ნახევარგამტარული დიოდები ფართოდ გამოიყენება ელექტრონიკასა და ელექტრონიკის ინდუსტრიაში. ისინი გამოიყენება როგორც დამოუკიდებლად, ასევე ტრანზისტორების და მრავალი სხვა მოწყობილობის p-n-შეერთების სახით. როგორც დისკრეტული კომპონენტი, დიოდები მრავალი ელექტრონული სქემის ძირითადი ნაწილია. ისინი პოულობენ ბევრ აპლიკაციას დაწყებული დაბალი სიმძლავრის აპლიკაციებიდან და დამთავრებული გამომსწორებლებით.
რა არის დიოდი?
ბერძნულიდან თარგმნილი, ამ ელექტრონული ელემენტის სახელი სიტყვასიტყვით ნიშნავს "ორ ტერმინალს". მათ ანოდს და კათოდს უწოდებენ. წრეში, დენი მიედინება ანოდიდან კათოდში. ნახევარგამტარული დიოდი არის ცალმხრივი ელემენტი და დენის დინება საპირისპირო მიმართულებით დაბლოკილია.
ოპერაციის პრინციპი
ნახევარგამტარული დიოდების მოწყობილობა ძალიან განსხვავებულია. ეს არის მიზეზი იმისა, რომ არსებობს მათი მრავალი სახეობა, რომლებიც განსხვავდებიან როგორც ნომინალური მნიშვნელობით, ასევე მათ მიერ შესრულებული ფუნქციებით. თუმცა, უმეტეს შემთხვევაში ძირითადი პრინციპინახევარგამტარული დიოდების მოქმედება იგივეა. ისინი შეიცავს p-n შეერთებას, რომელიც უზრუნველყოფს მათ ძირითად ფუნქციონირებას.
ეს ტერმინი ჩვეულებრივ გამოიყენება დიოდის სტანდარტული ფორმის მიმართ. სინამდვილეში, ეს ეხება მათ თითქმის ნებისმიერ ტიპს. დიოდები ქმნიან თანამედროვე ელექტრონიკის ინდუსტრიის ხერხემალს. ყველაფერი - მარტივი ელემენტებიდან და ტრანზისტორებიდან თანამედროვე მიკროპროცესორებამდე - ეფუძნება ნახევარგამტარებს. ნახევარგამტარული დიოდის მუშაობის პრინციპი ემყარება ნახევარგამტარების თვისებებს. ტექნოლოგია დაფუძნებულია მასალების ჯგუფზე, რომლის ბროლის ბადეში მინარევების შეყვანა შესაძლებელს ხდის უბნების მიღებას, რომლებშიც ხვრელები და ელექტრონები არიან მუხტის მატარებლები.
P-n-junction
p-n ტიპის დიოდმა მიიღო თავისი სახელი, რადგან ის იყენებს p-n შეერთებას, რომელიც საშუალებას აძლევს დენს მიედინება მხოლოდ ერთი მიმართულებით. ელემენტს აქვს სხვა თვისებები, რომლებიც ასევე ფართოდ გამოიყენება. მაგალითად, ნახევარგამტარ დიოდებს შეუძლიათ ასხივონ და აღმოაჩინონ შუქი, შეცვალონ ტევადობა და დაარეგულირონ ძაბვა.
P-n-შეერთება არის ძირითადი ნახევარგამტარული სტრუქტურა. როგორც სახელი გვთავაზობს, ეს არის კავშირი p- და n ტიპის რეგიონებს შორის. გარდამავალი მუხტის მატარებლებს მხოლოდ ერთი მიმართულებით გადაადგილების საშუალებას აძლევს, რაც, მაგალითად, შესაძლებელს ხდის ალტერნატიული დენის პირდაპირ დენად გადაქცევას.
სტანდარტული დიოდები, როგორც წესი, მზადდება სილიკონისგან, თუმცა ასევე გამოიყენება გერმანიუმი და სხვა ნახევარგამტარული მასალები, ძირითადად სპეციალური დანიშნულებისთვის.
