Senin, 14 November 2011

Diode

Diode

Dari Wikipedia, ensiklopedia bebas
Gambar 1: Closeup dari dioda, menunjukkan kristal semikonduktor berbentuk persegi (benda hitam di sebelah kiri).
Gambar 2: dioda semikonduktor Berbagai. Bawah: Sebuah penyearah jembatan . Dalam kebanyakan dioda, sebuah band dicat putih atau hitam mengidentifikasi katoda terminal, yaitu terminal yang konvensional saat mengalir keluar dari ketika dioda adalah melakukan.
Gambar 3: Struktur dari sebuah tabung vakum dioda. Filamen mungkin kosong, atau lebih umum (seperti yang ditunjukkan di sini), tertanam dalam dan terisolasi dari katoda melampirkan
Dalam elektronika , dioda adalah jenis dua- terminal komponen elektronik dengan nonlinear karakteristik arus-tegangan . Sebuah dioda semikonduktor, jenis yang paling umum saat ini, adalah bagian kristal semikonduktor materi terhubung ke dua terminal listrik. [1] Sebuah tabung vakum dioda (sekarang jarang digunakan kecuali dalam beberapa daya tinggi teknologi) adalah sebuah tabung vakum dengan dua elektroda : sebuah piring dan sebuah katoda .
Fungsi paling umum dari dioda adalah untuk memungkinkan arus listrik untuk lulus dalam satu arah (disebut arah maju diode), sementara memblokir arus dalam arah berlawanan (arah sebaliknya). Jadi, dioda dapat dianggap sebagai versi elektronik dari katup . Perilaku searah disebut rektifikasi , dan digunakan untuk mengubah arus bolak-balik untuk langsung saat ini , dan untuk mengekstrak modulasi dari sinyal radio di penerima radio.
Namun, dioda dapat memiliki perilaku yang lebih rumit dari ini aksi on-off sederhana. Dioda semikonduktor tidak mulai melakukan listrik sampai tegangan ambang tertentu hadir dalam arah maju (keadaan di mana dioda dikatakan bias maju). Jatuh tegangan bias maju dioda hanya berbeda sedikit dengan saat ini, dan merupakan fungsi temperatur, efek ini dapat digunakan sebagai sensor suhu atau tegangan referensi.
Dioda semikonduktor telah nonlinier karakteristik listrik, yang dapat disesuaikan dengan memvariasikan pembangunan mereka P-N persimpangan . Ini dimanfaatkan dalam dioda tujuan khusus yang melakukan fungsi yang berbeda. Sebagai contoh, dioda digunakan untuk mengatur tegangan ( Zener dioda ), untuk melindungi sirkuit dari tegangan tinggi lonjakan ( Longsor dioda ), untuk elektronik menyetel penerima radio dan TV ( dioda varactor ), untuk menghasilkan frekuensi radio osilasi ( terowongan dioda , dioda Gunn , IMPATT dioda ), dan untuk menghasilkan cahaya ( light emitting dioda ). Dioda terowongan menunjukkan resistensi negatif , yang membuat mereka berguna dalam beberapa jenis sirkuit.
Dioda adalah yang pertama perangkat semikonduktor elektronik . Penemuan kristal ' meluruskan kemampuan dibuat oleh fisikawan Jerman Ferdinand Braun pada tahun 1874. Dioda semikonduktor pertama, yang disebut dioda kumis kucing , dikembangkan sekitar tahun 1906, terbuat dari kristal mineral seperti galena . Saat ini dioda kebanyakan terbuat dari silikon , tetapi lain semikonduktor seperti germanium kadang-kadang digunakan. [2]

Isi

 [hide

[ sunting ] Sejarah

Meskipun dioda semikonduktor kristal populer sebelum dioda termionik, termionik dan dioda solid state dikembangkan secara paralel.
Pada tahun 1873 Frederick Guthrie menemukan prinsip dasar operasi termionik dioda. [3] Guthrie menemukan bahwa bermuatan positif elektroskop bisa habis dengan membawa didasarkan sepotong logam putih-panas dekat dengan itu (tapi tidak benar-benar menyentuhnya). Hal yang sama tidak berlaku untuk elektroskop bermuatan negatif, menunjukkan bahwa aliran arus hanya mungkin dalam satu arah.
Thomas Edison menemukan kembali prinsip independen pada tanggal 13 Februari 1880. Pada saat itu, Edison menyelidiki mengapa filamen-filamen karbon lampu nya hampir selalu terbakar habis pada akhir positif terhubung. Dia memiliki bola khusus yang dibuat dengan pelat logam disegel ke dalam amplop kaca. Menggunakan perangkat ini, ia menegaskan bahwa arus terlihat mengalir dari filamen bersinar melalui vakum untuk pelat logam, tetapi hanya ketika piring itu dihubungkan ke suplai positif.
Edison merancang sirkuit di mana bola lampu dimodifikasi secara efektif diganti resistor dalam voltmeter DC. Edison diberikan paten untuk penemuan ini pada tahun 1884. [4] Tidak ada penggunaan praktis yang jelas untuk alat tersebut pada saat itu. Jadi, aplikasi paten kemungkinan besar hanya untuk berjaga-jaga dalam kasus orang lain tidak menemukan gunakan untuk apa yang disebut efek Edison .
Sekitar 20 tahun kemudian, John Ambrose Fleming (penasihat ilmiah untuk Perusahaan Marconi dan bekas karyawan Edison) menyadari bahwa efek Edison dapat digunakan sebagai presisi detektor radio . Fleming dipatenkan dioda termionik sejati pertama di Inggris pada November 16, 1904 [5] (diikuti oleh US Patent 803684 pada November 1905).
Pada 1874 ilmuwan Jerman Karl Ferdinand Braun menemukan "konduksi sepihak" dari kristal. [6] Braun dipatenkan penyearah kristal di 1899. [7] Tembaga oksida dan selenium rectifier dikembangkan untuk aplikasi kekuasaan di tahun 1930-an.
India ilmuwan Jagadish Chandra Bose adalah yang pertama untuk menggunakan kristal untuk mendeteksi gelombang radio pada tahun 1894 [. rujukan? ] Para detektor kristal dikembangkan menjadi perangkat praktis untuk penerimaan radio nirkabel oleh Greenleaf Whittier Pickard , yang menemukan silikon kristal detektor pada tahun 1903 dan menerima paten untuk itu pada 20 November 1906. [8] peneliti lain mencoba berbagai zat lain, yang paling banyak digunakan adalah mineral galena ( timbal sulfida ). Zat lain yang ditawarkan kinerja sedikit lebih baik, tetapi galena paling banyak digunakan karena memiliki keuntungan yang murah dan mudah didapat. Detektor kristal di set ini terdiri dari radio awal kawat disesuaikan titik-kontak ("kumis kucing" yang disebut) yang dapat secara manual pindah wajah kristal untuk mendapatkan sinyal optimal. Perangkat ini merepotkan dengan cepat digantikan oleh dioda termionik, namun detektor kristal kemudian kembali untuk menggunakan dominan dengan munculnya murah tetap germanium dioda pada tahun 1950.
Pada saat penemuan mereka, perangkat tersebut dikenal sebagai penyearah . Pada tahun 1919, William Henry Eccles menciptakan dioda panjang dari akar Yunani dialog, yang berarti "melalui", dan ode (dari ὅδος), yang berarti "jalan".

