Диод

Диод (бор. грек. δις) — электроникада Вольт-Ампер характеристикасы сызыкча булмаган ике электродлы электрон компонент.

Хәзерге вакытта диодның иң таралган тибы булып «ярымүткәргеч диод» тора. Бу тип диод гадәттә ярымүткәргеч материал кисәгеннән һәм аңа тоташтырылган ике электродтан тора.

«Лампа диоды» (вакуум көпшә диоды) (хәзерге вакытта сирәк кулланыла, бары тик кайбер югары-егәрлек технологияләрендә) - ул ике электродлы вакуум көпшә.

Диодның гадәти функцияләрнең берсе - электр тогын бер юнәлештә җибәрү (бу юнәлеш диодның “туры” юнәлеше дип атала), ә каршы юнәлештәге токны тоткарлау (“кире” юнәлеш). Шулай итеп, диодны кире клапанның электрон версиясе дип әйтергә була. Диодның бу бер юнәлешле тотышы электр тогын турайту дип атала, һәм алмаш токны даими токка әверелдерү өчен кулланыла, шулай ук радиоалгычларда радиосигналлардан модуляцияләнгән мәгълүматны чыгару өчен кулланыла. Шулай да, диодлар үзләрен күрсәтелгән “кабызу-сүндерү” гамәленнән катлаулырак тотарга мөмкин. Ярымүткәргеч диодлар туры юнәлештә билгеле “бусага” көчәнеше куелганчы электр тогын үткәрә башламыйлар (бу халәттәге диодны “туры юнәлештә көчәнеш куелган” дип атыйлар). Туры юнәлештә көчәнеш куелган диодта көчәнеш төшүе ток үзгәрү белән әз генә үзгәрә һәм температураның функциясе булып тора; бу эффектны температура датчигы ясау өчен яки чагыштыру өчен көчәнеш булдыру өчен кулланырга мөмкин.

Ярымүткәргеч диодлар сызыкча булмаган электр характеристикаларына ия, аларны P–N узуының конструкциясен үзгәртеп модификацияләргә була. Бу күп төрле функцияне үти ала торган махсус максатлы диодларда кулланыла. Мәсәлән, Зенер диодлары көчәнешне регуляцияләү өчен, тау кар ишелү – очып үтү диодлары (рус. лавинно-пролетный диод, eng. avalanche diode) схемаларны югары көчәнеш сикерүләреннән саклау өчен, варактор диодлары радиоалгычларда һәм телевизорларда электрон рәвештә канал сайлау өчен, Ганн диодлары, туннель диодлары һәм IMPATT диодлары радио ешлыктагы тирбәнешләр генерацияләү өчен, ә яктылык сибүче диодлар яктырту өчен кулланыла. Туннель диодларына тискәре каршылык хас, бу үзенчәлек аларны кайбер төр схемаларда файдалы итә.

Диодлар беренче ярымүткәргеч җиһазы булган. Кристалларның электр тогын турылайту сәләтен немец физигы Фердинанд Браун 1874 елда ачкан. Беренче мәче мыегы диоды дип аталган ярымүткәргеч диодлар 1906 ел тирәсендә, гален кебек минерал кристаллардан ясалган. Хәзерге вакытта, күпчелек диодлар кремнийдан ясала, шулай да, германий кебек ярымүткәргечләр дә кулланыла.

Тарих

Термион һәм каты җисем диодлар параллель рәвештә эшләнеп чыгарылган.

1873 елда Фредерик Гутри термион диодлар эшләвенең төп принципын ачкан. Гутри уңай корылган электроскопның корылмасын аның янына җиргә тоташтырылган ак кызган металл кисәген китереп (тидермичә) алып булганын ачкан. Шуны ук тискәре корылган электрод өчен кулланырга мөмкин булмаган, бу токның бер генә юнәлештә үткәнен күрсәткән.

1880 нче елның 13 февралендә Томас Эдисон бу принципны бәйсез рәвештә тагын бер мәртәбә ачкан. Бу вакытта Эдисон аның яктылык лампаларының күмер җепләре гел диярлек уңай корылган ягында янып чыгуының сәбәбен тикшергән. Аның пыяла корпуска эретеп ябыштырылган металл электродлы махсус лампасы булган. Бу җиһазны кулланып, ул кызган җептән вакуум аша металл тәлинкәгә күзгә күренми торган ток узуын раслаган, әмма бу күренеш тәлинкә уңай “корылмага тоташтырылганда” гына булган.

Эдисон даими ток вольтметрында аның модификацияләнгән яктылык лампасы эффектив рәвештә резисторны алмаштыручы схеманы эшләп чыгарган. Эдисон шушы ачышы өчен 1884 нче елда патент белән бүләкләнгән. Ул вакытта андый җиһазны гамәлдә кулланырга мөмкин булмаган. Шулай итеп, патент берәр кеше Эдисон эффектына кулланылыш тапкач кына гамәлгә керергә тиеш булган.

20 ел узгач, Джон Амброзе Флеминг (Маркони Компаниясенең фәнни киңәшчесе һәм элек Эдисонга эшләгән кеше) Эдисонның эффектына нигезләнеп төгәл радиодетектор ясарга мөмкин икәнен тапкан. Флеминг беренче чын термион диодка Британиядә 1904 нче елның 16 ноябрендә патент алган.

1874 елда немец галиме Карл Фердинанд Браун кристалларның “бер юнәлештә үткәрүчәнлеген” ачкан. Браун кристалл электр турылайткычына 1899 елда патент алган. 1930 нчы елларда бакыр әчемәсе һәм кремний турылайткычлары эшләп чыгарылган.

