Діод детектора

Основна функція детекторного діода полягає у вилученні низькочастотного сигналу з високочастотного. Вони побудовані з точково-контактною структурою, що означає, що вони мають малу ємність переходу та можуть працювати на високих частотах. Як правило, вони виготовлені з германієвого матеріалу. В принципі, процес вилучення модулюючого сигналу з вхідного сигналу називається детекцією. Зі струмом випрямлення 100 мА як межею, ті, у кого вихідний струм менше 100 мА, називаються детекторними діодами. Германієві точково-контактні діоди можуть працювати на частотах до 400 МГц, з низьким падінням напруги вперед, малою ємністю переходу, високою ефективністю детектування та хорошими частотними характеристиками, такими як тип 2AP. Окрім детектування, ці діоди також можуть використовуватися в схемах для обмеження, кліпінгу, модуляції, змішування, перемикання та інших функцій. Існують також спеціальні комбінації двох діодів з узгодженими характеристиками для FM-детектування.

Випрямний діод

В принципі, процес отримання постійного струму (DC) на виході зі змінного струму (AC) на вході називається випрямленням. При струмі випрямлення 100 мА, вихідний струм якого перевищує 100 мА, називається випрямними діодами. Вони мають планарну структуру, що призводить до більшої ємності переходу, і зазвичай використовуються на частоті нижче 3 кГц. Максимальна зворотна напруга коливається від 25 вольт до 3000 вольт, поділяючись на 22 ступені від A до X. Вони класифікуються наступним чином: ① Кремнієві напівпровідникові випрямні діоди (тип 2CZ), ② Кремнієві мостові випрямлячі (тип QL) та ③ Високовольтні кремнієві стеки, що використовуються в телевізорах з робочою частотою близькою до 100 кГц (тип 2CLG).

Відсікаючий діод

Коли діод зміщений у прямому напрямку та проводить струм, його падіння напруги в прямому напрямку залишається практично постійним (0.7 В для кремнієвих діодів та 0.3 В для германієвих діодів). Ця характеристика використовується в схемах як елемент крізання для обмеження амплітуди сигналу в певному діапазоні. Більшість діодів можна використовувати для крізання. Існують також спеціалізовані крізні діоди, такі як ті, що використовуються для захисту приладів, та високочастотні стабілітрони. Для покращення здатності обмежувати різкі сплески амплітуди зазвичай використовуються кремнієві діоди. Також доступні компоненти, що складаються з кількох випрямних діодів, з'єднаних послідовно, щоб утворити єдиний блок на основі необхідної напруги крізання.

Модулюючий діод

Зазвичай це стосується діодів, спеціально використовуваних для кільцевої модуляції, які являють собою комбінації чотирьох діодів з послідовними прямими характеристиками. Хоча інші варакторні діоди також мають застосування для модуляції, вони зазвичай використовуються безпосередньо для частотної модуляції.

Змішувальний діод

При використанні методів змішування діодів, у діапазоні частот від 500 Гц до 10 000 Гц, зазвичай використовуються діоди Шотткі та точкові діоди.

Підсилювальний діод

Підсилення за допомогою діодів зазвичай передбачає пристрої з негативним опором, такі як тунельні діоди та об'ємні діоди, а також параметричне підсилення за допомогою варакторних діодів. Тому підсилювальні діоди зазвичай називають тунельними діодами, об'ємними діодами та варакторними діодами.

Перемикаючий діод

Діод має дуже низький опір, коли він зміщений у прямому напрямку та знаходиться в провідному стані, подібно до замкнутого ключа; коли він зміщений у зворотному напрямку, він має дуже високий опір та знаходиться у відключеному стані, подібно до розімкнутого ключа. Характеристики перемикання діодів можна використовувати для формування різних логічних схем. Існують перемикальні діоди, що використовуються для логічних операцій з малими струмами (близько 10 мА), та ті, що використовуються для збудження сердечника зі струмами в сотні міліампер. Перемикальні діоди для малого струму зазвичай є точковими та ключовими діодами, тоді як кремнієві дифузійні, меза- та планарні діоди також доступні для використання у високотемпературних середовищах. Основною перевагою перемикальних діодів є їхня висока швидкість перемикання. Діоди Шотткі мають особливо короткий час перемикання та є ідеальними перемикальними діодами. Точкові діоди типу 2AK використовуються для схем перемикання середньої швидкості, тоді як планарні діоди типу 2CK використовуються для схем перемикання високої швидкості. Вони також використовуються в схемах перемикання, обмеження, фіксації або детектування. Кремнієві діоди Шотткі (SBD) для перемикання високого струму мають низьке падіння напруги в прямому напрямку, високу швидкість та високу ефективність.

