सेमीकंडक्टर डायोड इलेक्ट्रिकल अभियांत्रिकी आणि इलेक्ट्रॉनिक्समध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाते. त्याच्या कमी किमतीत आणि चांगल्या पॉवर-टू-साईज गुणोत्तरासह, त्याने त्वरीत समान उद्देशाच्या व्हॅक्यूम डिव्हाइसेसची जागा घेतली.

सामग्री
सेमीकंडक्टर डायोडच्या ऑपरेशनचे साधन आणि तत्त्व
सेमीकंडक्टर डायोडमध्ये सेमीकंडक्टर (सिलिकॉन, जर्मेनियम इ.) बनलेले दोन प्रदेश (स्तर) असतात. एका प्रदेशात मुक्त इलेक्ट्रॉन्स (एन-सेमीकंडक्टर) जास्त आहेत, दुसऱ्यामध्ये कमतरता आहे (पी-सेमिकंडक्टर) - हे बेस मटेरियल डोपिंग करून साध्य केले जाते. त्यांच्या दरम्यान एक लहान झोन आहे ज्यामध्ये n-साइटवरील मुक्त इलेक्ट्रॉन्सची जास्त प्रमाणात p-साइटवरील छिद्रे "बंद" होतात (प्रसरण झाल्यामुळे पुनर्संयोजन होते), आणि या प्रदेशात कोणतेही विनामूल्य शुल्क वाहक नाहीत. जेव्हा फॉरवर्ड व्होल्टेज लागू केले जाते, तेव्हा पुनर्संयोजन क्षेत्र लहान असते, त्याचा प्रतिकार लहान असतो आणि डायोड या दिशेने विद्युत प्रवाह चालवतो. रिव्हर्स व्होल्टेजसह, वाहक-मुक्त झोन वाढेल, डायोडचा प्रतिकार वाढेल. या दिशेने कोणताही विद्युत प्रवाह वाहणार नाही.
इलेक्ट्रिकल डायग्रामवरील प्रकार, वर्गीकरण आणि ग्राफिक पदनाम
सामान्य स्थितीत, आकृतीमधील डायोड विद्युत् प्रवाहाची दिशा दर्शविणारा शैलीकृत बाण म्हणून दर्शविला जातो. डिव्हाइसच्या सशर्त ग्राफिक प्रतिमा (UGO) मध्ये दोन निष्कर्ष आहेत - एनोड आणि कॅथोड, जे थेट कनेक्शनमध्ये अनुक्रमे इलेक्ट्रिकल सर्किटच्या प्लस आणि मायनसशी जोडलेले आहेत.

या द्विध्रुवीय सेमीकंडक्टर उपकरणाच्या मोठ्या संख्येने वाण आहेत, जे उद्देशानुसार, थोडेसे भिन्न UGO असू शकतात.
जेनर डायोड (झेनर डायोड)

झेनर डायोड हे अर्धसंवाहक उपकरण आहेहिमस्खलन तुटण्याच्या झोनमध्ये रिव्हर्स व्होल्टेजवर कार्य करते. या प्रदेशात, उपकरणाद्वारे झेनर डायोड व्होल्टेज विद्युत् प्रवाहाच्या विस्तृत श्रेणीवर स्थिर आहे. या गुणधर्माचा वापर संपूर्ण लोडमध्ये व्होल्टेज स्थिर करण्यासाठी केला जातो.
स्टॅबिस्टर्स
जेनर डायोड 2 V आणि त्यावरील व्होल्टेज स्थिर करण्याचे चांगले काम करतात.या मर्यादेपेक्षा स्थिर व्होल्टेज मिळविण्यासाठी स्टॅबिस्टरचा वापर केला जातो. ज्या सामग्रीपासून ही उपकरणे बनविली जातात (सिलिकॉन, सेलेनियम) डोपिंग केल्याने वैशिष्ट्याच्या थेट शाखेची सर्वात मोठी अनुलंबता प्राप्त होते. या मोडमध्ये, स्टॅबिस्टर कार्य करतात, फॉरवर्ड व्होल्टेजवर वर्तमान-व्होल्टेज वैशिष्ट्याच्या थेट शाखेवर 0.5 ... 2 V च्या श्रेणीतील एक अनुकरणीय व्होल्टेज देतात.
स्कॉटकी डायोड्स

स्कॉटकी डायोड सेमीकंडक्टर-मेटल स्कीमनुसार बांधला गेला आहे आणि त्याला पारंपारिक जंक्शन नाही. यामुळे, दोन महत्त्वपूर्ण गुणधर्म प्राप्त झाले:
- कमी फॉरवर्ड व्होल्टेज ड्रॉप (सुमारे 0.2 V);
- स्व-क्षमता कमी झाल्यामुळे ऑपरेटिंग फ्रिक्वेन्सी वाढली.
तोट्यांमध्ये उलट प्रवाहांची वाढलेली मूल्ये आणि रिव्हर्स व्होल्टेजच्या पातळीपर्यंत कमी सहनशीलता समाविष्ट आहे.
व्हेरीकॅप्स

प्रत्येक डायोडमध्ये इलेक्ट्रिकल कॅपेसिटन्स असते. कॅपेसिटरच्या प्लेट्स हे दोन स्पेस चार्जेस (सेमीकंडक्टरचे p आणि n क्षेत्र) आहेत आणि अडथळा स्तर डायलेक्ट्रिक आहे. जेव्हा रिव्हर्स व्होल्टेज लागू केले जाते, तेव्हा हा थर विस्तारतो आणि कॅपेसिटन्स कमी होतो. हा गुणधर्म सर्व डायोड्समध्ये अंतर्निहित आहे, परंतु व्हेरीकॅप्ससाठी, कॅपेसिटन्स सामान्यीकृत आहे आणि दिलेल्या व्होल्टेज मर्यादेसाठी ओळखले जाते. हे अशा उपकरणांचा वापर करणे शक्य करते व्हेरिएबल कॅपेसिटर आणि विविध स्तरांचे रिव्हर्स व्होल्टेज पुरवून सर्किट्स समायोजित किंवा फाइन-ट्यून करण्यासाठी लागू करा.
बोगदा डायोड

या उपकरणांमध्ये वैशिष्ट्याच्या सरळ विभागात एक विक्षेपण आहे, ज्यामध्ये व्होल्टेजमध्ये वाढ झाल्यामुळे विद्युत् प्रवाह कमी होतो. या प्रदेशात, विभेदक प्रतिकार नकारात्मक आहे.या गुणधर्मामुळे 30 GHz वरील फ्रिक्वेन्सीवर कमकुवत सिग्नल अॅम्प्लिफायर आणि जनरेटर म्हणून बोगदा डायोड वापरणे शक्य होते.
Dinistors

डायनिस्टर - डायोड थायरिस्टर - मध्ये p-n-p-n रचना आणि S-आकाराचे CVC आहे, जोपर्यंत लागू व्होल्टेज थ्रेशोल्ड पातळीपर्यंत पोहोचत नाही तोपर्यंत विद्युत प्रवाह चालवत नाही. त्यानंतर, ते चालू होते आणि वर्तमान होल्डिंग पातळीच्या खाली येईपर्यंत सामान्य डायोडसारखे वागते. डायनिस्टर्सचा वापर पॉवर इलेक्ट्रॉनिक्समध्ये की म्हणून केला जातो.
फोटोडायोड्स

फोटोडिओड क्रिस्टलमध्ये दृश्यमान प्रकाश प्रवेशासह पॅकेजमध्ये बनविला जातो. जेव्हा p-n जंक्शन विकिरणित केले जाते तेव्हा त्यात एक emf उद्भवते. हे तुम्हाला वर्तमान स्रोत (सौर पॅनेलचा भाग म्हणून) किंवा प्रकाश सेन्सर म्हणून फोटोडायोड वापरण्याची परवानगी देते.
LEDs