1894 елда һинд галиме Джагадиш Чандра Бозе беренче булып радио дулкыннары детекциясе өчен кристаллны кулланган. Кристалл детектор гамәлдә эшләүче җиһазга Гринлиф Витье Пикард тарафыннан әверелдерелгән. Бу галим 1903 елда кремний кристалл детекторны уйлап чыгарган һәм 1906-нчы елның 20 ноябрендә аның өчен патент алган. Башка тәҗрибә үткәрүчеләр күп төрле башка матдәләр кулланып караганнар, боларның иң киң кулланылганы минерал гален (свинец сульфиды) булып тора. Башка матдәләр берникадәр яхшырак эш тәкъдим итсәләр дә, гален киңрәк кулланылган, чөнки аның бәясе арзан булган һәм аны табарга җиңелрәк булган. Бу элеккеге радио җайланмаларындагы кристалл детектор белән бергә җайлана торган тимерчыбык нокта контакты (“мәче мыегы”); ул контактны кул ярдәмендә кристалл өслеге буенча хәрәкәткә китерергә мөмкин булган, бу оптималь сигнал табу өчен эшләнгән. Бу ышанычлы булмаган җиһаз термион диодлар тарафыннан тиз кысрыклап чыгарылган, әмма кристалл детектор соңыннан, 1950 елларда, арзан германий диодлар эшләнгәч, доминант кулланышка кайткан.

Ачылу вакытында, мондый җиһазлар турылайткычлар буларак мәгълүм булган. 1919 елда Вильям Генри Экклз грекчадан «диа» (аша, аркылы мәгънәсендә) һәм “од” (ὅδος – “юл”) сүзләреннән “диод” терминын уйлап чыгарган.

Термион һәм газ-халәте диодлары

Термион диодлар алар термион лампа җиһазлар (шулай ук вакуум көпшәләр, трубкалар яки лампалар атамасы астында да мәгълүм). Термион диодлар – пыяла конвертта вакуум эчендә электрод җыелмалары.Иң элеккеге үрнәкләр кыздыру яктырту лампаларына бик охшаш булган.

Термион лампа диодларында, җылыткыч ятьмә аша узучы ток читтән катодны җылыта, катодка барий һәм стронций әчемәләре йөгертелгән, алар селтеле җир металл әчемәләре; бу матдәләрне сайлау сәбәбе - “электроннарны чыгару эшенең” әз булуы. (Кайбер лампаларда турыдан-туры җылыту кулланыла, монда ятьмә җылыткыч һәм катод рольләрен үти). Җылылык электроннарның вакуумга термоэмиссиясенең сәбәбе була. Эшнең алдагы стадиясендә, анод дип аталган уратучы металл электрод уңай корылган һәм ул чыгарылган электроннарны үзенә тарта.

Шулай да, кире көчәнеш куелганда, электроннар җылытылмаган анод өслегеннән җиңел чыкмыйлар. Димәк, кире ток юк диярлек. 20 нче гасырда, лампа диодлары аналог сигнал техникасында кулланылган һәм күп туклану тәэмин итүче җайланмаларда турылайткычлар буларак кулланган. Хәзерге вакытта лампа диодларның кулланылыш өлкәләре – гитара көчәйткечләрендә һәм high-end аудио көчәйткечләрендә һәм шулай ук махсус югары көчәнеш җиһазларында.

Ярымүткәргеч диодлар

Төп мәкалә: Ярымүткәргеч диод

Хәзерге заман ярымүткәргеч диоды кремний кебек ярымүткәргеч кристаллыннан ясала, шул кристаллга башка матдәләр өстәлә. Бер якта тискәре корылган кисәкчәләре (электроннар) булган өлкә булдырыла, ул n-тип ярымүткәргеч дип атала, я икенче якта уңай корылма йөртүчеләре электрон тишекләре булган өлкә p-тип ярымүткәргеч дип атала. Диодның электродлары бу ике өлкәнең һәрберенә тоташтырылган. Бу өлкәләр арасындагы чик P-N узуы дип атала, монда диодның функциясе башкарыла. Кристалл электроннар тогын катод дип аталучы n-тип яктан анод дип аталучы p-тип якка үткәрә, ә кире юнәлештә үткәрми. Шулай да, “шартлы ток” анодтан катодка таба, ук күрсәткән юнәлештә ага (бу электроннар тогына каршы юнәлештә, чөнки электроннарның корылмасы тискәре). Башка тип ярымүткәргеч диод, Шоттки диоды дип атала, ул металл һәм ярымүткәргеч контактыннан ясала.

Ток-көчәнеш характеристикасы

Ярымүткәргеч диодның схемада тотышы ток–көчәнеш характеристикасы, яки I–V графикы белән тасвирлана (астагы графикны карагыз). Графикта бөгелгән сызыкның формасын корылма йөртүче кисәкчәләрнең ярымүткәргечләр арасындагы p–n узуында урнашкан мохтаҗлык өлкәсе (рус. зона истощения) (ирекле корылма йөртүче кисәкчәләргә мохтаҗлык мәгънәсендә) аша хәрәкәте билгели. p–n узуы беренче мәртәбә хасил булгач, ирекле электроннар N-кушылмалы өлкәдән күп санлы тишекләр (электрон өчен буш урыннар) булган P-кушылмалы өлкәгә үтәләр, һәм электроннар тишекләр белән “рекомбинацияли”. Ирекле электрон тишек белән рекомбинацияләнгәндә, электрон да, тишек тә юк булалар; N ягында “утрак” уңай корылган донор кала, ә P ягында тискәре корылган акцептор кала. p–n узуы тирәсендә өлкә корылма йөртүче кисәкчәләрсез кала һәм шулай итеп үзен изолятор сыман тота.

