반도체 다이오드는 전기 공학 및 전자 분야에서 널리 사용됩니다. 저렴한 비용과 우수한 전력 대 크기 비율로 인해 유사한 목적의 진공 장치를 빠르게 대체했습니다.
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반도체 다이오드의 장치 및 작동 원리
반도체 다이오드는 반도체(실리콘, 게르마늄 등)로 이루어진 두 영역(층)으로 구성됩니다. 한 영역에는 과잉 자유 전자(n-반도체)가 있고 다른 영역에는 결핍(p-반도체)이 있습니다. 이는 기본 물질을 도핑하여 달성됩니다. 그들 사이에는 n-사이트의 과잉 자유 전자가 p-사이트의 정공을 "닫히는" 작은 영역이 있으며(확산으로 인해 재결합이 발생함) 이 영역에는 자유 전하 캐리어가 없습니다. 순방향 전압이 인가되면 재결합 영역이 작고 저항이 작아 다이오드가 이 방향으로 전류를 전도합니다. 역 전압을 사용하면 캐리어 없는 영역이 증가하고 다이오드의 저항이 증가합니다. 이 방향으로 전류가 흐르지 않습니다.
전기 다이어그램의 유형, 분류 및 그래픽 지정
일반적으로 다이어그램의 다이오드는 전류 방향을 나타내는 양식화된 화살표로 표시됩니다. 장치의 조건부 그래픽 이미지(UGO)에는 두 가지 결론이 있습니다. 양극과 음극, 직접 연결되어 전기 회로의 플러스와 마이너스에 각각 연결됩니다.
이 양극성 반도체 장치에는 다양한 종류가 있으며 목적에 따라 UGO가 약간 다를 수 있습니다.
제너 다이오드(제너 다이오드)
제너 다이오드는 반도체 소자입니다.눈사태 항복 구역에서 역 전압에서 작동. 이 영역에서 제너 다이오드 전압은 장치를 통과하는 광범위한 전류에 걸쳐 안정적입니다. 이 속성은 부하 양단의 전압을 안정화하는 데 사용됩니다.
안정기
제너 다이오드는 2V 이상의 전압을 안정화하는 역할을 합니다.안정기는 이 한계 미만의 일정한 전압을 얻는 데 사용됩니다. 이러한 장치를 만드는 재료(실리콘, 셀레늄)의 도핑은 특성의 직접 분기의 가장 큰 수직성을 달성합니다. 이 모드에서 안정기가 작동하여 순방향 전압에서 전류-전압 특성의 직접 분기에서 0.5 ... 2V 범위의 예시적인 전압을 제공합니다.
쇼트키 다이오드
쇼트키 다이오드는 반도체-금속 구조에 따라 제작되었으며 기존 접합부가 없습니다. 이로 인해 두 가지 중요한 속성이 얻어졌습니다.
- 감소된 순방향 전압 강하(약 0.2V);
- 자체 커패시턴스의 감소로 인해 작동 주파수가 증가했습니다.
단점은 역전류 값이 증가하고 역 전압 수준에 대한 허용 오차가 감소한다는 것입니다.
변종
각 다이오드에는 전기 용량이 있습니다. 커패시터의 판은 두 개의 공간 전하(반도체의 p 및 n 영역)이고 장벽 층은 유전체입니다. 역전압이 인가되면 이 층이 확장되고 정전용량이 감소합니다. 이 속성은 모든 다이오드에 고유하지만 varicaps의 경우 커패시턴스가 정규화되고 주어진 전압 제한에 대해 알려져 있습니다. 이를 통해 다음과 같은 장치를 사용할 수 있습니다. 가변 커패시터 다양한 레벨의 역 전압을 공급하여 회로를 조정하거나 미세 조정하는 데 적용합니다.
터널 다이오드
이러한 장치는 전압이 증가하면 전류가 감소하는 특성의 직선 부분에 편향이 있습니다. 이 영역에서 차동 저항은 음수입니다.이 속성으로 인해 터널 다이오드를 30GHz 이상의 주파수에서 약한 신호 증폭기 및 발생기로 사용할 수 있습니다.
