң зарядты допингтік ион, ал P допингтелген аймақта теріс зарядты допингтік ион пайда болады. Қайта бірігу жалғасқанда және иондар көбейгенде, тозу аймағында электр өрісі күшейеді, ол қайта бірігуді баяулатып, соңында тоқтатады. Осы кезде тозу аймағында "енгізілген" потенциал пайда болады.
A semiconductor diode's behavior in a circuit is given by its current–voltage characteristic. The shape of the curve is determined by the transport of charge carriers through the so called depletion layer or depletion region that exists at the p–n junction between differing semiconductors. When a p–n junction is first created, conduction band (mobile) electrons from the N doped region diffuse into the P doped region where there is a large population of holes (vacant places for electrons) with which the electrons "recombine". When a mobile electron recombines with a hole, both hole and electron vanish, leaving behind an immobile positively charged donor (dopant) on the N side and negatively charged acceptor (dopant) on the P side. The region around the p–n junction becomes depleted of charge carriers and thus behaves as an insulator. However, the width of the depletion region (called the depletion width) cannot grow without limit. For each electron–hole pair recombination made, a positively charged dopant ion is left behind in the N doped region, and a negatively charged dopant ion is created in the P doped region. As recombination proceeds and more ions are created, an increasing electric field develops through the depletion zone that acts to slow and then finally stop recombination. At this point, there is a "built in" potential across the depletion zone.
Кері бұрылыс
Егер диодқа кіріктірілген потенциалмен бірдей полярлы сыртқы кернеу қолданылса, тозу аймағы оқшаулағыш ретінде қалып, едәуір электр тогының ағуын тоқтатады (мысалы, жарық арқылы, тоғысқан электрон-тесік жұптары белсенді түрде пайда болмаса; фотодиодқа қараңыз). Бұл кері бұрылыс құбылысы деп аталады.
If an external voltage is placed across the diode with the same polarity as the built in potential, the depletion zone continues to act as an insulator, preventing any significant electric current flow (unless electron–hole pairs are actively being created in the junction by, for instance, light; see photodiode). This is called the reverse bias phenomenon.
Алға қарай ауытқу
Алайда, егер сыртқы кернеудің полярлығы ішкі потенциалға қарсы болса, рекомбинация қайтадан жүзеге асуы мүмкін, нәтижесінде pn-тоғысу арқылы маңызды электр тогы өтеді (яғни, тоғысуда көптеген электрондар мен тесіктер рекомбинацияланады). Осылайша, егер ішкі кернеуден артық және оған қарама-қарсы сыртқы кернеу қосылса, ток ағып, диод "қосылған" деп есептеледі, себебі оған сыртқы тікелей кернеу берілді. Ток күші жоғарылаған сайын диодтың тікелей кернеуінің төмендеуі де артады. Күшті диодтар үшін номиналды ток күшінің максималды мәнінде 1 В-тан 1,5 В-қа дейін төмендеу қалыпты жағдай. (Тағы қараңыз:)
However, if the polarity of the external voltage opposes the built in potential, recombination can once again proceed, resulting in a substantial electric current through the p–n junction (i. e. substantial numbers of electrons and holes recombine at the junction). Thus, if an external voltage greater than and opposite to the built in voltage is applied, a current will flow and the diode is said to be "turned on" as it has been given an external forward bias. At higher currents, the forward voltage drop of the diode increases. A drop of 1 V to 1.5 V is typical at full rated current for power diodes. (See also: )
Операциялық аймақтар
Диодтың ток-вольттік сипаттамасын төрт жұмыс режимі арқылы жуықтауға болады. Төменнен жоғарыға қарай сместеу кернеулері:
A diode's current–voltage characteristic can be approximated by four operating regions. From lower to higher bias voltages, these are:
Ақаулану: Өте үлкен кері сместеу кезінде, ең жоғары кері кернеуден (PIV) асып кеткенде, кері бұрылыс процесі пайда болады, ол токтың күрт өсуіне (яғни, p–n торабында көптеген электрондар мен тесіктер пайда болып, одан алыстайды) әкеледі, бұл құрылғының тұрақты түрде зақымдануына себеп болады. Аваланш диоды осылай жұмыс істеу үшін арнайы жасалған. Зенер диодында PIV тұжырымы қолданылмайды. Зенер диодында ауыр түрде легирленген p–n торабы бар, ол электрондарға p типіндегі материалдың валенттік жолағынан n типіндегі материалдың өткізгіштік жолағына туннельдеуге мүмкіндік береді, нәтижесінде кері кернеу белгілі бір мәнге ("қысылады", Зенер кернеуі деп аталады) және лавина пайда болмайды. Дегенмен, екі құрылғының да шектеулі максималды ток пен қуатқа қабілеті бар, олар қысылған кері кернеу режимінде шыдай алады. Сонымен қатар, кез келген диодтағы тікелей өткізудің аяқталуынан кейін қысқа уақытқа кері ток пайда болады. Құрылғы кері ток тоқтағанға дейін толық кедергіге ие болмайды. Кері сместелген: 0 В-тан кері сместеуге дейін кері ток өте