Wat is een diode?

Een diode is een elektronische component met twee aansluitingen, beperkt de doorstroming stroom in de ene richting en laat het vrij stromen in de tegenovergestelde richting. Het heeft veel toepassingen in elektronische schakelingen en kan worden gebruikt om gelijkrichters, omvormers en generatoren te bouwen.

In dit artikel zullen we nemen blik wat is een diode en hoe werkt het. We zullen ook kijken naar enkele van de veelvoorkomende toepassingen ervan in elektronische schakelingen. Dus laten we beginnen!

Hoe werkt een diode?

Een diode is een elektronisch apparaat dat laat stroom moet in één richting stromen. Ze zijn meestal te vinden in elektrische circuits. Ze werken op basis van het halfgeleidermateriaal waaruit ze zijn gemaakt, dat van het N-type of het P-type kan zijn. Als de diode van het N-type is, zal deze alleen stroom doorlaten als er spanning wordt aangelegd in dezelfde richting als de pijl van de diode, terwijl P-type diodes alleen stroom doorlaten als er spanning wordt aangelegd in de tegenovergestelde richting van de pijl.

Het halfgeleidermateriaal laat stroom vloeien, creërenduitputtingsgebied', dit is het gebied waar elektronen verboden zijn. Nadat de spanning is aangelegd, bereikt de uitputtingszone beide uiteinden van de diode en kan er stroom doorheen stromen. Dit proces heet "voorwaartse vooringenomenheid.

Als er spanning op staat наоборот halfgeleidermateriaal, omgekeerde bias. Hierdoor zal de uitputtingszone zich uitstrekken vanaf slechts één uiteinde van de terminal en zal de stroom stoppen. Dit komt omdat als spanning langs dezelfde route zou worden aangelegd als de pijl op een P-type halfgeleider, de P-type halfgeleider zich zou gedragen als een N-type omdat het elektronen in de tegenovergestelde richting van de pijl zou laten bewegen.

Diodestroom

Waar worden diodes voor gebruikt?

Diodes worden gebruikt voor overzetten gelijkstroom naar wisselstroom, terwijl de omgekeerde geleiding van elektrische ladingen wordt geblokkeerd. Dit hoofdbestanddeel zit ook in dimmers, elektromotoren en zonnepanelen.

Diodes worden gebruikt in computers voor bescherming elektronische computercomponenten tegen schade als gevolg van stroompieken. Ze verminderen of blokkeren de spanning die hoger is dan vereist door de machine. Het vermindert ook het stroomverbruik van de computer, bespaart stroom en vermindert de warmte die in het apparaat wordt gegenereerd. Diodes worden gebruikt in hoogwaardige apparaten zoals ovens, vaatwassers, magnetrons en wasmachines. Ze worden in deze apparaten gebruikt als bescherming tegen повреждение door stroompieken veroorzaakt door stroomstoringen.

Toepassing van diodes

• correctie
• Als een schakelaar
• Bronisolatiecircuit
• Als referentiespanning
• Frequentie mixer
• Tegenstroombeveiliging
• Bescherming tegen omgekeerde polariteit
• Overspanningsbeveiliging
• AM-omhullende detector of demodulator (diodedetector)
• Als een bron van licht
• In het circuit van de positieve temperatuursensor
• In het lichtsensorcircuit
• Zonnebatterij of fotovoltaïsche batterij
• Als een tondeuse
• Als een houder

Geschiedenis van de diode

Het woord "diode" komt van Греческий het woord "diodous" of "diodos". Het doel van een diode is om elektriciteit in slechts één richting te laten stromen. Een diode kan ook een elektronische klep worden genoemd.

Was gevonden Hendrik Jozef Ronde door zijn experimenten met elektriciteit in 1884. Deze experimenten werden uitgevoerd met behulp van een glazen vacuümbuis, waarin zich aan beide uiteinden metalen elektroden bevonden. De kathode heeft een plaat met een positieve lading en de anode heeft een plaat met een negatieve lading. Als er stroom door de buis ging, zou deze oplichten, wat aangeeft dat er energie door het circuit stroomde.

Wie heeft de diode uitgevonden

Hoewel de eerste halfgeleiderdiode in 1906 werd uitgevonden door John A. Fleming, wordt hij toegeschreven aan William Henry Price en Arthur Schuster voor het onafhankelijk uitvinden van het apparaat in 1907.

