Дио́д (от — два и — от окончания -од термина электрод; букв. «двухэлектродный»; корень -од происходит от «путь» www.yourdictionary.com: суффикс -од (ode) ) — двухэлектродный электронный компонент, обладающий различной электрической проводимостью в зависимости от полярности приложенного к диоду напряжения. Диоды обладают нелинейной вольт-амперной характеристикой, но в отличие от ламп накаливания, варисторов и терморезисторов, у диодов, а также у стабилитронов и варикапов как их вариантов она несимметрична.
Электроды диода носят названия анод и катод. У большинства диодов (электровакуумных диодов, выпрямительных полупроводниковых диодов) при приложении прямого напряжения (то есть анод имеет положительный потенциал относительно катода) диод открыт (через диод течёт прямой ток, диод имеет малое сопротивление). Напротив, если к диоду приложено обратное напряжение (катод имеет положительный потенциал относительно анода), то диод закрыт (сопротивление диода велико, обратный ток мал, и может считаться равным нулю во многих практических случаях).
История создания и развития диодов
Развитие диодов началось в третьей четверти XIX века сразу по двум направлениям: в 1873 году британский учёный Ф. Гутри обнаружил, что отрицательно заряженный шар электроскопа при его сильном накаливании теряет заряд, но если его зарядить положительно, то заряд не теряется. Объяснить это явления в то время не могли. Это явление вызвано термоэлектронной эмиссией и затем использовалось в электровакуумных диодах с накаливаемым катодом. Термоэлектронная эмиссия была заново открыта 13 февраля 1880 года Томасом Эдисоном в его опытах по продлению срока службы накаливаемой нити в лампах накаливания, и затем, в 1883 году, запатентовано им (патент США № 307031). Однако Эдисон в дальнейшем его не изучал.
Впервые диод с термоэлектронной эмиссией был запатентован в Британии Джоном Амброзом Флемингом (научным советником компании Маркони и бывшим сотрудником Эдисона) 16 ноября 1904 года (патент США № 803684 от ноября 1905 года).
В 1874 году немецкий учёный Карл Фердинанд Браун открыл выпрямляющие свойства кристаллических диодов, а в 1899 году Браун запатентовал кристаллический выпрямительDiode . Джэдиш Чандра Боус развил далее открытие Брауна в устройство, применимое для приёма радиоволн. Около 1900 года Гринлиф Пикард создал первый радиоприёмник на кристаллическом диоде. 20 ноября 1906 года Пикард запатентовал кремниевый кристаллический детектор (патент США № 836531).
В конце XIX века устройства подобного рода назывались выпрямителями, и лишь в 1919 году Вильям Генри Иклс ввёл в обиход термин «диод».
В первые десятилетия развития полупроводниковой технологии точность изготовления диодов была настолько низкой, что заместитель министра электронной промышленности СССР К. Мартюшов писал в 1965 году: «Вот почему в мировой практике пока не существует способов изготовления диодов и транзисторов со строго определёнными, наперед заданными характеристиками».
Типы диодов Диоды бывают электровакуумные (кенотроны), газонаполненные (газотроны, игнитроны, стабилитроны коронного и тлеющего разряда), полупроводниковые и др. В настоящее время в подавляющем большинстве случаев применяются полупроводниковые диоды.
Электровакуумные диоды
Электровакуумные диоды представляют собой вакуумированный баллон с двумя электродами, один из них — катод — подогревается током, протекающим по специальной электрической цепи накала. При накале катода возникает термоэлектронная эмиссия и часть электронов покидает поверхность катода. Если к другому электроду — аноду — приложить положительное относительно катода напряжение, то под действием электрического поля электроны начнут двигаться к аноду, создавая ток. Если к аноду приложить отрицательное напряжение, то электроны будут отталкиваться от анода и тока не будет.
Полупроводниковые диоды
Полупроводниковый диод состоит либо из полупроводников p-типа и n-типа (полупроводников с разным типом примесной проводимости), либо из полупроводника и металла (диод Шоттки). Контакт между полупроводниками называется p-n-переходом и проводит ток в одном направлении (обладает односторонней проводимостью). Некоторые типы полупроводниковых диодов не имеют p-n-перехода, например, диоды Ганна.
Некоторые типы полупроводниковых диодов
Выпрямительный диод — мощный диод, рассчитанный для работы с высокими значениями тока и напряжения, предназначенный для преобразования переменного тока в постоянный. Используются в блоках питания различного назначения, а также электроэнергетике. Стабилитрон (диод Зенера) — диод, работающий в режиме обратимого пробоя p-n-перехода при приложении обратного напряжения. Используются для стабилизации напряжения. Туннельный диод (диод Лео Эсаки) — диод, в котором используются квантовомеханические эффекты. На вольт-амперной характеристике имеет область так называемого отрицательного дифференциального сопротивления. Применяются в усилителях, генераторах и пр. Обращённый диод — разновидность туннельного диода, имеющий гораздо более низкое падение напряжения в открытом состоянии, чем обычный диод. Принцип работы такого диода основан на туннельном эффекте. Варикап (диод Джона Джеумма) — диод, обладающий большой ёмкостью при запертом p-n-переходе, зависящей от величины приложенного обратного напряжения. Применяются в качестве конденсаторов переменной ёмкости, управляемых напряжением. Светодиод (диоды Генри Раунда) — диод, отличающийся от обычного диода тем, что при протекании прямого тока излучает фотоны при рекомбинации электронов и дырок в p-n-переходе. Выпускаются светодиоды с излучением в инфракрасном, видимом, а с недавних пор — и в ультрафиолетовом диапазоне. Полупроводниковый лазер — диод, близкий по устройству к светодиоду, но имеющий оптический резонатор. Излучает узкий луч когерентного света. Фотодиод — диод, в котором под действием света появляется значительный обратный ток. Также, под действием света, подобно солнечному элементу, способен генерировать небольшую ЭДС. Солнечный элемент — диод, похожий на фотодиод, но работающий без смещения. Падающий на p-n-переход свет вызывает движение электронов и генерацию тока. Диод Ганна — диод, используемый для генерации и преобразования частоты в СВЧ диапазоне. Диод Шоттки — диод с малым падением напряжения при прямом включении. Лавинный диод — диод, принцип работы которого основан на лавинном пробое (см. обратный участок вольт-амперной характеристики). Применяется для защиты цепей от перенапряжений. Лавинно-пролётный диод — диод, принцип работы которого основан на лавинном умножении носителей заряда. Применяется для генерации колебаний в СВЧ-технике. Магнитодиод — диод, вольт-амперная характеристика которого существенно зависит от значения индукции магнитного поля и расположения его вектора относительно плоскости p-n-перехода. Стабистор — диод, имеющий в начале прямой ветви вольт-амперной характеристики участок, позволяющий использовать его для стабилизации небольших напряжений (обычно от 0,5 до 3,0 В). В отличие от стабилитрона у стабистора это напряжение мало зависит от температуры. Смесительный диод — диод, предназначенный для перемножения двух высокочастотных сигналов. pin-диод — диод, обладающий меньшей ёмкостью за счёт наличия между сильнолегированными полупроводниками p- и n-типов материала, характеризующегося собственной проводимостью. Используется в СВЧ технике, силовой электронике, как фотодетектор. Точечный диод — диод, отличающийся низкой ёмкостью p-n-перехода и наличием на обратной ветви вольт-амперной характеристики участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением. Ранее использовались в СВЧ технике (благодаря низкой ёмкости p-n-перехода) и применялись в генераторах и усилителях (благодаря наличию на обратной ветви вольт-амперной характеристики участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением).
Графическое изображение на электрических схемах Графические символы различных типов диодов используемые на электрических схемах в соответствии с их функциональным назначением. треугольник указывает направление тока от анода к катоду (прямая проводимость).
