אוספים

סוגי דיודות: סוגים שונים של דיודות

סוגי דיודות: סוגים שונים של דיודות

דיודת המוליכים למחצה היא רכיב אלקטרוניקה שנמצא בשימוש נרחב שנמצא בתכניות מעגלים אלקטרוניים רבים כיום.

למרות שיש הרבה סוגים שונים של דיודות המשתמשים באותו מבנה בסיסי של שטח של חומר מסוג p העומד באזור של חומר מסוג n, הסוגים השונים מותאמים כך לספק מאפיינים שונים בהם ניתן להשתמש במגוון דרכים עיצובים רבים של מעגלים אלקטרוניים.

לא משנה סוג הדיודה, הרעיון הבסיסי של הדיודה חשוב בתעשיית האלקטרוניקה כיום, בין אם הוא משמש לייצור ציוד מסחרי או תעשייתי, לשימוש התחביב או כל מי שלומד אלקטרוניקה.

דיודות משמשות במגוון תחומים שונים. הם עשויים להיות לתיקון פשוט של האות; הם עשויים לשמש כדיודות הספק לתיקון חשמל, איתור אותות, צורות שונות של תכנון RF, הפקת אור, ייצור אור לייזר, זיהוי אור ועוד.

לדיודות עשויות להיות גם מגוון של חבילות שונות: דיודות צמודות משטח, דיודות בעלות עופרת חוט רגיל, וכמה דיודות הספק עשויות אפילו להיות יכולות להיות מוברגות על גוף הקירור. דיודות מגיעות בכל הצורות והגדלים.

היסטוריה של דיודת המוליכים למחצה

הדיודות הראשונות שהיו בשימוש התגלו בתחילת המאה העשרים כאשר הטכנולוגיה של האלחוטית הייתה בחיתוליה. שפם החתול היה אחד מסוגי הדיודות הראשונות שהיו בשימוש. זה היה מורכב מחתיכת חוט דקה מאוד (שפם החתול עצמו) שניתן היה להניח על פיסת חומר מסוג מוליכים למחצה (בדרך כלל גביש מינרלי) ליצירת סוג של דיודה. זה נעשה שימוש נרחב עד אמצע עד סוף שנות העשרים של המאה העשרים, כאשר טכנולוגיית התרמיון או השסתום נעשתה זולה מספיק בכדי להשתמש בה רבות עבור מכשירי רדיו.

בערך בתקופת מלחמת העולם השנייה, נדרשו דיודות חדשות לצורך ערכות הרדאר המפותחות. דיודות מוליכים למחצה סיפקו אפשרות אחת מכיוון שגודלן פירושו שהם מסוגלים לפעול טוב יותר בתדרים הנדרשים לרדאר.

סמל מעגל דיודות

כמו כל הרכיבים האלקטרוניים, לדיודות יש סמל מעגל המשמש בתרשימים של מעגלים אלקטרוניים. סמל המעגל הבסיסי לדיודה מורכב ממשולש כאשר נקודתו נוגעת בקו קצר בניצב לחוט בתרשים המעגל.

לפעמים המשולש ואפילו הקו מוצגים רק במתאר, ולעיתים הם מוצגים כצורות שחורות מלאות.

לפעמים סמל מעגל הדיודות מוצג רק כמתאר וללא הצורות המלאות. צורת המתאר מקובלת באותה מידה.

ישנם סוגים רבים ושונים של דיודות וחלקם משתמשים בסמלים של מעגלים שמשתנים מעט מסמל הדיודה הבסיסי כדי לציין את תפקידם: דיודת שוטקי, דיודת ורקטור ומספר אחרים נופלים לקטגוריה זו.

התקני הרכבה על פני השטח או עופרת

דיודות מגיעות בכל הצורות והגדלים. באופן מסורתי רבים מהרכיבים האלקטרוניים הללו היו כלולים בצינור זכוכית קטן כדי להכיל את דיודת המוליכים למחצה בפועל. עכשיו דיודות כלולות במגוון שלם של חבילות שונות.