William Henry Preece en Arthur Schuster

Diode typen

• Kleine signaaldiode
• Grote signaaldiode
• Stabilitron
• lichtgevende diode (LED)
• DC-dioden
• Schottky-diode
• Shockley-diode
• Stap herstel diodes
• tunneldiode
• Varactor-diode
• laserdiode
• Transiënte onderdrukkingsdiode
• Goud gedoteerde diodes
• Super barrière diodes
• Peltier-diode
• kristallen diode
• Lawine diode
• Silicium gestuurde gelijkrichter
• Vacuüm diodes
• PIN-diode
• contactpunt
• Diode Hanna

Kleine signaaldiode

Een kleine signaaldiode is een halfgeleiderapparaat met snel schakelvermogen en een lage geleidingsspanningsval. Het biedt een hoge mate van bescherming tegen schade door elektrostatische ontlading.

Grote signaaldiode

Een grote signaaldiode is een type diode dat signalen op een hoger vermogensniveau verzendt dan een kleine signaaldiode. Een grote signaaldiode wordt meestal gebruikt om AC naar DC om te zetten. Een grote signaaldiode zal het signaal zonder vermogensverlies doorgeven en is goedkoper dan een elektrolytische condensator.

Een ontkoppelingscondensator wordt vaak gebruikt in combinatie met een grote signaaldiode. Het gebruik van dit apparaat beïnvloedt de tijdelijke reactietijd van het circuit. De ontkoppelingscondensator helpt spanningsfluctuaties als gevolg van impedantieveranderingen te beperken.

Stabilitron

Een zenerdiode is een speciaal type dat alleen elektriciteit geleidt in het gebied direct onder de directe spanningsval. Dit betekent dat wanneer een aansluiting van een zenerdiode wordt bekrachtigd, de stroom van de andere aansluiting naar de bekrachtigde aansluiting kan gaan. Het is belangrijk dat dit apparaat op de juiste manier wordt gebruikt en geaard is, anders kan het uw circuit permanent beschadigen. Het is ook belangrijk dat dit apparaat buitenshuis wordt gebruikt, omdat het defect raakt als het in een vochtige omgeving wordt geplaatst.

Wanneer er voldoende stroom op de zenerdiode wordt gezet, ontstaat er een spanningsval. Als deze spanning de doorslagspanning van de machine bereikt of overschrijdt, kan er stroom van één terminal stromen.

lichtgevende diode (LED)

Een lichtemitterende diode (LED) is gemaakt van een halfgeleidermateriaal dat licht uitzendt wanneer er voldoende elektrische stroom doorheen gaat. Een van de belangrijkste eigenschappen van LED's is dat ze zeer efficiënt elektrische energie omzetten in optische energie. LED's worden ook gebruikt als indicatielampjes om doelen aan te geven op elektronische apparaten zoals computers, klokken, radio's, televisies, enzovoort.

De LED is een uitstekend voorbeeld van de ontwikkeling van microchiptechnologie en heeft aanzienlijke veranderingen op het gebied van verlichting mogelijk gemaakt. LED's gebruiken ten minste twee halfgeleiderlagen om licht te genereren, één pn-overgang om dragers (elektronen en gaten) te genereren, die vervolgens naar tegenoverliggende zijden van een "barrière" -laag worden gestuurd die gaten aan de ene kant en elektronen aan de andere kant opvangt. . De energie van de gevangen dragers recombineert in een "resonantie" die bekend staat als elektroluminescentie.

LED wordt beschouwd als een efficiënte vorm van verlichting omdat het samen met het licht weinig warmte afgeeft. Het heeft een langere levensduur dan gloeilampen, die tot 60 keer langer meegaan, een hogere lichtopbrengst hebben en minder giftige emissies uitstoten dan traditionele fluorescentielampen.

Het grootste voordeel van LED's is het feit dat ze heel weinig stroom nodig hebben om te werken, afhankelijk van het type LED. Het is nu mogelijk om LED's te gebruiken met voedingen variërend van zonnecellen tot batterijen en zelfs wisselstroom (AC).