[ sunting ] termionik dan gas-negara dioda

Gambar 4: Simbol untuk dioda dipanaskan tidak langsung vakum tabung. Dari atas ke bawah, komponen adalah anoda, katoda, filamen dan pemanas.
Dioda termionik adalah katup termionik perangkat (juga dikenal sebagai tabung vakum , tabung, atau katup), yang merupakan pengaturan elektroda dikelilingi oleh vakum dalam amplop kaca. Contoh-contoh awal yang cukup mirip dalam penampilan dengan bola lampu pijar .
Dalam dioda termionik-katup, arus melalui pemanas filamen tidak langsung memanaskan katoda , elektroda internal yang lain diperlakukan dengan campuran barium dan strontium oksida , yang oksida dari logam alkali tanah ; zat ini dipilih karena mereka memiliki sedikit fungsi kerja . (Beberapa katup menggunakan pemanasan langsung, di mana filamen tungsten bertindak baik sebagai pemanas dan katoda.) Panas Penyebab emisi termionik elektron ke vakum. Dalam operasi maju, elektroda logam sekitarnya disebut anoda bermuatan positif sehingga elektrostatis menarik elektron yang dipancarkan. Namun, elektron tidak mudah dilepaskan dari permukaan anoda dipanaskan ketika tegangan polaritas terbalik. Oleh karena itu, setiap arus balik diabaikan.
Untuk sebagian besar abad ke-20, dioda katup yang digunakan dalam aplikasi sinyal analog, dan sebagai rectifier dalam pasokan listrik banyak. Hari ini, dioda katup hanya digunakan dalam aplikasi niche seperti penyearah di gitar listrik dan high-end audio amplifier serta khusus tegangan tinggi peralatan.

[ sunting ] dioda Semikonduktor

Gambar 7: paket dioda Khas dalam keselarasan yang sama sebagai simbol dioda. Bar tipis menggambarkan katoda .
Sebuah dioda semikonduktor modern terbuat dari kristal semikonduktor seperti silikon yang memiliki kotoran yang ditambahkan ke dalamnya untuk menciptakan suatu daerah di salah satu sisi yang berisi negatif pembawa muatan (elektron), disebut semikonduktor tipe-n , dan wilayah di sisi lain yang berisi pembawa muatan positif ( hole ), disebut semikonduktor tipe-p . Terminal dioda adalah melekat pada masing-masing daerah. Batas dalam kristal antara dua daerah, yang disebut persimpangan PN , adalah di mana tindakan dari dioda berlangsung. Kristal melakukan arus elektron dalam arah dari sisi tipe N (disebut katoda ) ke sisi tipe-P (disebut anoda ), tetapi tidak dalam arah yang berlawanan. Namun, arus konvensional dari anoda ke katoda dalam arah panah (berlawanan dengan aliran elektron, karena elektron memiliki muatan negatif).
Tipe lain dari dioda semikonduktor, dioda Schottky , terbentuk dari kontak antara logam dan semikonduktor bukan oleh ap-n junction.

