Des del disseny electrònic fins a la producció i reparació, els díodes s’utilitzen àmpliament per a diverses aplicacions. Són de diferents tipus i transfereixen el corrent elèctric en funció de les propietats i especificacions d’aquest díode en particular. Es tracta principalment de díodes d’unió P-N, díodes fotosensibles, díodes Zener, díodes Schottky, díodes Varactor. Els díodes fotosensibles inclouen LEDs, fotodíodes i cèl·lules fotovoltaiques. Alguns d’aquests s’expliquen breument en aquest article.
1. Diodo de connexió P-N
Una unió P-N és un dispositiu semiconductor, que està format per material semiconductor de tipus P i N. El tipus P té una alta concentració de forats i el tipus N té una alta concentració d’electrons. La difusió de forats és de tipus p a tipus n i la difusió d’electrons és de tipus n a tipus p.
Els ions donants de la regió del tipus n es carreguen positivament a mesura que els electrons lliures passen del tipus n al tipus p. Per tant, es crea una càrrega positiva al costat N de la cruïlla. Els electrons lliures a través de la unió són els ions acceptors negatius omplint els forats, i la figura mostra la càrrega negativa establerta al costat p de la unió.
Un camp elèctric format pels ions positius de la regió de tipus n i els ions negatius de les regions de tipus p. Aquesta regió s’anomena regió de difusió. Atès que el camp elèctric arrossega ràpidament els transportistes lliures, la regió s’esgota de portadors lliures. Un potencial V incorporatamb unaa causa de Ê es forma a la unió es mostra a la figura.
Diagrama funcional del díode d’unió P-N:
Diagrama funcional del díode d’unió P-N
Característiques avançades de la unió P-N:
Quan el terminal positiu de la bateria està connectat al tipus P i el terminal negatiu es connecta al tipus N, s’anomena biaix cap endavant de la unió P-N que es mostra a la figura següent.
Característiques avançades de la unió P-N
Si aquesta tensió externa és superior al valor de la barrera de potencial, aproximadament 0,7 volts per al silici i 0,3 V per a Ge, la barrera de potencial es creua i el corrent comença a fluir a causa del moviment dels electrons a través de la unió i el mateix per als forats.
Característiques de biaix cap endavant de la unió P-N
Característiques inverses de la unió P-N:
Quan es dóna una tensió positiva a la part n i una tensió negativa a la part p del díode, es diu que es troba en condicions de polarització inversa.
Circuit de característiques inverses de la unió P-N
Quan es dóna una tensió positiva a la part N del díode, els electrons es mouen cap a l’elèctrode positiu i l’aplicació de tensió negativa a la part p fa que els forats es moguin cap a l’elèctrode negatiu. Com a resultat, els electrons creuen la unió per combinar-se amb els forats del costat oposat de la unió i viceversa. Com a resultat, es forma una capa d’esgotament que té un camí d’alta impedància amb una barrera de potencial elevada.
Característiques de polarització inversa de la unió P-N
Aplicacions del díode de connexió P-N:
El díode de connexió P-N és un dispositiu sensible a la polaritat de dos terminals, el díode es condueix quan es biaix d’enviament i el díode no es condueix quan es produeix un biaix invers. A causa d'aquestes característiques, el díode d'unió P-N s'utilitza en moltes aplicacions com
- Rectificadors en corrent continu Font d'alimentació
- Circuits de demodulació
- Xarxes de retall i tancament
2. Fotodiode
El fotodiode és una mena de díode que genera corrent proporcional a l'energia de la llum incident. És un convertidor de llum a tensió / corrent que troba aplicacions en sistemes de seguretat, transportadors, sistemes de commutació automàtica, etc. El fotodiode és similar a un LED en construcció, però la seva unió p-n és molt sensible a la llum. La unió p-n es pot exposar o empaquetar amb una finestra per introduir llum a la unió P-N. Sota l’estat esbiaixat cap endavant, el corrent passa de l’ànode al càtode, mentre que en l’estat esbiaixat inversament, la fotocorrent flueix en la direcció inversa. En la majoria dels casos, l’embalatge del fotodiode és similar al LED amb cables d’ànode i càtode que surten de la caixa.
Foto díode
Hi ha dos tipus de fotodíodes: els fotodíodes PN i PIN. La diferència està en el seu rendiment. El fotodiode PIN té una capa intrínseca, de manera que ha de ser polaritzat inversament. Com a resultat de la polarització inversa, l’amplada de la regió d’esgotament augmenta i disminueix la capacitat de la unió p-n. Això permet generar més electrons i forats a la regió d’esgotament. Però un desavantatge de la polarització inversa és que genera corrent de soroll que pot reduir la proporció S / N. Per tant, la polarització inversa només és adequada en aplicacions que requereixen una major ample de banda . El fotodiode PN és ideal per a aplicacions amb poca llum, ja que el funcionament és imparcial.
