เซมิคอนดักเตอร์ไดโอดถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์และอิเล็กทรอนิกส์ ใช้ทั้งแบบแยกอิสระและเป็น p-n-junction ของทรานซิสเตอร์และอุปกรณ์อื่น ๆ อีกมากมาย ในฐานะที่เป็นส่วนประกอบที่ไม่ต่อเนื่อง ไดโอดจึงเป็นส่วนสำคัญของวงจรอิเล็กทรอนิกส์จำนวนมาก พวกเขาพบแอพพลิเคชั่นมากมายตั้งแต่แอพพลิเคชั่นที่ใช้พลังงานต่ำไปจนถึงวงจรเรียงกระแส
ไดโอดคืออะไร
ที่แปลจากภาษากรีก ชื่อขององค์ประกอบอิเล็กทรอนิกส์นี้แปลว่า "สองขั้ว" อย่างแท้จริง เรียกว่าแอโนดและแคโทด ในวงจร กระแสจะไหลจากแอโนดไปยังแคโทด เซมิคอนดักเตอร์ไดโอดเป็นองค์ประกอบด้านเดียวและกระแสในทิศทางตรงกันข้ามถูกบล็อก
หลักการทำงาน
อุปกรณ์ของเซมิคอนดักเตอร์ไดโอดต่างกันมาก นี่คือเหตุผลที่มีหลายประเภทซึ่งแตกต่างกันทั้งในด้านมูลค่าและในหน้าที่ที่พวกเขาดำเนินการ อย่างไรก็ตาม ในกรณีส่วนใหญ่ หลักการพื้นฐานการทำงานของเซมิคอนดักเตอร์ไดโอดเหมือนกัน มีจุดเชื่อมต่อ p-n ซึ่งมีฟังก์ชันพื้นฐาน
คำนี้มักใช้เพื่ออ้างถึงรูปร่างมาตรฐานของไดโอด อันที่จริงมันใช้ได้กับพวกเขาเกือบทุกประเภท ไดโอดเป็นกระดูกสันหลังของอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ ทุกอย่างตั้งแต่องค์ประกอบที่เรียบง่ายและทรานซิสเตอร์ไปจนถึงไมโครโปรเซสเซอร์ที่ทันสมัย - ขึ้นอยู่กับเซมิคอนดักเตอร์ หลักการทำงานของเซมิคอนดักเตอร์ไดโอดขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของเซมิคอนดักเตอร์ เทคโนโลยีนี้มีพื้นฐานมาจากกลุ่มของวัสดุ การนำสิ่งเจือปนเข้ามาในโครงผลึกซึ่งทำให้ได้บริเวณที่มีรูและอิเล็กตรอนเป็นตัวพาประจุ
แยกพน
ไดโอดชนิด p-n ได้ชื่อมาเพราะใช้จุดต่อ p-n ที่ให้กระแสไหลในทิศทางเดียวเท่านั้น องค์ประกอบมีคุณสมบัติอื่น ๆ ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายเช่นกัน ตัวอย่างเช่น ไดโอดเซมิคอนดักเตอร์สามารถปล่อยและตรวจจับแสง เปลี่ยนความจุ และควบคุมแรงดันไฟฟ้าได้
P-n-junction เป็นโครงสร้างเซมิคอนดักเตอร์พื้นฐาน ตามชื่อที่แนะนำ มันเป็นจุดเชื่อมต่อระหว่างขอบเขต p- และ n-type การเปลี่ยนแปลงนี้ทำให้ตัวพาประจุเคลื่อนที่ไปในทิศทางเดียวเท่านั้น ตัวอย่างเช่น ทำให้สามารถแปลงกระแสสลับเป็นกระแสตรงได้