[ sunting ] Lancar-tegangan karakteristik

Sebuah perilaku dioda semikonduktor di sirkuit yang diberikan oleh arus-tegangan karakteristik , atau saya-V grafik (lihat grafik di bawah). Bentuk kurva ditentukan oleh pembawa muatan transportasi melalui apa yang disebut lapisan deplesi atau daerah penipisan yang ada di persimpangan p-n antara semikonduktor yang berbeda. Ketika ap-n persimpangan pertama kali diciptakan, konduksi-band (mobile) elektron dari N- doped wilayah berdifusi ke dalam P- doped daerah di mana ada populasi besar lubang (tempat kosong untuk elektron) dengan elektron yang "bergabung" . Ketika recombines elektron mobile dengan lubang, baik lubang dan elektron lenyap, meninggalkan donor bermuatan positif bergerak (dopan) pada sisi N dan akseptor bermuatan negatif (dopan) pada sisi P. Wilayah sekitar persimpangan p-n menjadi kehabisan biaya operator dan dengan demikian berperilaku sebagai isolator .
Namun, lebar daerah deplesi (disebut penipisan lebar ) tidak dapat tumbuh tanpa batas. Untuk setiap pasangan elektron-lubang yang recombines, sebuah bermuatan positif dopan ion yang tertinggal di wilayah N-doped, dan ion dopan bermuatan negatif yang tertinggal di wilayah P-doped. Sebagai hasil rekombinasi ion lebih banyak diciptakan, medan listrik meningkat berkembang melalui zona deplesi yang bertindak untuk memperlambat dan akhirnya berhenti rekombinasi. Pada titik ini, ada "built-in" potensial di zona deplesi.
Jika tegangan eksternal ditempatkan melintasi dioda dengan polaritas yang sama dengan built-in potensial, zona deplesi terus bertindak sebagai isolator, mencegah aliran arus listrik yang signifikan (kecuali elektron / lubang pasangan secara aktif sedang dibuat di persimpangan oleh , misalnya, cahaya. lihat photodiode ). Ini adalah reverse bias fenomena. Namun, jika polaritas dari tegangan eksternal menentang built-in potensial, rekombinasi dapat sekali lagi melanjutkan, mengakibatkan arus listrik substansial melalui p-n junction (yaitu jumlah besar elektron dan lubang bergabung kembali di persimpangan). Untuk dioda silikon, built-in potensial adalah sekitar 0,7 V (0,3 V untuk Germanium dan 0,2 V untuk Schottky). Jadi, jika arus eksternal melewati dioda, sekitar 0,7 V akan dikembangkan di seluruh dioda sehingga wilayah P-doped positif sehubungan dengan wilayah N-doped dan dioda dikatakan "dihidupkan" sebagai memiliki bias maju .
Sebuah dioda 'I-V karakteristik' dapat didekati dengan empat wilayah operasi.
Gambar 5: I-V karakteristik dioda junction P-N (tidak untuk skala - saat ini di wilayah reverse diperbesar dibandingkan dengan daerah maju, sehingga dalam diskontinuitas kemiringan jelas pada titik asal, kurva I-V sebenarnya halus di asal).
Pada reverse bias sangat besar, melampaui tegangan terbalik puncak atau PIV, proses yang disebut sebaliknya kerusakan terjadi yang menyebabkan peningkatan besar dalam saat ini (yaitu sejumlah besar elektron dan lubang dibuat pada, dan menjauh dari persimpangan pn) yang biasanya kerusakan perangkat permanen. Para dioda avalanche yang sengaja dirancang untuk digunakan di daerah longsoran salju. Dalam dioda zener , konsep PIV tidak berlaku. Sebuah dioda zener berisi persimpangan p-n sangat doped memungkinkan elektron untuk terowongan dari pita valensi material tipe-p ke pita konduksi material tipe-n, seperti bahwa tegangan reverse "dijepit" ke nilai yang diketahui ( disebut tegangan zener), dan tidak terjadi longsoran. Kedua perangkat, bagaimanapun, memiliki batas dengan arus maksimum dan kekuasaan di wilayah tegangan reverse-dijepit. Juga, mengikuti akhir konduksi maju dalam dioda apapun, ada membalikkan arus untuk waktu yang singkat. Perangkat tidak mencapai kemampuan penuh menghalangi arus balik sampai berhenti.
Wilayah kedua, di bias mundur lebih positif daripada PIV, hanya memiliki saturasi sebaliknya sangat kecil saat ini. Di wilayah reverse bias untuk dioda P-normal N penyearah, arus melalui perangkat ini sangat rendah (dalam kisaran μA). Namun, hal ini bergantung pada temperatur, dan pada suhu cukup tinggi, sejumlah besar arus balik dapat diamati (mA atau lebih).
Wilayah ketiga adalah bias maju tapi kecil, di mana hanya arus maju yang kecil dilakukan.
Sebagai perbedaan potensial meningkat di atas sebuah sewenang-wenang didefinisikan "cut-tegangan" atau "on-tegangan" atau "drop tegangan maju dioda (V d)", dioda menjadi arus yang cukup (tingkat arus dianggap "cukup" dan nilai cut-tegangan tergantung pada aplikasi), dan dioda menyajikan resistensi yang sangat rendah. Kurva arus-tegangan eksponensial . Dalam dioda silikon normal pada arus pengenal, cut-di sewenang-wenang didefinisikan sebagai tegangan 0,6-0,7 volt . Nilai yang berbeda untuk jenis dioda lainnya - dioda Schottky dapat dinilai serendah 0,2, V dioda Germanium 0,25-0,3 V, dan merah atau biru dioda pemancar cahaya (LED) dapat memiliki nilai 1,4 V dan 4,0 V masing-masing.
Pada arus yang lebih tinggi drop tegangan maju dari dioda meningkat. Setetes 1 V sampai 1,5 V adalah khas pada saat ini dinilai penuh untuk dioda kekuasaan.