ვოლტი-ამპერის მახასიათებელი
დიოდს ახასიათებს დენი-ძაბვის მრუდი, რომელიც შეიძლება დაიყოს 2 ტოტად: წინ და უკან. საპირისპირო მიმართულებით, გაჟონვის დენი უახლოვდება 0-ს, მაგრამ ძაბვის მატებასთან ერთად ის ნელ-ნელა იზრდება და ავარიის ძაბვის მიღწევისას ის იწყებს მკვეთრ მატებას. წინა მიმართულებით, დენი სწრაფად იზრდება გამოყენებული ძაბვისას გამტარობის ზღურბლზე ზემოთ, რომელიც არის 0,7 ვ სილიკონის დიოდებისთვის და 0,4 ვ გერმანიუმისთვის. უჯრედებს, რომლებიც იყენებენ სხვადასხვა მასალებს, აქვთ სხვადასხვა ვოლტ-ამპერი მახასიათებლები და გამტარობის ბარიერი და დაშლის ძაბვები.
p-n-შეერთების დიოდი შეიძლება ჩაითვალოს საბაზისო დონის მოწყობილობად. იგი ფართოდ გამოიყენება მრავალ აპლიკაციაში, დაწყებული სიგნალის სქემებიდან და დეტექტორებიდან დამთავრებული შემზღუდველებით ან გარდამავალი ჩახშობით ინდუქციურ ან სარელეო კოჭებში და მაღალი სიმძლავრის გამომსწორებლებში.
ფუნქციები და პარამეტრები
დიოდის სპეციფიკაციები იძლევა უამრავ მონაცემს. თუმცა, ზუსტი ახსნა, თუ რა არის ისინი ყოველთვის არ არის ხელმისაწვდომი. ქვემოთ მოცემულია დიოდის სხვადასხვა მახასიათებლებისა და პარამეტრების დეტალები, რომლებიც მოცემულია სპეციფიკაციებში.
ნახევარგამტარი მასალა
მასალა, რომელიც გამოიყენება p-n შეერთებებში, ძალიან მნიშვნელოვანია, რადგან ის გავლენას ახდენს ნახევარგამტარული დიოდების ბევრ ფუნდამენტურ მახასიათებელზე. სილიკონი ყველაზე ფართოდ გამოიყენება მისი მაღალი ეფექტურობისა და დაბალი წარმოების ხარჯების გამო. კიდევ ერთი ხშირად გამოყენებულიელემენტი არის გერმანიუმი. სხვა მასალები, როგორც წესი, გამოიყენება სპეციალური დანიშნულების დიოდებში. ნახევარგამტარული მასალის არჩევანი მნიშვნელოვანია, რადგან ის განსაზღვრავს გამტარობის ზღურბლს - დაახლოებით 0,6 ვ სილიკონისთვის და 0,3 ვ გერმანიუმისთვის.
ძაბვის ვარდნა პირდაპირი დენის რეჟიმში (U pr.)
ნებისმიერი ელექტრული წრე, რომლის მეშვეობითაც დენი გადის, იწვევს ძაბვის ვარდნას და ნახევარგამტარული დიოდის ამ პარამეტრს დიდი მნიშვნელობა აქვს, განსაკუთრებით გასწორებისთვის, როდესაც დენის დანაკარგები პროპორციულია U გამზირზე. გარდა ამისა, ელექტრონულ კომპონენტებს ხშირად სჭირდებათ უზრუნველყოს ძაბვის მცირე ვარდნა, რადგან სიგნალები შეიძლება იყოს სუსტი, მაგრამ მათ მაინც სჭირდებათ მისი გადალახვა.
ეს ხდება ორი მიზეზის გამო. პირველი მდგომარეობს p-n შეერთების ბუნებაში და არის გამტარობის ზღვრული ძაბვის შედეგი, რომელიც საშუალებას აძლევს დენს გადაკვეთოს ამოწურვის ფენა. მეორე კომპონენტი არის ნორმალური რეზისტენტობის დაკარგვა.
ინდიკატორს დიდი მნიშვნელობა აქვს გამსწორებელი დიოდებისთვის, რომლებსაც შეუძლიათ დიდი დენების გადატანა.