Варакторний діод

Варакторні діоди – це діоди малої потужності, що використовуються для автоматичного регулювання частоти (АЧЧ) та налаштування. Вони також відомі під різними назвами серед японських виробників. При застосуванні зворотної напруги змінюється ємність переходу діода. Тому вони використовуються в таких сферах, як автоматичне регулювання частоти, сканувальні коливання, частотна модуляція та налаштування. Як правило, вони виготовляються з кремнію за допомогою дифузійного процесу, але також використовуються інші спеціальні типи, такі як дифузійні сплави, епітаксіальні діоди та діоди з подвійною дифузією, оскільки ці діоди демонструють особливо велику зміну ємності з напругою. Ємність переходу змінюється залежно від зворотної напруги VR, замінюючи змінні конденсатори та використовуються в схемах налаштування, схемах генераторів та фазово-підстроєних контурах. Вони зазвичай використовуються в телевізійних високочастотних головках для перетворення каналів та схем налаштування і здебільшого виготовляються з кремнію.

Діод помножувача частоти

Для множення частоти за допомогою діодів існує два типи: множення частоти за допомогою варакторних діодів та множення частоти за допомогою діодів зі ступінчастим (або різким) відновленням. Варакторні діоди, що використовуються для множення частоти, називаються діодами зі змінним реактивним опором. Хоча принцип роботи діодів зі змінним реактивним опором такий самий, як і у варакторних діодів, що використовуються для автоматичного регулювання частоти, конструкція реактивних діодів може витримувати вищу потужність. Ступінчасті діоди, також відомі як діоди зі ступінчастим відновленням, мають короткий час зворотного відновлення trr при перемиканні з провідності в стан відсічення. Тому їхньою головною перевагою є значно короткий час переходу при швидкому перемиканні в стан відсічення. Якщо до діода зі ступінчастим відновленням подається синусоїдальна хвиля, то через короткий час переходу tt вихідна форма хвилі різко обрізається, що призводить до генерації багатьох високочастотних гармонік.

Діод Зенера

Цей тип діода виготовлений з використанням характеристики зворотного пробою діода, підтримуючи майже постійну напругу на його клемах для стабілізації напруги в колі. Це продукт, який замінює електронні діоди, що стабілізують напругу. Це діод з крутою кривою характеристики зворотного пробою. Він використовується як керуюча напруга та опорна напруга. Робоча напруга діода (також відома як напруга стабілітрона) коливається від приблизно 3 В до 150 В, з багатьма градаціями, поділеними на 10%. Що стосується потужності, доступні продукти від 200 мВт до понад 100 Вт. Працюючи в стані зворотного пробою, виготовлені з кремнієвого матеріалу, з дуже малим динамічним опором RZ, зазвичай 2CW, 2CW56 тощо; два комплементарні діоди, з'єднані послідовно зворотно для зменшення температурного коефіцієнта, є типу 2DW.

Температурний коефіцієнт α стабілітрона: α відображає зміну напруги стабілізації на кожні 1°C зміни температури. Діоди з напругою стабілізації менше 4 В мають негативний температурний коефіцієнт (через пробій стабілітрона), тобто напруга стабілізації зменшується зі збільшенням температури (температура змушує валентні електрони переходити на вищі енергетичні рівні); діоди з напругою стабілізації більше 7 В мають позитивний температурний коефіцієнт (через лавинний пробій), тобто напруга стабілізації зростає зі збільшенням температури (температура збільшує амплітуду коливань атомів, перешкоджаючи руху носіїв заряду); діоди з напругою стабілізації від 4 до 7 В мають дуже малий температурний коефіцієнт, майже нульовий (відбуваються як пробої стабілітрона, так і лавинні пробої).

PIN-діод

Це кристалічний діод, побудований з власним напівпровідником (або напівпровідником з низькою концентрацією домішок), розташованим між областями P та N. "I" в PIN означає "власний". Під час роботи на частотах вище 100 МГц, через ефект накопичення неосновних носіїв та ефект часу проходження у "власному" шарі, діод втрачає свою випрямляючу дію та стає імпедансним елементом, значення якого змінюється залежно від напруги зміщення. При нульовому зміщенні або зворотному зміщенні імпеданс "власної" області дуже високий; при прямому зміщенні, через інжекцію носіїв у "власну" область, "власна" область демонструє стан низького імпедансу. Тому PIN-діод можна використовувати як елемент зі змінним імпедансом. Він зазвичай використовується у високочастотній комутації (мікрохвильова комутація), фазовому зсуві, модуляції, обмежувальній та інших схемах.