El fotodiode funciona en dos modes: el mode fotovoltaic i el mode fotoconductor. En el mode fotovoltaic (també anomenat mode de polarització zero), la fotocorrent del dispositiu està restringida i s’acumula una tensió. Ara el fotodiode es troba en un estat esbiaixat cap endavant i un 'corrent fosc' comença a fluir a través de la unió p-n. Aquest flux de corrent fosc es produeix oposat a la direcció de la fotocorrent. El corrent fosc es genera en absència de llum. El corrent fosc és la fotocorrent induïda per la radiació de fons més el corrent de saturació del dispositiu.
El mode fotoconductor es produeix quan el fotodiode està polaritzat inversament. Com a resultat d'això, l'amplada de la capa d'esgotament augmenta i condueix a una reducció de la capacitat de la unió p-n. Això augmenta el temps de resposta del díode. La responsabilitat és la proporció de la fotocorrent generada amb l’energia de llum incident. En el mode fotoconductor, el díode genera només un petit corrent anomenat corrent de saturació o corrent posterior al llarg de la seva direcció. La fotocorrent continua sent la mateixa en aquest estat. La fotocorrent sempre és proporcional a la luminescència. Tot i que el mode fotoconductor és més ràpid que el mode fotovoltaic, el soroll electrònic és superior en el mode fotoconductor. Els fotodíodes basats en silici generen menys soroll que els fotodíodes basats en germani, ja que els fotodíodes de silici tenen una banda major.
3. Diodo Zener
El díode Zener és un tipus de díode que permet el flux de corrent en la direcció cap endavant similar a un díode rectificador, però al mateix temps, pot permetre el flux invers de corrent també quan la tensió és superior al valor de ruptura del Zener. Això sol ser d’un o dos volts més alt que la tensió nominal del Zener i es coneix com a tensió Zener o punt d’allau. El Zener va rebre el seu nom de Clarence Zener, que va descobrir les propietats elèctriques del díode. Els díodes Zener troben aplicacions en la regulació de la tensió i per protegir els dispositius semiconductors de les fluctuacions de tensió. Els díodes Zener s’utilitzen àmpliament com a referències de tensió i com a reguladors de derivació per regular la tensió a través dels circuits.
El díode Zener utilitza la seva unió p-n en el mode de polarització inversa per donar l’efecte Zener. Durant l’efecte Zener o la ruptura de Zener, el Zener manté la tensió propera a un valor constant conegut com a tensió de Zener. El díode convencional també té la propietat de polarització inversa, però si es supera la tensió de polarització inversa, el díode serà sotmès a un corrent elevat i es danyarà. El diode Zener, en canvi, està especialment dissenyat per tenir una tensió de ruptura reduïda anomenada tensió Zener. El díode Zener també presenta la propietat d’una avaria controlada i permet que el corrent mantingui la tensió a través del díode Zener a prop del voltatge de ruptura. Per exemple, un Zener de 10 volts caurà 10 volts en una àmplia gamma de corrents inversos.
Quan el díode Zener està esbiaixat inversament, la seva unió p-n experimentarà un desglossament per allau i el Zener conduirà en la direcció inversa. Sota la influència del camp elèctric aplicat, els electrons de valance s’acceleraran per tocar i alliberar altres electrons. Això acaba amb l’efecte Avalanche. Quan això passa, un petit canvi en la tensió donarà lloc a un gran flux de corrent. La ruptura de Zener depèn del camp elèctric aplicat, així com del gruix de la capa sobre la qual s’aplica la tensió.
El díode Zener requereix una resistència limitadora de corrent en sèrie per restringir el flux de corrent a través del Zener. Normalment, el corrent de Zener es fixa en 5 mA. Per exemple, si s’utilitza un Zener de 10 V amb una font de 12 volts, és ideal un 400 Ohms (el valor gairebé és de 470 Ohms) per mantenir el Zener actual com a 5 mA. Si el subministrament és de 12 volts, hi ha 10 volts a través del díode Zener i 2 volts a través de la resistència. Amb 2 volts a través de la resistència de 400 ohms, el corrent a través de la resistència i Zener serà de 5 mA. Per tant, per regla general s’utilitzen resistències de 220 Ohms a 1K en sèrie amb el Zener, en funció de la tensió d’alimentació. Si el corrent a través del Zener és insuficient, la sortida no serà regulada i serà inferior a la tensió nominal de ruptura.
La següent fórmula és útil per determinar el corrent a través del Zener:
Zener = (VIn - V Out) / R Ohms
El valor de la resistència R ha de complir dues condicions.
- Ha de ser un valor baix per permetre una intensitat suficient a través del Zener
- La potència nominal de la resistència ha de ser prou alta com per protegir el Zener.
Crèdit fotogràfic:
