- un dispositivo elettronico con due (a volte tre) elettrodi con conduttività unidirezionale. L'elettrodo collegato al polo positivo del dispositivo è chiamato anodo, mentre quello collegato al polo negativo è chiamato catodo. Se al dispositivo viene applicata una tensione continua, si trova nello stato aperto, in cui la resistenza è bassa e la corrente scorre senza ostacoli. Se viene applicata la tensione inversa, il dispositivo viene chiuso a causa della sua elevata resistenza. La corrente inversa è presente, ma è così piccola che convenzionalmente si presume pari a zero.

Classificazione generale

I diodi sono divisi in grandi gruppi: non semiconduttori e semiconduttori.

Non semiconduttore

Una delle varietà più antiche è diodi della lampada (vuoto).. Sono tubi radio con due elettrodi, uno dei quali è riscaldato da un filamento. Nello stato aperto, le cariche si spostano dalla superficie del catodo riscaldato all'anodo. Quando la direzione del campo è opposta, il dispositivo va in posizione chiusa e praticamente non passa corrente.

Un altro tipo di dispositivi non a semiconduttore è pieno di gas, di cui oggi vengono utilizzati solo i modelli a scarica ad arco. I gastron (dispositivi con catodi termici) sono riempiti con gas inerti, vapori di mercurio o vapori di altri metalli. Gli anodi di ossido speciali utilizzati nei diodi riempiti di gas sono in grado di sopportare carichi di corrente elevati.

Semiconduttore

I dispositivi a semiconduttore si basano sul principio della giunzione pn. Esistono due tipi di semiconduttori: tipo p e tipo n. I semiconduttori di tipo P sono caratterizzati da un eccesso di cariche positive, mentre i semiconduttori di tipo N sono caratterizzati da un eccesso di cariche negative (elettroni). Se i semiconduttori di questi due tipi si trovano uno accanto all'altro, vicino al confine che li separa ci sono due regioni cariche strette, chiamate giunzione p-n. Viene chiamato un tale dispositivo con due tipi di semiconduttori con diversa conduttività delle impurità (o semiconduttore e metallo) e una giunzione p-n diodo semiconduttore. Sono i dispositivi a diodi a semiconduttore i più richiesti nei dispositivi moderni per vari scopi. Sono state sviluppate molte modifiche di tali dispositivi per diverse aree di applicazione.

Diodi semiconduttori

Tipi di diodi per dimensione di giunzione

In base alle dimensioni e alla natura della giunzione p-n, si distinguono tre tipi di dispositivi: planare, puntiforme e microlega.

Parti planari rappresentano un wafer semiconduttore in cui sono presenti due regioni con diversa conduttività delle impurità. I prodotti più popolari sono realizzati in germanio e silicio. I vantaggi di tali modelli sono la capacità di funzionare con correnti continue significative e in condizioni di elevata umidità. A causa della loro elevata capacità di barriera, possono funzionare solo a basse frequenze. Le loro principali applicazioni sono i raddrizzatori CA installati negli alimentatori. Questi modelli sono chiamati raddrizzatori.

Diodi puntiformi hanno un'area di giunzione p-n estremamente piccola e sono adatti a funzionare con correnti basse. Sono detti ad alta frequenza perché vengono utilizzati principalmente per convertire oscillazioni modulate di frequenza significativa.

Microlega i modelli sono ottenuti fondendo singoli cristalli di semiconduttori di tipo p e di tipo n. Secondo il principio di funzionamento, tali dispositivi sono planari, ma le loro caratteristiche sono simili a quelle puntuali.

Materiali per realizzare diodi

Nella produzione dei diodi vengono utilizzati silicio, germanio, arseniuro di gallio, fosfuro di indio e selenio. I più comuni sono i primi tre materiali.

Silicio purificato- un materiale relativamente economico e facile da lavorare che è il più ampiamente utilizzato. I diodi al silicio sono eccellenti diodi per uso generale. La loro tensione di polarizzazione è 0,7 V. Nei diodi al germanio questo valore è 0,3 V. Il germanio è un materiale più raro e costoso. Pertanto, i dispositivi al germanio vengono utilizzati nei casi in cui i dispositivi al silicio non possono far fronte efficacemente al compito tecnico, ad esempio nei circuiti elettrici a bassa potenza e precisione.

Tipi di diodi per gamma di frequenza

In base alla frequenza operativa, i diodi si dividono in:

• Bassa frequenza – fino a 1 kHz.
• Alta frequenza e altissima frequenza – fino a 600 MHz. A tali frequenze vengono utilizzati principalmente dispositivi di tipo puntiforme. La capacità di giunzione dovrebbe essere bassa, non più di 1-2 pF. Sono efficaci in un'ampia gamma di frequenze, comprese le basse frequenze, e sono quindi universali.
• I diodi ad impulsi vengono utilizzati nei circuiti in cui l'alta velocità è un fattore fondamentale. Secondo la tecnologia di produzione, tali modelli sono suddivisi in punti, leghe, saldati e diffusi.

Aree di applicazione dei diodi

I produttori moderni offrono una vasta gamma di diodi su misura per applicazioni specifiche.

Diodi raddrizzatori

Questi dispositivi vengono utilizzati per raddrizzare una sinusoide in corrente alternata. Il loro principio di funzionamento si basa sulla proprietà del dispositivo di passare allo stato chiuso quando polarizzato in modo inverso. Come risultato del funzionamento del dispositivo a diodi, le semionde negative della sinusoide corrente vengono interrotte. In base alla dissipazione di potenza, che dipende dalla corrente diretta massima consentita, i diodi raddrizzatori sono divisi in tre tipi: a bassa potenza, a media potenza e ad alta potenza.