Er zijn veel verschillende soorten LED's en ze zijn er in verschillende kleuren, waaronder rood, oranje, geel, groen, blauw, wit en meer. Tegenwoordig zijn leds verkrijgbaar met een lichtstroom van 10 tot 100 lumen per watt (lm/W), wat bijna hetzelfde is als conventionele lichtbronnen.

DC-dioden

Een constante stroomdiode, of CCD, is een type spanningsregelaardiode voor voedingen. De belangrijkste functie van de CCD is het verminderen van uitgangsvermogensverliezen en het verbeteren van de spanningsstabilisatie door de fluctuaties te verminderen wanneer de belasting verandert. De CCD kan ook worden gebruikt om DC-ingangsvermogensniveaus aan te passen en DC-niveaus op de uitgangsrails te regelen.

Schottky-diode

Schottky-diodes worden ook wel hot carrier-diodes genoemd.

De Schottky-diode is uitgevonden door Dr. Walter Schottky in 1926. De uitvinding van de Schottky-diode heeft ons in staat gesteld om LED's (light emitting diodes) als betrouwbare signaalbronnen te gebruiken.

De diode heeft een zeer gunstig effect bij gebruik in hoogfrequente circuits. De Schottky-diode bestaat hoofdzakelijk uit drie componenten; P, N en metaal-halfgeleiderovergang. Het ontwerp van dit apparaat is zodanig dat er een scherpe overgang wordt gevormd in de vaste halfgeleider. Hierdoor kunnen dragers overgaan van halfgeleider naar metaal. Dit helpt op zijn beurt om de doorlaatspanning te verminderen, wat op zijn beurt vermogensverliezen vermindert en de schakelsnelheid van apparaten die Schottky-diodes gebruiken met een zeer grote marge verhoogt.

Shockley-diode

De Shockley-diode is een halfgeleiderapparaat met een asymmetrische opstelling van elektroden. De diode zal stroom in één richting geleiden en veel minder als de polariteit is omgekeerd. Als er een externe spanning over de Shockley-diode wordt gehandhaafd, zal deze geleidelijk voorwaarts voorspannen naarmate de aangelegde spanning toeneemt, tot een punt dat "afsnijspanning" wordt genoemd, waarop er geen merkbare stroom is omdat alle elektronen opnieuw combineren met de gaten . Voorbij de uitschakelspanning op de grafische weergave van de stroom-spanningskarakteristiek, is er een gebied met negatieve weerstand. De Shockley zal fungeren als een versterker met negatieve weerstandswaarden in dit bereik.

Het werk van Shockley kan het best worden begrepen door het op te splitsen in drie delen die bekend staan ​​als regio's, de stroom in de omgekeerde richting van beneden naar boven is respectievelijk 0, 1 en 2.

In gebied 1, wanneer een positieve spanning wordt aangelegd voor voorwaartse voorspanning, diffunderen elektronen in de n-type halfgeleider vanuit het p-type materiaal, waar een "uitputtingszone" wordt gevormd als gevolg van de vervanging van meerderheidsdragers. De uitputtingszone is het gebied waar ladingsdragers worden verwijderd wanneer een spanning wordt aangelegd. De uitputtingszone rond de pn-overgang voorkomt dat er stroom door de voorkant van het unidirectionele apparaat stroomt.

Wanneer elektronen de n-zijde binnenkomen vanaf de p-type zijde, wordt een "uitputtingszone" gevormd in de overgang van beneden naar boven totdat het gatenstroompad wordt geblokkeerd. Gaten die van boven naar beneden bewegen, recombineren met elektronen die van beneden naar boven bewegen. Dat wil zeggen, tussen de uitputtingszones van de geleidingsband en de valentieband verschijnt een "recombinatiezone", die de verdere stroom van de hoofddragers door de Shockley-diode verhindert.

De stroom wordt nu geregeld door een enkele drager, die de minderheidsdrager is, d.w.z. elektronen in dit geval voor een n-type halfgeleider en gaten voor een p-type materiaal. We kunnen dus zeggen dat hier de stroomstroom wordt gecontroleerd door de meerderheidsdragers (gaten en elektronen) en dat de stroom onafhankelijk is van de aangelegde spanning zolang er voldoende vrije ladingsdragers zijn om te geleiden.