Шулай да, мохтаҗлык өлкәсенең киңлеге (мохтаҗлык киңлеге дип аталган) чиксез зурая алмый. Һәрбер рекомбинацияләгән электрон–тишек пары өчен N-кушылмалы өлкә артында уңай корылган кушылма ион кала, ә P-кушылмалы өлкә артында тискәре корылган кушылма ион кала. Рекомбинация процессы дәвам итү белән күбрәк ионнар хасил була. Мохтаҗлык өлкәсе аша артучы электрик кыр барлыкка килә; ул рекомбинацияне әкренәйтә һәм ниһаять туктата. Бу мизгелдә, мохтаҗлык зонасы аркылы “эчтәге” потенциал бар.
Әгәр дә диод аркылы полярлыгы “эчтәге” потенциал кебек үк тышкы көчәнеш куела икән, мохтаҗлык өлкәсе үзен изолятор сыман тотышын дәвам итә һәм теләсә нинди әһәмияте булган токны туктата. (Электрон/тишек парлары узуда актив барлыкка китерелгән очрактан тыш, мәсәлән яктылык тарафыннан. фотодиодны карагыз). Бу күренеш “p-n узуының ябылуы”. Әмма тышкы көчәнешнең полярлыгы “эчтәге” потенциалга каршы булса, рекомбинация дәвам итәргә мөкин, моның нәтиҗәсендә p-n узуы аркылы чагыштырмача зур ток ага башлый (ягъни узуда чагыштырмача күп санда электроннар һәм тишекләр рекомбинацияли). Кремний диодлар өчен “эчтәге” потенциал якынча 0,7 Вольтка тигез (германийдан ясалганнары өчен 0,3 В, Шоттки диодлары өчен 0,2 В). Шулай итеп, диод аша тышкы ток уза икән, диод аша якынча 0,7 В көчәнеш барлыкка килә, ә P-кушылмалы өлкә N-кушылмалы өлкәгә караганда уңай корылган һәм диод “кабызылган” чөнки анда p-n узуының ачылуы күренеше урын ала.

Диодның ток–көчәнеш характеристикасы дүрт эшләү өлкәсе ярдәмендә аппроксимацияләнергә мөмкин.

6-нчы рәсем: P–N узулы диодның I–V характеристикасы (масштабта түгел). Бәреп үтү диапазоны, "кире" ток үткәрү диапазоны һәм туры ток үткәрү диапазоны күрсәтелгән.

Бик зур кире көчәнеш, пик кире көчәнешеннән дә зуррак, куелганда, кире тау кар ишелүе дип аталган процесс урын ала, ул токның күпкә үсүенең сәбәбе була (ягъни күп санлы электроннар һәм тишекләр барлыкка килә һәм p-n узуыннан чыгып китә), бу компонентны даими рәвештә эштән чыгара. Тау кар ишелүе диоды исә, махсус тау кар ишелүе зонасында эшләү өчен конструкцияләнгән. Зенер диодлары өчен пик кире көчәнеш концепциясе кулланылмый. Зенер диодында күп кушылмалы p–n узуы бар, ул электроннарга p-тип материалның валент зонасыннан туннель аша n-тип материалның үткәрү зонасына үтәргә рөхсәт итә; шулай итеп кире көчәнеш билгеле дәрәҗәдә (“Зенер көчәнеше” дип аталган) кысылган була һәм “тау кар ишелүе” булмый. Шулай да, ике җиһазның да кысылган кире көчәнеш өлкәсендә максималь ток һәм егәрлеге чикләнгән. Шулай ук, теләсә нинди диодның да туры юнәлештә үткәрүнең ахырында, кыска вакытлы кире ток була. Җиһаз үзенең тулы блоклау сәләтенә, кире ток беткәнче җитми.
Икенче өлкәдә, пик кире көчәнештән уңайрак кире көчәнешләр куелганда, бик кечкенә туендыру тогы бар. Нормаль P–N турылайткыч диоды өчен кире көчәнеш өлкәсендә, җиһаз аша ток бик кечкенә (микроамперлар дәрәҗәсендә). Шулай да, температурага бәйлелек бар һәм зур температураларда, чагыштырмача зур кире ток күзәтелергә мөмкин (миллиамперлар һәм күбрәк дәрәҗәдә).

Өченче өлкәдә туры юнәлештә, ләкин кечкенә дәрәҗәдә көчәнеш куелганда, бик кечкенә туры ток кына күзәтелә.

Потенциаллар аермасы ирекле рәвештә билгеләнгән “ялгау көчәнешенә” яки “кабызылу көчәнешенә” яки “диодның туры юнәлештә көчәнеш төшүе”нә (V_d) җиткәч, диодның тогы җитәрлек санала (“җитәрлек” дип саналган токның һәм кабызылу көчәнешнең дәрәҗәсе куллану өлкәсенә карап төрле булырга мөмкин), һәм диодның каршылыгы бик кечкенә була. Ток-көчәнеш графигы - ул экспонента бөгелгән сызыгы. Гадәти кремний диодында эш токлары диапазонында ирекле рәвештә кабызылу көчәнеше 0,6 - дан 0,7 Вольтка кадәр була. Башка төр диодлар өчен көчәнеш дәрәҗәсе башка булырга мөмкин - Шоттки диоды өчен 0,2 В чамасында билгеләнергә мөмкин, германий диодларда 0,25 - тән 0,3 Вольтка кадәр, ә кызыл яки зәңгәр яктылык таратучы диодында (рус. светодиод, eng.light-emitting diodes (LEDs)) дәрәҗәләр 1,4 В – тан алып 4 В – ка кадәр булырга мөмкин.

Югарырак токларда диодның туры юнәлештә көчәнеш төшүе үсә. Егәрле диодлар өчен, тулы эш тогы булганда, гадәттә көчәнеш төшүе 1 В – тан 1,5 В – ка кадәр була.

Шоккли диод тигезләмәсе

“Идеаль Шоккли диод тигезләмәсе” (транзистор уйлап чыгаручысы Уильям Брәдфорд Шоккли хөрмәтенә аталган, тетрод уйлап чыгаручысы Уолтер Шоттки белән бутамаска) идеаль диодның I–V (ток – көчәнеш) характеристикасын туры яки кире көчәнеш куелганда (яки көчәнеш булмаганда) тасвирлый. Тигезләмә түбәндәгечә:

I=I_{\mathrm {S} }\left(e^{V_{\mathrm {D} }/(nV_{\mathrm {T} })}-1\right),\,

монда

I - диод тогы,

I_S - кире көчәнеш куелганда туендыру тогы (яки шкала тогы),

V_D - диод аркылы көчәнеш,

V_T - термаль көчәнеш һәм

n - ул идеальлек факторы,ул шулай ук сыйфат факторы яки кайвакыт эмиссия коэффициенты дип атала. Идеальлек факторы n эшләп чыгару процессына яки ярымүткәргеч материалына карап, 1 дән 2 гә кадәр диапазонда булырга мөмкин һәм күп очракларда аны шартлы рәвештә 1 гә тигез итеп алалар (шулай итеп n-ны исәп-хисапларда төшеп калдыралар).