יש עדיין אריזות עופרת והדיודות המקופלות בזכוכית עדיין קיימות, אך יש גם אריזות פלסטיק רבות. אלה יכולים להשתנות בגודלם בהתאם לפיזור החשמל הנדרש.

עם הרבה הרכבה של PCB בימינו תוך שימוש בטכנולוגיית הרכבה על פני השטח, קיימת רפסודה שלמה של דיודות הזמינות כרכיבי הר משטח, דיודות SMD. ישנן חבילות סטנדרטיות רבות לדיודות SMD, כולל חבילת SOT-23 המשמשת לדיודות נפרדות קטנות רבות. נעשה שימוש רק בשניים מתוך שלושת הפינים הזמינים וזה מאפשר לכוון את הדיודה בצורה נכונה.

מכיוון שדיודות SMD אלה קטנות, אין מקום למספר החלק המלא להיכלל בדיודה, ומספר הטופס הקצר משמש לאפשר הבחנה ביניהן.

בעוד הרבה הרכבה של PCB משתמשת בטכנולוגיית הרכבה עילית, ישנם אזורים אחרים בתעשיית ייצור האלקטרוניקה הזקוקים לדיודות עם יכולת זרם גבוהה בהרבה. דיודות אלה יכולות להיכלל בתוך חבילות המתחברות לכלי קירור.

סוגי דיודות

ישנם שלל סוגים שונים של דיודות המיוצרים ומשמשים במגוון עיצובים של מעגלים אלקטרוניים, עיצובים RF ולעתים קרובות גם עיצובים דיגיטליים. לכל סוג יש מאפיינים שונים וזה הופך אותם מתאימים למעגלים השונים.

  • דיודה לאחור: סוג זה של דיודות מכונה לפעמים גם דיודה אחורית. למרות שאינו נמצא בשימוש נרחב, זוהי סוג של דיודת צומת PN הדומה מאוד לדיודת המנהרות בהפעלתה. הוא מוצא כמה יישומים מומחים שבהם ניתן להשתמש בתכונות הספציפיות שלו, בדרך כלל בתדרי מיקרוגל.

    דיודה לאחור היא למעשה סוג של דיודת מנהרה שבה צד אחד של הצומת מסומם פחות מהצד השני.


  • דיודת BARITT: צורת דיודה זו זוכה לשמה מהמילים דיודת זמן מעבר הזרקת מחסום. הוא משמש ביישומי מיקרוגל ונושא קווי דמיון לדיודת IMPATT הנפוצה יותר.


  • גאן דיודה: אמנם לא דיודה בצורת צומת PN, אך דיודה מסוג זה היא מכשיר מוליך למחצה בעל שני מסופים. הוא משמש בדרך כלל ליצירת אותות מיקרוגל ושימש בתכנוני RF רבים כצורה פשוטה ויעילה של מחולל מיקרוגל.

    דיודות גון ידועות גם בשם התקני אלקטרונים מועברים, או TED. למרות שמכונה דיודה, רכיב אלקטרוני זה אינו מחזיק צומת PN והוא מבחינה טכנית אינו דיודה במובן הרגיל של אופן השימוש בו בטכנולוגיית מוליכים למחצה. במקום זאת המכשיר משתמש באפקט המכונה אפקט גון (על שם הגילוי, J B Gunn).

    למרות שדיודת גון משמשת בדרך כלל להפקת אותות RF במיקרוגל, רכיב אלקטרוני זה עשוי לשמש גם למגבר במה שמכונה לפעמים מגבר אלקטרונים מועבר או TEA.


  • שפם של חתול: כאמור, סוג זה של דיודות היה הסוג המוקדם ביותר שזכה לקבלה נרחבת. זה היה מורכב מחוט קטן שהונח על פיסת גביש מינרלי. כך נוצרה דיודת מגע נקודתית קטנה, שלמרות שאינה מהימנה הייתה טובה דיה בכדי לאפשר לשמוע שידורי רדיו בשימוש ב"סט קריסטלים ".