ไดโอดมาตรฐานมักจะทำจากซิลิกอน แม้ว่าจะใช้เจอร์เมเนียมและวัสดุเซมิคอนดักเตอร์อื่นๆ ด้วยเช่นกัน โดยส่วนใหญ่ใช้เพื่อวัตถุประสงค์พิเศษ
โวลต์-ลักษณะแอมแปร์
ไดโอดมีลักษณะโค้งแรงดันกระแสซึ่งสามารถแบ่งออกเป็น 2 สาขา: ไปข้างหน้าและย้อนกลับ ในทิศทางตรงกันข้าม กระแสไฟรั่วจะเข้าใกล้ 0 แต่ด้วยแรงดันที่เพิ่มขึ้น กระแสไฟรั่วจะเพิ่มขึ้นอย่างช้าๆ และเมื่อถึงแรงดันพังทลาย ก็จะเริ่มเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ในทิศทางไปข้างหน้า กระแสจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วด้วยแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายเหนือเกณฑ์การนำไฟฟ้า ซึ่งเท่ากับ 0.7 V สำหรับซิลิคอนไดโอด และ 0.4 V สำหรับเจอร์เมเนียม เซลล์ที่ใช้วัสดุต่างกันจะมีลักษณะเฉพาะของโวลต์-แอมแปร์และเกณฑ์การนำไฟฟ้าและแรงดันพังที่ต่างกัน
p-n-junction diode ถือเป็นอุปกรณ์ระดับพื้นฐาน มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในหลาย ๆ ด้าน ตั้งแต่วงจรสัญญาณและตัวตรวจจับ ไปจนถึงตัวจำกัดหรือตัวป้องกันชั่วคราวในขดลวดเหนี่ยวนำหรือรีเลย์และวงจรเรียงกระแสกำลังสูง
คุณสมบัติและพารามิเตอร์
ข้อกำหนดของไดโอดให้ข้อมูลจำนวนมาก อย่างไรก็ตาม คำอธิบายที่แน่ชัดของสิ่งที่พวกเขาไม่มีอาจไม่มีให้เสมอไป ด้านล่างนี้คือรายละเอียดของคุณลักษณะและพารามิเตอร์ต่างๆ ของไดโอด ซึ่งระบุไว้ในข้อกำหนด
วัสดุเซมิคอนดักเตอร์
วัสดุที่ใช้ในทางแยก p-n มีความสำคัญอย่างยิ่ง เนื่องจากจะส่งผลต่อลักษณะพื้นฐานหลายประการของเซมิคอนดักเตอร์ไดโอด ซิลิคอนถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุดเนื่องจากมีประสิทธิภาพสูงและต้นทุนการผลิตต่ำ อีกตัวที่ใช้บ่อยองค์ประกอบคือเจอร์เมเนียม วัสดุอื่นๆ มักใช้ในไดโอดวัตถุประสงค์พิเศษ การเลือกใช้วัสดุเซมิคอนดักเตอร์มีความสำคัญเนื่องจากเป็นตัวกำหนดเกณฑ์การนำ - ประมาณ 0.6 V สำหรับซิลิคอนและ 0.3 V สำหรับเจอร์เมเนียม
แรงดันไฟตกในโหมดกระแสตรง (U pr.)