аз болады. Қалыпты P–N түзеткіш диоды үшін құрылғы арқылы өтетін кері ток микроампер (μА) диапазонында өте төмен. Алайда, бұл температураға тәуелді, жеткілікті жоғары температурада кері токтың айтарлықтай мөлшерін байқауға болады (mA немесе одан да көп). Сонымен қатар, диодты айналып өтетін электрондардың тудырған шағын беттік ағын да бар, бұл оны кемшіктік оқшаулағыш ретінде қарастыруға болады. Тікелей сместелген: Ток-вольттік қисық Шокли диод теңдеуімен экспоненциалды түрде сипатталады. Тікелей кернеу p–n торабының кедергілік потенциалынан кіші болғанда, ток салыстырмалы түрде аз болады. Алайда, тікелей кернеу белгілі бір мәннен жоғарылағанда, диод айтарлықтай өткізгіш бола бастайды, бұл тікелей шектік кернеу немесе кіріс кернеуі деп аталады. Үлкен сызықтық ток шкаласын пайдаланып сызғанда, бұл кернеу деңгейі өткір экспоненциалды өсудің тегіс "бұрышында" пайда болады, сондықтан оны бұрыштық кернеу деп те атауға болады. Ескерту: Бұл кернеуді диодтың тікелей кернеуінің түсуі деп шартты түрде айтуға болады (немесе жай ғана кернеуінің түсуі, сондықтан суретте Vd белгісі қолданылған), себебі экспоненциалдық қисықтың тік болуының салдарынан диодтың кернеуінің түсуі қалыпты тікелей сместеу жұмыс жағдайында шектік кернеуден айтарлықтай аспайды. Техникалық сипаттамаларда әдетте белгілі бір ток пен температура үшін (мысалы, LED үшін 20 мА және 25 °C) типтік немесе максималды тікелей кернеу (VF) көрсетіледі, сондықтан пайдаланушы белгілі бір токтың бұрышта қай жерде басталатынына кепілдік береді. Түзулену: Үлкен тікелей токтарда ток-вольттік қисық жартылай өткізгіштің омикалық кедергісімен анықталады. Қисық енді экспоненциалды емес, жалпы кедергіге тең еңістігі бар түзу сызыққа асимптотикалық жақымдасады. Бұл аймақ қуат диодтары үшін өте маңызды және оны Shockley идеалдық диодымен тұрақты резистормен қатар модельдеуге болады.
Breakdown: At very large reverse bias, beyond the peak inverse voltage (PIV), a process called reverse breakdown occurs that causes a large increase in current (i. e., a large number of electrons and holes are created at, and move away from the p–n junction) that usually damages the device permanently. The avalanche diode is deliberately designed for use in that manner. In the Zener diode, the concept of PIV is not applicable. A Zener diode contains a heavily doped p–n junction allowing electrons to tunnel from the valence band of the p type material to the conduction band of the n type material, such that the reverse voltage is "clamped" to a known value (called the Zener voltage), and avalanche does not occur. Both devices, however, do have a limit to the maximum current and power they can withstand in the clamped reverse voltage region. Also, following the end of forwarding conduction in any diode, there is reverse current for a short time. The device does not attain its full blocking capability until the reverse current ceases. Reverse biased: For a bias between breakdown and 0 V, the reverse current is very small. For a normal P–N rectifier diode, the reverse current through the device in the micro ampere (μA) range is very low. However, this is temperature dependent, and at sufficiently high temperatures, a substantial amount of reverse current can be observed (mA or more). There is also a tiny surface leakage current caused by electrons simply going around the diode as though it were an imperfect insulator. Forward biased: The current–voltage curve is exponential modeled by the Shockley diode equation. When the forward voltage is smaller than the barrier potential of the p n junction, this current is relatively small. However, when the forward voltage is increased above a certain value, the diode starts to conduct significantly, which gives rise to the names forward threshold voltage or cut in voltage. When plotting using a large linear current scale, this voltage level appears at the smooth "knee" of a sharp exponential rise, so it may be called the knee voltage. Note: This voltage may loosely be referred to simply as the diode's forward voltage drop (or just voltage drop, hence the label Vd in the picture), since a consequence of the steepness of the exponential is that a diode's voltage drop will not significantly exceed the threshold voltage under normal forward bias operating conditions. Datasheets typically quote a typical or maximum forward voltage (VF) for a specified current and temperature (e. g. 20 mA and 25 °C for LEDs), so the user has a guarantee about where in the knee a certain amount of current will kick in. Leveling off: At larger forward currents the current–voltage curve starts to be dominated by the ohmic resistance of the bulk semiconductor. The curve is no longer exponential, it is asymptotic to a straight line whose slope is the bulk resistance. This region is particularly important for power diodes and can be modeled by a Shockley ideal diode in series with a fixed resistor.