[ sunting ] Shockley persamaan dioda

Persamaan Shockley diode ideal atau hukum dioda (bernama setelah transistor co-penemu Bradford William Shockley , tidak menjadi bingung dengan tetrode penemu Walter H. Schottky ) memberikan karakteristik I-V dari sebuah dioda bias yang ideal baik maju atau mundur (atau tidak ada bias). Persamaan adalah:
Saya = i_ \ mathrm {S} \ left (e ^ {V_ \ mathrm {D} / (n V_ \ mathrm {T})} -1 \ right), \,
mana
Aku adalah arus dioda,
Saya S adalah reverse bias arus saturasi (atau skala saat ini),
V D adalah tegangan dioda,
V T adalah tegangan termal , dan
n adalah faktor idealistis, juga dikenal sebagai faktor kualitas atau kadang-kadang koefisien emisi. Faktor n idealistis bervariasi dari 1 sampai 2 tergantung pada proses fabrikasi dan material semikonduktor dan dalam banyak kasus diasumsikan kira-kira sama dengan 1 (demikian notasi n dihilangkan).
Para tegangan termal V T adalah sekitar 25,85 mV pada 300 K, dekat suhu untuk "suhu kamar" umum digunakan dalam perangkat lunak simulasi. Pada suhu apapun itu adalah konstan dikenal didefinisikan oleh:
V_ \ mathrm {T} = \ frac {k} {T} q \,,
di mana k adalah konstanta Boltzmann , T adalah suhu absolut dari persimpangan p-n, dan q adalah besarnya biaya pada elektron (yang muatan elementer ).
Persamaan Shockley diode ideal atau dioda hukum berasal dengan asumsi bahwa hanya proses menimbulkan arus dalam dioda adalah melayang (karena medan listrik), difusi, dan termal rekombinasi-generasi (R-G). Ini juga mengasumsikan bahwa arus R-G di daerah deplesi tidak signifikan. Ini berarti bahwa persamaan Shockley tidak menjelaskan proses yang terlibat dalam pemecahan terbalik dan foton-dibantu R-G. Selain itu, tidak menggambarkan "meratakan off" dari kurva I-V pada bias maju tinggi karena hambatan internal.
Di bawah tegangan bias terbalik (lihat Gambar 5) yang eksponensial dalam persamaan dioda diabaikan, dan arus adalah nilai (negatif) konstan arus balik dari - Aku S. Daerah rincian reverse tidak dimodelkan oleh persamaan dioda Shockley.
Bahkan untuk agak kecil tegangan bias maju (lihat Gambar 5) yang eksponensial sangat besar karena tegangan termal sangat kecil, sehingga ''1 dikurangi dalam persamaan dioda diabaikan dan arus maju dioda sering diperkirakan sebagai
Saya = i_ \ mathrm {S} e ^ {V_ \ mathrm {D} / (n V_ \ mathrm {T})}
Penggunaan persamaan dioda dalam masalah sirkuit digambarkan dalam artikel pemodelan dioda .

[ sunting ] sinyal kecil perilaku

Untuk desain sirkuit, model sinyal kecil dari perilaku dioda sering terbukti berguna. Sebuah contoh spesifik dari pemodelan dioda dibahas dalam artikel kecil sinyal sirkuit .

[ sunting ] Reverse-efek pemulihan

Menyusul berakhirnya konduksi maju dalam dioda jenis PN, mengalir arus balik untuk waktu yang singkat. Perangkat tidak mencapai kemampuan memblokir sampai muatan mobile di persimpangan habis. [9]
Efeknya dapat menjadi signifikan ketika switching arus yang besar dengan sangat cepat (di / dt pada urutan 100 A / ms atau lebih). [10] Sebuah jumlah tertentu "waktu pemulihan terbalik" t r (di urutan puluhan nanodetik) mungkin diperlukan untuk menghilangkan biaya pemulihan sebaliknya Q r (pada orde puluhan nanocoulombs) dari dioda. Selama waktu pemulihan, dioda benar-benar dapat melakukan dalam arah sebaliknya. Dalam beberapa kasus dunia nyata dapat menjadi penting untuk mempertimbangkan kerugian yang ditanggung oleh efek dioda non-ideal. [11] Namun, ketika laju perubahan tegangan arus tidak begitu parah (di / dt pada urutan 10 A / mikrodetik atau kurang), efeknya dapat diabaikan dengan aman. [12] Untuk sebagian besar aplikasi, efeknya juga diabaikan untuk dioda Schottky.
Arus sebaliknya berhenti mendadak ketika muatan yang tersimpan habis, ini berhenti mendadak dimanfaatkan dalam pemulihan dioda langkah untuk generasi pulsa sangat pendek.