วงจรไฟฟ้าใดๆ ที่กระแสไหลผ่านทำให้เกิดแรงดันตก และพารามิเตอร์ของเซมิคอนดักเตอร์ไดโอดมีความสำคัญอย่างยิ่ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการแก้ไข เมื่อการสูญเสียพลังงานเป็นสัดส่วนกับ U ave นอกจากนี้ ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์มักจะต้อง ให้แรงดันไฟตกเล็กน้อยเพราะสัญญาณอาจอ่อน แต่ก็ยังต้องเอาชนะ
สิ่งนี้เกิดขึ้นด้วยเหตุผลสองประการ สิ่งแรกอยู่ในธรรมชาติของจุดเชื่อมต่อ p-n และเป็นผลมาจากแรงดันไฟเกณฑ์การนำไฟฟ้าที่ยอมให้กระแสข้ามชั้นการพร่อง องค์ประกอบที่สองคือการสูญเสียความต้านทานปกติ
ตัวบ่งชี้มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับไดโอดเรียงกระแสซึ่งสามารถรับกระแสขนาดใหญ่ได้
แรงดันย้อนกลับสูงสุด (U arr. สูงสุด)
นี่คือแรงดันย้อนกลับสูงสุดที่เซมิคอนดักเตอร์ไดโอดสามารถต้านทานได้ ต้องไม่เกินมิฉะนั้นองค์ประกอบอาจล้มเหลว ไม่ใช่แค่แรงดัน RMS ของสัญญาณอินพุตเท่านั้น แต่ละวงจรจะต้องพิจารณาถึงข้อดีของมัน แต่สำหรับวงจรเรียงกระแสแบบครึ่งคลื่นเดี่ยวที่มีตัวเก็บประจุแบบเรียบ โปรดจำไว้ว่าตัวเก็บประจุจะเก็บแรงดันไฟฟ้าไว้เท่ากับยอดสูงสุดของอินพุตสัญญาณ. จากนั้นไดโอดจะอยู่ที่จุดสูงสุดของสัญญาณขาเข้าในทิศทางย้อนกลับ ดังนั้นภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ จะมีแรงดันย้อนกลับสูงสุดเท่ากับค่าสูงสุดของคลื่น
กระแสส่งต่อสูงสุด (สูงสุด U pr)
เมื่อออกแบบวงจรไฟฟ้า ตรวจสอบให้แน่ใจว่าไม่เกินระดับกระแสไฟไดโอดสูงสุด เมื่อกระแสไฟเพิ่มขึ้น ความร้อนเพิ่มเติมจะถูกสร้างขึ้น ซึ่งจะต้องถูกกำจัดออก
กระแสไฟรั่ว (I arr.)
ในไดโอดในอุดมคติ ไม่ควรมีกระแสย้อนกลับ แต่ในทางแยก p-n จริงนั้นเกิดจากการมีตัวพาประจุส่วนน้อยในเซมิคอนดักเตอร์ ปริมาณกระแสไฟรั่วขึ้นอยู่กับสามปัจจัย เห็นได้ชัดว่าสิ่งที่สำคัญที่สุดคือแรงดันย้อนกลับ นอกจากนี้กระแสไฟรั่วยังขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ - ด้วยการเติบโตที่เพิ่มขึ้นอย่างมาก นอกจากนี้ยังขึ้นอยู่กับชนิดของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์เป็นอย่างมาก ในแง่นี้ซิลิกอนดีกว่าเจอร์เมเนียมมาก
กระแสไฟรั่วถูกกำหนดที่แรงดันย้อนกลับและอุณหภูมิที่แน่นอน โดยปกติจะระบุเป็นไมโครแอมป์ (ΜA) หรือ picoamps (pA)
ความจุการเปลี่ยนแปลง
เซมิคอนดักเตอร์ไดโอดทั้งหมดมีความจุทางแยก เขตพร่องเป็นแนวกั้นอิเล็กทริกระหว่างแผ่นเปลือกโลกสองแผ่นซึ่งก่อตัวขึ้นที่ขอบของบริเวณพร่องและบริเวณที่มีตัวพาประจุไฟฟ้าส่วนใหญ่ ค่าความจุจริงขึ้นอยู่กับแรงดันย้อนกลับ ซึ่งนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงในเขตการเปลี่ยนภาพ การเพิ่มขึ้นจะขยายเขตการพร่องและด้วยเหตุนี้ลดความจุ ข้อเท็จจริงนี้ถูกใช้ใน varactors หรือ varicaps แต่สำหรับแอปพลิเคชันอื่นๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งแอปพลิเคชัน RF ผลกระทบนี้จะต้องถูกย่อให้เล็กสุด พารามิเตอร์มักจะระบุเป็น pF ที่แรงดันไฟฟ้าที่กำหนด มีไดโอดความต้านทานต่ำพิเศษสำหรับการใช้งาน RF จำนวนมาก
