Halvledare har en resistivitet som ligger mellan ledare och isolatorer. Det finns också effekten av temperatur på ledningsförmågan hos halvledare, när en lämplig metallisk förorening läggs till den, ändras de ledande egenskaperna hos halvledare. Halvledare är av två typer: Inre halvledare och Extrinsic halvledare.
Det yttersta valensskalet på en atom innehåller löst bundna elektroner. När valenselektronerna för sådana två typer av atomer är nära varandra, då kombineras valenselektronerna för båda dessa atomer för att bilda ”elektronpar”. Denna typ av bindning är en kovalent bindning eftersom de är svaga till sin natur.
Vissa elektroner tenderar att flytta sig från sin plats och bryta de kovalenta bindningarna, på grund av den termiska energin som tillförs kristallen. Dessa brutna kovalenta bindningar skapar fritt utrymme på grund av fri elektron som vandrar slumpmässigt. detta fria utrymme som skapas genom att elektroner avlägsnas kallas ett hål.
Vad är en diod?
En diod består av två ord, dvs ”Di” betyder två och ”Ode” betyder elektroder, vilket betyder att en enhet eller komponent har två elektroder, (dvs katod och anod). En diod är en elektronisk enhet som har en två-terminal enkelriktad strömförsörjning. En halvledardiod är den första dioden som bildas i elektroniska halvledarenheter, efter det var det massor av nya innovationer som äger rum. men den vanligaste dioden som används är en halvledardiod.
En diod har två terminaler som har ett lågt motstånd mot strömflödet i en riktning, det är lågt motstånd på ena sidan och högt motstånd i den andra, vilket begränsar strömflödet i en riktning. Halvledardioder är enheter med två terminaler som består av en p-n-övergång och metallkontakter i sina två ändar.
Material som används för att tillverka diod är: Germanium, kisel och germaniumarsenid etc.
Konstruktion av diod
Vi vet att det finns två typer av halvledarmaterial: Inre och Extrinsic halvledare. I inre halvledare är koncentrationen av elektroner och hål lika vid rumstemperatur. I en yttre halvledare läggs föroreningar till halvledaren för att öka antalet elektroner eller antalet hål. Dessa föroreningar är femvärda (arsenik, antimon, fosfor) eller trevärda (bor, indium, aluminium).
En halvledardiod har två lager. ett skikt är av p-typ och det andra är av n-typ halvledare.
Om vi lägger till trevärda föroreningar i en halvledare (kisel och germanium) finns ett större antal hål och det är en positiv laddning. därför är denna typ av lager känd som lager av p-typ.
Om vi lägger till femvärda föroreningar i halvledare (kisel eller germanium), på grund av överskott av elektroner finns en negativ laddning. därför är denna typ av skikt känd som n-typ skikt.
Diodens funktion
I området av N-typ är de flesta laddningsbärarna elektroner och minoritetens laddningsbärare är hål. Medan i området P-typ är majoriteten av laddningsbärarna hål och negativa laddningsbärare är elektroner. På grund av koncentrationsskillnaden sker diffusionen i majoritetsladdningsbärare och de rekombinerar med den motsatta laddningen. Det gör en positiv eller negativ jon. de samlas nära korsningen. och denna region är känd som utarmningsregionen.
När anod eller p-typ av dioden är ansluten till en negativ pol och n-typ eller katod är ansluten till den positiva polen på ett batteri, är denna typ av diod kopplad i omvänd förspänning.
När anod eller p-typ är ansluten till en positiv terminal och n-typ eller katod är ansluten till batteriets minuspol, är denna typ av diod ansluten i framåtförspänning.