Лавинний діод

Це транзистор, який може генерувати високочастотні коливання під впливом прикладеної напруги. Принцип роботи генерації високочастотних коливань полягає в наступному: використання лавинного пробою для інжекції носіїв заряду в кристал, оскільки час проходження носіїв через пластину скінченний, струм відстає від напруги, що призводить до часу затримки. Якщо час проходження належним чином контролювати

Тунельний діод

Тунельний діод – це кристалічний діод, основним компонентом струму якого є тунельний струм. Його основними матеріалами є арсенід галію та германій. Області P-типу та N-типу сильно леговані (тобто з високою концентрацією домішок). Тунельний струм генерується квантово-механічними ефектами цих вироджених напівпровідників. Для виникнення тунельного ефекту необхідні такі три умови: 1. Рівень Фермі розташований у зоні провідності та валентній зоні; 2. Шар просторового заряду повинен бути дуже вузьким (менше 0.01 мікрометра); існує ймовірність перекриття між енергетичними рівнями дірок в області P-типу та електронів в області N-типу виродженого напівпровідника. Тунельний діод – це двополюсний активний пристрій. Його основним параметром є відношення струму пік-долина (IP/PV), де нижній індекс "P" означає "пік", а нижній індекс "V" – "долину". Тунельний діод може бути використаний у малошумних високочастотних підсилювачах та високочастотних генераторах (з робочими частотами, що досягають міліметрового діапазону хвиль), а також може бути використаний у високошвидкісних комутаційних схемах.

Діод крокового відновлення

Це також діод з PN-переходом. Його структурною особливістю є крутий розподіл домішок на межі PN-переходу, що утворює «самопідтримуване електричне поле». Оскільки PN-перехід проводить заряд з неосновними носіями під дією прямого зміщення та має ефект накопичення заряду поблизу PN-переходу, зворотний струм потребує «часу накопичення», щоб знизитися до свого мінімального значення (значення зворотного струму насичення). «Самопідтримуване електричне поле» діода зі ступінчастим відновленням скорочує час накопичення, дозволяючи зворотному струму швидко припинитися та створювати насичені гармонійні складові. Ці гармонійні складові можна використовувати для розробки схем генерації гребінчастого спектру. Діод зі ступінчастим відновленням використовується в імпульсних схемах та схемах гармонік вищого порядку.

Діод з бар'єром Шотткі

Це діод з "переходом метал-напівпровідник", який демонструє характеристики Шотткі. Він має низьке падіння напруги в прямому напрямку. Металевий шар може бути виготовлений з таких матеріалів, як золото, молібден, нікель та титан. Напівпровідниковий матеріал зазвичай являє собою кремній або арсенід галію, зазвичай у формі напівпровідників N-типу. Цей пристрій проводить основні носії, тому його зворотний струм насичення набагато більший, ніж у PN-переходу, який проводить неосновні носії. Оскільки ефект накопичення неосновних носіїв у діодах Шотткі мінімальний, його частотна характеристика обмежена лише постійною часу RC, що робить його ідеальним пристроєм для високочастотних та швидкодіючих перемикань. Його робоча частота може сягати 100 ГГц. Крім того, діоди Шотткі типу MIN (метал-ізолятор-напівпровідник) можуть використовуватися для виготовлення сонячних елементів або світлодіодів. Він також може служити діодом вільного ходу, забезпечуючи функцію вільного ходу в індуктивних навантаженнях, таких як індуктори в імпульсних джерелах живлення та реле.

Демпфуючий діод

Демпфувальні діоди зазвичай використовуються в високочастотних ланцюгах напруги. Вони мають високу зворотну робочу напругу та піковий струм, з низьким падінням прямої напруги. Ці високочастотні високовольтні випрямні діоди використовуються для демпфування та підвищення напруги в ланцюгах горизонтальної розгортки телевізорів. Поширені демпфувальні діоди включають 2CN1, 2CN2 та BSBS44.

Діод для придушення перехідної напруги

Діод TVP забезпечує швидкий захист ланцюгів від перенапруги. Він доступний як у біполярному, так і в уніполярному типах, класифікованих за піковою потужністю (500 Вт - 5000 Вт) та напругою (8.2 В - 200 В).

Двобазовий діод (однокристалічний транзистор)

Це трививідний пристрій з негативним опором, двома базами та одним емітером. Він використовується в схемах релаксаційних генераторів та схемах зчитування напруги синхронізації. Він має такі переваги, як легке регулювання частоти та хороша температурна стабільність.

Світлодіод (LED)

Виготовлені з фосфіду галію та арсеніду фосфіду галію, ці світлодіоди мають невеликі розміри та випромінюють світло при прямому зміщенні. Вони працюють при низькій напрузі та струмі, з рівномірним випромінюванням світла, тривалим терміном служби та здатністю випромінювати червоне, жовте, зелене та синє монохроматичне світло. Завдяки технологічному прогресу були розроблені білі світлодіоди високої яскравості, що дало початок новій індустрії світлодіодного освітлення. Вони також використовуються в дисплеях для VCD, DVD, калькуляторів та інших пристроїв.

Кремнієвий силовий комутаційний діод

Кремнієвий силовий комутаційний діод має здатність до високошвидкісної провідності та відсікання. Він в основному використовується в схемах потужної комутації або стабілізації напруги, перетворювачах постійного струму, регулюванні швидкості високошвидкісних двигунів, а також як високочастотний випрямляч і обтискний елемент у схемах приводів. Він має переваги характеристик м'якого відновлення та високої перевантажувальної здатності, і широко використовується в блоках живлення комп'ютерів, блоках живлення радарів та системах керування швидкістю крокових двигунів.