29. Диоды, тиристоры. Классификация, характеристики, принцип действия и назначение.

Дио́д - двухэлектродный электронный прибор, обладающий различной проводимостью в зависимости от направления электрического тока. Электрод диода, подключаемый к положительному полюсу источника тока, когда диод открыт (то есть имеет маленькое сопротивление), называют анодом, подключаемый к отрицательному полюсу — катодом.

Полупроводниковый диод - полупроводниковый прибор с двумя электродами, обладающий односторонней проводимостью. К полупроводниковым диодам относят обширную группу приборов с p-n-переходом, контактом металл - полупроводник и др. Наиболее распространены электропреобразовательные полупроводниковые диоды. Служат для преобразования и генерирования электрических колебаний. Один из основных современных электронных приборов.

Классификация диодов:

1. По назначению

1.1 Выпрямительные диоды предназначены для преобразования переменного тока в постоянный.

1.2 Импульсные диоды имеют малую длительность переходных процессов, предназначены для применения в импульсных режимах работы.

1.3 Детекторные диоды предназначены для детектирования сигнала

1.4 Смесительные диоды предназначены для преобразования высокочастотных сигналов в сигнал промежуточной частоты.

1.5 Переключательные диоды предназначены для применения в устройствах управления уровнем сверхвысокочастотной мощности.

1.6 Параметрические

1.7 Ограничительные диоды предназначены для защиты радио и бытовой аппаратуры от повышения сетевого напряжения.

1.8 Умножительные

1.9 Настроечные

1.10 Генераторные

2. Типы диодов по частотному диапазону

2.1 Низкочастотные

2.2Высокочастотные

2.3 СВЧ

3. Типы диодов по размеру перехода

3.1 Плоскостные

3.2 Точечные

4. Типы диодов по конструкции

4.1 Диоды Шоттки

4.2 СВЧ-диоды

4.3 Стабилитроны

4.4 Стабисторы

4.5 Варикапы

4.6 Светодиоды

4.7 Фотодиоды

4.8 Pin диод

4.9 Лавинный диод

4.10 Лавинно-пролётный диод

4.11 Диод Ганна

4.12 Туннельные диоды

4.13 Обращённые диоды

5. Другие типы

5.1 Селеновый выпрямитель

5.2 Медно-закисный выпрямитель

Основные характеристики и параметры диодов:

1. Вольт-амперная характеристика

2. Постоянный обратный ток диода

3. Постоянное обратное напряжение диода

4. Постоянный прямой ток диода

5. Диапазон частот диода

6. Дифференциальное сопротивление

7. Ёмкость

8. Пробивное напряжение

9. Максимально допустимая мощность

10. Максимально допустимый постоянный прямой ток диода

Принцип действия полупроводникового диода:

В основе принципа действия полупроводникового диода — свойства электронно-дырочного перехода, в частности, сильная асимметрия вольт-амперной характеристики относительно нуля. Таким образом различают прямое и обратное включение. В прямом включении диод обладает малым электросопротивлением и хорошо проводит электрический ток. В обратном — при напряжении меньше напряжения пробоя, сопротивление очень велико и ток перекрыт.

Применение диодов:

1.Выпрямительные диоды предназначены для выпрямления переменного тока низкой частоты (50-100 000 Гц). В настоящее время широко применяются кремниевые выпрямительные диоды с р-n-переходом плоскостного типа, имеющие во много раз меньшие обратные токи и большие обратные напряжения по сравнению с германиевыми.

2. Высокочастотные диоды являются приборами универсального назначения. Они могут работать в выпрямителях переменного тока широкого диапазона частот (до нескольких сотен мегагерц), а также в модуляторах, детекторах и других нелинейных преобразователях электрических сигналов. Высокочастотные диоды содержат, как правило, точечный р-n-переход и поэтому называются точечными.

3. Импульсные диоды являются разновидностью высокочастотных диодов и предназначены для использования в качестве ключевых элементов в быстродействующих импульсных схемах.

4. Стабилитроны – это кремниевые плоскостные диоды, предназначенные для стабилизации уровня постоянного напряжения в схеме при изменении в некоторых пределах тока через диод. Это полупроводниковый диод, сконструированный для работы в режиме электрического пробоя.