디니스터스
Dinistor - 다이오드 사이리스터 -는 p-n-p-n 구조와 S자형 CVC를 가지며 인가 전압이 임계값 레벨에 도달할 때까지 전류를 전도하지 않습니다. 그 후 전류가 홀딩 레벨 아래로 떨어질 때까지 켜지고 일반 다이오드처럼 동작합니다. 디니스터는 전력 전자 장치에서 키로 사용됩니다.
포토다이오드
포토다이오드는 가시광선이 크리스탈에 접근할 수 있는 패키지로 만들어집니다. pn 접합이 조사되면 emf가 발생합니다. 이를 통해 포토다이오드를 전류 소스(태양 전지판의 일부로) 또는 광 센서로 사용할 수 있습니다.
LED
LED의 주요 특성은 전류가 pn 접합을 통과할 때 빛을 방출하는 능력입니다. 이 발광은 백열등과 같이 가열 강도와 관련이 없으므로 장치가 경제적입니다. 때로는 전이의 직접적인 광선이 사용되지만 더 자주는 인광체 점화의 개시제로 사용됩니다. 이를 통해 이전에는 얻을 수 없었던 파란색 및 흰색과 같은 LED 색상을 얻을 수 있습니다.
건 다이오드
Gunn 다이오드는 일반적인 기존 그래픽 지정을 가지고 있지만 완전한 의미의 다이오드는 아닙니다. pn 접합이 없기 때문입니다. 이 장치는 금속 기판에 갈륨 비소 판으로 구성됩니다.
공정의 세부 사항에 들어가지 않고: 특정 크기의 전기장이 장치에 인가되면 전기적 진동이 발생하며, 그 주기는 반도체 웨이퍼의 크기에 따라 다릅니다(그러나 특정 제한 내에서 주파수는 조정될 수 있습니다). 외부 요소에 의해).
건 다이오드는 1GHz 이상의 주파수에서 발진기로 사용됩니다. 장치의 장점은 고주파 안정성이고 단점은 전기 진동의 작은 진폭입니다.
자기 다이오드
일반 다이오드는 외부 자기장의 영향을 약하게 받습니다. 자기 다이오드에는 이 효과에 대한 감도를 높이는 특수 설계가 있습니다. 그들은 확장 된 기반과 함께 p-i-n 기술을 사용하여 만들어집니다. 자기장의 작용에 따라 순방향으로 장치의 저항이 증가하며 이는 비접촉 스위칭 소자, 자기장 변환기 등을 생성하는 데 사용할 수 있습니다.
레이저 다이오드
레이저 다이오드의 작동 원리는 특정 조건에서 재결합하는 동안 단색 및 일관된 가시광선을 방출하는 전자-정공 쌍의 특성을 기반으로 합니다. 이러한 조건을 생성하는 방법은 다르므로 사용자는 다이오드에서 방출되는 파동의 길이와 그 전력만 알면 됩니다.
애벌랜치 다이오드
이러한 장치는 전자레인지에 사용됩니다. 특정 조건에서 애벌랜치 항복 모드에서 다이오드 특성에 음의 차동 저항이 있는 섹션이 나타납니다. APD의 이러한 특성으로 인해 최대 밀리미터 범위의 파장에서 작동하는 발전기로 사용할 수 있습니다. 거기에서 적어도 1 와트의 전력을 얻을 수 있습니다. 더 낮은 주파수에서는 이러한 다이오드에서 최대 몇 킬로와트가 제거됩니다.
PIN 다이오드
이 다이오드는 p-i-n 기술을 사용하여 만들어집니다. 도핑된 반도체 층 사이에는 도핑되지 않은 물질 층이 있습니다. 이러한 이유로 다이오드의 정류 특성이 악화됩니다(역전압의 경우 p-존과 n-존 사이의 직접 접촉 부족으로 인해 재결합이 감소함).그러나 공간 전하 영역의 간격으로 인해 기생 커패시턴스가 매우 작아지고 닫힌 상태에서 고주파에서의 신호 누설이 실질적으로 배제되며 핀 다이오드는 RF 및 마이크로파에서 스위칭 소자로 사용할 수 있습니다.