[ sunting ] Jenis-jenis dioda semikonduktor

Gambar 8: Beberapa jenis dioda. Skala ini cm.
Ada beberapa jenis dioda junction, yang baik menekankan aspek fisik yang berbeda dari dioda sering dengan skala geometris, tingkat doping, memilih elektroda yang tepat, hanya sebuah aplikasi dari dioda dalam rangkaian khusus, atau benar-benar berbeda perangkat seperti Gunn dan dioda laser dan MOSFET :
Normal (pn) dioda, yang beroperasi seperti dijelaskan di atas, biasanya terbuat dari doped silikon atau, lebih jarang, germanium . Sebelum pengembangan dioda silikon modern penyearah listrik, oksida cuprous dan kemudian selenium digunakan; efisiensi yang rendah memberikannya drop tegangan maju jauh lebih tinggi (biasanya 1,4-1,7 V per "sel", dengan beberapa sel ditumpuk untuk meningkatkan tegangan terbalik puncak rating dalam rectifier tegangan tinggi), dan membutuhkan heat sink besar (sering perpanjangan dari substrat logam diode), jauh lebih besar dari dioda silikon dari rating arus yang sama akan membutuhkan. Sebagian besar dari semua dioda dioda pn ditemukan dalam CMOS sirkuit terpadu , yang meliputi dua dioda per pin dan banyak dioda internal lainnya.
Longsor dioda
Dioda yang melakukan di arah sebaliknya ketika tegangan reverse bias melebihi tegangan rusaknya. Ini adalah elektrik sangat mirip dengan dioda Zener, dan sering keliru disebut dioda Zener, tetapi memecah dengan mekanisme yang berbeda, efek avalanche. Hal ini terjadi ketika medan listrik terbalik di persimpangan pn menyebabkan gelombang ionisasi, mengingatkan longsoran salju, menyebabkan arus yang besar. Dioda avalanche dirancang untuk mendobrak pada tegangan terbalik yang didefinisikan dengan baik tanpa hancur. Perbedaan antara dioda avalanche (yang memiliki gangguan terbalik di atas sekitar 6,2 V) dan Zener adalah bahwa panjang saluran dari mantan melebihi mean free path dari elektron, jadi ada tabrakan antara mereka pada jalan keluar. Satu-satunya perbedaan praktis adalah bahwa kedua jenis memiliki koefisien suhu polaritas yang berlawanan.
Kumis kucing atau dioda kristal
Ini adalah jenis dioda kontak titik-. Dioda kumis kucing terdiri dari kawat logam tipis atau tajam menekan sebuah kristal semikonduktor, biasanya galena atau sepotong batu bara . [13] Kawat bentuk anoda dan kristal bentuk katoda. Dioda kumis kucing juga disebut dioda kristal dan menemukan aplikasi di penerima radio kristal . Dioda kumis kucing umumnya usang, tetapi mungkin tersedia dari beberapa produsen. [ kutipan diperlukan ]
Dioda arus konstan
Ini adalah sebenarnya JFET [14] dengan gerbang korsleting ke sumber, dan fungsi seperti dua terminal limiter arus analog ke dioda Zener, yang membatasi tegangan. Mereka memungkinkan arus melalui mereka untuk naik ke nilai tertentu, dan kemudian tingkat turun di nilai tertentu. Juga disebut CLDs, konstan-arus dioda, dioda-transistor terhubung, atau saat-mengatur dioda.
Esaki atau dioda terowongan
Ini memiliki wilayah operasi menunjukkan resistensi negatif yang disebabkan oleh terowongan kuantum , [15] memungkinkan amplifikasi sinyal dan sirkuit bistable sangat sederhana. Karena konsentrasi pembawa tinggi, dioda terowongan sangat cepat, dapat digunakan pada rendah (mK) suhu, medan magnet yang tinggi, dan di lingkungan radiasi tinggi. [16] Karena sifat ini, mereka sering digunakan dalam pesawat ruang angkasa.
Dioda Gunn
Ini mirip dengan dioda terowongan di bahwa mereka terbuat dari bahan seperti GaAs atau InP yang menunjukkan sebuah wilayah resistensi diferensial negatif . Dengan bentuk yang tepat biasing, domain dipol dan perjalanan melintasi dioda, memungkinkan frekuensi tinggi gelombang mikro osilator akan dibangun.
Light-emitting diode (LED)
Dalam dioda dibentuk dari band-gap langsung semikonduktor, seperti gallium arsenide , operator yang melintasi persimpangan memancarkan foton ketika mereka bergabung kembali dengan pembawa mayoritas di sisi lain. Tergantung pada materi, panjang gelombang (atau warna) [17] dari inframerah ke dekat ultraviolet dapat dihasilkan. [18] ke depan potensial dari dioda tergantung pada panjang gelombang dari foton yang dipancarkan: 2.1 V sesuai dengan merah, 4.0 V untuk ungu. LED pertama merah dan kuning, dan lebih tinggi-frekuensi dioda telah dikembangkan dari waktu ke waktu. Semua LED menghasilkan koheren, sempit spektrum cahaya, "putih" LED sebenarnya kombinasi dari tiga LED warna yang berbeda, atau LED biru dengan kuning sintilator lapisan. LED juga dapat digunakan sebagai efisiensi rendah dalam aplikasi dioda sinyal. LED dapat dipasangkan dengan fotodioda atau fototransistor dalam paket yang sama, untuk membentuk sebuah OPTO-isolator .
Dioda laser
Ketika struktur LED-seperti yang terkandung dalam rongga resonan dibentuk oleh memoles wajah akhir paralel, sebuah laser yang dapat dibentuk. Dioda laser yang umum digunakan dalam penyimpanan optik perangkat dan untuk kecepatan tinggi komunikasi optik .
Termal dioda
Istilah ini digunakan baik untuk dioda PN konvensional yang digunakan untuk memonitor suhu karena mereka bervariasi tegangan maju dengan suhu, dan untuk pompa panas Peltier untuk pemanasan dan pendinginan termoelektrik. . Peltier pompa panas dapat dibuat dari semikonduktor, meskipun mereka tidak memiliki sambungan rektifikasi, mereka menggunakan perilaku berbeda dari pembawa muatan dalam semikonduktor N dan P jenis untuk memindahkan panas.
Photodiodes