P-n जंक्शनमधून विद्युत प्रवाह जातो तेव्हा प्रकाश उत्सर्जित करण्याची क्षमता ही LED चे मुख्य गुणधर्म आहे. ही चमक गरम होण्याच्या तीव्रतेशी संबंधित नाही, जसे की इनॅन्डेन्सेंट दिवा, म्हणून डिव्हाइस किफायतशीर आहे. कधीकधी संक्रमणाची थेट चमक वापरली जाते, परंतु अधिक वेळा ते फॉस्फरच्या प्रज्वलनाचा आरंभकर्ता म्हणून वापरला जातो. यामुळे पूर्वी अप्राप्य एलईडी रंग मिळणे शक्य झाले, जसे की निळा आणि पांढरा.
गन डायोड्स
जरी गन डायोडमध्ये नेहमीचे पारंपारिक ग्राफिक पदनाम असले तरी ते संपूर्ण अर्थाने डायोड नाही. कारण त्यात p-n जंक्शन नाही. या उपकरणामध्ये धातूच्या थरावर गॅलियम आर्सेनाइड प्लेट असते.
प्रक्रियेच्या तपशीलात न जाता: जेव्हा डिव्हाइसमध्ये विशिष्ट परिमाणाचे विद्युत क्षेत्र लागू केले जाते तेव्हा विद्युत दोलन होतात, ज्याचा कालावधी अर्धसंवाहक वेफरच्या आकारावर अवलंबून असतो (परंतु विशिष्ट मर्यादेत, वारंवारता समायोजित केली जाऊ शकते. बाह्य घटकांद्वारे).
गन डायोड 1 GHz आणि त्याहून अधिक फ्रिक्वेन्सीवर ऑसिलेटर म्हणून वापरले जातात. डिव्हाइसचा फायदा उच्च वारंवारता स्थिरता आहे, आणि गैरसोय म्हणजे विद्युत दोलनांचे लहान मोठेपणा.
चुंबकीय डायोड
सामान्य डायोड बाह्य चुंबकीय क्षेत्राद्वारे कमकुवतपणे प्रभावित होतात. मॅग्नेटोडिओड्सची एक विशेष रचना आहे जी या प्रभावासाठी संवेदनशीलता वाढवते. ते विस्तारित बेससह p-i-n तंत्रज्ञान वापरून तयार केले जातात. चुंबकीय क्षेत्राच्या कृती अंतर्गत, उपकरणाचा पुढील दिशेने प्रतिकार वाढतो आणि याचा वापर संपर्क नसलेले स्विचिंग घटक, चुंबकीय क्षेत्र कन्व्हर्टर इ. तयार करण्यासाठी केला जाऊ शकतो.
लेसर डायोड्स
लेसर डायोडच्या ऑपरेशनचे सिद्धांत एका रंगीत आणि सुसंगत दृश्यमान रेडिएशन उत्सर्जित करण्यासाठी विशिष्ट परिस्थितींमध्ये पुनर्संयोजनादरम्यान इलेक्ट्रॉन-होल जोडीच्या गुणधर्मावर आधारित आहे. या परिस्थिती निर्माण करण्याच्या पद्धती भिन्न आहेत, वापरकर्त्यासाठी केवळ डायोडद्वारे उत्सर्जित केलेल्या लहरीची लांबी आणि त्याची शक्ती जाणून घेणे आवश्यक आहे.