• Diodi a bassa corrente può essere utilizzato in circuiti in cui la corrente non supera 0,3 A. I prodotti sono leggeri e di dimensioni compatte, poiché il loro corpo è realizzato con materiali polimerici.
• Diodi di media potenza possono funzionare nell'intervallo di corrente compreso tra 0,3 e 10,0 A. Nella maggior parte dei casi, hanno una custodia in metallo e terminali rigidi. Sono prodotti principalmente da silicio purificato. Sul lato catodo è realizzata una filettatura per il fissaggio sul dissipatore di calore.
• I potenti diodi (di potenza) funzionano in circuiti con una corrente superiore a 10 A. I loro involucri sono realizzati in metallo-ceramica e metallo-vetro. Design: spilla o tablet. I produttori offrono modelli progettati per correnti fino a 100.000 A e tensioni fino a 6 kV. Sono costituiti principalmente da silicio.

Rivelatori a diodi

Tali dispositivi sono ottenuti combinando diodi e condensatori in un circuito. Sono progettati per estrarre le basse frequenze dai segnali modulati. Presente nella maggior parte degli elettrodomestici: radio e televisori. I fotodiodi vengono utilizzati come rilevatori di radiazioni, convertendo la luce che cade su un'area fotosensibile in un segnale elettrico.

Dispositivi di limitazione

La protezione da sovraccarico è garantita da una catena di diversi diodi collegati alle sbarre di alimentazione nella direzione opposta. In condizioni operative standard, tutti i diodi sono chiusi. Tuttavia, quando la tensione supera il limite consentito, viene attivato uno degli elementi di protezione.

Interruttori a diodi

Gli interruttori sono una combinazione di diodi utilizzati per modificare istantaneamente i segnali ad alta frequenza. Tale sistema è controllato dalla corrente elettrica continua. I segnali ad alta frequenza e di controllo vengono separati mediante condensatori e induttori.

Protezione contro le scintille a diodi

Un'efficace protezione dalle scintille viene creata combinando una barriera di diodi shunt di limitazione della tensione con resistori di limitazione della corrente.

Diodi parametrici

Sono utilizzati negli amplificatori parametrici, che sono un sottotipo di amplificatori rigenerativi risonanti. Il principio di funzionamento si basa su un effetto fisico, che consiste nel fatto che quando segnali di frequenze diverse arrivano a una capacità non lineare, parte della potenza di un segnale può essere diretta per aumentare la potenza di un altro segnale. L'elemento progettato per contenere capacità non lineare è un diodo parametrico.

Diodi di miscelazione

I dispositivi di miscelazione vengono utilizzati per trasformare i segnali a microonde in segnali a frequenza intermedia. La trasformazione del segnale viene effettuata a causa della non linearità dei parametri del diodo di miscelazione. Come diodi a microonde miscelatori vengono utilizzati dispositivi con barriera Schottky, varicap, diodi inversi e diodi Mott.

Diodi moltiplicatori

Questi dispositivi a microonde vengono utilizzati nei moltiplicatori di frequenza. Possono operare nelle gamme di lunghezze d'onda decimetriche, centimetriche e millimetriche. Come dispositivi moltiplicatori vengono normalmente utilizzati dispositivi al silicio e all'arseniuro di gallio, spesso con l'effetto Schottky.

Diodi di sintonizzazione

Il principio di funzionamento dei diodi di sintonia si basa sulla dipendenza della capacità di barriera della giunzione p-n dal valore della tensione inversa. Come dispositivi di sintonizzazione vengono utilizzati dispositivi di silicio e arseniuro di gallio. Queste parti vengono utilizzate nei dispositivi di sintonizzazione della frequenza nella gamma delle microonde.

Diodi generatori

Per generare segnali nella gamma delle microonde, sono richiesti due tipi principali di dispositivi: diodi a valanga e diodi Gunn. Alcuni diodi generatori, se accesi in una determinata modalità, possono svolgere le funzioni di dispositivi moltiplicatori.

Tipi di diodi per tipo di design

Diodi Zener (diodi Zener)

Questi dispositivi sono in grado di mantenere le caratteristiche prestazionali in modalità di guasto elettrico. I dispositivi a bassa tensione (tensione fino a 5,7 V) utilizzano la rottura del tunnel e i dispositivi ad alta tensione utilizzano la rottura della valanga. Gli stabilizzatori forniscono la stabilizzazione delle basse tensioni.

Stabilizzatori

Uno stabiistor, o normistor, è un diodo a semiconduttore in cui il ramo diretto della caratteristica corrente-tensione viene utilizzato per stabilizzare la tensione (ovvero, nella regione di polarizzazione diretta, la tensione sullo stabistore dipende debolmente dalla corrente). Una caratteristica distintiva degli stabilizzatori rispetto ai diodi zener è la loro tensione di stabilizzazione inferiore (circa 0,7-2 V).

Diodi Schottky

I dispositivi utilizzati come raddrizzatori, moltiplicatori e dispositivi di sintonizzazione funzionano sulla base di un contatto metallo-semiconduttore. Strutturalmente sono wafer di silicio a bassa resistenza, su cui è applicata una pellicola ad alta resistenza con lo stesso tipo di conduttività. Uno strato metallico viene spruzzato sotto vuoto sulla pellicola.

Varicap

I Varicap svolgono le funzioni di una capacità, il cui valore cambia con le variazioni di tensione. La caratteristica principale di questo dispositivo è la tensione capacitiva.

Diodi tunnel

Questi diodi semiconduttori hanno una parte decrescente della caratteristica corrente-tensione che si verifica a causa dell'effetto tunnel. Una modifica del dispositivo tunnel è un diodo inverso, in cui il ramo della resistenza negativa è debolmente espresso o assente. Il ramo inverso di un diodo inverso corrisponde al ramo diretto di un dispositivo a diodo tradizionale.

Tiristori

A differenza di un diodo convenzionale, un tiristore, oltre all'anodo e al catodo, ha un terzo elettrodo di controllo. Questi modelli sono caratterizzati da due stati stabili: aperto e chiuso. In base alla loro progettazione, queste parti sono suddivise in dinistori, tiristori e triac. Nella produzione di questi prodotti viene utilizzato principalmente il silicio.