5. Варикапом называется специально сконструированный полупроводниковый диод, применяемый в качестве конденсатора переменной емкости. Значение емкости варикапа определяется емкостью его р-n-перехода и изменяется при изменении приложенного к переходу (диоду) напряжения.

6. Светодиоды (электролюминесцентные диоды) преобразуют энергию электрического поля в нетепловое оптическое излучение, называемое электролюминесценцией. Основой светодиода является р-n-переход, смещаемый внешним источником напряжения в проводящем направлении. Светодиоды применяются для индикации и вывода информации в микроэлектронных устройствах. Управляемые светодиоды (с подвижной границей светящегося поля) используются для замены стрелочных приборов как аналоги оптических индикаторов настройки радиоаппаратуры. Светодиоды с несколькими светящимися полями позволяют воспроизводить цифры от 0 до 9. Кроме того, светодиоды применяются как источники излучения в оптронах – приборах бурно развивающейся оптоэлектроники.

7. Туннельный диод – это полупроводниковый диод, в котором используется явление туннельного пробоя при включении в прямом направлении. Общая емкость диода в точке минимума характеристики составляет 0,8…1,9 пФ. Туннельные диоды могут работать на очень высоких частотах – более 1 ГГц. Наличие участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением на вольтамперной характеристике обеспечивает возможность использования туннельных диодов в качестве усилительного элемента и в качестве основного элемента генераторов. В настоящее время туннельные диоды используются именно в этом качестве в области сверхвысоких частот.

Тири́стор — полупроводниковый прибор, выполненный на основе монокристалла полупроводника с тремя или более p-n-переходами и имеющий два устойчивых состояния: закрытое состояние, то есть состояние низкой проводимости, и открытое состояние, то есть состояние высокой проводимости.

Тиристор можно рассматривать как электронный выключатель (ключ). Основное применение тиристоров — управление мощной нагрузкой с помощью слабых сигналов, а также переключающие устройства. Существуют различные виды тиристоров, которые подразделяются, главным образом, по способу управления и по проводимости. Различие по проводимости означает, что бывают тиристоры, проводящие ток в одном направлении (например тринистор, изображённый на рисунке) и в двух направлениях (например, симисторы, симметричные динисторы).

Классификация тиристоров:

1. тиристор диодный (доп. название "динистор") - тиристор, имеющий два вывода:

1.1 тиристор диодный, не проводящий в обратном направлении

1.2 тиристор диодный, проводящий в обратном направлении

1.3 тиристор диодный симметричный (доп. название "диак")

2. тиристор триодный (доп. название "тринистор") - тиристор, имеющий три вывода

2.1 тиристор триодный, не проводящий в обратном направлении (доп. название "тиристор")

2.2 тиристор триодный, проводящий в обратном направлении (доп. название "тиристор-диод")

2.3 тиристор триодный симметричный (доп. название "триак", неоф. название "симистор")

2.4 тиристор триодный асимметричный

2.5 запираемый тиристор (доп. название "тиристор триодный выключаемый")

Характеристики тиристоров:

Современные тиристоры изготовляют на токи от 1 мА до 10 кА; на напряжения от нескольких В до нескольких кВ; скорость нарастания в них прямого тока достигает 109 А/с, напряжения — 109 В/с, время включения составляет величины от нескольких десятых долей до нескольких десятков мкс, время выключения — от нескольких единиц до нескольких сотен мкс; КПД достигает 99 %.

Принцип действия:

Тиристор имеет нелинейную вольт-амперную характеристику (ВАХ) с участком отрицательного дифференциального сопротивления. По сравнению, например, с транзисторными ключами, управление тиристором имеет некоторые особенности. Переход тиристора из одного состояния в другое в электрической цепи происходит скачком (лавинообразно) и осуществляется внешним воздействием на прибор: либо напряжением (током), либо светом (для фототиристора). После перехода тиристора в открытое состояние он остаётся в этом состоянии даже после прекращения управляющего сигнала, если протекающий через тиристор ток превышает некоторую величину, называемую током удержания.

Применение:

1.Применение

2.Электронные ключи

3.Управляемые выпрямители

4.Преобразователи (инверторы)

5.Регуляторы мощности (диммеры)

6.CDI (безконтактное зажигание в автомобилях)