Шокли диодтық теңдеуі
Шоклидің идеалдық диод теңдеуі немесе диод заңы (биполярлы тораптық транзистордың бір авторы Уильям Брэдфорд Шоклидің құрметіне аталған) диодтардың орташа тікелей немесе кері бағыттағы ток-кернеу (I–V) қатынасын экспоненциалды түрде сипаттайды. Толық мәліметтер Шокли диод теңдеу мақаласында келтірілген.
The Shockley ideal diode equation or the diode law (named after the bipolar junction transistor co inventor William Bradford Shockley) models the exponential current–voltage (I–V) relationship of diodes in moderate forward or reverse bias. The article Shockley diode equation provides details.
Кіші сигналдың мінез-құлқы
Толығу кернеуінен төмен кернеуде көптеген диодтардың кернеу-ток сипаттама қисығы түзу сызық болып табылмайды. Ток, Шокли диодтық теңдеу мақаласында түсіндірілгендей, шамамен есептелуі мүмкін. Детекторлар мен араластырғыштарда қолданылғанда ток Тейлор қатары арқылы бағалануы мүмкін. Араластырғыш немесе детектор өткізу қабілетінен тыс жиілік компоненттерін тудыратындықтан, тақ мүшелерді жіберуге болады. Екінші туындыдан асып кеткен жұп мүшелерді әдетте қосудың қажеті жоқ, өйткені олар екінші реттік мүшеге қарағанда шағын. Диодтан Qr кері қалпына келтіру зарядын жою үшін шамамен ондаған наносекундтан бірнеше микросекундқа дейінгі "кері қалпына келтіру уақыты" tr қажет болуы мүмкін. Осы қалпына келтіру кезінде диод кері бағытта ток өткізе алады. Бұл диод кері бұрылысқа түскенде қысқа мерзімге кері бағытта үлкен ток тудыруы мүмкін. Мұндай кері ток шамасы жұмыс схемасымен (яғни, тізбектегі кедергімен) анықталады және диод сақтау фазасында екені айтылады. Нақты жағдайларда осы идеалды емес диод әсерінен туындайтын шығындарды ескеру маңызды. Алайда, ток өзгеру жылдамдығы тым жоғары болмаса (мысалы, желі жиілігі), бұл әсерді қауіпсіз түрде елеуге болады. Көптеген қолданбалар үшін, бұл әсер Шоттки диодтары үшін де елеусіз. Сақталған заряд азайғанда кері ток күрт тоқтатылады; осы күрт тоқтату қадамдық қалпына келтіру диодтарында өте қысқа импульстарды жасау үшін қолданылады.
At forward voltages less than the saturation voltage, the voltage versus current characteristic curve of most diodes is not a straight line. The current can be approximated by as explained in the Shockley diode equation article. In detector and mixer applications, the current can be estimated by a Taylor's series. The odd terms can be omitted because they produce frequency components that are outside the pass band of the mixer or detector. Even terms beyond the second derivative usually need not be included because they are small compared to the second order term. A certain amount of "reverse recovery time" tr (on the order of tens of nanoseconds to a few microseconds) may be required to remove the reverse recovery charge Qr from the diode. During this recovery time, the diode can actually conduct in the reverse direction. This might give rise to a large current in the reverse direction for a short time while the diode is reverse biased. The magnitude of such a reverse current is determined by the operating circuit (i. e., the series resistance) and the diode is said to be in the storage phase. In certain real world cases it is important to consider the losses that are incurred by this non ideal diode effect. However, when the slew rate of the current is not so severe (e. g. Line frequency) the effect can be safely ignored. For most applications, the effect is also negligible for Schottky diodes. The reverse current ceases abruptly when the stored charge is depleted; this abrupt stop is exploited in step recovery diodes for the generation of extremely short pulses.