Triac

I triac (tiristori simmetrici) sono un tipo di tiristori utilizzati per la commutazione in circuiti a corrente alternata. A differenza di un tiristore, che ha un catodo e un anodo, non è corretto chiamare catodo o anodo i terminali principali (di potenza) di un triac, poiché a causa della struttura del triac, sono entrambi contemporaneamente. Il triac rimane aperto finché la corrente che scorre attraverso i terminali principali supera un certo valore chiamato corrente di mantenimento.

Dinistori

Un dinistor, o tiristore a diodi, è un dispositivo che non contiene elettrodi di controllo. Sono invece controllati dalla tensione applicata tra gli elettrodi principali. La loro principale applicazione è il controllo di carichi potenti utilizzando segnali deboli. I dinistori vengono utilizzati anche nella produzione di dispositivi di commutazione.

Ponti di diodi

Si tratta di 4, 6 o 12 diodi collegati tra loro. Il numero di elementi del diodo è determinato dal tipo di circuito, che può essere monofase, trifase, a ponte intero o a mezzo ponte. I ponti svolgono la funzione di raddrizzamento della corrente. Spesso utilizzato nei generatori di automobili.

Fotodiodi

Progettato per convertire l'energia luminosa in un segnale elettrico. Il principio di funzionamento è simile alle batterie solari.

LED

Questi dispositivi emettono luce quando sono collegati a una corrente elettrica. I LED, che hanno un'ampia gamma di colori e potenze di luminescenza, vengono utilizzati come indicatori in vari dispositivi, emettitori di luce negli accoppiatori ottici e vengono utilizzati nei telefoni cellulari per la retroilluminazione della tastiera. Come moderne sorgenti luminose nelle lanterne sono richiesti dispositivi ad alta potenza.

Diodi infrarossi

Questo è un tipo di LED che emette luce nella gamma degli infrarossi. Viene utilizzato nelle linee di comunicazione senza cavi, nella strumentazione, nei dispositivi di controllo remoto e nelle telecamere di videosorveglianza per la visione notturna del territorio. I dispositivi che emettono infrarossi generano luce in una gamma non visibile all'occhio umano. Puoi rilevarlo utilizzando la fotocamera del tuo cellulare.

Diodi Gunn

Questo tipo di diodo a microonde è realizzato in materiale semiconduttore con una complessa struttura a banda di conduzione. Tipicamente, nella produzione di questi dispositivi viene utilizzato l'arseniuro di gallio con conducibilità elettronica. In questo dispositivo non è presente alcuna giunzione p-n, ovvero le caratteristiche del dispositivo sono intrinseche e non sorgono al confine della connessione di due diversi semiconduttori.

Magnetodiodi

In tali dispositivi, la caratteristica corrente-tensione cambia sotto l'influenza di un campo magnetico. I dispositivi vengono utilizzati in pulsanti senza contatto destinati all'immissione di informazioni, sensori di movimento, dispositivi per il monitoraggio e la misurazione di quantità non elettriche.

Diodi laser

Questi dispositivi, che hanno una struttura cristallina complessa e un principio di funzionamento complesso, offrono una rara opportunità di generare un raggio laser nelle condizioni quotidiane. Grazie alla loro elevata potenza ottica e all'ampia funzionalità, i dispositivi sono efficaci negli strumenti di misura ad alta precisione per applicazioni domestiche, mediche e scientifiche.

Diodi di transito da valanga e da valanga

Il principio di funzionamento dei dispositivi è la moltiplicazione a valanga dei portatori di carica durante la polarizzazione inversa della giunzione p-n e il loro superamento dello spazio di volo in un certo periodo di tempo. Come materiali di partenza vengono utilizzati arseniuro di gallio o silicio. I dispositivi sono progettati principalmente per produrre oscillazioni ad altissima frequenza.

Diodi PIN

I dispositivi PIN tra le regioni p e n hanno il proprio semiconduttore non drogato (regione i). L'ampia regione non drogata non consente l'utilizzo di questo dispositivo come raddrizzatore. Tuttavia, i diodi PIN sono ampiamente utilizzati come diodi di miscelazione, rilevamento, parametrici, di commutazione, di limitazione, di sintonizzazione e di generazione.

Triodi

I triodi sono tubi a vuoto. Ha tre elettrodi: un catodo termoionico (riscaldato direttamente o indirettamente), un anodo e una griglia di controllo. Oggi i triodi sono stati quasi completamente sostituiti dai transistor a semiconduttore. L'eccezione è nelle aree in cui è richiesta la conversione di segnali con una frequenza dell'ordine di centinaia di MHz - GHz di alta potenza con un numero limitato di componenti attivi e le dimensioni e il peso non sono di grande importanza.

Marcatura a diodi

La marcatura dei dispositivi a diodi a semiconduttore include numeri e lettere:

• La prima lettera caratterizza il materiale originale. Ad esempio, K – silicio, G – germanio, A – arseniuro di gallio, I – fosfuro di indio.
• La seconda lettera è la classe o il gruppo del diodo.
• Il terzo elemento, solitamente digitale, denota l'applicazione e le proprietà elettriche del modello.
• Il quarto elemento è la lettera uno (dalla A alla Z), che indica l'opzione di sviluppo.

Esempio: KD202K – diodo di diffusione raddrizzatore al silicio.

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Diodo (Diodo -eng.) – un dispositivo elettronico avente 2 elettrodi, la cui principale proprietà funzionale è bassa resistenza quando si trasmette corrente a un lato E alto al momento della trasmissione in retromarcia.

Cioè, quando si trasmette corrente a un lato lui passa Nessun problema e al momento della trasmissione ad un altro,resistenza molte volte aumenta, impedendo il passaggio della corrente senza gravi perdite di potenza. In questo caso, il diodo è abbastanza riscaldare.

Ci sono diodi elettrovuoto, scarico di gas e il più comune - semiconduttore. Vengono utilizzate le proprietà dei diodi, molto spesso in combinazione tra loro Conversione CA reti elettriche permanente corrente, per le esigenze dei semiconduttori e di altri dispositivi.

Progettazione di diodi.

Strutturalmente, semiconduttore il diodo è costituito da un piccolo record materiali semiconduttori ( silicio O Germania), un lato (parte del disco) che contiene conduttività elettrica di tipo p, cioè accettare elettroni (contenenti carenza di elettroni creata artificialmente (« buco"), l'altro ha conduttività elettrica di tipo n, questo è donare elettroni(contenente elettroni in eccesso (« elettronico»)).

Lo strato tra loro si chiama giunzione p-n. Ecco le lettere P E N- prima in parole latine negativo - « negativo", E positivo - « positivo" Lato tipo p, per un dispositivo a semiconduttore è anodo (positivo elettrodo) e l'area tipo n - catodo (negativo elettrodo) del diodo.

Elettrovuoto I diodi (lampada) lo sono lampada con due elettrodi all'interno, uno dei quali ha filamento, Così riscaldamento te stesso e creare intorno a te un campo magnetico.

A riscaldamento, gli elettroni sono separati da un elettrodo ( catodo) e iniziare movimento ad un altro elettrodo ( anodo), grazie a elettrico campo magnetico. Se invii corrente a rovescio(cambia polarità), quindi gli elettroni sono quasi non si muoverà A catodo per colpa di mancanza di filo incandescente V anodo. Tali diodi più spesso usato V raddrizzatori E stabilizzatori, dove è presente un componente ad alta tensione.

Basato su diodi Germania, Di più sensibile per aprirsi a correnti basse, quindi vengono utilizzati più spesso bassa tensione ad alta precisione tecnologia rispetto al silicio.

Tipi di diodi :

• · Diodo di miscelazione - creato per moltiplicazione due segnali ad alta frequenza.

• · diodo pin - contiene regione di conduzione tra drogati regioni. Usato in elettronica di potenza o come fotorivelatore .

• · Diodo a valanga - è richiesto protezione del circuito da sovratensione . Basato su rottura di valanghe sezione inversa della caratteristica corrente-tensione.

• · Diodo a valanga - è richiesto generazione di oscillazioni V Microonde-tecnologia. Basato su moltiplicazione delle valanghe portatori di carica.

• · Magnetodiodo . Un diodo le cui caratteristiche di resistenza dipendono dal valore di induzione campo magnetico e posizione del suo vettore rispetto al piano della giunzione pn .

• · Diodi Gunn . Sono usati per la conversione E generazione di frequenze V Microonde allineare.

• · Diodo Schottky . Esso ha bassa caduta di tensione quando collegato direttamente.

• · Laser a semiconduttore .

Usato in ingegneria laser, sono simili in linea di principio ai diodi, ma emettere nella gamma coerente.

• · Fotodiodi . Si apre un fotodiodo bloccato sotto l'influenza della radiazione luminosa . Usato in sensori di luce , movimento eccetera.

• · Celle a energia solare (variazione pannelli solari ) . Quando esposto alla luce, si verifica movimento degli elettroni dal catodo all'anodo, che genera corrente elettrica .

• · Diodi Zener - utilizzare il ramo inverso delle caratteristiche del diodo con guasto reversibile per stabilizzazione della tensione .

• · Diodi tunnel , utilizzando effetti quantomeccanici . Sono usati come amplificatori , convertitori , generatori eccetera.

• · (diodi Henry Rotondo, LED). A transizione elettroni, tali diodi hanno radiazione nel campo visibile della luce .

Per questi diodi vengono utilizzati involucri trasparenti per consentire la diffusione della luce. Producono anche diodi che possono dare radiazioni ultraviolette, infrarossi e altri intervalli richiesti (principalmente e spazio sfera).

• · Varicap (diodo Giovanni Gemma) Grazie a giunzione pn chiusa ha una capacità considerevole, la capacità dipende dall'applicazione Tensione inversa . Fare domanda a come condensatori Con capacità variabile .

Dispositivi a semiconduttore furono utilizzati nell'ingegneria radiofonica anche prima dell'invenzione dei tubi a vuoto. L'inventore della radio, A. S. Popov, usò prima un coherer (un tubo di vetro con limatura di metallo) e poi il contatto di un ago d'acciaio con un elettrodo di carbonio per rilevare le onde elettromagnetiche.

Questo è stato il primo diodo semiconduttore— rilevatore. Successivamente sono stati realizzati rilevatori utilizzando semiconduttori cristallini naturali e artificiali (galena, zincite, calcopirite, ecc.).

Un tale rilevatore era costituito da un cristallo semiconduttore saldato in una tazza di supporto e da una molla in acciaio o tungsteno con un'estremità appuntita (Fig. 1). La posizione della punta sul cristallo è stata trovata sperimentalmente, ottenendo il volume più alto di trasmissione della stazione radio.

Riso. 1. Diodo a semiconduttore - rilevatore.

Nel 1922, O. V. Losev, un impiegato del Laboratorio radiofonico di Nizhny Novgorod, scoprì un fenomeno straordinario: un rilevatore di cristalli, a quanto pare, può generare e amplificare le oscillazioni elettriche.

Era una vera sensazione, ma la mancanza di conoscenze scientifiche e la mancanza delle necessarie attrezzature sperimentali non consentivano all'epoca di esplorare a fondo l'essenza dei processi che avvengono in un semiconduttore e di creare dispositivi a semiconduttore in grado di competere con un tubo elettronico .

Diodo semiconduttore

Diodi semiconduttori indicato con un simbolo che è stato conservato in termini generali sin dai tempi delle prime radio (Fig. 2.6).

Riso. 2. Designazione e struttura di un diodo a semiconduttore.

La parte superiore del triangolo in questo simbolo indica la direzione di massima conduttività (il triangolo simboleggia l'anodo del diodo e la breve linea perpendicolare alle linee conduttrici è il suo catodo).