Framåtspänd
Förspänningshalvledare är ansluten till extern källa. När halvledaren av p-typ är ansluten till den positiva polen på källan eller batteriet och den negativa polen till n-typen, då sägs denna typ av övergång vara framåtspänd. I framåtförspänning är riktningen för det inbyggda elektriska fältet nära korsningen och det pålagda elektriska fältet motsatt i riktning. Detta betyder att det resulterande elektriska fältet har en storlek som är mindre än det inbyggda elektriska fältet. på grund av detta finns det mindre resistivitet och därför är utarmningsområdet tunnare. I kisel, vid spänningen 0,6 V, blir resistansen i utarmningsområdet helt försumbar.
Omvänd förspänning
I den omvända förspänningen är n-typen ansluten till den positiva polen och p-typen är ansluten till batteriets negativa pol. I det här fallet är det pålagda elektriska fältet och det inbyggda elektriska fältet i samma riktning och resultatet av det elektriska fältet har högre magnitud än det inbyggda elektriska fältet som skapar ett mer resistivt, därför är utarmningsområdet tjockare. Om den pålagda spänningen blir större, blir utarmningsområdet mer resistivt och tjockare.
Opartisk diod
När det inte finns någon extern källa som appliceras på halvledare är det känt som en opartisk diod. Det elektriska fältet byggs upp över utarmningsskiktet mellan p-typ och n-typ material. Detta händer på grund av obalanserat nej. av elektroner och hål på grund av dopning. Vid rumstemperatur, för en kiseldiod, är 0,7V barriärpotential.
Typer av halvledardioder
Det finns olika typer av halvledardioder:
LED – Termen LED är Light Emitting Diode, det är den mest användbara typen av diod, när dioden är fäst i frammatning, producerar den då ström som flyter genom korsningen ljus.
Zenerdiod – Zenerdiod är en typ av diod, den tillåter strömflöde i framåtriktning, den kan också fungera i omvänd nedbrytning men i haveristillstånd, Zenerdiod har en tillämpning inom spänningsreglering, Zenerdioden använder p-n-övergång i omvänt bias-läge, för att ge Zener-effekt.
Tunneldiod – Tunneldioden används för mikrovågsapplikationer.
Variabel kapacitansdiod – Denna typ av diod kallas också VARICAP-diod, även om utgången av variabel kapacitans kan uppvisa den allmänna p-n-övergångsdioden men denna diod är godkänd för att ge den föredragna kapacitansändringen eftersom de är olika typer av dioder.
Fotodiod – Den här typen av diod som producerar ström vid en viss mängd ljusenergi faller över den. I tillståndet för att vidarebefordra förspänningsströmöverföring från p till n, medan det i omvänd riktning fotoströmflöde i motsatt riktning finns två typer av fotodioder dvs PN-fotodiod och PIN-fotodiod.
Dioder finns i många former, storlekar och funktioner, men en funktion som alla dioder har gemensamt är deras förmåga att bara låta elektricitet flöda i en riktning. Dioder klassificeras som passiva komponenter eftersom de inte kan styras av en extern elektrisk signal. Andra exempel på passiva komponenter inkluderar motstånd, kondensatorer och induktorer.
Diodernas historia – Vad är en diod?
Den första dioden byggdes med en bit blysulfidkristall och en liten bit tråd som berör dess yta. Användningen av den tunna tråden gav den namnet ”cat whisker” och var en kritisk komponent inom radioteknik.
Vid sändning av ljudvågor (som röst och musik) moduleras en högfrekvent bärvåg (hundratals megahertz) med den lågfrekventa ljudvågen. Den högfrekventa bärvågen skapar radiovågor i sändaren, och variationen i uteffekt är det som håller ljudinformationen. Mottagaren måste ta denna radiovåg och ta bort den högfrekventa bärvågen så att den lågfrekventa ljudvågen kan matas in i en högtalare.
Moderna metoder för att uppnå detta skulle vara att använda en lokaloscillator och subtraktor som kan isolera bärvågen, men sådana metoder fanns inte i de första radioapparaterna. Istället skulle en cat-whisker användas som istället skulle korrigera den inkommande radiovågen.
