Diode-kerneviden forklaret
En diode er en grundlæggende elektronisk enhed lavet af halvledermaterialer (som f.eks. silicium, germaniumeller selen), der består af en PN-forbindelse plus elektrodeledninger og en indkapsling. Den har to elektroder: den anode (positiv terminal) og den katode (negativ terminal).
Grundlæggende arbejdsprincip
Kernekarakteristikken for en diode er ensrettet ledningsevne:
| Spændingstype | Diode-tilstand | Nuværende tilstand |
|---|
| Fremadrettet spænding | Gennemførelse | Strømmen flyder fra anode til katode |
| Omvendt spænding | Afskæring | Kun minimal lækstrøm |
Når forspændingen overstiger tærskelspændingen (ca. 0,7 V for siliciumdioder, 0,3 V for germaniumdioder), leder dioden. Når den omvendte spænding overskrider nedbrydningsspændingen, kan dioden blive beskadiget.
Omfattende diode-klassificering
Klassificering efter struktur og anvendelse
| Type | Karakteristika | Vigtigste applikationer |
|---|
| Diode med punktkontakt | Lille PN-forbindelsesområde, god højfrekvent ydeevne | Højfrekvente detektionskredsløb, koblingskredsløb |
| Forbindelsesdiode | Stort PN-forbindelsesområde, høj strømkapacitet | Strømrettende kredsløb |
| Planar diode | Kontrollerbart PN-forbindelsesområde | Digitale kredsløb (lille område), strømudligning (stort område) |
| Zenerdiode | Fungerer i den omvendte nedbrydningsregion | Spændingsregulering, referencespændingskilder |
| Lysemitterende diode (LED) | Omdanner elektrisk energi til lys | Indikatorlamper, displays og belysning |
| Fotodiode | Omdanner lyssignaler til elektriske signaler | Lysdetektering, fotoelektrisk kontrol, optisk kommunikation |
Dioder med særlige funktioner
- Varaktordioder: Kapacitans varierer med omvendt spænding, bruges i tuningkredsløb
- Schottky-dioder: Lavt fremadrettet spændingsfald, bruges i højhastigheds-switching-applikationer
- Tunnel-dioder: Negativ modstandskarakteristik, bruges i mikrobølgeoscillationskredsløb
Diodekernens egenskaber og parametre
Karakteristisk kurve for strøm-spænding
De elektriske egenskaber ved en diode kan beskrives fuldt ud af dens I-V-karakteristik:
Fremadrettede egenskaber:
Nulspænding → Død zone (næsten ingen strøm) → Tærskelspænding → Ledningsregion (kraftig strømstigning)
Omvendt karakteristik:
Lille baglæns spænding → Mætningsregion (minimal baglæns strøm) → Nedbrydningsspænding → Nedbrydningsregion (kraftig strømstigning)
Tabel over vigtige præstationsparametre
| Parameter | Beskrivelse | Indflydelsesrige faktorer |
|---|
| Maksimal ensretterstrøm | Maksimal gennemsnitlig strøm tilladt på lang sigt | PN-forbindelsesområde, varmeafledningsforhold |
| Omvendt nedbrydningsspænding | Minimum omvendt spænding, der forårsager sammenbrud | Materialets dopingkoncentration, strukturelt design |
| Omvendt mætningsstrøm | Minimal lækstrøm under omvendt forspænding | Temperatur, materialets renhed |
| Overgangskapacitans | Kapacitans-effekt dannet af PN-overgangen | Driftsfrekvens, forbindelsesområde |
| Omvendt gendannelsestid | Tid, der kræves for at skifte fra ledning til fuldstændig afbrydelse | Omskiftningshastighed, materialeegenskaber |
Metoder til test og identifikation af dioder
Teknikker til identifikation af polaritet
- Udseende Mærke Identifikation
- Enden med en trekantet pil angiver den positive terminal
- Mærker med farveprikker/ringe: Normalt er enden med en farveprik positiv, enden med en farvering er negativ
- Differentiering af længde: Længere bly er normalt positivt
- Testmetode med multimeter
- Målingen viser mindre modstand: Sort probe forbindes til positiv terminal
- Diodetesttilstand på digitalt multimeter: Den røde probe forbindes til den positive terminal, når spændingsfaldet vises.
Grundlæggende om performancetest
- Normal diode: Lille modstand fremad, stor modstand bagud
- Bedømmelse af skader: Begge retninger viser lille modstand (kortslutning) eller begge viser stor modstand (åbent kredsløb)
- Test af zenerdioder: Kræver et særligt kredsløb til at teste den regulerede spænding
Detaljerede praktiske diodeanvendelser
1. Anvendelser af ensretterkredsløb
Omdanner vekselstrøm til jævnstrøm og fungerer som kernekomponenter i strømadaptere, opladere og andre enheder.
2. Spændingsregulering og beskyttelse
Udnytter de omvendte nedbrydningsegenskaber for Zener-dioder for at give stabile spændingsreferencer og overspændingsbeskyttelse til kredsløb.
3. Funktioner til signalbehandling
- Detektionskredsløb: Uddrag original information fra modulerede signaler
- Begrænsende kredsløb: Begræns signalamplituden for at forhindre overbelastning
- Fastspændingskredsløb: Fastgør positioner for signalniveau
4. Switching og digitale kredsløb
Fungerer som elektroniske kontakter til at implementere logiske funktioner med hurtig reaktionshastighed og lang levetid.
5. Fotoelektriske anvendelsesområder
- LED-belysning: Energieffektive, miljøvenlige lyskilder med lang levetid
- Fotoelektrisk detektion: Konverterer lyssignaler til elektriske signaler
- Optisk isolering: Opnå elektrisk isolation mellem kredsløb
Overvejelser om valg og brug
Overvejelser om udvælgelse
- Nuværende kapacitet: Vælg en passende maksimal ensretterstrøm baseret på kredsløbets krav
- Spændingsniveau: Den omvendte arbejdsspænding skal være højere end den maksimalt mulige omvendte spænding i kredsløbet
- Frekvens-karakteristik: Vælg typer med lille forbindelseskapacitet til højfrekvente kredsløb
- Temperaturområde: Overvej, hvordan temperaturen i driftsmiljøet påvirker ydeevnen
Forholdsregler ved brug
- Polariteten må ikke vendes om, da det kan medføre kredsløbssvigt eller beskadigelse af enheden.
- Effektdioder kræver opmærksomhed på problemer med varmeafledning
- Kontroller temperatur og tid under lodning for at forhindre termisk skade
- Elektrostatisk følsomme modeller kræver antistatiske foranstaltninger