다이오드의 주요 특성 및 매개변수
반도체 다이오드의 주요 특성(고도 전문화 제외)은 다음과 같습니다.
- 최대 허용 역 전압(일정 및 펄스);
- 경계 작동 주파수;
- 순방향 전압 강하;
- 작동 온도 범위.
나머지 중요한 특성은 다이오드의 I-V 특성의 예를 사용하여 가장 잘 고려됩니다. 이것이 더 명확합니다.
반도체 다이오드의 볼트-암페어 특성
반도체 다이오드의 전류-전압 특성은 순방향 및 역방향 분기로 구성됩니다. 다이오드를 통과하는 전류와 전압의 방향이 항상 일치하기 때문에 I 및 III 사분면에 위치합니다. 전류-전압 특성에 따라 일부 매개변수를 결정할 수 있을 뿐만 아니라 장치의 특성이 어떤 영향을 미치는지 명확하게 확인할 수 있습니다.
전도 임계 전압
다이오드에 순방향 전압을 적용하고 증가시키기 시작하면 처음에는 아무 일도 일어나지 않습니다. 전류는 증가하지 않습니다. 그러나 특정 값에서 다이오드가 열리고 전압에 따라 전류가 증가합니다. 이 전압을 전도 임계값 전압이라고 하며 VAC에서 Uthreshold로 표시됩니다. 다이오드가 만들어지는 재료에 따라 다릅니다. 가장 일반적인 반도체의 경우 이 매개변수는 다음과 같습니다.
- 실리콘 - 0.6-0.8V;
- 게르마늄 - 0.2-0.3V;
- 갈륨 비소 - 1.5V
저전압에서 열리는 게르마늄 반도체 소자의 특성은 저전압 회로 및 기타 상황에서 작업할 때 사용됩니다.
직접 연결 시 다이오드를 통한 최대 전류
다이오드가 열리면 순방향 전압이 증가함에 따라 전류가 증가합니다. 이상적인 다이오드의 경우 이 그래프는 무한대로 이동합니다. 실제로, 이 매개변수는 반도체 장치가 열을 발산하는 능력에 의해 제한됩니다. 특정 한계에 도달하면 다이오드가 과열되어 고장납니다. 이를 피하기 위해 제조업체는 최대 허용 전류(VAC - Imax)를 표시합니다. 다이오드와 패키지의 크기에 따라 대략적으로 결정될 수 있습니다. 내림차순:
- 가장 큰 전류는 금속 덮개의 장치에 의해 유지됩니다.
- 플라스틱 케이스는 중간 전력용으로 설계되었습니다.
- 유리 봉투의 다이오드는 저전류 회로에 사용됩니다.
금속 제품은 라디에이터에 설치할 수 있습니다. 이렇게 하면 소산 전력이 증가합니다.
역 누설 전류
다이오드에 역 전압을 적용하면 둔감한 전류계에 아무 것도 표시되지 않습니다. 사실 이상적인 다이오드만 전류를 흐르지 않습니다. 실제 장치에는 전류가 흐르지만 매우 작으며 역 누설 전류(CVC - Iobr에서)라고 합니다. 수십 마이크로 암페어 또는 수십 밀리 암페어이며 직류보다 훨씬 적습니다. 디렉토리에서 찾을 수 있습니다.
항복 전압
역 전압의 특정 값에서 전류의 급격한 증가가 발생합니다. 이를 항복이라고 합니다. 그것은 터널 또는 눈사태 특성을 가지며 되돌릴 수 있습니다. 이 모드는 전압(avalanche)을 안정화하거나 펄스를 생성(터널)하는 데 사용됩니다.전압이 더 증가하면 고장이 열이 됩니다. 이 모드는 되돌릴 수 없으며 다이오드가 고장납니다.