Lo stesso simbolo indica raddrizzatori a semiconduttore, costituiti, ad esempio, da più diodi collegati in serie, parallelo o misti (colonne raddrizzatrici, ecc.).

Ponti di diodi

I raddrizzatori a ponte vengono spesso utilizzati per alimentare apparecchiature radio. Lo schema dello stesso schema di collegamento del diodo (un quadrato, i cui lati sono formati da simboli di diodi) è diventato da tempo generalmente accettato, quindi, per designare tali raddrizzatori, ha iniziato a essere utilizzato un simbolo semplificato: un quadrato con il simbolo di uno diodo interno (Fig. 3).

Riso. 3. Designazione del ponte a diodi.

A seconda del valore della tensione raddrizzata, ciascun braccio del ponte può essere costituito da uno, due o più diodi. La polarità della tensione raddrizzata non è indicata negli schemi poiché è chiaramente determinata dal simbolo del diodo all'interno del quadrato.

I ponti sono strutturalmente riuniti in un unico alloggiamento e vengono raffigurati separatamente, in modo tale che nella designazione di posizione essi appartengano allo stesso prodotto. Accanto alla designazione della posizione dei diodi, come tutti gli altri dispositivi a semiconduttore, viene solitamente indicato il loro tipo.

Sulla base del simbolo del diodo vengono costruiti simboli per diodi a semiconduttore con proprietà speciali. Per ottenere il simbolo desiderato vengono utilizzati caratteri speciali, sia sul simbolo base stesso che nelle sue immediate vicinanze, e per focalizzare l'attenzione su alcuni di essi, il simbolo base viene posto in un cerchio - un simbolo per il corpo di un dispositivo a semiconduttore.

Diodi tunnel

Un segno simile a una parentesi diritta indica il catodo dei diodi tunnel (Fig. 4a). Sono realizzati con materiali semiconduttori con un contenuto di impurità molto elevato, per cui il semiconduttore si trasforma in un semimetallo. A causa della forma insolita della caratteristica corrente-tensione (ha una sezione di resistenza negativa), i diodi tunnel vengono utilizzati per amplificare e generare segnali elettrici e nei dispositivi di commutazione. Un vantaggio importante di questi diodi è che possono funzionare a frequenze molto elevate.

Riso. 4. Diodo tunnel e sua designazione.

Un tipo di diodi tunnel sono i diodi inversi, in cui, a una bassa tensione sulla giunzione pn, la conduttività nella direzione inversa è maggiore che nella direzione in avanti.

Tali diodi vengono utilizzati nella connessione inversa. Nel simbolo di un diodo invertito, il trattino del catodo è raffigurato con due trattini che lo toccano con il centro (Fig. 4.6).

Diodi Zener

I diodi zener a semiconduttore, che funzionano anche sul ramo inverso della caratteristica corrente-tensione, hanno conquistato un posto di rilievo negli alimentatori, in particolare quelli a bassa tensione.

Si tratta di diodi al silicio planari realizzati utilizzando una tecnologia speciale. Quando vengono accesi nella direzione opposta e ad una certa tensione, la giunzione “sfonda” e successivamente, nonostante l'aumento della corrente attraverso la giunzione, la tensione ai suoi capi rimane pressoché invariata.

Riso. 5. Diodo Zener e sua designazione sugli schemi.

Grazie a questa proprietà, i diodi Zener sono ampiamente utilizzati come elementi stabilizzanti indipendenti, nonché come fonti di tensioni di riferimento negli stabilizzatori a transistor.

Per ottenere piccole tensioni di riferimento, i diodi Zener vengono accesi nella direzione in avanti, con la tensione di stabilizzazione di un diodo Zener pari a 0,7... 0,8 V. Gli stessi risultati si ottengono quando i diodi al silicio convenzionali vengono accesi nella direzione in avanti .

Per stabilizzare le basse tensioni, sono stati sviluppati e ampiamente utilizzati diodi semiconduttori speciali - stabistori. La loro differenza rispetto ai diodi zener è che funzionano sul ramo diretto della caratteristica corrente-tensione, cioè quando sono accesi nella direzione in avanti (conduttiva).

Per mostrare un diodo Zener nel diagramma, il trattino del catodo del simbolo di base è integrato con un breve trattino diretto verso il simbolo dell'anodo (Fig. 5a). Va notato che la posizione del tratto rispetto al simbolo dell'anodo dovrebbe rimanere invariata indipendentemente dalla posizione del simbolo del diodo zener sul diagramma.

Ciò si applica pienamente al simbolo di un diodo Zener a due anodi (a doppia faccia) (Fig. 5.6), che può essere collegato a un circuito elettrico in qualsiasi direzione (in realtà, si tratta di due diodi Zener identici collegati schiena contro schiena) .

Varicap

Una giunzione elettrone-lacuna a cui viene applicata una tensione inversa ha le proprietà di un condensatore. In questo caso, il ruolo del dielettrico è svolto dalla stessa giunzione pn, in cui sono presenti pochi portatori di carica liberi, e il ruolo delle piastre è svolto dagli strati adiacenti del semiconduttore con cariche elettriche di segni diversi: elettroni e buchi. Modificando la tensione applicata alla giunzione pn, è possibile modificarne lo spessore, e quindi la capacità tra gli strati del semiconduttore.

Riso. 6. Varicap e loro designazione sugli schemi elettrici.

Questo fenomeno viene utilizzato in speciali dispositivi a semiconduttore - varicapah[da parole inglesi vari(abile) - variabile e berretto(acitore) - condensatore]. I Varicap sono ampiamente utilizzati per la sintonizzazione di circuiti oscillatori, in dispositivi di controllo automatico della frequenza e anche come modulatori di frequenza in vari generatori.