Диэлектрические диоды Диэлектрический диод представляет собой пленочную структуру металл-диэлектрик-металл, имеющую вольт-амперную характеристику, аналогичную характеристике электровакуумного диода за счет использования разницы работ выхода из истока и стока.
Основные характеристики и параметры диодов Uобр.макс. -максимально допустимое постоянное обратное напряжение диода;Uобр.и.макс. -максимально допустимое импульсное обратное напряжение диода;Iпр.макс. -максимальный средний прямой ток за период;Iпр.и.макс. -максимальный импульсный прямой ток за период;Iпрг. -ток перегрузки выпрямительного диода;fмакс. -максимально допустимая частота переключения диода;fраб. -рабочая частота переключения диода;Uпр. при Iпр. -постоянное прямое напряжения диода при токе Iпр;Iобр. -постоянный обратный ток диода;Тк.макс. -максимально допустимая температура корпуса диода.Тп.макс. -максимально допустимая температура перехода диода.
Классификация и система обозначений диодов Классификация диодов по их назначению, физическим свойствам, основным электрическим параметрам, конструктивно-технологическим признакам, роду исходного материала (полупроводника) отображается системой условных обозначений их типов. Система условных обозначений постоянно совершенствуется в соответствии с возникновением новых классификационных групп и типов диодов. Обычно системы обозначений представлены буквенно-цифровым кодом.
В СССР На территории СССР система условных обозначений неоднократно претерпевала изменения и до настоящего времени на радиорынках можно встретить полупроводниковые диоды, выпущенные на заводах СССР и с системой обозначений согласно отраслевому стандарту ОСТ 11 336.919-81, базирующемуся на ряде классификационных признаков изделий. Первый элемент буквенно-цифрового кода обозначает исходный материал (полупроводник), на основе которого изготовлен диод, например: Г или 1 — германий или его соединения; К или 2 — кремний или его соединения; А или 3 — соединения галлия (например, арсенид галлия); И или 4 — соединения индия (например, фосфид индия); второй элемент — буквенный индекс, определяющий подкласс приборов; Д — для обозначения выпрямительных, импульсных, магнито- и термодиодов; Ц — выпрямительных столбов и блоков; В — варикапов; И — туннельных диодов; А — сверхвысокочастотных диодов; С — стабилитронов, в том числе стабисторов и ограничителей; Л — излучающие оптоэлектронные приборы; О — оптопары; Н — диодные тиристоры; третий элемент — цифра (или в случае оптопар — буква), определяющая один из основных признаков прибора (параметр, назначение или принцип действия); четвёртый элемент — число, обозначающее порядковый номер разработки технологического типа изделия; пятый элемент — буквенный индекс, условно определяющий классификацию по параметрам диодов, изготовленных по единой технологии.
Например: КД212Б, ГД508А, КЦ405Ж.
Кроме того, система обозначений предусматривает (в случае необходимости) введение в обозначение дополнительных знаков для выделения отдельных существенных конструктивно-технологических особенностей изделий.
В России Продолжает действовать ГОСТ 2.730-73 — «Приборы полупроводниковые. Условные обозначения графические»
Зарубежная система обозначений Существует ряд общих принципов стандартизации системы кодирования для диодов за рубежом. Наиболее распространены стандарты EIA/JEDEC и европейский «Pro Electron».
Система EIA/JEDEC
Стандартизированная система EIA370 нумерации 1N-серии была введена в США EIA/JEDEC (Объединённый инженерный консилиум по электронным устройствам) приблизительно в 1960 году. Среди самого популярного в этой серии были: 1N34A/1N270 (германиевый), 1N914/1N4148The 1N4148: The Signal Diode That Ended Up Everywhere(кремниевый), 1N4001—1N4007 (кремниевый выпрямитель 1A) и 1N54xx (мощный кремниевый выпрямитель 3A).
Система Pro Electron