När den väl är likriktad används en kondensator för att ta bort den högfrekventa vågen (eftersom dessa passerar igenom kondensatorer lätt), medan den lågfrekventa ljudvågen skulle ignorera kondensatorn. Denna signal skulle sedan förstärkas med användning av en ventilförstärkare med den resulterande förstärkta vågen som skickas till en högtalare.
Allt eftersom tekniken fortskred blev dioder standardiserade i konstruktionen, varierade i tillämpningar och bättre material upptäcktes. Till exempel används kiseldioder i allmänhet i signalbehandlingstillämpningar medan metallkiseldioder (d.v.s. Schottky) används i kraftlikriktarapplikationer.
Diodkonstruktion – Vad är dioder gjorda av?
Den mest grundläggande (och vanliga), dioden idag är kiseldioden som består av två delar av halvledare; N och P-typ. När dessa två materialstycken är inklämda, erhåller det resulterande materialet diodegenskaper varigenom konventionell ström endast kan flöda från P till N-regionen (elektronflödet är motsatsen till detta med elektroner som strömmar från N-materialet till P-materialet).
Som vi har tittat på tidigare är den verkliga världen långt ifrån idealisk, och detsamma gäller dioder. Den ideala dioden har inget spänningsfall över sig och förbrukar ingen ström. Men riktiga dioder har i själva verket ett spänningsfall över sig, och som sådan avleder värme när de leder elektricitet.
Detta spänningsfall över en diod kallas dess framspänning, och detta nummer beror på diodtypen. Kiseldioder har till exempel en framspänning på 0,7V, Schottky-dioder har en framspänning på mellan 0,15V och 0,46V och germaniumdioder har ett framspänningsfall på 0,2V. Framspänningen kan ses som den minsta spänning som behövs för att slå på dioden så att den kan leda elektricitet. Detta är ytterligare en faktor som måste beaktas; dioder kommer inte att leda någon elektricitet förrän spänningen på dem är större än deras framspänning!
Intressant nog ändras framspänningen knappt över en diod när den väl blir ledande. Detta kan vara användbart för att skapa spänningsreferenser som inte ändras med strömförsörjningen.
Dioder i parallell
Som vilken komponent som helst har dioder effektklasser, vilket betyder att de bara kan hantera så mycket ström. I teorin kan flera dioder användas parallellt för att skapa en mer kraftfull diod, men verkligheten är att detta inte kan göras. Eftersom dioder kan variera i framspänning, kan flera dioder parallellt upptäcka att endast en av didoerna fungerar medan de andra inte kan uppnå den framåtspänning de behöver. Detta leder till att varje diod en efter en överhettas och poppar.
Dioder KAN användas parallellt men ENDAST om ett seriemotstånd används. Seriemotståndet gör det möjligt för varje diod att uppnå sina nödvändiga framåtspänningsfall, men nackdelen med denna metod är att varje motstånd kommer att ha ström som flyter genom dem och därmed försvinner ström.
Dioder i serie
Dioder i serie är otroligt användbara för att skapa spänningsreferenser. Om till exempel kiseldioder används kommer varje diodserie att ha 0,7V över sig. Därför, om tre dioder används i serie, är spänningsfallet över alla tre 0,7V x 3 = 2,1V. Så länge som inspänningen är större än 2,1V kommer detta spänningsvärde över de tre dioderna alltid att bibehållas.
Om inte själva strömmen bearbetas kräver dioder ett seriemotstånd för att förhindra att de leder för mycket ström. Detsamma gäller spänningsreferenser; ett lämpligt motstånd i serie behövs för att säkerställa att spänningsreferensen inte leder för mycket ström.
Generellt sett kan en spänningsreferens göras för att förbruka en otroligt liten mängd ström (mindre än 0,1mA), eftersom spänningsreferenser kan matas in i en buffert som kommer att replikera spänningsreferensspänningen. Spänningsreferenser är en avgörande komponent i fasta spänningsregulatorer som 7805, som producerar en konstant 5V på sin utgång.