La designazione grafica convenzionale di un varicap (vedi Fig. 6, a) riflette chiaramente la loro essenza: le linee parallele nella parte inferiore sono percepite come un simbolo di un condensatore. Condensatori kick e variabili, i varicap sono spesso realizzati sotto forma di blocchi (sono chiamati matrici) con un catodo comune e anodi separati. Ad esempio nella Fig. 6.6 mostra la designazione di una matrice di due varicap e Fig. 6,c - su tre.

Tiristori

Basato sul simbolo base del diodo, condizionale designazioni dei tiristori(dal greco Tira– porta e inglese (resi) stor- resistore). Questi sono diodi, che sono strati alternati di silicio con conduttività elettrica di tipo p e p. Ci sono quattro strati di questo tipo in un tiristore, cioè ha tre giunzioni pn (struttura pppp).

Tiristori hanno trovato ampia applicazione in vari regolatori di tensione alternata, generatori di rilassamento, dispositivi di commutazione, ecc.

Riso. 7. Tiristore e sua designazione sugli schemi elettrici.

I tiristori con conduttori solo dagli strati esterni della struttura sono chiamati dinistorimn e sono designati da un simbolo di diodo barrato da un segmento di linea parallelo alla linea del catodo (Figura 7, a). La stessa tecnica è stata utilizzata nella costruzione della designazione di un dinistor simmetrico (Fig. 7, b), che conduce corrente (dopo l'accensione) in entrambe le direzioni.

I tiristori con un'uscita aggiuntiva (terza) (da uno degli strati interni della struttura) sono chiamati tiristori. Il controllo lungo il catodo nella designazione di questi dispositivi è mostrato da una linea spezzata attaccata al simbolo del catodo (Fig. 7, c), lungo l'anodo - da una linea che si estende su uno dei lati del triangolo che simboleggia l'anodo (Fig. 7, d).

Il simbolo di un triistor simmetrico (bidirezionale) si ottiene dal simbolo di un dinistor simmetrico aggiungendo un terzo terminale (Fig. 7, (5).

Fotodiodi

Parte principale fotodiodoè una giunzione che funziona con polarizzazione inversa. Il suo corpo ha una finestra attraverso la quale viene illuminato il cristallo semiconduttore. In assenza di luce, la corrente attraverso la giunzione pn è molto piccola: non supera la corrente inversa di un diodo convenzionale.

Riso. 8. Fotodiodi e loro rappresentazione su diagrammi.

Quando il cristallo è illuminato, la resistenza inversa della giunzione diminuisce bruscamente e la corrente che lo attraversa aumenta. Per mostrare un tale diodo a semiconduttore in un diagramma, il simbolo di base del diodo è posto in un cerchio e accanto ad esso (in alto a sinistra, indipendentemente dalla posizione del simbolo) è raffigurato il segno dell'effetto fotoelettrico: due paralleli obliqui frecce dirette verso il simbolo (Fig. 8a).

Allo stesso modo, non è difficile costruire un simbolo per qualsiasi altro dispositivo a semiconduttore che cambia le sue proprietà sotto l'influenza della radiazione ottica. Come esempio in Fig. 8.6 mostra la designazione del fotodinistore.

LED e indicatori LED

I diodi a semiconduttore che emettono luce quando la corrente passa attraverso una giunzione pn sono chiamati LED. Tali diodi sono accesi nella direzione in avanti. Il simbolo grafico convenzionale di un LED è simile al simbolo del fotodiodo e si differenzia da esso per il fatto che le frecce indicanti la radiazione ottica sono poste a destra del cerchio e dirette nella direzione opposta (Fig. 9).

Riso. 9. LED e loro rappresentazione negli schemi.

Per visualizzare numeri, lettere e altri caratteri nelle apparecchiature a bassa tensione, vengono spesso utilizzati indicatori di caratteri LED, che sono insiemi di cristalli che emettono luce disposti in un certo modo e riempiti di plastica trasparente.

Gli standard ESKD non forniscono simboli per tali prodotti, ma in pratica spesso utilizzano simboli simili a quelli mostrati in Fig. 10 (simbolo indicatore a sette segmenti per la visualizzazione di numeri e una virgola).

Riso. 10. Designazione degli indicatori di segmento LED.

Come puoi vedere, una tale designazione grafica riflette chiaramente la posizione effettiva degli elementi che emettono luce (segmenti) nell'indicatore, sebbene non sia priva di inconvenienti: non contiene informazioni sulla polarità dell'inclusione dei terminali dell'indicatore nel circuito elettrico (gli indicatori sono realizzati sia con terminale anodico comune a tutti i segmenti sia con terminale catodico comune).

Tuttavia, ciò di solito non causa particolari difficoltà, poiché il collegamento dell'uscita comune dell'indicatore (così come i microcircuiti) è specificato nello schema.

Optoaccoppiatori

I cristalli che emettono luce sono ampiamente utilizzati negli accoppiatori ottici: dispositivi speciali utilizzati per collegare singole parti di dispositivi elettronici nei casi in cui è necessario il loro isolamento galvanico. Nei diagrammi, gli optoaccoppiatori sono rappresentati come mostrato in Fig. undici.

Il collegamento ottico dell'emettitore di luce (LED) con il fotorilevatore è mostrato da due frecce parallele perpendicolari alle linee conduttrici dell'accoppiatore ottico. Il fotorilevatore in un accoppiatore ottico può essere non solo un fotodiodo (Fig. 11,a), ma anche un fotoresistore (Fig. 11,6), un fotodinistore (Fig. 11,c), ecc. L'orientamento reciproco dei simboli del emettitore e fotorivelatore non sono regolamentati.

Riso. 11. Designazione degli accoppiatori ottici (accoppiatori ottici).

Se necessario, i componenti dell'accoppiatore ottico possono essere rappresentati separatamente, ma in questo caso il segno della connessione ottica dovrebbe essere sostituito con i segni della radiazione ottica e dell'effetto fotoelettrico e l'appartenenza delle parti all'accoppiatore ottico dovrebbe essere mostrata nella posizione designazione (Fig. 11, d).