Semua semikonduktor dikenakan optik pembawa muatan generasi. Ini adalah efek yang tidak diinginkan biasanya, sehingga sebagian besar semikonduktor dikemas dalam bahan menghalangi cahaya. Dioda ini dimaksudkan untuk cahaya akal ( photodetektor ), sehingga mereka dikemas dalam bahan yang memungkinkan cahaya untuk lulus, dan biasanya PIN (jenis dioda yang paling sensitif terhadap cahaya). [19] Sebuah dioda dapat digunakan dalam sel surya , di fotometri , atau dalam komunikasi optik . Beberapa dioda dapat dikemas dalam satu perangkat, baik sebagai array linier atau sebagai array dua dimensi. Array ini tidak harus bingung dengan ditambah biaya perangkat .
Titik-kontak dioda
Pekerjaan ini sama seperti dioda semikonduktor persimpangan dijelaskan di atas, tetapi konstruksi mereka adalah sederhana. Sebuah blok semikonduktor tipe-n dibangun, dan kontak yang tajam-point dibuat dengan melakukan beberapa logam kelompok-3 ditempatkan dalam kontak dengan semikonduktor. Beberapa logam bermigrasi ke semikonduktor untuk membuat suatu daerah kecil dari semikonduktor tipe-p dekat kontak. Lama-populer 1N34 germanium versi masih digunakan dalam penerima radio sebagai detektor dan kadang-kadang dalam elektronika analog khusus.
PIN dioda
Sebuah dioda PIN memiliki pusat un-doped, atau intrinsik, lapisan, membentuk struktur p-type/intrinsic/n-type. [20] Mereka digunakan sebagai switch frekuensi radio dan attenuators. Mereka juga digunakan sebagai detektor radiasi volume yang besar pengion dan sebagai photodetectors . Dioda PIN juga digunakan dalam elektronika daya , sebagai lapisan pusat mereka dapat menahan tegangan tinggi. Selanjutnya, struktur PIN dapat ditemukan di banyak perangkat semikonduktor daya , seperti IGBTs , kekuasaan MOSFET , dan thyristor .
Dioda Schottky
Schottky dioda dibangun dari logam untuk menghubungi semikonduktor. Mereka memiliki drop tegangan maju lebih rendah dari dioda pn junction. Jatuh tegangan maju mereka pada arus maju sekitar 1 mA di V 0,15 0,45 rentang V, yang membuat mereka berguna dalam tegangan aplikasi menjepit dan pencegahan saturasi transistor. Mereka juga dapat digunakan sebagai kehilangan rendah rectifier meskipun kebocoran arus sebaliknya mereka umumnya lebih tinggi dari dioda lainnya. Dioda Schottky adalah pembawa mayoritas perangkat dan sehingga tidak menderita masalah penyimpanan pembawa minoritas yang memperlambat dioda lainnya - sehingga mereka memiliki pemulihan lebih cepat terbalik dari p-n junction dioda. Mereka juga cenderung memiliki kapasitansi persimpangan jauh lebih rendah dari p-n dioda yang menyediakan untuk kecepatan switching yang tinggi dan penggunaannya dalam kecepatan tinggi sirkuit dan perangkat RF seperti beralih-mode power supply , mixer dan detektor .
Super penghalang dioda
Dioda penyearah penghalang Super dioda yang menggabungkan drop tegangan rendah maju dari dioda Schottky dengan kemampuan penanganan lonjakan dan kebocoran rendah saat membalikkan dioda pn junction yang normal.
Emas -doped dioda
Sebagai suatu dopan, emas (atau platina ) bertindak sebagai pusat rekombinasi, yang membantu rekombinasi cepat pembawa minoritas. Hal ini memungkinkan dioda untuk beroperasi pada frekuensi sinyal, dengan mengorbankan penurunan tegangan maju yang lebih tinggi. Emas diolah lebih cepat dari dioda dioda pn lain (tapi tidak secepat dioda Schottky). Mereka juga memiliki sedikit kebocoran reverse-saat ini dari dioda Schottky (tapi tidak sebaik dioda pn lainnya). [21] [22] Sebuah contoh khas adalah 1N914.
Snap-off atau dioda Langkah pemulihan
Langkah pemulihan jangka berhubungan dengan bentuk karakteristik pemulihan kebalikan dari perangkat tersebut. Setelah maju saat ini telah melewati dalam SRD dan arus terganggu atau terbalik, konduksi sebaliknya akan berhenti sangat mendadak (seperti pada gelombang langkah). SRDS karena dapat menyediakan transisi tegangan sangat cepat oleh menghilangnya sangat mendadak dari pembawa muatan.
Dioda tegangan transien penindasan (TVS)
Ini adalah dioda avalanche dirancang khusus untuk melindungi perangkat semikonduktor lainnya dari tegangan tinggi transien . [23] mereka sambungan pn memiliki luas penampang yang jauh lebih besar daripada dioda normal, yang memungkinkan mereka untuk melakukan arus besar ke tanah tanpa mengalami kerusakan.
Varicap atau varactor dioda
Ini digunakan sebagai tegangan-dikendalikan kapasitor . Ini adalah penting dalam PLL ( fase-loop terkunci ) dan FLL ( frekuensi-terkunci loop ) sirkuit, memungkinkan penyetelan sirkuit, seperti di penerima televisi, untuk mengunci cepat, mengganti desain yang lebih tua yang mengambil waktu lama untuk pemanasan dan kunci. Sebuah PLL lebih cepat daripada FLL, namun rentan terhadap penguncian harmonik integer (jika salah satu upaya untuk mengunci ke sinyal broadband). Mereka juga memungkinkan osilator merdu di tuning diskrit awal radio, di mana osilator, murah dan stabil, tetapi tetap disediakan frekuensi kristal frekuensi referensi untuk tegangan osilator dikendalikan .
Dioda Zener
Dioda yang dapat dibuat untuk melakukan mundur. Efek ini, disebut Zener kerusakan, terjadi pada tegangan tepat didefinisikan, memungkinkan dioda untuk digunakan sebagai referensi tegangan presisi. Dalam praktis tegangan Zener dioda referensi sirkuit dan switching dihubungkan secara seri dan arah yang berlawanan untuk menyeimbangkan koefisien suhu mendekati nol. Beberapa perangkat dicap sebagai dioda tegangan tinggi Zener dioda avalanche sebenarnya (lihat di atas). Dua (setara) Zeners secara seri dan dalam urutan terbalik, dalam paket yang sama, merupakan penyerap transien (atau Transorb , merek dagang terdaftar). Dioda Zener adalah nama untuk Dr Clarence Melvin Zener dari Carnegie Mellon University, penemu perangkat.
Kegunaan lain untuk dioda semikonduktor termasuk penginderaan suhu, dan komputasi analog logaritma (lihat aplikasi penguat operasional # Logaritma ).