In gebied 2 recombineren elektronen die worden uitgezonden vanuit de uitputtingszone met gaten aan de andere kant en creëren nieuwe meerderheidsdragers (elektronen in een p-type materiaal voor een n-type halfgeleider). Wanneer deze gaten de uitputtingszone binnengaan, voltooien ze het huidige pad door de Shockley-diode.

In gebied 3, wanneer een externe spanning wordt aangelegd voor spervoorspanning, verschijnt een ruimteladingsgebied of een uitputtingszone in de overgang, bestaande uit zowel meerderheids- als minderheidsdragers. De elektron-gatparen worden gescheiden doordat er een spanning over wordt aangelegd, wat resulteert in een driftstroom door de Shockley. Hierdoor vloeit er een kleine hoeveelheid stroom door de Shockley-diode.

Stap herstel diodes

Een staphersteldiode (SRD) is een halfgeleiderapparaat dat een vaste, onvoorwaardelijk stabiele geleidingstoestand tussen zijn anode en kathode kan bieden. De overgang van de uit-stand naar de aan-stand kan worden veroorzaakt door negatieve spanningspulsen. Als hij aan staat, gedraagt ​​de SRD zich als een perfecte diode. Wanneer deze is uitgeschakeld, is de SRD overwegend niet-geleidend met enige lekstroom, maar over het algemeen niet genoeg om in de meeste toepassingen aanzienlijk vermogensverlies te veroorzaken.

De onderstaande afbeelding toont golfvormen voor stapherstel voor beide typen SRD's. De bovenste curve toont het snelle hersteltype, dat een grote hoeveelheid licht uitstraalt wanneer het in de uit-stand gaat. De onderste curve toont daarentegen een ultrasnelle hersteldiode die is geoptimaliseerd voor gebruik op hoge snelheid en die slechts een verwaarloosbare zichtbare straling vertoont tijdens de aan-naar-uit-overgang.

Om de SRD in te schakelen, moet de anodespanning de machinedrempelspanning (VT) overschrijden. De SRD wordt uitgeschakeld wanneer de anodepotentiaal kleiner is dan of gelijk is aan de kathodepotentiaal.

tunneldiode

Een tunneldiode is een vorm van kwantumtechniek die twee stukken van een halfgeleider neemt en één stuk verbindt met de andere kant naar buiten gericht. De tunneldiode is uniek omdat de elektronen door de halfgeleider stromen in plaats van eromheen. Dit is een van de belangrijkste redenen waarom dit type techniek zo uniek is, omdat geen enkele andere vorm van elektronentransport tot nu toe zo'n prestatie heeft kunnen leveren. Een van de redenen waarom tunneldiodes zo populair zijn, is dat ze minder ruimte innemen dan andere vormen van kwantumtechniek en bovendien in veel toepassingen op veel gebieden kunnen worden gebruikt.

Varactor-diode

Een varactordiode is een halfgeleider die wordt gebruikt in een spanningsgeregelde variabele capaciteit. De varactordiode heeft twee aansluitingen, één aan de anodezijde van de PN-overgang en de andere aan de kathodezijde van de PN-overgang. Wanneer u een spanning op een varactor toepast, kan er een elektrisch veld ontstaan ​​dat de breedte van de uitputtingslaag verandert. Dit zal de capaciteit effectief veranderen.

laserdiode

Een laserdiode is een halfgeleider die coherent licht uitzendt, ook wel laserlicht genoemd. De laserdiode zendt gerichte parallelle lichtstralen uit met geringe divergentie. Dit in tegenstelling tot andere lichtbronnen, zoals conventionele LED's, waarvan het uitgestraalde licht sterk divergerend is.

Laserdiodes worden gebruikt voor optische opslag, laserprinters, barcodescanners en glasvezelcommunicatie.

Transiënte onderdrukkingsdiode

Een transiënte spanningsonderdrukkingsdiode (TVS) is een diode die is ontworpen om te beschermen tegen spanningspieken en andere soorten transiënten. Het is ook in staat spanning en stroom te scheiden om te voorkomen dat hoogspanningstransiënten de elektronica van de chip binnendringen. De TVS-diode geleidt niet tijdens normaal bedrijf, maar alleen tijdens de transiënt. Tijdens de elektrische transiënt kan de TVS-diode werken met zowel snelle dv/dt-pieken als grote dv/dt-pieken. Het apparaat bevindt zich meestal in de ingangscircuits van microprocessorcircuits, waar het schakelsignalen met hoge snelheid verwerkt.