기생 커패시턴스 pn 접합
pn 접합은 이미 언급되었습니다. 전기 용량. 그리고이 속성이 유용하고 varicaps에 사용되면 일반 다이오드에서 해로울 수 있습니다. 하지만 용량은 단위입니다 또는 수십 pF이고 직류 또는 저주파에서 감지할 수 없으며 주파수가 증가함에 따라 그 영향이 증가합니다. RF에서 몇 피코패럿은 스퓨리어스 신호 누출에 대해 충분히 낮은 저항을 생성하고 기존 커패시턴스를 추가하고 회로의 매개변수를 변경하며 출력 또는 인쇄된 도체의 인덕턴스와 함께 스퓨리어스 공진 회로를 형성합니다. 따라서 고주파 장치를 생산할 때 천이의 정전 용량을 줄이기 위한 조치가 취해집니다.
다이오드 마킹
금속 케이스에 다이오드를 표시하는 가장 쉬운 방법. 대부분의 경우 장치의 명칭과 핀 배치가 표시되어 있습니다. 플라스틱 케이스의 다이오드는 음극 쪽에 링 마크가 표시되어 있습니다. 그러나 제조업체가 이 규칙을 엄격하게 준수한다는 보장은 없으므로 디렉토리를 참조하는 것이 좋습니다. 더 나은 방법은 멀티 미터로 장치를 울리는 것입니다.
가정용 저전력 제너 다이오드 및 기타 일부 장치는 케이스의 반대쪽에 두 개의 링 또는 다른 색상의 점이 표시될 수 있습니다. 이러한 다이오드의 유형과 핀아웃을 결정하려면 참고서를 가져오거나 인터넷에서 온라인 마킹 식별자를 찾아야 합니다.
다이오드의 응용
간단한 장치에도 불구하고 반도체 다이오드는 전자 제품에 널리 사용됩니다.
- 교정용 교류 전압. 장르의 고전 - pn 접합 속성은 전류를 한 방향으로 전도하는 데 사용됩니다.
- 다이오드 검출기. 여기에서 I-V 특성의 비선형성이 사용되어 신호에서 고조파를 분리할 수 있으며 필요한 고조파는 필터로 구별할 수 있습니다.
- 연속적으로 연결된 두 개의 다이오드는 민감한 무선 수신기의 후속 입력 단계에 과부하를 줄 수 있는 강력한 신호에 대한 제한기 역할을 합니다.
- 제너 다이오드는 고전압 펄스가 위험 지역에 설치된 센서 회로에 들어가는 것을 허용하지 않는 스파크 방지 요소로 포함될 수 있습니다.
- 다이오드는 고주파 회로에서 스위칭 장치 역할을 할 수 있습니다. 그들은 일정한 전압으로 열리고 RF 신호를 통과(또는 통과하지 않음)합니다.
- 파라 메트릭 다이오드는 특성의 직접 분기에 음의 저항이있는 섹션이 있기 때문에 마이크로파 범위에서 약한 신호의 증폭기 역할을합니다.
- 다이오드는 전송 또는 수신 장비에서 작동하는 믹서를 조립하는 데 사용됩니다. 그들은 혼합 국부 발진기 신호 추가 처리를 위해 고주파(또는 저주파) 신호로. 또한 전류-전압 특성의 비선형성을 사용합니다.
- 비선형 특성으로 인해 마이크로파 다이오드를 주파수 증배기로 사용할 수 있습니다. 신호가 승수 다이오드를 통과할 때 더 높은 고조파가 강조 표시됩니다. 그런 다음 필터링하여 선택할 수 있습니다.
- 다이오드는 공진 회로의 튜닝 요소로 사용됩니다. 이 경우 pn 접합에서 제어된 정전 용량의 존재가 사용됩니다.
- 일부 유형의 다이오드는 마이크로파 범위에서 발생기로 사용됩니다. 이들은 주로 터널 다이오드 및 Gunn 효과가 있는 장치입니다.
이것은 이중 단자 반도체 장치의 기능에 대한 간략한 설명일 뿐입니다. 다이오드의 도움으로 특성과 특성에 대한 심층 연구를 통해 전자 장비 개발자에게 할당된 많은 문제를 해결할 수 있습니다.
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