[ sunting ] Penomoran dan coding skema

Ada sejumlah penomoran umum, standar dan produsen-driven dan skema pengkodean untuk dioda, dua yang paling umum adalah EIA / JEDEC standar dan Eropa Pro Elektron standar:

[ sunting ] EIA / JEDEC

Sebuah 1N-seri sistem penomoran standar diperkenalkan di AS oleh EIA / JEDEC (Joint Electron Rekayasa Perangkat Council) tahun 1960. Di antara yang paling populer di seri ini adalah: 1N34A/1N270 (Germanium sinyal), 1N914/1N4148 (Silicon sinyal), 1N4001 -1N4007 (Silicon 1A listrik penyearah) dan 1N54xx (Silicon penyearah daya 3A) [24] [25] [26 ]

[ sunting ] Pro Elektron

Eropa Pro Elektron sistem pengkodean untuk komponen aktif diperkenalkan pada tahun 1966 dan terdiri dari dua huruf diikuti dengan kode bagian. Huruf pertama merupakan bahan semikonduktor yang digunakan untuk komponen (A = dan B = Germanium Silikon) dan huruf kedua merupakan fungsi umum dari bagian (untuk dioda: A low-power/signal =, B = kapasitansi Variabel, X = Multiplier, Y = Rectifier dan Z = Tegangan referensi), misalnya:
  • AA-seri dioda germanium low-power/signal (misalnya: AA119)
  • BA-seri dioda silikon low-power/signal (misalnya: BAT18 Silicon Switching RF Diode)
  • OLEH-seri dioda penyearah silikon (misalnya: BY127 1250V, penyearah dioda 1A)
  • BZ-seri dioda zener silikon (misalnya: BZY88C4V7 dioda zener 4.7V)
Umum lainnya penomoran / pengkodean sistem (umumnya produsen-driven) meliputi:
  • GD-seri dioda germanium (misalnya: GD9) - ini adalah sistem pengkodean yang sangat tua
  • OA-seri dioda germanium (misalnya: OA47) - urutan pengkodean yang dikembangkan oleh Mullard , sebuah perusahaan Inggris
Serta kode-kode umum, banyak produsen atau organisasi memiliki sistem mereka sendiri juga - sebagai contoh:
  • HP dioda 1N4148 1901-0044 = JEDEC
  • Dioda militer Inggris CV448 = Jenis Mullard OA81 = GEC jenis GEX23

[ sunting ] perangkat terkait

Dalam optik, perangkat setara untuk dioda, tetapi dengan sinar laser akan menjadi isolator optik , juga dikenal sebagai Dioda optik, yang memungkinkan cahaya untuk hanya lulus di satu arah. Ini menggunakan rotator Faraday sebagai komponen utama.

[ sunting ] Aplikasi

[ sunting ] Radio Demodulation

Penggunaan pertama dioda adalah demodulasi dari termodulasi amplitudo (AM) siaran radio. Sejarah penemuan ini diperlakukan secara mendalam di radio artikel. Singkatnya, sebuah sinyal AM terdiri dari bolak puncak positif dan negatif dari gelombang pembawa radio, yang amplitudo atau amplop sebanding dengan sinyal audio asli. Dioda (dioda kristal awalnya) rectifies sinyal frekuensi radio AM, hanya menyisakan puncak positif dari gelombang pembawa. Audio kemudian diekstrak dari gelombang pembawa diperbaiki menggunakan sederhana saringan dan dimasukkan ke dalam sebuah penguat audio atau transduser , yang menghasilkan gelombang suara.

[ sunting ] Daya konversi

Rectifier dibangun dari dioda, di mana mereka digunakan untuk mengkonversi arus bolak-balik (AC) listrik menjadi arus searah (DC). Otomotif alternator adalah contoh umum, dimana dioda, yang rectifies AC ke DC, memberikan kinerja lebih baik daripada komutator atau sebelumnya, dinamo . Demikian pula, dioda juga digunakan dalam Cockcroft-Walton pengganda tegangan untuk mengkonversi AC ke tegangan DC yang lebih tinggi.

[ sunting ] Lebih-tegangan perlindungan

Dioda sering digunakan untuk melakukan tegangan tinggi yang merusak jauh dari perangkat elektronik yang sensitif. Mereka biasanya reverse-bias (non-melakukan) dalam keadaan normal. Bila tegangan naik di atas kisaran normal, dioda menjadi maju-bias (melakukan). Sebagai contoh, dioda digunakan dalam ( stepper motor dan H-jembatan ) pengendali motor dan relay sirkuit untuk de-energi kumparan cepat tanpa merusak lonjakan tegangan yang sebaliknya akan terjadi. (Setiap dioda digunakan dalam aplikasi seperti itu disebut dioda flyback ). Banyak sirkuit terpadu juga menggabungkan dioda pada pin koneksi untuk mencegah tegangan eksternal dari merusak sensitif mereka transistor . Dioda khusus yang digunakan untuk melindungi dari atas-tegangan pada daya yang lebih tinggi (lihat jenis Diode atas).