Goud gedoteerde diodes

Gouddiodes zijn te vinden in condensatoren, gelijkrichters en andere apparaten. Deze diodes worden voornamelijk gebruikt in de elektronica-industrie omdat ze niet veel spanning nodig hebben om elektriciteit te geleiden. Diodes gedoteerd met goud kunnen worden gemaakt van p-type of n-type halfgeleidermaterialen. De met goud gedoteerde diode geleidt elektriciteit efficiënter bij hoge temperaturen, vooral in n-type diodes.

Goud is geen ideaal materiaal voor het doteren van halfgeleiders, omdat goudatomen te groot zijn om gemakkelijk in halfgeleiderkristallen te passen. Dit betekent dat goud meestal niet erg goed diffundeert in een halfgeleider. Een manier om de grootte van de goudatomen te vergroten, zodat ze kunnen diffunderen, is door zilver of indium toe te voegen. De meest gebruikte methode om halfgeleiders met goud te doteren, is het gebruik van natriumboorhydride, dat helpt bij het creëren van een legering van goud en zilver in het halfgeleiderkristal.

Diodes gedoteerd met goud worden vaak gebruikt in hoogfrequente vermogenstoepassingen. Deze diodes helpen de spanning en stroom te verminderen door energie terug te winnen uit de tegen-EMK van de interne weerstand van de diode. Met goud gedoteerde diodes worden gebruikt in machines zoals weerstandsnetwerken, lasers en tunneldiodes.

Super barrière diodes

Superbarrièrediodes zijn een type diode dat kan worden gebruikt in hoogspanningstoepassingen. Deze diodes hebben een lage doorlaatspanning bij een hoge frequentie.

Superbarrièrediodes zijn een zeer veelzijdig type diode, omdat ze over een breed scala aan frequenties en spanningen kunnen werken. Ze worden voornamelijk gebruikt in stroomschakelcircuits voor stroomdistributiesystemen, gelijkrichters, motoraandrijfomvormers en voedingen.

De superbarrier-diode bestaat voornamelijk uit siliciumdioxide waaraan koper is toegevoegd. De superbarrier-diode heeft verschillende ontwerpopties, waaronder een planaire germanium-superbarrier-diode, een junction-superbarrier-diode en een isolerende super-barrier-diode.

Peltier-diode

De Peltier-diode is een halfgeleider. Het kan worden gebruikt om een ​​elektrische stroom op te wekken als reactie op thermische energie. Dit apparaat is nog nieuw en nog niet volledig begrepen, maar het lijkt erop dat het nuttig kan zijn om warmte om te zetten in elektriciteit. Dit kan worden gebruikt voor boilers of zelfs in auto's. Dit zou het gebruik van warmte mogelijk maken die wordt gegenereerd door een verbrandingsmotor, wat meestal verspilde energie is. Het zou de motor ook efficiënter laten draaien, omdat hij niet zoveel vermogen hoeft te produceren (en dus minder brandstof verbruikt), maar in plaats daarvan zou een Peltier-diode de afvalwarmte omzetten in stroom.

kristallen diode

Kristaldiodes worden vaak gebruikt voor smalbandfiltering, oscillatoren of spanningsgestuurde versterkers. De kristaldiode wordt beschouwd als een speciale toepassing van het piëzo-elektrische effect. Dit proces helpt bij het genereren van spannings- en stroomsignalen met behulp van hun inherente eigenschappen. Kristaldiodes worden ook vaak gecombineerd met andere circuits die versterking of andere gespecialiseerde functies bieden.

Lawine diode

Een lawinediode is een halfgeleider die een lawine genereert van een enkel elektron van de geleidingsband naar de valentieband. Het wordt gebruikt als gelijkrichter in hoogspanningsgelijkstroomcircuits, als infraroodstralingsdetector en als fotovoltaïsche machine voor ultraviolette straling. Het lawine-effect verhoogt de voorwaartse spanningsval over de diode, zodat deze veel kleiner kan worden gemaakt dan de doorslagspanning.

