Диоды: их разновидности и особенности применения

Развитие техники дало миру много открытий, которые успешно применяются и сегодня. Одно из них – обычный диод. Что такое диоды и где они используются, вы можете узнать прямо сейчас.

История создания

Идея создания силового диода принадлежит сразу двум ученым-изобретателям, но занимались они работой параллельно:

1. Британия, 1873 год – исследование Фредерика Гутри над открытием принципа работы термионных диодов (еще их называют лампами вакуумного типа с прямым накалом).
2. Годом позже в Германии – изобретение Карлом Фердинандом Брауном кристаллических или как их называют твердотельных диодных элементов.

Однако изобретение не диода связывают с их именами, чаще встречается утверждение, что принцип работы 13 февраля 1880 года открыл Томас Эдисон. Позже (в 1883 году) ученый получил на него патент. Последующего развития в трудах Эдисона тема диодов не получила.

Но были и другие имена. Например, Джэдиш Боус, используя и совершенствуя твердотельные диоды, которые изобрел Браун, сконструировал устройство, позже использовавшееся в конструкции радио. 

Разные ученые занимались исследованием и совершенствованием диодов, их стоит также упомянуть:

• Британец Джон Флеминг, 16 ноября 1904 год – ученый запатентовал на термиоидный диод;
• 20 ноября 1906 года, Пикард – патент на кремниевый кристаллический диод;
• 1919 год, Вильям Генри Иксл – введение в список слов термина «диод».

Виды полупроводниковых диодов, которые используются в наши дни

В наше время таким устройством, как «диод» никого не удивишь, и применяются они в различных бытовых и специальных приборах. Но что это такое, знают далеко не все.

Конструктивно диод – это небольшая камера (то есть емкость), из которой предварительно откачали воздух. Внутри этой камеры на некотором расстоянии друг от друга располагаются два электрода с противоположными зарядами – катод и анод. При этом электроды характеризуются разной электропроводностью – один p-типа, другой n. На схемах диода анод изображается треугольником, а катод – чертой.

Принцип работы полупроводникового диода следующий:

• при подключении к электропитанию электрон попадает в диод;
• накапливается до определенного уровня;
• электроны выходят из диода, то есть получается пробой, но полностью контролируемый.

Из этого следует вывод, что пропускаемый ток движется только в одном направлении. Однако это не абсолютно, то есть электрический ток пропускается и в обратном направлении также, но в очень малом количестве.

Стоит привести некоторые характеристики диодов. Например, сопротивление внутри диодной камеры непостоянное и зависит от напряжения, под которым устройство находится. Логично предположить, что чем выше напряжение, тем меньше сопротивление.

Виды диодов и их применение на практике

Диоды в зависимости от типа имеют очень широкое применение в технике и приборостроении. К примеру, они применимы при изготовлении различных блоков питания с целью выравнивания переменного тока. В данном случае используются диодные мосты, которые объединяют в себе по 4 диода. Мосты из диодов используются в радиоаппаратуре, устройствах для зарядки разного типа.

Также диодный мост применим в качестве защиты прибора от подключения тока неправильной полярности. Но наиболее часто мосты используются для преобразования тока из переменного в постоянный – это двухполупериодное выпрямление. При этом на выходе образовывается стабильное пульсирующее напряжение. Проблему пульсации обычно решают диодами, в цепи которых есть электрические конденсаторы.

Какие бывают диоды: виды и их особенности

Известны следующие типы диодов:

• Электровакуумные или кенотроны. Очень часто этот вид называют радиолампами, потому что в основном они используются именно при изготовлении радиотехники. Обладают достаточно высокой мощностью и производительностью.
• Газонаполненные или газотроны (иногда их называют игнитронами или стабилитронами). Основное их предназначение состоит в препятствовании граничному повышению напряжения. То есть он используется для контроля напряжения на конкретном участке схемы. Функция может быть как ограничительная, так и защитная. Подключая диоды данного вида, стоит помнить о полярности тока. Есть специальная маркировка на этих деталях – 3в, 5в, 18в и прочие – это разновидности напряжения стабилизации.
• Полупроводниковые диоды (самые популярные и широко применимые). В этом типе существует много подтипов. Среди самых популярных – тиристоры, которые имеют свойство переходить в открытое и закрытое состояние (то есть характеризоваться высокой и низкой проводимостью соответственно). В отличие от прочих видов, они кроме анода и катода имеют также один управляющий электрод. Выпускаются в двух основных видах корпуса – ТО-220 и ТО-92. Также тиристоры имеют разновидности – например, семисторы или триаки. Семисторы – это пара тиристоров, которые составляют прибор со встречно-параллельным включением и пропускают электроток в оба направления.
• Светодиоды, то есть диоды, которые светятся, когда через них пропускают электрический ток. Чаще всего они используются для индикации в различных приборах и технике. Они имеют высокую эффективность и популярность. Достаточно мощные светодиоды применимы в качестве источников дополнительного или аварийного освещения. Кроме этого, они дают большое разнообразие по температуре свечения, то есть могут обеспечить любой световой эффект.
• Выпрямители с горячими носителями или диоды Шоттки. Эти устройства характеризуются невысоким значением падения напряжения и повышенным быстродействием. На схемах этот тип обозначается особым значком. Также при выходе из строя такого диода не стоит заменять его другим (например, универсальным), потому что это приведет к поломке прибора.
• Полупроводниковые лазеры (в некотором смысле имеют больше сходств со светодиодами). Также довольно часто используются инфракрасные диоды. Их главная особенность состоит в том, что они излучают невидимый человеческому глазу электромагнитный луч. В основном используются в организации охранных систем (камеры видеонаблюдения) и при изготовлении контрольно-измерительных приборов, но в быту также (например, пульты управления от бытовой техники). Еще они используются при производстве коммуникационной техники и при прокладке линий беспроводной связи. Проверить исправность, а также разглядеть свечение такого диода можно только через камеру мобильного гаджета, направив объектив на включенный элемент.
• Выпрямительные, то есть те приборы, которые преобразовывают электрический ток с переменным значением в постоянный.
• Варикапы или емкостные. Эти устройства имеют особенность – менять показатели сопротивления при подаче тока различного напряжения. Используются как конденсаторы с переменной емкостью.
• Универсальные – это высокочастотные диоды, которые в основном применяются в преобразовании высокочастотных сигналов.

Также есть фотодиоды – это полупроводники с p-n переходом, которые воспринимают оптическое излучение. Значение обратного тока зависит от интенсивности светопотока. Используется во многих приборах – как бытового применения, так и специального. В зависимости от сферы применения различают конкретные режимы работы. Бывают следующие режимы – фотогенератор и фотопреобразователь.

Также они отличаются по ряду других параметров. Например, по технике исполнения различают плоскостные и точечные. По параметру конструкции есть одноэлементные и диодные. Различия есть и в параметрах мощности, что обозначено соответствующими кодами в маркировке изделий.

Особенности производства диодов

В зависимости от вида диодного прибора существуют разные методы их изготовления. Но ни одно производство невозможно без соблюдения некоторых требований. Главное требование при производстве любого диода – это высокое качество материалов, которые используются при изготовлении этих приборов.

Все главные требования и стандарты, которыми руководствуются при изготовлении полупроводниковых приборов, изложены в ГОСТе 17465-80. Общие положения по этим деталям стоит искать в ГОСТе 18986.0-74. Также отдельные нормативы изложены в других ГОСТах, которые больше детализируют изготовление, проверку и использование диодов и диодных мостов конкретных видов.