Графикалық белгілер
Схемада белгілі бір типтегі диодты көрсету үшін қолданылатын символ оқырманға оның жалпы электрлік қызметін түсіндіреді. Кейбір диод түрлері үшін басқаша белгілер де бар, бірақ олардың айырмашылығы шамалы. Символдардағы үшбұрыш тікелей бағытты, яғни токтың дәстүрлі ағын бағытын көрсетеді.
The symbol used to represent a particular type of diode in a circuit diagram conveys the general electrical function to the reader. There are alternative symbols for some types of diodes, though the differences are minor. The triangle in the symbols points to the forward direction, i. e. in the direction of conventional current flow.
ЭҚА/ЖЕЭК
Стандартталған 1N сериялы нөмірлеу EIA370 жүйесі 1960 жылдар шамасында АҚШ-та EIA/JEDEC (Joint Electron Device Engineering Council) ұйымымен енгізілді. Көптеген диодтар 1 префиксімен белгіленеді (мысалы, 1N4003). Осы сериядағы ең көп таралғандары: 1N34A/1N270 (германийлық сигналдық диод), 1N914/1N4148 (кремнийлік сигналдық диод), 1N400x (кремнийлік 1A қуатты түзеткіш) және 1N580x (кремнийлік 3A қуатты түзеткіш).
The standardized 1N series numbering EIA370 system was introduced in the US by EIA/JEDEC (Joint Electron Device Engineering Council) about 1960. Most diodes have a 1 prefix designation (e. g., 1N4003). Among the most popular in this series were: 1N34A/1N270 (germanium signal), 1N914/1N4148 (silicon signal), 1N400x (silicon 1A power rectifier), and 1N580x (silicon 3A power rectifier).
JIS
JIS жартылай өткізгіштерді белгілеу жүйесінде барлық жартылай өткізгіш диодтары "1S" әрпімен басталады.
The JIS semiconductor designation system has all semiconductor diode designations starting with "1S".
Радиодимодуляция
Диодты алғаш рет амплитудалық модуляцияланған (AM) радио хабарларын демодуляциялау үшін қолданды. Осы жаңалықтың тарихы кристалл детектор туралы мақалада толыққанды қарастырылған. Қорыта айтқанда, AM сигналы радиотасымалдағыш толқынының кезектесіп келетін оң және теріс шыңдарынан тұрады, оның амплитудасы немесе орташа сызығы бастапқы аудиосигналға пропорционалды. Диод AM радиожиіліктік сигналын түзетіп, тасымалдағыш толқынының тек оң шыңдарын қалдырады. Содан кейін аудиосигнал түзетілген тасымалдағыш толқынынан қарапайым сүзгі арқылы бөлініп алынып, аудио күшейткішке немесе аудио түрлендіргішке жіберіледі, ол аудио динамик арқылы дыбыс толқындарын жасайды. Микротолқынды және миллиметрлік толқын технологиясында 1930 жылдардан бастап зерттеушілер кристалл детекторды жетілдіріп, кішірейтті. Нүктелік контактілі диодтар (кристалл диодтар) және Шоттки диодтары радарда, микротолқынды және миллиметрлік толқын детекторларында, сондай-ақ CY7 криогендік температура сенсорында қолданылады.
The first use for the diode was the demodulation of amplitude modulated (AM) radio broadcasts. The history of this discovery is treated in depth in the crystal detector article. In summary, an AM signal consists of alternating positive and negative peaks of a radio carrier wave, whose amplitude or envelope is proportional to the original audio signal. The diode rectifies the AM radio frequency signal, leaving only the positive peaks of the carrier wave. The audio is then extracted from the rectified carrier wave using a simple filter and fed into an audio amplifier or transducer, which generates sound waves via audio speaker. In microwave and millimeter wave technology, beginning in the 1930s, researchers improved and miniaturized the crystal detector. Point contact diodes (crystal diodes) and Schottky diodes are used in radar, microwave and millimeter wave detectors. and CY7 cryogenic temperature sensor.