ประเภทเคส
เซมิคอนดักเตอร์ไดโอดผลิตขึ้นในบรรจุภัณฑ์ประเภทต่างๆและรูปร่าง ในบางกรณี โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อใช้ในวงจรประมวลผลสัญญาณ แพ็คเกจเป็นองค์ประกอบสำคัญในการกำหนดลักษณะโดยรวมขององค์ประกอบอิเล็กทรอนิกส์นั้น ในวงจรไฟฟ้าที่การกระจายความร้อนมีความสำคัญ บรรจุภัณฑ์สามารถกำหนดพารามิเตอร์ทั่วไปหลายอย่างของไดโอดได้ อุปกรณ์ไฟฟ้าแรงสูงต้องสามารถต่อเข้ากับฮีทซิงค์ได้ ของชิ้นเล็กสามารถผลิตได้ในกล่องตะกั่วหรือเป็นอุปกรณ์ยึดพื้นผิว
ประเภทของไดโอด
บางครั้งการทำความคุ้นเคยกับการจำแนกประเภทของเซมิคอนดักเตอร์ไดโอดก็มีประโยชน์ อย่างไรก็ตาม บางรายการอาจอยู่ในหลายหมวดหมู่
ไดโอดถอยหลัง. แม้ว่าจะไม่ได้ใช้กันอย่างแพร่หลาย แต่เป็นประเภทขององค์ประกอบ p-n-type ซึ่งในการดำเนินการคล้ายกับอุโมงค์มาก มีแรงดันไฟตกในสถานะต่ำ ค้นหาการใช้งานในเครื่องตรวจจับ วงจรเรียงกระแส และสวิตช์ความถี่สูง
ไดโอดทรานสิตแบบฉีด. มันมีอะไรเหมือนกันมากกับหิมะถล่มทั่วไป ใช้ในเครื่องกำเนิดไมโครเวฟและระบบเตือนภัย
ไดโอดกันน์. มันไม่ได้เป็นของ p-n-type แต่เป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่มีสองขั้ว มักใช้ในการสร้างและแปลงสัญญาณไมโครเวฟในช่วง 1-100 GHz
การเปล่งแสงหรือ LED เป็นหนึ่งในส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ที่ได้รับความนิยมมากที่สุด ในอคติไปข้างหน้า กระแสที่ไหลผ่านทางแยกทำให้เกิดแสงที่ปล่อยออกมา พวกเขาใช้สารกึ่งตัวนำแบบผสม (เช่น แกลเลียมอาร์เซไนด์ แกลเลียมฟอสไฟด์ อินเดียมฟอสไฟด์) และสามารถเรืองแสงได้ในหลากหลายสี แม้ว่าเดิมจะจำกัดเฉพาะสีแดงเท่านั้น มีการพัฒนาใหม่ๆ มากมายที่เปลี่ยนวิธีการแสดงและการผลิตจอแสดงผล OLED เป็นตัวอย่าง
โฟโตไดโอด. ใช้ในการตรวจจับแสง เมื่อโฟตอนชนกับทางแยก p-n ก็สามารถสร้างอิเล็กตรอนและรูได้ โฟโตไดโอดมักจะทำงานภายใต้สภาวะไบแอสย้อนกลับ ซึ่งแม้แต่กระแสน้ำขนาดเล็กที่เกิดจากแสงก็สามารถตรวจจับได้ง่าย โฟโตไดโอดสามารถใช้ผลิตกระแสไฟฟ้าได้ บางครั้งใช้องค์ประกอบประเภทพินเป็นตัวตรวจจับแสง
พินไดโอด. ชื่อขององค์ประกอบอิเล็กทรอนิกส์อธิบายอุปกรณ์ของเซมิคอนดักเตอร์ไดโอดได้เป็นอย่างดี มีพื้นที่ประเภท p และ n มาตรฐาน แต่มีพื้นที่ภายในที่ไม่มีสิ่งเจือปนระหว่างกัน มีผลในการเพิ่มพื้นที่ของพื้นที่พร่องซึ่งมีประโยชน์สำหรับการเปลี่ยนเช่นเดียวกับในโฟโตไดโอดเป็นต้น