Термаль көчәнеш V_T 300 К температурада 25.85 мВ – ка тигез, бу температура “бүлмә температурасына” якын һәм гадәттә прибор модельләрен тикшерүче компьютер программаларында кулланыла. Теләсә нинди билгеле температурада ул мәгълүм булган константа һәм түбәндәге формула буенча исәпләнә:

V_{\mathrm {T} }={\frac {kT}{q}}\,,

монда k - Больцман константасы, T - p–n узуның абсолют температурасы, ә q - электрон корылмасының зурлыгы (элементар корылма).

“Шоккли идеаль диод тигезләмәсе” яки “диод законы” диодтагы токка үсешне бары тик дрейф (электр кыр сәбәпле), диффузия һәм термаль корылма йөртүче кисәкчәләр генерациясе һәм рекомбинациясе процесслары тәэмин итә дигән фараз белән чыгарыла. Шулай ук мохтаҗлык өлкәсендә генерация-рекомбинация тогы әһәмияткә алырлык зур булмавы фараз ителә. Ягъни Шоккли тигезләмәсендә кире бәреп үтү булгандагы процесслар һәм фотон ярдәмендәге генерация-рекомбинация исәпкә алынмый. Шуңа өстәп, ул I–V (ток-көчәнеш) кәкре сызыгының югары көчәнеш куелганда эчке каршылыгы сәбәпле кискен өскә китүен тасвирламый.

“Кире” көчәнешләр куелганда (6-нчы рәсемне карагыз) диодның тигезләмәсендә экспоненциаль өлешне исәпкә алмаска мөмкин һәм даими (тискәре) кире ток I_S зурлыгына тигез. Кире “бәреп үтү өлкәсе” моделе Шоккли тигезләмәсендә тикшерелми. Шактый кечкенә “туры юнәлеш” көчәнешләр өчен (6-нчы рәсемне карагыз) экспоненциаль өлеш (термаль көчәнеш бик кечкенә булу сәбәпле) бик зур, шулай итеп, диод тигезләмәсендә чыгарылган “1” – не әһәмияткә алмаска мөмкин һәм диодның туры юнәлештәге токны түбәндәгечә аппроксимацияләргә мөмкин.

I=I_{\mathrm {S} }e^{V_{\mathrm {D} }/(nV_{\mathrm {T} })}

Диод тигезләмәсен чылбыр мәсьәләләрендә куллану Диод модельләре/Шоккли диод моделе мәкаләсендә күрсәтелгән.

Кечкенә сигнал булганда тотышы

Схемотехника өчен, еш кына, диод тотышының кечкенә сигнал моделе файдалы була. Диод моделенең үзенчәлекле үрнәге кечкенә сигнал моделе мәкаләсендә тасвирлана.

Кире торгызылу эффекты

Туры юнәлештә үткәрүчәнлекнең ахырына якынрак PN төрендәге диодта, кыска вакытлы кире ток үтә. Җиһаз үзенең блоклау сәләтенә узуда хәрәкәтчән корылмаларга кытлык башланганчы җитми.

Эффект зур токларны (di/dt ~ 100 A/мкс ) бик тиз кабызганда әһәмияткә ия була ала.

Диодтан кире торгызылу корылмасын Q_r (уннарча нанокулоннар тирәсендәге зурлыкта) алып китү өчен билгеле микъдарда “кире торгызылу вакыты” (уннарча наносекундлар тирәсе) кирәк булырга мөмкин. Шул торгызылу вакыты дәверендә, диод чынлыкта кире юнәлештә үткәрә ала. Бу (шартлы) ток эффектив рәвештә (диодның) катодыннан анодына таба агачагын аңлата. Билгеле чын очракларда шул идеаль булмаган диод эффекты сәбәпле килеп чыккан югалтуларны исәпкә алу мөһим булырга мөмкин.

Шулай да, ток зурлыгы бик зур булмаганда (di/dt ~ 10 A/мкс яки әзрәк) бу эффектны куркынычсыз рәвештә әһәмияткә алмаска мөмкин. Күпчелек кулланышлар өчен Шоттки диодлары өчен бу эффектны шулай ук әһәмияткә алмаска мөмкин.

Сакланган корылмаларга кытлык башлангач, кире ток кискен рәвештә туктала; шушы кискен тукталыш баскыч торгызылу диодларында бик кыска импульслар генерациясе өчен кулланыла.


Диод	Зенер диоды	Шоттки диоды	Туннель диоды

Яктылык нурлары таратучы диод	Фотодиод	Варикап	Кремний идарә ителүче турылайткыч

7-нче рәсем: Кайбер диод символлары.

Ярымүткәргеч диодлар типлары

8-нче рәсем:Төрле тип диодлар. Үлчәү шкаласы сантиметрларда.

Берничә тип узулы диод бар. Алар я диодның билгеле физик характеристикасын кулланып (еш кына геометрик үлчәмнәрне үзгәртеп, кушылма дәрәҗәсен үзгәртеп, тиешле электродларны сайлап) махсус схеманың өлеше булып торалар, яки үзе аерым җайланма булып тора, мәсәлән Ганн һәм лазер диоды һәм MOSFET (металл-әчемә ярымүткәргеч кыр эффекты) диоды:

Гадәти алдарак тасвирланганча эшләүче (p-n) диодларда кушылма булып кремний, яки сирәгрәк германий тора. Хәзерге заман егәрле кремний турылайткыч диодлар кертелгәнче, бакыр әчемәсе] һәм соңрак селен элементлары кулланылган; аларның түбән эффективлыгы зуррак туры юнәлештәге көчәнеш төшүе тәкъдим иткән (типик дәрәҗә бер “күзәнәккә” 1,4 тән алып 1,7 В – ка кадәр, шул күзәнәкләр югары көчәнеш турылайткычларда пик кире көчәнешен арттыру өчен күп итеп бергә җыелган булган), шулай ук күп җылылык алып китү таләп иткән (еш кына диодның металл “түшәге” (подложка) дәвамы аша); шул ук ток характеристикалары дәрәҗәләре булган кремний диодныкыннан шактый күбрәк җылылык алып китү таләп иткән.