Silicium gestuurde gelijkrichter

De Silicon Controlled Rectifier (SCR) is een thyristor met drie aansluitingen. Het is ontworpen om te werken als een schakelaar in magnetrons om het vermogen te regelen. Het kan worden geactiveerd door stroom of spanning, of beide, afhankelijk van de poortuitgangsinstelling. Wanneer de poortpen negatief is, kan er stroom door de SCR stromen, en wanneer deze positief is, blokkeert deze de stroom die door de SCR stroomt. De locatie van de poortpen bepaalt of de stroom passeert of wordt geblokkeerd wanneer deze op zijn plaats zit.

Vacuüm diodes

Vacuümdioden zijn een ander type diode, maar in tegenstelling tot de andere typen worden ze gebruikt in vacuümbuizen om de stroom te regelen. Vacuümdiodes laten stroom lopen met een constante spanning, maar hebben ook een stuurrooster dat die spanning verandert. Afhankelijk van de spanning in het stuurrooster laat de vacuümdiode de stroom toe of stopt deze. Vacuümdiodes worden gebruikt als versterkers en oscillatoren in radio-ontvangers en zenders. Ze dienen ook als gelijkrichters die wisselstroom omzetten in gelijkstroom voor gebruik door elektrische apparaten.

PIN-diode

PIN-diodes zijn een soort pn-junctiediode. Over het algemeen zijn pincodes een halfgeleider die een lage weerstand vertoont wanneer er spanning op wordt gezet. Deze lage weerstand zal toenemen naarmate de aangelegde spanning toeneemt. Pincodes hebben een drempelspanning voordat ze geleidend worden. Dus als er geen negatieve spanning wordt aangelegd, zal de diode pas stroom doorlaten als deze waarde is bereikt. De hoeveelheid stroom die door het metaal vloeit, hangt af van het potentiaalverschil of de spanning tussen beide aansluitingen en er zal geen lekkage zijn van de ene aansluiting naar de andere.

Puntcontactdiode

Een puntdiode is een eenrichtingsapparaat dat een RF-signaal kan verbeteren. Point-Contact wordt ook wel een non-junction transistor genoemd. Het bestaat uit twee draden die zijn bevestigd aan een halfgeleidermateriaal. Wanneer deze draden elkaar raken, ontstaat er een "knelpunt" waar de elektronen elkaar kunnen kruisen. Dit type diode wordt met name gebruikt bij AM-radio's en andere apparaten om ze in staat te stellen RF-signalen te detecteren.

Diode Hanna

De Gunn-diode is een diode die bestaat uit twee anti-parallelle pn-overgangen met een asymmetrische barrièrehoogte. Dit resulteert in een sterke onderdrukking van de stroom van elektronen in de voorwaartse richting, terwijl de stroom nog steeds in de omgekeerde richting vloeit.

Deze apparaten worden vaak gebruikt als microgolfgeneratoren. Ze werden rond 1959 uitgevonden door J.B. Gann en A.S. Newell bij het Royal Post Office in het Verenigd Koninkrijk, waar de naam vandaan komt: "Gann" is een afkorting van hun namen, en "diode" omdat ze aan gasapparaten werkten (Newell werkte eerder aan het Edison Institute of Communications). Bell Laboratories, waar hij werkte aan halfgeleiderapparaten).

De eerste grootschalige toepassing van Gunn-diodes was de eerste generatie Britse militaire UHF-radioapparatuur, die rond 1965 in gebruik werd genomen. Militaire AM-radio's maakten ook veel gebruik van Gunn-diodes.

Het kenmerk van de Gunn-diode is dat de stroom slechts 10-20% is van die van een conventionele siliciumdiode. Bovendien is de spanningsval over de diode ongeveer 25 keer minder dan een conventionele diode, typisch 0 mV bij kamertemperatuur gedurende XNUMX.

Video uitleg

Wat is een diode - Elektronica-zelfstudie voor beginners

Conclusie

We hopen dat je hebt geleerd wat een diode is. Als je meer wilt weten over hoe dit geweldige onderdeel werkt, bekijk dan onze artikelen op de pagina over diodes. We vertrouwen erop dat je alles wat je hebt geleerd ook deze keer toepast.