უკუ ძაბვის პიკი (U arr. max)
ეს არის ყველაზე მაღალი საპირისპირო ძაბვა, რომელსაც შეუძლია გაუძლოს ნახევარგამტარულ დიოდს. არ უნდა გადააჭარბოს, წინააღმდეგ შემთხვევაში ელემენტი შეიძლება ჩავარდეს. ეს არ არის მხოლოდ შეყვანის სიგნალის RMS ძაბვა. თითოეული წრე უნდა განიხილებოდეს მისი არსებითად, მაგრამ მარტივი ერთჯერადი ნახევრადტალღოვანი გამოსწორებისთვის დამამშვიდებელი კონდენსატორით, გახსოვდეთ, რომ კონდენსატორი ინარჩუნებს ძაბვას შეყვანის პიკის ტოლი.სიგნალი. შემდეგ დიოდი დაექვემდებარება შემომავალი სიგნალის პიკს საპირისპირო მიმართულებით და, შესაბამისად, ამ პირობებში იქნება მაქსიმალური საპირისპირო ძაბვა, რომელიც ტოლია ტალღის პიკური მნიშვნელობის..
მაქსიმალური წინა დენი (U pr. max)
ელექტრული წრედის დიზაინის შექმნისას, დარწმუნდით, რომ დიოდის დენის მაქსიმალური დონეები არ გადააჭარბოთ. დენის მატებასთან ერთად წარმოიქმნება დამატებითი სითბო, რომელიც უნდა მოიხსნას.
გაჟონვის დენი (I arr.)
იდეალურ დიოდში არ უნდა იყოს საპირისპირო დენი. მაგრამ რეალურ p-n შეერთებებში, ეს განპირობებულია ნახევარგამტარში უმცირესობის მუხტის მატარებლების არსებობით. გაჟონვის დენის რაოდენობა დამოკიდებულია სამ ფაქტორზე. ცხადია, მათგან ყველაზე მნიშვნელოვანი არის საპირისპირო ძაბვა. ასევე, გაჟონვის დენი დამოკიდებულია ტემპერატურაზე - მისი ზრდასთან ერთად ის მნიშვნელოვნად იზრდება. გარდა ამისა, იგი დიდად არის დამოკიდებული ნახევარგამტარული მასალის ტიპზე. ამ მხრივ სილიციუმი ბევრად უკეთესია ვიდრე გერმანიუმი.
გაჟონვის დენი განისაზღვრება გარკვეულ საპირისპირო ძაბვაზე და გარკვეულ ტემპერატურაზე. ჩვეულებრივ მითითებულია მიკროამპერებში (ΜA) ან პიკოამპერებში (pA).
გარდამავალი ტევადობა
ყველა ნახევარგამტარ დიოდს აქვს შეერთების ტევადობა. ამოწურვის ზონა არის დიელექტრიკული ბარიერი ორ ფირფიტას შორის, რომლებიც წარმოიქმნება ამოწურვის რეგიონის კიდეზე და იმ რეგიონში, სადაც უმეტესი მუხტის მატარებლებია. ტევადობის რეალური მნიშვნელობა დამოკიდებულია საპირისპირო ძაბვაზე, რაც იწვევს გარდამავალი ზონის ცვლილებას. მისი ზრდა აფართოებს გამოფიტვის ზონას და, შესაბამისად,ამცირებს სიმძლავრეს. ეს ფაქტი გამოიყენება ვარაქტორებში ან ვარიკაპებში, მაგრამ სხვა აპლიკაციებისთვის, განსაკუთრებით RF აპლიკაციებისთვის, ეს ეფექტი მინიმუმამდე უნდა იყოს შემცირებული. პარამეტრი ჩვეულებრივ მითითებულია pF-ში მოცემულ ძაბვაზე. სპეციალური დაბალი წინააღმდეგობის დიოდები ხელმისაწვდომია მრავალი RF გამოყენებისთვის.
საქმის ტიპი
დანიშნულებიდან გამომდინარე, ნახევარგამტარული დიოდები იწარმოება სხვადასხვა ტიპისა და ფორმის პაკეტებში. ზოგიერთ შემთხვევაში, განსაკუთრებით სიგნალის დამუშავების სქემებში გამოყენებისას, პაკეტი არის ძირითადი ელემენტი ამ ელექტრონული ელემენტის საერთო მახასიათებლების განსაზღვრაში. დენის სქემებში, სადაც სითბოს გაფრქვევა მნიშვნელოვანია, პაკეტს შეუძლია განსაზღვროს დიოდის მრავალი ზოგადი პარამეტრი. მაღალი სიმძლავრის მოწყობილობებს უნდა შეეძლოთ მიმაგრება გამათბობელზე. მცირე ზომის ნივთების დამზადება შესაძლებელია ტყვიის კოლოფებში ან ზედაპირზე დამაგრების მოწყობილობების სახით.
დიოდების ტიპები
ზოგჯერ სასარგებლოა ნახევარგამტარული დიოდების კლასიფიკაციის გაცნობა. თუმცა, ზოგიერთი ელემენტი შეიძლება მიეკუთვნებოდეს რამდენიმე კატეგორიას.
შებრუნებული დიოდი. მიუხედავად იმისა, რომ ის არც ისე ფართოდ გამოიყენება, ეს არის p-n ტიპის ელემენტის ტიპი, რომელიც თავისი მოქმედებით ძალიან ჰგავს გვირაბს. ახასიათებს დაბალი დონის ძაბვის ვარდნა. პოულობს გამოყენებას დეტექტორებში, გამსწორებლებში და მაღალი სიხშირის გადამრთველებში.
ინექციური სატრანზიტო დიოდი. მას ბევრი საერთო აქვს უფრო გავრცელებულ ზვავსაშიშროებასთან. გამოიყენება მიკროტალღური გენერატორებისა და სიგნალიზაციის სისტემებში.
დიოდური იარაღი. ის არ მიეკუთვნება p-n ტიპის, მაგრამ არის ნახევარგამტარული მოწყობილობა ორი ტერმინალით. ის ჩვეულებრივ გამოიყენება მიკროტალღური სიგნალების გენერირებისთვის და კონვერტაციისთვის 1-100 გჰც დიაპაზონში.
სინათლის გამოსხივება ან LED არის ელექტრონული კომპონენტების ერთ-ერთი ყველაზე პოპულარული სახეობა. წინა მიკერძოების დროს, დენი, რომელიც მიედინება შეერთების მეშვეობით, იწვევს სინათლის გამოსხივებას. ისინი იყენებენ ნაერთ ნახევარგამტარებს (მაგ. გალიუმის არსენიდი, გალიუმის ფოსფიდი, ინდიუმის ფოსფიდი) და შეუძლიათ სხვადასხვა ფერებში ანათებენ, თუმცა თავდაპირველად ისინი მხოლოდ წითლით შემოიფარგლებოდნენ. არსებობს მრავალი ახალი განვითარება, რომელიც ცვლის ჩვენების ფუნქციონირებას და წარმოებას, მაგალითად OLED.
ფოტოდიოდი. გამოიყენება სინათლის გამოსავლენად. როდესაც ფოტონი ხვდება p-n შეერთებას, მას შეუძლია შექმნას ელექტრონები და ხვრელები. ფოტოდიოდები, როგორც წესი, მოქმედებენ საპირისპირო მიკერძოების პირობებში, სადაც სინათლის მიერ წარმოქმნილი მცირე დენებიც კი ადვილად შეიძლება გამოვლინდეს. ფოტოდიოდები შეიძლება გამოყენებულ იქნას ელექტროენერგიის წარმოებისთვის. ზოგჯერ პინის ტიპის ელემენტებს იყენებენ ფოტოდეტექტორებად.
პინ-დიოდი. ელექტრონული ელემენტის სახელი კარგად აღწერს ნახევარგამტარული დიოდის მოწყობილობას. მას აქვს სტანდარტული p- და n ტიპის რეგიონები, მაგრამ მათ შორის არის შიდა რეგიონი მინარევების გარეშე. მას აქვს ეფექტი გაზრდის გამოფიტვის რეგიონის ფართობს, რაც გამოდგება როგორც გადართვისთვის, ასევე ფოტოდიოდებში და ა.შ.
სტანდარტული p-n-შეერთება შეიძლება ჩაითვალოს ნორმადან დიოდის სტანდარტული ტიპი, რომელიც დღეს გამოიყენება. მათი გამოყენება შესაძლებელია RF ან სხვა დაბალი ძაბვის აპლიკაციებში, ასევე მაღალი ძაბვის და მაღალი სიმძლავრის გამსწორებლებში.
შოტკის დიოდები. მათ აქვთ უფრო დაბალი ძაბვის ვარდნა, ვიდრე სტანდარტული p-n ტიპის სილიკონის ნახევარგამტარები. დაბალი დენის დროს, ეს შეიძლება იყოს 0,15-დან 0,4 ვ-მდე, და არა 0,6 ვ, როგორც სილიკონის დიოდების შემთხვევაში. ამისათვის ისინი ჩვეულებისამებრ არ მზადდება - იყენებენ ლითონ-ნახევარგამტარ კონტაქტს. ისინი ფართოდ გამოიყენება როგორც შეზღუდვები, გამსწორებლები და რადიო აღჭურვილობაში.
დიოდი მუხტის დაგროვებით. ეს არის მიკროტალღური დიოდის ტიპი, რომელიც გამოიყენება იმპულსების წარმოქმნისა და ფორმირებისთვის ძალიან მაღალ სიხშირეებზე. მისი მოქმედება ეფუძნება ძალიან სწრაფ აწევის მახასიათებელს.
ლაზერული დიოდი. იგი განსხვავდება ჩვეულებრივი სინათლის გამოსხივებისგან, რადგან ის წარმოქმნის თანმიმდევრულ შუქს. ლაზერული დიოდები გამოიყენება მრავალ მოწყობილობაში, DVD და CD დისკებიდან ლაზერულ მაჩვენებლებში. ისინი ბევრად უფრო იაფია, ვიდრე სხვა ლაზერები, მაგრამ მნიშვნელოვნად უფრო ძვირი ვიდრე LED-ები. მათ აქვთ შეზღუდული მომსახურების ვადა.
გვირაბის დიოდი. მიუხედავად იმისა, რომ ის დღეს ფართოდ არ გამოიყენება, ადრე გამოიყენებოდა გამაძლიერებლებში, ოსცილატორებში და გადართვის მოწყობილობებში, ოსცილოსკოპის დროის სქემებში, როდესაც ის უფრო ეფექტური იყო, ვიდრე სხვა ელემენტები.
Varactor ან varicap. გამოიყენება ბევრ RF მოწყობილობაში. ამ დიოდისთვის, საპირისპირო მიკერძოება ცვლის ამოწურვის ფენის სიგანეს გამოყენებული ძაბვის მიხედვით. ამ კონფიგურაციაში ისმოქმედებს როგორც კონდენსატორი, რომელსაც აქვს ამოწურვის რეგიონი, მოქმედებს როგორც საიზოლაციო დიელექტრიკი და ფირფიტები, რომლებიც წარმოიქმნება გამტარ რეგიონებში. გამოიყენება ძაბვის კონტროლირებად ოსცილატორებში და RF ფილტრებში.
ზენერის დიოდი. ეს არის დიოდის ძალიან სასარგებლო ტიპი, რადგან ის უზრუნველყოფს სტაბილურ საცნობარო ძაბვას. ამის გამო, ზენერის დიოდი გამოიყენება დიდი რაოდენობით. ის მუშაობს საპირისპირო მიკერძოების პირობებში და არღვევს, როდესაც მიიღწევა გარკვეული პოტენციური განსხვავება. თუ დენი შემოიფარგლება რეზისტორით, მაშინ ეს უზრუნველყოფს სტაბილურ ძაბვას. ფართოდ გამოიყენება ელექტრომომარაგების სტაბილიზაციისთვის. ზენერის დიოდებში საპირისპირო ავარიის 2 ტიპი არსებობს: ზენერის დაშლა და ზემოქმედების იონიზაცია.
ამგვარად, სხვადასხვა ტიპის ნახევარგამტარული დიოდები მოიცავს ელემენტებს დაბალი სიმძლავრის და მაღალი სიმძლავრის გამოყენებისთვის, სინათლის გამოსხივებისა და აღმოჩენისთვის, დაბალი წინა ძაბვის ვარდნით და ცვლადი ტევადობით. გარდა ამისა, არსებობს მრავალი სახეობა, რომლებიც გამოიყენება მიკროტალღურ ტექნოლოგიაში.