    למרות שגלאי הזיפים של חתול לא היו אמינים במיוחד, הם היו הצורה הראשונה של דיודות מוליכים למחצה והם הצביעו על הדרך לדיודות מאוחרות יותר. ועקרון ה- LED אף נצפה על ידי H J Round בשנת 1908 באחד מהם.

  • דיודת IMPATT: דיודת IMPATT או דיודת מיקרוגל זמן מעבר יינון של מפולת מפולת IMPact משמשת בכמה עיצובים RF בהם נדרש גנרטור פשוט לאותות מיקרוגל.

    טכנולוגיית הדיודות IMPATT אינה בשימוש נרחב בימינו, אך רכיב אלקטרוני זה מסוגל ליצור אותות בדרך כלל מכ -3 ו -100 ג'יגה הרץ ומעלה. אחד היתרונות העיקריים של דיודת מיקרוגל זו הוא יכולת ההספק הגבוהה יחסית (לרוב עשרה וואט ויותר) שהיא גבוהה בהרבה מצורות דיודות מיקרוגל רבות אחרות. יש לו תפוקה הרבה יותר גבוהה מאשר דיודת גון.


  • דיודת לייזר: סוג דיודות זה שונה מהדיודה הפולטת אור רגילה בכך שהיא מייצרת אור לייזר (קוהרנטי). רכיבים אלקטרוניים אלה משמשים ביישומים רבים, כולל כונני CD ו- DVD. למרות שהן זולות בהרבה מצורות אחרות של גנרטורי לייזר, דיודות אלה יקרות יותר מנורות נוריות רגילות.
  • דיודה פולטת אור: דיודת פולטת האור או LED היא אחד מסוגי הדיודות הפופולאריים ביותר. כאשר מוטה קדימה בזרם הזורם בצומת, מופק אור. הצבע המקורי לדיודות אלה היה אדום, אך בימינו רוב הצבעים זמינים. זה מושג על ידי שימוש בתערובות שונות של מוליכים למחצה משני צידי צומת ה- PN.


  • פוטודיודה: כאשר האור פוגע בצומת PN הוא יכול ליצור אלקטרונים וחורים ולגרום לזרם זרם. כתוצאה מכך ניתן להשתמש במוליכים למחצה כדי לזהות אור. ניתן להשתמש בסוג דיודות אלו גם לייצור חשמל. עבור יישומים מסוימים, דיודות PIN עובדות טוב מאוד כגלאי פוטו.


  • דיודת PIN: לסוג דיודות זה יש אזורים מסוג סיליקון מסוג P ו- N, אך ביניהם יש אזור של מוליכים למחצה פנימיים (כלומר ללא סימום). זה מגדיל את הגודל של מה שמכונה אזור הדלדול. סוג זה של דיודות משמש במספר יישומים, כולל מתגי תדר רדיו וכפוטודיודות.


  • דיודת מגע נקודה: סוג זה של דיודות מתבצע באותה צורה כמו דיודת צומת PN פשוטה, אך הבנייה קלה בהרבה. הם מורכבים מחתיכה של מוליכים למחצה מסוג n, שעליה מונחת נקודה חדה מסוג חוט מתכת מסוים (קבוצה III מתכת לכימאים). חלק מהמתכת נודדת למוליך למחצה ומייצרת צומת PN.

    דיודות אלה בעלות קיבול נמוך מאוד והן אידיאליות ליישומי תדר רדיו רבים (RF). יש להם גם את היתרון שהם זולים מאוד לייצור, אם כי הביצועים שלהם אינם ניתנים לחזרה.