Letteratura: V.V. Frolov, Linguaggio dei circuiti radiofonici, Mosca, 1998.

Spesso sentiamo dire che questo o quel dispositivo funziona con diodi. Cos'è un diodo?

Un diodo è un elemento elettronico che fa passare bene la corrente in una direzione ma mostra una forte resistenza quando si tenta di far passare la corrente nella direzione opposta.

Come funzionano i diodi moderni

Attualmente vengono utilizzati diodi del tipo a semiconduttore in germanio o silicio. Tale diodo è una piastra divisa in due parti. Da una parte viene creata artificialmente la mancanza di elettroni. Questa è una regione con conduttività di tipo p (dalla parola positivo). Il terminale positivo del diodo è chiamato anodo.

L'altra parte ha un eccesso di elettroni. Questa è una regione con conduttività di tipo n (dalla parola negativo). Il terminale negativo del diodo è chiamato catodo.

Il confine tra queste aree è chiamato giunzione pn.

Come funziona un diodo?

Se colleghi il polo positivo della fonte di alimentazione all'anodo del diodo e il polo negativo al catodo, una corrente elettrica scorrerà attraverso tale circuito. Se nel circuito è presente anche una lampadina, questa si accenderà. Cosa farà il diodo se i terminali positivo e negativo dell'alimentatore sono invertiti? Fornirà una forte resistenza alla corrente. La corrente diventerà così debole che la lampadina non si accenderà.

A cosa servono i diodi?

L'applicazione principale dei diodi è la conversione della corrente alternata in corrente continua. Il diodo è l'elemento strutturale principale di tutti gli alimentatori, compreso quello attualmente installato sul tuo computer.

I diodi trovano largo impiego anche nei circuiti logici in cui è necessario garantire il passaggio della corrente nella direzione desiderata. Tali circuiti sono utilizzati in dispositivi di tipo analogico.

Che non possiamo immaginare la nostra vita senza di loro. Queste scatole ronzanti sulle nostre scrivanie sono assemblate da molti pezzi diversi di hardware. È interessante notare che nessuno di questi elementi costitutivi da solo ha le stesse proprietà di un computer.

E messi insieme, sono qualcosa di assolutamente unico!

Qualunque mattone tu prenda, è solo un pezzo di argilla cotta; Non è immediatamente chiaro a quale scopo esso – di per sé – possa essere adattato.

È come una casa costruita di mattoni.

Ma diverse migliaia di questi pezzi di argilla, raccolti in un certo modo, costituiscono un'abitazione che protegge dalle intemperie e fornisce un tetto sopra la testa.

Naturalmente, puoi usare un computer (e vivere in una casa) e non avere idea di come funzionino queste cose.

Ma se vuoi imparare come “curare” i tuoi computer, dovrai capire come funzionano i loro componenti.

Pertanto, oggi parleremo un po’ più in dettaglio di uno dei “mattoni” del computer. Cercheremo di conoscere brevemente di cosa si tratta diodi semiconduttori e perché sono necessari.

Cos'è un diodo?

I diodi vengono utilizzati nei computer per rettificare la corrente alternata.

Un diodo raddrizzatore è una parte che contiene due tipi di semiconduttori collegati insieme: tipo p (positivo) e tipo n (negativo).

Quando sono collegati (fusi), si forma una cosiddetta giunzione p-n. Questa giunzione ha una resistenza diversa per la diversa polarità della tensione applicata.

Se la tensione viene applicata nella direzione in avanti (il terminale positivo della sorgente di tensione è collegato al semiconduttore p - l'anodo, e il terminale negativo è collegato al semiconduttore n - il catodo), la resistenza del diodo è piccolo.

In questo caso si dice che il diodo è aperto. Se la polarità del collegamento viene invertita, la resistenza del diodo sarà molto elevata. In questo caso il diodo si dice chiuso (bloccato).

Quando il diodo è aperto, ai suoi capi cade una certa tensione.

Questa caduta di tensione è creata dalla cosiddetta corrente diretta che scorre attraverso il diodo e dipende dall'entità di questa corrente.

Inoltre, questa dipendenza non lineare.

Il valore specifico della caduta di tensione in funzione della corrente circolante può essere determinato dalla caratteristica corrente-tensione.

Questa caratteristica deve essere riportata nella descrizione tecnica completa (schede tecniche, schede di riferimento).

Ad esempio, sul comune diodo 1N5408 utilizzato nell'alimentatore di un computer, quando la corrente cambia da 0,2 a 3 A, la caduta di tensione cambia da 0,6 a 0,9 V. Maggiore è la corrente che scorre attraverso il diodo, maggiore è la caduta di tensione ai capi esso e, rispettivamente, la potenza dissipata su di esso (P = U * I). Maggiore è la potenza dissipata dal diodo, più si riscalda.

Nei sistemi informatici, quando si rettifica la tensione di rete, viene solitamente utilizzato un circuito di rettifica a ponte: 4 diodi collegati in un certo modo.

Se il terminale 1 ha un potenziale positivo rispetto al terminale 2, la corrente fluirà attraverso il diodo VD1, il carico e il diodo VD3.

Se il terminale 1 ha un potenziale negativo dal terminale 2, la corrente fluirà attraverso il diodo VD2, il carico e il diodo VD4. Pertanto, sebbene la corrente attraverso il carico vari in intensità (a tensione alternata), scorre sempre in una direzione: dal terminale 3 al terminale 4.

Questo è l'effetto lisciante. Se non ci fosse il ponte a diodi, la corrente di carico fluirebbe in direzioni diverse. Scorre nella stessa direzione del ponte. Questa corrente è chiamata pulsante.

In un corso di matematica superiore si dimostra che la tensione pulsante contiene una componente costante e la somma delle armoniche (frequenze che sono multipli della frequenza fondamentale di una tensione alternata di 50 Hertz). La componente continua è isolata da un filtro (condensatore ad alta capacità), che non lascia passare le armoniche.