แยก p-n มาตรฐานถือว่าปกติหรือไดโอดชนิดมาตรฐานที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน สามารถใช้ได้กับ RF หรือแอพพลิเคชั่นแรงดันต่ำอื่นๆ เช่นเดียวกับวงจรเรียงกระแสไฟฟ้าแรงสูงและกำลังสูง
ชอตกี้ไดโอด. พวกมันมีแรงดันตกคร่อมไปข้างหน้าต่ำกว่าเซมิคอนดักเตอร์ซิลิกอนชนิด p-n-type มาตรฐาน ที่กระแสไฟต่ำ อาจมีค่าตั้งแต่ 0.15 ถึง 0.4 V และไม่ใช่ 0.6 V เช่นเดียวกับไดโอดซิลิคอน ในการทำเช่นนี้ไม่ได้ทำตามปกติ - ใช้หน้าสัมผัสโลหะและสารกึ่งตัวนำ มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในฐานะลิมิตเตอร์ วงจรเรียงกระแส และในอุปกรณ์วิทยุ
ไดโอดที่มีประจุสะสม เป็นไดโอดไมโครเวฟชนิดหนึ่งที่ใช้ในการสร้างและกำหนดรูปร่างพัลส์ที่ความถี่สูงมาก การทำงานเป็นไปตามลักษณะการสะดุดที่เร็วมาก
เลเซอร์ไดโอด. มันแตกต่างจากการเปล่งแสงธรรมดาเมื่อให้แสงที่สม่ำเสมอ เลเซอร์ไดโอดใช้ในอุปกรณ์หลายอย่าง ตั้งแต่ไดรฟ์ดีวีดีและซีดีไปจนถึงเลเซอร์พอยน์เตอร์ พวกมันถูกกว่าเลเซอร์รูปแบบอื่นมาก แต่ราคาแพงกว่า LED อย่างมาก มีอายุการใช้งานที่จำกัด
อุโมงค์ไดโอด. แม้ว่าจะไม่ได้ใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน แต่ก่อนหน้านี้มันเคยถูกใช้ในแอมพลิฟายเออร์ ออสซิลเลเตอร์ และอุปกรณ์สวิตช์ วงจรไทม์มิ่งออสซิลโลสโคป เมื่อมีประสิทธิภาพมากกว่าองค์ประกอบอื่นๆ
วาแรคเตอร์หรือวาริแคป. ใช้ในอุปกรณ์ RF จำนวนมาก สำหรับไดโอดนี้ ความเอนเอียงแบบย้อนกลับจะเปลี่ยนความกว้างของชั้นพร่องตามแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ ในการกำหนดค่านี้มันทำหน้าที่เป็นตัวเก็บประจุที่มีบริเวณพร่องซึ่งทำหน้าที่เป็นฉนวนและแผ่นฉนวนที่เกิดจากบริเวณที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า ใช้ในออสซิลเลเตอร์ที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้าและฟิลเตอร์ RF
ซีเนอร์ไดโอด. เป็นไดโอดประเภทที่มีประโยชน์มาก เนื่องจากมีแรงดันอ้างอิงที่เสถียร ด้วยเหตุนี้ซีเนอร์ไดโอดจึงถูกใช้ในปริมาณมาก มันทำงานภายใต้เงื่อนไขอคติย้อนกลับและทะลุผ่านเมื่อถึงความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้น หากกระแสถูกจำกัดโดยตัวต้านทาน แสดงว่าแรงดันคงที่ ใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อรักษาเสถียรภาพของอุปกรณ์จ่ายไฟ การแยกย่อยแบบย้อนกลับในซีเนอร์ไดโอดมี 2 ประเภท: การสลายตัวของซีเนอร์และอิมแพคไอออไนซ์
ดังนั้น ไดโอดเซมิคอนดักเตอร์ประเภทต่างๆ จึงรวมองค์ประกอบสำหรับการใช้งานที่ใช้พลังงานต่ำและกำลังสูง การเปล่งแสงและการตรวจจับแสง โดยมีแรงดันตกคร่อมต่ำและความจุแปรผัน นอกจากนี้ ยังมีอีกหลายสายพันธุ์ที่ใช้ในเทคโนโลยีไมโครเวฟ