Тау кар ишелүе диодлары

Бу тип диодлар кире көчәнеш бәреп үтү көчәнешеннән артыграк булгач үткәрәләр. Электрик сыйфатламалары буенча алар Зенер диодларына бик охшаш һәм еш кына хата ясап Зенер диодлары дип атала, әмма аларда бәреп үтү башка механизм (“тау кар ишелүе эффекты”) буенча бара. Бу күренеш булганда, p-n узуы аша электрик кыры ионизация дулкыны (тау кар ишелүенә охшаш) сәбәбе була, бу зур токларга сәбәп була. Тау кар ишелүе диодларында алдан билгеле кире көчәнештә бәреп үтү булырга тиеш, шул ук вакытта җиһаз ватылмаска тиеш. Тау кар ишелүе диоды белән (аның кире юнәлештә бәреп үтү дәрәҗәсе 6,2 В) Зенер диодының аермасы шунда ки, беренче тип диодның канал озынлыгы электроннарның ирекле юлыннан зуррак, шулай итеп алар арасында чыкканда бәрелешләр була. Гамәлдә бу аерма шушы ике тип диодның температура коэффициентлары төрле полярлыкта булуда күренә.

Мәче мыегы диодлары яки кристалл диодлары

Болар нокта-контакт диодларының бер типы. Мәче мыегы диоды ярымүткәргеч кристаллга, гадәттә гален яки күмер кисәгенә батырылган нечкә яки үткенләнгән металл чыбыктан тора. Чыбык анод (уңай корылган электрод), ә кристалл катод (тискәре корылган электрод) ролен үти. Мәче мыегы диодлары шулай ук кристалл диодлар дип аталган һәм кристалл радиоалгычларында кулланган. Гомумән алганда, мәче мыегы диодлары искергән, ләкин кайбер җитештерүчеләрдән аларны һаман сатып алып була.

Даими ток диодлары

Чынлыкта болар JFET (узулы капка кыр эффекты) диодлары, аларның “капкасы” “чыганакка” кыска ялганган һәм, көчәнешне чикли торган Зенер диоды сыман, ике электродлы ток чикләүче кебек эшли. Алар үтүче токка билгеле дәрәҗәгә кадәр үсәргә рөхсәт итәләр һәм шуннан соң шул токны шул дәрәҗәдә тоталар. Шулай ук алар “даими ток диодлары”, “диод тоташкан транзисторлар” яки “ток регуляцияләүче диодлар” дип атала.

Лео Эсаки яки туннель диодлары

Бу тип диодларның квант туннель аша узу сәбәпле тискәре каршылык өлкәсе бар, бу сигналларны көчәйтергә һәм бик гади ике тотрыклы дәрәҗәсе булган схемалар төзергә рөхсәт итә. Корылган кисәкчәләрнең концентрациясе югары булу сәбәпле, туннель диодлар бик тиз эшли, түбән (мK) температурада, югары магнит кырлары булганда һәм югары радиация булганда эшли алалалар. Аларның характеристикалары шундый булу сәбәпле, алар еш космос техникасында кулланалар.

Ганн диодлары

Болар туннель диодларына эшләнү материаллары GaAs һәм InP булып, тискәре каршылык өлкәсе булуы белән охшаш. Дөрес көчәнеш куелгач, диполь өлкәләре формалаша һәм диод аркылы сәяхәт итә, бу югары ешлык микродулкын электрон осцилляторлар төзергә мөмкин итә.

Яктылык таратучы диодлар

Туры тасма аралы (eng. direct band-gap) ярымүткәргечтә, мәсәлән галий арсенидында узуны үтүче корылган кисәкчәләр башка яктагы күпчелек кисәкчәләр белән рекомбинацияләгәндә фотоннар чыгара. Материалга карап, инфракызылдан алып ультрафиолетка кадәр төрле дулкын озынлыклары (яки төсләр) алырга мөмкин.

Бу диодларның туры юнәлештәге потенциалы чыгарылган фотоннарның дулкын озынлыгына бәйле. 2,1 В кызыл төскә карый, 4 В фиолет төсенә. Беренче яктылык диодлары кызыл һәм сары булган, вакыт узу белән югарырак ешлыклы диодлар ясап чыгарылган. Барлык яктылык диодлары да когерент булмаган, тар спектрлы яктылык тарата; “ак’’ төс чынлыкта өч яктылык диодының комбинациясе. Яктылык диодлары шулай ук сигнал эшкәртү кулланылышында эффективлыгы аз булган фотодиод буларак кулланылырыга мөмкин. Яктылык диоды фотодиод яки фототранзистор белән бер корпуска куелып, опто-изолятор (яки оптопар) тәшкил итәргә мөмкин.

Лазер диодлары

Параллель оч өслекләрне шомарту нәтиҗәсендә барлыкка килгән оптик резонаторда яктылык диоды сыман структура куелган икән, лазер ясау мөмкин була. Лазерлар оптик саклау җайланмаларында һәм югары тизлектәге оптик элемтәдә кулланыла.

Термаль диодлар

Бу төшенчә ике тип диод өчен кулланыла. Температура үлчәвендә кулланылган, температура үзгәрү белән туры юнәлеш көчәнеше үзгәрә торган шартлы PN диодлары өчен. Шулай ук термоэлектрик суыту өчен Пелтье җылылык насослары өчен. Пелтье җылылык насослары ярымүткәргечтән ясалырга мөмкин, гәрчә аларның бернинди турылайтучы узулары булмаса да, аларда N һәм P типындагы ярымүткәргечләрдә корылган кисәкчәләрнең тотышы үзгәрүе җылылык алып китү өчен файдалана.