Ағымдағы басқару
Диодтар тоқты қажетсіз бағытта ағуын болдырмайды. Электр тізбегіне қуат беру үшін, қуат үзілген кезде тізбек батареядан ток ала алады. Үзіліссіз қуат беру құрылымы осылайша диодтарды пайдаланып, ток тек қажет болған жағдайда ғана батареядан алынатынын қамтамасыз етеді. Сол сияқты, шағын қайықтарда әрқайсысының өз батареясы немесе батареялары бар екі тізбек болады: біреуі қозғалтқышты іске қосуға, екіншісі тұрмыстық тұтынуға арналған. Әдетте, екеуі де бір генератордан зарядталады, ал ауыр жүктемеге арналған бөлінген зарядтау диоды генератор жұмыс істемеген кезде жоғары зарядталған батареяны (әдетте қозғалтқыш батареясы) төмен зарядталған батарея арқылы разряд етуден сақтайды. Диодтар электрондық музыкалық пернетақталарда да қолданылады. Электрондық музыкалық пернетақталарда сымдардың мөлшерін азайту үшін, мұндай аспаптар көбінесе пернетақта матрицалық тізбектерін пайдаланады. Пернетақта басқарушысы қатарларды және бағандарды қарап, ойнаушының қай нотаны басып тұрғанын анықтайды. Матрицалық тізбектердің мәселесі – бірнеше нотаны бір уақытта басса, ток тізбек арқылы кері ағып, «көлеңке пернелерді» іске қосып, «көлеңке ноталардың» ойнауына себеп болуы мүмкін. Қажетсіз ноталарды іске қосудан аулақ болу үшін, көптеген пернетақта матрицалық тізбектерінде әр пернесінің астындағы коммутатормен біріктірілген диодтар орналасқан. Осы принцип қатты күйдегі пинбол автоматтарындағы коммутатор матрицасында да қолданылады.
Diodes will prevent currents in unintended directions. To supply power to an electrical circuit during a power failure, the circuit can draw current from a battery. An uninterruptible power supply may use diodes in this way to ensure that the current is only drawn from the battery when necessary. Likewise, small boats typically have two circuits each with their own battery/batteries: one used for engine starting; one used for domestics. Normally, both are charged from a single alternator, and a heavy duty split charge diode is used to prevent the higher charge battery (typically the engine battery) from discharging through the lower charge battery when the alternator is not running. Diodes are also used in electronic musical keyboards. To reduce the amount of wiring needed in electronic musical keyboards, these instruments often use keyboard matrix circuits. The keyboard controller scans the rows and columns to determine which note the player has pressed. The problem with matrix circuits is that, when several notes are pressed at once, the current can flow backward through the circuit and trigger "phantom keys" that cause "ghost" notes to play. To avoid triggering unwanted notes, most keyboard matrix circuits have diodes soldered with the switch under each key of the musical keyboard. The same principle is also used for the switch matrix in solid state pinball machines.
Толқын пішінді кескіш
Диодтар сигналдың оң немесе теріс өзгеруін белгілі бір кернеумен шектеуге қолданылуы мүмкін.
Diodes can be used to limit the positive or negative excursion of a signal to a prescribed voltage.
Қалқа
Диодты тұтқалы схемасы оң және теріс мәндер арасында өтетін периодты айнымалы ток сигналын қабылдап, оның оң немесе теріс шыңдарын белгілі бір деңгейге жылжыта алады. Тұтқаш сигналдың ең жоғарғы және ең төменгі мәндері арасындағы ауытқуын шектемейді, керісінше, сигналдың барлық бөлігін жоғары немесе төмен жылжытып, шыңдарын эталондық деңгейге орналастырады.
A diode clamp circuit can take a periodic alternating current signal that oscillates between positive and negative values, and vertically displace it such that either the positive or the negative peaks occur at a prescribed level. The clamper does not restrict the peak to peak excursion of the signal, it moves the whole signal up or down so as to place the peaks at the reference level.
Экспоненциалдар мен логарифмдерді есептеу
Диодтың экспоненциалдық ток-кернеу қатынасы, экспоненциалдауды және оның кері функциясы логарифмді аналогтық кернеу сигналдарын қолдану арқылы анықтау үшін қолданылады (қараңыз).
The diode's exponential current–voltage relationship is exploited to evaluate exponentiation and its inverse function the logarithm using analog voltage signals (see ).
Қысқартулар
Диодтар әдетте басылған схемалық карталарда (ПСҚ) диодты белгілеу үшін D әрпімен көрсетіледі. Кейде кристаллдық түзеткіштің аббревиатурасы CR қолданылады.
Diodes are usually referred to as D for diode on PCBs. Sometimes the abbreviation CR for crystal rectifier is used.