  • צומת PN: ניתן לחשוב על צומת ה- PN הסטנדרטי כסוג הדיודות הרגיל או הסטנדרטי הנמצא בשימוש כיום. רכיב אלקטרוני זה משולב בעיצובים רבים של מעגלים אלקטרוניים והוא משמש גם בתכנוני מעגלי RF רבים. דיודות אלו יכולות להגיע כסוגי אות קטנים לשימוש בתדרי רדיו, או ביישומים אחרים בעלי זרם נמוך, או סוגים אחרים עשויים להיות בעלי זרם גבוה ומתח גבוה שיכולים לשמש ליישומי חשמל.


  • דיודות שוטקי: לסוג זה של דיודות ירידת מתח קדימה נמוכה יותר מאשר דיודות צומת PN רגילות מסיליקון. בזרמים נמוכים הירידה עשויה להיות בין 0.15 ל 0.4 וולט לעומת 0.6 וולט לדיודת סיליקון.

    כדי להשיג ביצועים אלה הם בנויים בצורה שונה לדיודות רגילות בעלות מתכת עד מוליך למחצה. הם משמשים באופן נרחב כדיודות הידוק, ובעיצוב RF, לרוב כגלאי אות. הם משמשים גם כדיודות מתח לתיקון כוח זרם חשמל בספקי כוח וכדומה. ההפסדים הנמוכים יותר הנגרמים מהירידה הקטנה הם משמעותיים בשיפור היעילות.


  • דיודת התאוששות שלב: צורה של דיודת מיקרוגל המשמשת לייצור ועיצוב פולסים בתדרים גבוהים מאוד. דיודות אלה מסתמכות על מאפיין כיבוי מהיר מאוד של הדיודה לצורך פעולתן.


  • דיודת TRAPATT: לסוג דיודות זה קווי דמיון רבים ל- IMPATT ולמעשה היא שייכת לאותה משפחה. הוא מציע רעש נמוך יותר, אך אינו מגיע לתדרים כה גבוהים.


  • דיודת מנהרה: אף על פי שלא הייתה בשימוש נרחב כיום, שימשה דיודת המנהרה ליישומי מיקרוגל כאשר הביצועים שלה חרגו מאלה של מכשירים אחרים של היום.
  • דיודות Varicap או Varactor: סוג זה של דיודות משמש ביישומי תדר רדיו (RF). לדיודה מוטה הפוכה ומציבה זו לא זורם זרם על פני הצומת. עם זאת רוחב שכבת הדלדול משתנה בהתאם לכמות ההטיה המוטלת עליה.

    ניתן לחשוב על הדיודה כשתי לוחות של קבל, כששכבת הדלדול ביניהן. מכיוון שהקיבול משתנה בהתאם לרוחב שכבת הדלדול וניתן לשנות את זה על ידי שינוי ההטיה ההפוכה על הדיודה, ניתן לשלוט בקיבול הדיודה.


  • דיודת זנר / דיודת התייחסות למתח: דיודת זנר היא סוג מאוד שימושי של דיודה. הוא מופעל בהטיה הפוכה וכאשר מגיעים למתח מסוים הוא מתקלקל. אם הזרם מוגבל באמצעות נגד, הוא מאפשר לייצר מתח יציב. לפיכך נעשה שימוש נרחב בסוג דיודות זה בכדי לספק מתח ייחוס בספקי כוח מוסדרים.


ישנם הרבה מאוד סוגים שונים של דיודות, שכל אחד מהם מתאים ליישום שלו. לא זו בלבד שהטכנולוגיה נבדלת בין סוגים שונים של דיודות, אלא שהן יכולות להיכלל גם בחבילות שונות: חלקן עשויות להיות מובילות, ואחרות יכולות להתברג על צלעות קירור ועם כמות הרכבת ה- PCB המשתמשת בטכניקות ייצור אוטומטיות, דיודות צמודות פני השטח הן משמש כיום בכמויות עצומות.


צפו בסרטון: מייצב מתח מקבילי דיודת זנר (יוני 2021).