Фотодиодлар

Барлык ярымүткәргечләрдә дә оптик корылма йөртүчеләр генерациясе бар. Күп очракларда бу кирәге булмаган эффект һәм ярымүткәргечләр яктылык үткәрми торган материалдан ясалган корпус эчендә була. Фотодиодлар исә яктылыкны сизәргә тиеш фотодетектор һәм алар яктылык үткәрүче материалдан ясалган корпус эчендә була һәм гадәттә PIN (яктылыкка иң сиземле диод төре) була. Фотодиодлар кояш батареяларында, фотометрияда яки оптик элемтәдә кулланыла. Күп фотодиодлар бергә җыелып (бер рәткә яки ике үлчәмле яссылыкта) бер җайланмада булырга мөмкин. Бу рәтләрне пар корылма җайланмалар белән бутамаска кирәк.

Нокта-контакт диодлары

Болар өстә тасвирланган узулы ярымүткәргеч диодлар кебек үк эшлиләр, ләкин аларның конструкциясе гадирәк. n-тип ярымүткәргеч шакмагы ясала һәм 3-нче төркем металлын ярымүткәргеч белән контактка кертеп, үткәрүчән төгәл нокта контакты урнаштырыла. Берникадәр микъдарда металл ярымүткәргечкә күчә һәм контакт янында кечкенә p-тип ярымүткәргеч өлкә барлыкка килә. Озак вакыт буена билгеле булган 1N34-ның германий версиясе һаман радиоалгычларда детектор буларак һәм махсус аналог электроникасында кулланыла.

PIN диодлары

PIN диодының үзәк кушылмасыз, яки “эчке” катламы бар, ул p-тип/”эчке”/n-тип структура тәшкил итә. Алар радиоешлыклары ялгаучы җайланмаларында һәм аттенюаторларда кулланыла. Алар шулай ук зур микъдарда ионизация нурланышы һәм фотодетекторлар буларак кулланыла. Бу диодларның үзәк катламы зур көчәнешкә чыдам булу сәбәпле, PIN диодлар егәрле электроникада кулланыла. Дәвам иттереп әйтергә кирәк, PIN структура күп ярымүткәргеч җайланмаларында, мәсәлән, IGBT(eng. insulated gate bipolar) “капкасы» изоляцияләнгән биполяр, егәрле MOSFET (металл-әчемә-ярымүткәргеч кыр) һәм тиристорларда бар.

Шоттки диодлары

Уолтер Шоттки диодлары металлдан ярымүткәргечкә контакттан ясала. Аларның туры юнәлештә көчәнеш төшүе p-n узулы диодларныкыннан түбәнрәк. Аларның туры юнәлештә көчәнеш төшүләре мА тирәсе ток булганда, 0,15 В – тан 0,45 В – ка кадәр дәрәҗәләр ала, бу аларны көчәнеш фиксациясендә файдалы итә һәм транзисторны “туендыру”дан саклый. Алар шулай ук әз югалтулы турылайткычлар буларак кулланырга мөмкин, гәрчә аларның кире юнәлештәге югалту токы гадәттә башка диодларныкыннан югарырак булса да. Шоттки диодлары алар күпчелек йөртүче кисәкчәле җайланмалар һәм азчылык йөртүче кисәкчәле саклау проблемаларыннан интекми. Бу проблемалар күп башка диодларны әкренәйтә. Шулай итеп, аларның торгызылуы p–n узулы диодларныкыннан тизрәк бара. Шулай ук Шоттки диодларның узу сыйдырышлыгы p–n диодларныкыннан күпкә түбәнрәк, бу югары ялгау-өзү тизлеген тәэмин итә һәм аларны югары ешлык схемаларында һәм аларны импульслы туклану тәэмин итүче җайланмаларда, ешлык миксерларында һәм радио детекторларында кулланырга мөмкин итә.

Супер барьер диодлары

Супер барьер диодлары - алар турылайткыч диодлары һәм аларда Шоттки диодларның түбән кире көчәнеш төшүе белән гадәти p-n узулы диодларның югары эшләү тизлеге һәм түбән кире көчәнеш тогы бар.

Алтын кушылмалы диодлар

Кушылма буларак алтын (яки платина) үзен рекомбинация үзәге сыман тота, бу азчылык йөртүче кисәкчәләрнең тиз рекомбинациясенә ярдәм итә. Бу диодка югарырак туры юнәлештәге көчәнеш бәрабәренә сигнал ешлыгында эшләргә мөмкинчелек бирә. Алтын кушылган диодлар башка p-n диодлардан тизрәк (әмма Шоттки диодлары кебек үк тиз түгел). Алтын кушылмалы диодларның шулай ук Шоттки диодларына караганда кире ток югалтулары әзрәк (әмма башка p-n диодларныкы кебек үк яхшы түгел).

Сынык формадагы дулкын диодлары яки баскыч торгызылу диодлары

”Баскыч торгызылу” термины бу җайланмаларның кире торгызылу характеристикасына карый. Туры ток баскыч торгызылу диоды аша узганнан соң һәм ток туктагач яки кире юнәлештә борылгач, кире юнәлештә үткәрүчәнлек бик тиз туктаячак (дулкынның баскыч формасында кебек). Шулай итеп, баскыч торгызылу диодлары (SRD) корылма йөртүче кисәкчәләрнең кискен юкка чыгу сәбәпле бик тиз көчәнеш үткәрүләре тәэмин итә ала.

Үткәрүче көчәнеш басылу диоды (TVS)

Болар тау кар ишелү диодлары. Алар башка ярымүткәргеч җайланмаларны югары көчәнеш үткәрүләреннән саклау өчен махсус конструкцияләнгән. Аларның p-n узуларында гадәти диодларныкына караганда кисешү өлкәләре күпкә зуррак, бу аларга югары токларны “җиргә” зарар күрмичә үткәрергә рөхсәт итә.