I diodi raddrizzatori sono presenti anche nella parte a bassa tensione dell'alimentatore. Solo il circuito di commutazione non è composto da 4 diodi, ma da due.

Un lettore attento potrebbe chiedersi: “Perché vengono utilizzati circuiti di commutazione diversi? È possibile utilizzare un ponte a diodi nella parte a bassa tensione?"

È possibile, ma non sarà la soluzione migliore. Nel caso di un ponte a diodi, la corrente passa attraverso il carico e due diodi collegati in serie.

Se si utilizzano diodi 1N5408, la caduta di tensione totale ai loro capi può essere di 1,8 V. Questo è molto piccolo rispetto alla tensione di rete di 220 V.

Ma se un tale circuito viene utilizzato nella parte a bassa tensione, questa caduta sarà molto evidente rispetto alle tensioni di +3,3, +5 e +12 V. L'uso di un circuito di due diodi riduce della metà le perdite, poiché uno il diodo è collegato in serie al carico, non due.

Inoltre, la corrente nei circuiti secondari dell'alimentatore è molto maggiore (più volte) rispetto al circuito primario.

Va notato che per questo circuito il trasformatore deve avere due avvolgimenti identici, e non uno. Un circuito di rettifica a due diodi utilizza entrambi i semicicli della tensione CA, proprio come un circuito a ponte.

Se il potenziale dell'estremità superiore dell'avvolgimento secondario del trasformatore (vedi diagramma) è positivo rispetto a quello inferiore, la corrente scorre attraverso il terminale 1, il diodo VD1, il terminale 3, il carico, il terminale 4 e il punto medio dell'avvolgimento. Il diodo VD2 è bloccato in questo momento.

Se il potenziale dell'estremità inferiore dell'avvolgimento secondario è positivo rispetto all'estremità superiore, la corrente scorre attraverso il terminale 2, il diodo VD2, il terminale 3, il carico, il terminale 4 e il punto medio dell'avvolgimento. Il diodo VD1 è bloccato in questo momento. Il risultato è la stessa corrente pulsante di un circuito a ponte.

Ora mettiamo fine alla noiosa teoria e passiamo alla cosa più interessante: la pratica.

Per cominciare, diciamo che prima di iniziare a controllare i diodi, sarebbe bene familiarizzare con come lavorare con un tester digitale.

Questo è discusso negli articoli pertinenti e.

Un diodo sui circuiti elettrici è raffigurato simbolicamente sotto forma di un triangolo (freccia) e un bastoncino.

Il bastoncino è il catodo, la freccia (indica la direzione della corrente, cioè il movimento delle cariche positive) è l'anodo.

È possibile controllare il ponte di diodi con un tester digitale impostando l'interruttore di funzionamento nella posizione di test diodi (il puntatore dell'interruttore di portata del tester dovrebbe essere opposto all'immagine simbolica del diodo).

Se colleghi la sonda rossa del tester all'anodo e quella nera al catodo di un diodo separato, il diodo verrà aperto dalla tensione del tester.

Il display mostrerà un valore di 0,5 - 0,6 V.

Se si cambia la polarità delle sonde, il diodo verrà bloccato.

Il display ne mostrerà uno nella cifra più a sinistra.

Un ponte a diodi ha spesso una designazione simbolica del tipo di tensione sul corpo (~ tensione alternata, +, - tensione continua).

Il ponte a diodi può essere controllato installando una sonda su uno dei terminali “~” e la seconda - alternativamente sui terminali “+” e “-”.

In questo caso un diodo sarà aperto e l'altro sarà chiuso.

Se cambi la polarità delle sonde, il diodo che era chiuso ora si aprirà e l'altro si chiuderà.

Va notato che il catodo è il terminale positivo del ponte.

Se uno qualsiasi dei diodi è in corto, il tester mostrerà una tensione pari a zero (o molto bassa).

Un ponte del genere è naturalmente inadatto al lavoro.

È possibile verificare che il diodo sia in cortocircuito se si testano i diodi in modalità di misurazione della resistenza.

Con un diodo in cortocircuito, il tester mostrerà una leggera resistenza in entrambe le direzioni.

Come già accennato, nei circuiti secondari viene utilizzato un circuito di rettifica di due diodi.

Ma anche su un diodo la tensione scende notevolmente rispetto alle tensioni di uscita +12 V, +5 V, +3,3 V.

Le correnti di consumo possono raggiungere 20 A o più e molta potenza verrà dissipata sui diodi.

Di conseguenza, diventeranno molto caldi.

La dissipazione di potenza diminuirà se la tensione diretta attraverso il diodo è inferiore.

Pertanto, in questi casi vengono utilizzati i cosiddetti diodi Schottky, che hanno una caduta di tensione diretta inferiore.

Diodi Schottky

Un diodo Schottky non è costituito da due diversi semiconduttori, ma da un metallo e da un semiconduttore.

La cosiddetta barriera potenziale risultante sarà più piccola.

Gli alimentatori per computer utilizzano doppi diodi Schottky in un pacchetto a tre terminali.

Un tipico rappresentante di tale gruppo è l'SBL2040. La caduta di tensione su ciascuno dei suoi diodi alla corrente massima non supererà (secondo la scheda tecnica) 0,55 V. Se lo controlli con un tester (in modalità test diodi), mostrerà un valore di circa 0,17 V.

La tensione più bassa è dovuta al fatto che attraverso il diodo scorre una corrente molto piccola, lontana dal massimo.

In conclusione, diciamo che il diodo ha un parametro come la tensione inversa massima consentita. Se il diodo è bloccato, ad esso viene applicata una tensione inversa. Quando si sostituiscono i diodi, questo valore deve essere preso in considerazione.

Se in un circuito reale la tensione inversa supera il massimo consentito, il diodo fallirà!

Un diodo è un componente hardware importante nell'elettronica. In quale altro modo potremmo allentare la tensione?

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