[ sunting ] Logika gerbang

Dioda dapat dikombinasikan dengan komponen lain untuk membangun DAN dan ATAU gerbang logika . Hal ini disebut sebagai logika dioda .

[ sunting ] detektor radiasi ionisasi

Selain ringan, yang disebutkan di atas, semikonduktor dioda yang sensitif untuk lebih energik radiasi. Dalam elektronik , sinar kosmik dan sumber radiasi pengion lainnya menyebabkan kebisingan pulsa dan kesalahan bit tunggal dan ganda. Efek ini terkadang dimanfaatkan oleh detektor partikel untuk mendeteksi radiasi. Sebuah partikel tunggal radiasi, dengan ribuan atau jutaan volt elektron energi, menghasilkan pasangan pembawa muatan banyak, sebagai energi yang disimpan dalam bahan semikonduktor. Jika lapisan deplesi cukup besar untuk menangkap seluruh mandi atau untuk menghentikan partikel berat, pengukuran yang cukup akurat dari energi partikel dapat dibuat, hanya dengan mengukur muatan yang dilakukan dan tanpa kompleksitas spektrometer magnetik atau dll semikonduktor ini detektor radiasi membutuhkan koleksi efisien dan biaya seragam dan kebocoran arus rendah. Mereka sering didinginkan oleh nitrogen cair . Untuk partikel yang lebih panjang rentang (sekitar sentimeter) mereka membutuhkan kedalaman deplesi sangat besar dan luas. Untuk partikel jarak pendek, mereka membutuhkan kontak atau un-habis semikonduktor pada setidaknya satu permukaan yang akan sangat tipis. Bagian belakang bias tegangan yang dekat kerusakan (sekitar seribu volt per sentimeter). Germanium dan silikon adalah bahan yang umum. Beberapa posisi akal detektor serta energi. Mereka memiliki kehidupan yang terbatas, terutama saat mendeteksi partikel berat, karena kerusakan radiasi. Silikon dan germanium sangat berbeda dalam kemampuan mereka untuk mengubah sinar gamma untuk mandi elektron.
Detektor semikonduktor untuk partikel energi tinggi yang digunakan dalam jumlah besar. Karena fluktuasi kehilangan energi, pengukuran akurat dari energi yang disimpan adalah menggunakan kurang.

[ sunting ] Suhu pengukuran

Dioda dapat digunakan sebagai temperatur alat pengukur, karena drop tegangan maju melintasi dioda tergantung pada suhu, seperti pada sensor suhu bandgap Silicon . Dari persamaan dioda Shockley yang ideal yang diberikan di atas, tampak tegangan memiliki koefisien temperatur positif (pada arus konstan) tapi tergantung pada konsentrasi doping dan suhu operasi (Sze 2007). Koefisien suhu dapat negatif seperti pada termistor khas atau positif untuk dioda akal suhu turun menjadi sekitar 20 kelvin . Biasanya, dioda silikon memiliki sekitar -2 mV / ˚ C koefisien suhu pada suhu kamar.

[ sunting ] kemudi Lancar

Dioda akan mencegah arus dalam arah yang tidak diinginkan. Untuk pasokan listrik ke sirkuit listrik selama kegagalan daya, sirkuit dapat menarik arus dari baterai . Sebuah Uninterruptible power supply dapat menggunakan dioda dengan cara ini untuk memastikan saat ini yang hanya diambil dari baterai bila diperlukan. Demikian pula, perahu kecil biasanya memiliki dua sirkuit masing-masing dengan baterai mereka sendiri / baterai: satu digunakan untuk mesin awal; yang digunakan untuk rumah tangga. Biasanya keduanya diisi dari alternator tunggal, dan perpecahan tugas berat muatan dioda digunakan untuk mencegah baterai biaya yang lebih tinggi (biasanya baterai mesin) dari pemakaian melalui baterai yang terisi lebih rendah saat alternator tidak berjalan.
Dioda juga digunakan dalam keyboard musik elektronik . Untuk mengurangi jumlah kabel yang dibutuhkan dalam keyboard musik elektronik, instrumen ini sering menggunakan keyboard yang matriks sirkuit. Keyboard controller memindai baris dan kolom untuk menentukan catatan yang pemain telah ditekan. Masalah dengan rangkaian matriks adalah bahwa ketika beberapa catatan ditekan sekaligus, arus dapat mengalir ke belakang melalui sirkuit dan memicu " kunci siluman "yang menyebabkan" hantu "catatan untuk bermain. Untuk menghindari memicu catatan yang tidak diinginkan, sirkuit yang paling matriks keyboard yang memiliki dioda disolder dengan switch di bawah setiap tombol dari keyboard yang musik . Prinsip yang sama juga digunakan untuk matriks switch dalam keadaan padat mesin pinball .

[ sunting ] Singkatan

Dioda biasanya disebut sebagai D untuk dioda pada PCB . Kadang-kadang singkatan CR untuk kristal penyearah digunakan. [27]

[ sunting ] Dua-elemen perangkat nonlinier

Banyak lainnya dua-elemen perangkat nonlinier ada namun tidak biasanya disebut "dioda". Sebagai contoh, sebuah lampu neon memiliki dua terminal dalam amplop kaca dan memiliki sifat nonlinier yang menarik dan berguna. Arc-discharge lampu seperti lampu neon atau lampu uap merkuri juga memiliki dua terminal dan menampilkan nonlinier

Tidak ada komentar:

Poskan Komentar