Варикап яки варактор диодлары

Болар көчәнеш белән идарә ителүче конденсаторлар буларак кулланыла. Болар (eng.PLL (phase-locked loop)) (фаза-төйнәлгән бау авызы ) һәм (eng.FLL (frequency-locked loop) схемаларында әһәмиятле һәм канал сайлау схемаларында, мәсәлән телевизор алгычларында, тиз бикләргә мөмкин итә. Бу иске озак вакыт эчендә җылынучы һәм бикләнүче конструкцияләр урынына килгән. PLL схемалары FLL схемаларыннан тизрәк эшли, ләкин бөтен гармоникалы сигналларны бикләүгә бирешүчән (мәсәлән, киң тасмалы сигналны бикләргә кирәк булган очракта). Алар шулай ук элеккеге заман радио канал сайлавында көйләнүче осцилляторларны таләп иткән, монда арзан һәм тотрыклы ләкин төгәл ешлыктагы кристалл осциллятор көчәнеш белән идарә ителүче осциллятор өчен сылтама ешлык тәэмин иткән.

Зенер диодлары

Кире юнәлештә үткәрү өчен ясалган. Бу, Зенер бәреп үтүе дип аталган эффект алдан билгеле булган төгәл көчәнештә була һәм диодка төгәл сылтама көчәнеше булырга мөмкинчелек бирә. Гамәли сылтама көчәнеш схемаларында Зенер һәм ялгау диодлары параллель һәм каршы юнәлешләрдә тоташтырыла, бу температура коэффициентын нульгә якын дәрәҗәдә тоту өчен ясала. Кайбер югары көчәнеш Зенер диодлары дип билгеләнгән җайланмалар чынлыкта тау кар ишелүе диодлары (алдарак бирелгән мәгълүматны карагыз). Бер корпус эчендә ике (эквивалент) параллель рәвештә һәм кире юнәлештә тоташтырылган Зенер диодлары үткәрүче үзенә сеңдерүче җайланма (яки transorb регистрацияләнгән сәүдә билгесе) тәшкил итәләр. Зенер диоды уйлап табучысы Карнеги Мэллон Университетыннан доктор Клэренс Мэлвин Зенер хөрмәтенә аталган.

Ярымүткәргеч диодларның башка кулланылу өләләре арасында температура сиземләү һәм аналог логарифмнар исәпләү. (Операцион көчәйткечләр кулланышларын карагыз).

Бәйле җайланмалар

Турылайткыч
Транзистор
Тиристор яки кремний идарә ителүче турылайткыч
TRIAC
Диак
Варистор

Оптикада, диод өчен тәңгәл ләкин лазер яктылык өчен җайланма оптик изолятор булып тора, ул шулай ук оптик диод дип атала, ул яктылыкны бер генә юнәлештә үткәрә. Ул төп компонент буларак Фарадей әйләндерүчесен куллана.

Куллану өлкәләре

Радио демодуляциясе

Диодның беренче кулланылышы булып амплитудасы модуляцияләнгән (АМ) радиотапшыруларның демодуляциясе булган. Бу ачышның тарихын радио мәкаләсеннән карагыз. Кыскача әйткәндә, АМ сигнал йөртүче радио дулкынның алмаш уңай һәм тискәре пикларыннан тора, аларның амплитудасы башлангыч аудио сигналга пропорциональ. Диод (иң элек ул кристалл диоды) булган АМ радио ешлыгындагы сигналны турылайта, һәм йөртүче дулкынның фәкать уңай пикларын калдыра. Шуннан соң турылайтылган йөртүче дулкыннан тавыш чыгарыла, бу гади электрон фильтр ярдәмендә эшләнә, шуннан соң сигнал аудио көчәйткечкә китә һәм ул тавыш дулкыннарын генерацияли.

Алмаш токны үзгәртү

Турылайткычлар диодлардан конструкцияләнә, аларда диодлар алмаш токны даими көчәнешкә әверелдерү өчен кулланыла. Автомобильләрдәге алмаш ток генераторлары гадәти үрнәк булып тора, монда алмаш токны даими токка турылайтучы диод коммутатордан яки элегрәк кулланылган электрик генератор (динамо) дан яхшырак эш тәэмин итә. Моңа охшаган үрнәк, диодларның Кокрофт-Уолтон көчәнеш тапкырлагычларында алмаш токны югарырак туры ток көчәнешләренә әверелдерү өчен кулланылу булып тора.

Исәпләнгәннән артык көчәнештән саклау

Диодлар еш сиземле электрон җайланмалардан зарар итүче югары көчәнешләрне үткәрү өчен кулланыла. Нормаль шартлар булганда, алар гадәттә кире иелешле (үткәрмәүче) була. Көчәнеш нормаль дәрәҗәдән артыграк булгач, диодлар туры иелешле (үткәрүче) була башлыйлар. Мәсәлән, диодлар (атлаучы двигатель яки H-күперендә) двигатель контроллерларында һәм реле схемаларында, кире очракта барлыкка килүче зыян китерүче көчәнеш пикларсыз, кәтүкләрдән энергияне тиз алу өчен кулланыла. (Мондый кулланылыштагы теләсә нинди диод кире йөреш диоды дип атала). Күп микросхемаларда тоташтыру аякларында аларның сиземле транзисторларын тышкы югары көчәнешләрдән саклау өчен диодлар бар. Югары көчәнешләрдә исәпләнгәннән артык көчәнешләрдән саклау өчен махсус диодлар кулланыла.

Диод шулай ук даими токтан эшләүче схемага кире көчәнеш куелудан саклау өчен кулланыла.

Мантыйк капкалары (логик капкалар)

Диодлар башка компонентлар белән комбинациядә ҺӘМ һәм ЯКИ төзү өчен кулланыла. Мондый тип мантыйкны диод мантыйгы (диод логикасы дип атыйлар).

Ионлаштыручы нурланыш детекторлары

Өстә күрсәтелгән яктылыкка сиземләүләреннән тыш, ярымүткәргеч диодлар зуррак энергетик нурланышка сиземле. Электроникада космик нурлар һәм башка ионлаштыручы нурланышлар чит тавыш импульсларына һәм ялгыз һәм күп бит хаталарына сәбәп булалар.

Бу эффект кайвакыт кисәкчә детекторларында радиацияне детектлау өчен кулланыла. Ялгыз радиация кисәкчәсенең меңнәрчә яки миллионнарча электрон-вольт булган энергиясе ярымүткәргеч материалында чыгарылгач, күп корылма йөртүчеләр парлары генерацияләнә. Әгәр дә мохтаҗлык катламы бөтен “агымны” яки тотар өчен яки авыр кисәкчәне туктатыр өчен җитәрлек зур икән, кисәкчә энергиясенең шактый төгәл үлчәвен үткәрергә мөмкин, моның өчен магнетик спектрометрның һ.б. катлаулыгыннан тыш фәкать үткәрелгән корылманы үлчәргә кирәк.

Бу ярымүткәргеч радиация детекторлары эффектив һәм бер формадагы корылма җыюга һәм түбән югалту тогына мохтаҗ. Алар еш кына салкын азот белән суытыла. Зуррак дәрәҗә (сантиметр тирәсе) кисәкчәләр өчен аларга бик зур мохтаҗлык тирәнлеге һәм зур мәйдан кирәк. Кечкенә дәрәҗә кисәкчәләр өчен, аларга “мохтаҗ” ителмәгән ярымүткәргечнең кимендә бер бик нечкә өслеккә контакты кирәк. Кире көчәнешләр бәреп үтү янында (якынча бер сантиметрга мең Вольт). Германий һәм кремний гадәти материаллар. Кайбер детекторлар позицияне энергияне кебек үк яхшы сиземлиләр.

Бигрәк тә авыр кисәкчәләрне детектлаганда, радиация зыяны сәбәпле, аларның гомере чикләнгән була. Кремний һәм германий гамма нурларын электрон “агымы”на әверелдерү сәләте буенча шактый аерылып тора.

Энергия югалтуының флуктуацияләре сәбәпле, кертелгән энергиянең төгәл үлчәве әзрәк гамәли файдага ия.

Температура үлчәүләре

Диод температура үлчәүче җайланма буларак кулланырга мөмкин, чөнки диод аркылы туры юнәлештәге көчәнеш төшүе температурага бәйле (кремний тасма ара температура датчигында кебек). Югарырак күрсәтелгән Шокклиның идеаль диод тигезләмәсеннән чыгып, көчәнешнең (даими ток булганда) температура коэффициенты уңай булганын, ләкин кушылма концентрациясенә һәм эш температурасына бәйле икәнен әйтеп була. Температура коэффициенты типик термисторлардагы кебек тискәре яки температура сиземләүче диодларда 20 Кельвин га кадәр уңай булырга мөмкин. Гадәттә, кремний диодларның бүлмә температурасында температура коэффициенты якынча −2 мВ/˚C була.

Ток белән идарә итү

Диодлар кирәк булмаган юнәлештәге токлардан саклаучы җайланмалар буларак кулланыла. Туклану беткән вакытта электрик схеманы туклану белән тәэмин итү өчен, схема токны электрик батареядан алырга мөмкин. Туктаусыз туклану тәэмин итүче җайланмада (бесперебойный источник питания) кирәк вакытта ток батареядан гына агуын тәэмин итү өчен диодлар кулланырга мөмкин. Моңа охшаш очракта, кечкенә көймәләрдә ике схема бар һәм һәрберсенең үз батареясы бар: боларның берсе двигательне кабызу өчен, икенчесе йорт кирәк-яраклары өчен. Гадәттә бу ике схема бер үк генератордан корылма ала, һәм генератор эшләмәгәндә югарырак корылмалы батареяның (гадәттә двигатель батареясының) түбәнрәк корылган батарея аша корылмасын бирүеннән саклау өчен “авыр” корылма бүлүче диод кулланыла.

Диодлар шулай ук электрон музыкаль клавиатураларда кулланыла. Электрон музыкаль клавиатураларда кирәк булган үткәрүче чыбыкларның санын киметү өчен, бу инструментларда еш клавиатура матрицасы схемалары кулланыла. Клавиатура контроллеры уйнаучы кайсы нотаны баскан икәнен белү өчен рәтләрне һәм колонкаларны тикшерә. Матрица схемаларның проблемасы – ул бер үк вакытта берничә нота басылганда, ток схема һәм клавиатура идарәсе триггеры аша кире ага башлый һәм “өрәк” ноталар уйнала. Кирәкмәгән ноталарның триггерга килүеннән арыну өчен күп клавиатура матрицасы схемаларында музыкаль клавиатурасының астында ялгаучы җайланмага диодлар эретеп беркетелгән була.

Ике элементлы сызыкча булмаган җайланмалар

Шулай ук күп башка ике элементлы сызыкча булмаган җайланмалар бар, ләкин алар гадәттә “диодлар” дип аталмый. Мәсәлән, неон лампасының пыяла корпуста ике электроды бар һәм ул кызык файдалы сызыкча булмаган сыйфатламаларга ия. Аркалы корылма бирүче лампалар, мәсәлән флуоресцент лампалар яки меркурий пар лампаларында шулай ук ике электрод бар һәм аларның ток-көчәнеш сыйфатламалары сызыкча түгел.

Шулай ук карагыз

Сылтамалар

1928 Nobel Prize Article on the diode "Термионик күренешләр һәм алар белән идарә итүче законнар", декабрь, 1929, Оуэн Ричардсон.
Diode 2006 елның 26 апрель көнендә архивланган.
Сравнение выпрямительных свойств транзистора и диода
Раздел 3. "Диоды". Лекция №8. Тема 3.2. Выпрямительные и детектирующие диоды 2003 елның 5 ноябрь көнендә архивланган.