हिमस्खलन डायोड्स
ही उपकरणे मायक्रोवेव्हमध्ये वापरली जातात. विशिष्ट परिस्थितींमध्ये, हिमस्खलन ब्रेकडाउन मोडमध्ये, डायोड वैशिष्ट्यावर नकारात्मक विभेदक प्रतिकार असलेला विभाग दिसून येतो. APD ची ही मालमत्ता त्यांना मिलिमीटर श्रेणीपर्यंत तरंगलांबीमध्ये कार्यरत जनरेटर म्हणून वापरण्याची परवानगी देते. तेथे किमान 1 वॅटची शक्ती मिळवणे शक्य आहे. कमी फ्रिक्वेन्सीवर, अशा डायोडमधून अनेक किलोवॅट्स काढले जातात.
पिन डायोड
हे डायोड p-i-n तंत्रज्ञान वापरून बनवले जातात. अर्धसंवाहकांच्या डोप केलेल्या थरांच्या दरम्यान न भरलेल्या सामग्रीचा एक थर असतो. या कारणास्तव, डायोडचे सुधारण्याचे गुणधर्म खराब होतात (रिव्हर्स व्होल्टेजसह, पी- आणि एन-झोनमधील थेट संपर्काच्या अभावामुळे पुनर्संयोजन कमी होते).परंतु स्पेस चार्ज क्षेत्रांच्या अंतरामुळे, परजीवी कॅपॅसिटन्स खूपच लहान होते, बंद स्थितीत, उच्च फ्रिक्वेन्सीवर सिग्नल गळती व्यावहारिकरित्या वगळली जाते आणि पिन डायोड्सचा वापर आरएफ आणि मायक्रोवेव्हवर स्विचिंग घटक म्हणून केला जाऊ शकतो.
डायोडची मुख्य वैशिष्ट्ये आणि पॅरामीटर्स
सेमीकंडक्टर डायोडच्या मुख्य वैशिष्ट्यांमध्ये (अत्यंत विशिष्ट डायोड वगळता) हे समाविष्ट आहे:
- कमाल स्वीकार्य रिव्हर्स व्होल्टेज (स्थिर आणि स्पंदित);
- सीमा ऑपरेटिंग वारंवारता;
- फॉरवर्ड व्होल्टेज ड्रॉप;
- ऑपरेटिंग तापमान श्रेणी.
डायोडच्या I-V वैशिष्ट्यांचे उदाहरण वापरून उर्वरित महत्त्वाच्या वैशिष्ट्यांचा सर्वोत्तम विचार केला जातो - हे अधिक स्पष्ट आहे.
सेमीकंडक्टर डायोडचे व्होल्ट-अँपिअर वैशिष्ट्य
सेमीकंडक्टर डायोडच्या वर्तमान-व्होल्टेज वैशिष्ट्यामध्ये पुढे आणि उलट शाखा असतात. ते I आणि III क्वाड्रंट्समध्ये स्थित आहेत, कारण डायोडद्वारे विद्युत् प्रवाह आणि व्होल्टेजची दिशा नेहमी एकसारखी असते. वर्तमान-व्होल्टेज वैशिष्ट्यानुसार, आपण काही पॅरामीटर्स निर्धारित करू शकता, तसेच डिव्हाइसची वैशिष्ट्ये काय प्रभावित करतात हे स्पष्टपणे पाहू शकता.

कंडक्शन थ्रेशोल्ड व्होल्टेज
जर तुम्ही डायोडला फॉरवर्ड व्होल्टेज लागू केले आणि ते वाढवण्यास सुरुवात केली, तर पहिल्या क्षणी काहीही होणार नाही - वर्तमान वाढणार नाही. परंतु एका विशिष्ट मूल्यावर, डायोड उघडेल आणि व्होल्टेजनुसार वर्तमान वाढेल. या व्होल्टेजला कंडक्शन थ्रेशोल्ड व्होल्टेज म्हणतात आणि VAC वर Uthreshold म्हणून चिन्हांकित केले जाते. हे डायोड बनवलेल्या सामग्रीवर अवलंबून असते. सर्वात सामान्य सेमीकंडक्टरसाठी, हे पॅरामीटर आहे:
- सिलिकॉन - 0.6-0.8 व्ही;
- जर्मेनियम - 0.2-0.3 व्ही;
- गॅलियम आर्सेनाइड - 1.5 व्ही.
कमी व्होल्टेजमध्ये उघडण्यासाठी जर्मेनियम सेमीकंडक्टर उपकरणांची मालमत्ता कमी-व्होल्टेज सर्किट्समध्ये आणि इतर परिस्थितींमध्ये काम करताना वापरली जाते.
डायरेक्ट कनेक्शनसह डायोडद्वारे जास्तीत जास्त प्रवाह
डायोड उघडल्यानंतर, फॉरवर्ड व्होल्टेजच्या वाढीसह त्याचे वर्तमान वाढते. आदर्श डायोडसाठी, हा आलेख अनंतापर्यंत जातो. सराव मध्ये, हे पॅरामीटर सेमीकंडक्टर उपकरणाच्या उष्णता नष्ट करण्याच्या क्षमतेद्वारे मर्यादित आहे. जेव्हा एक विशिष्ट मर्यादा गाठली जाते, तेव्हा डायोड जास्त गरम होईल आणि अयशस्वी होईल. हे टाळण्यासाठी, उत्पादक सर्वोच्च स्वीकार्य वर्तमान (VAC - Imax वर) सूचित करतात. हे डायोड आणि त्याच्या पॅकेजच्या आकाराद्वारे अंदाजे निर्धारित केले जाऊ शकते. उतरत्या क्रमाने:
- धातूच्या आवरणात उपकरणांद्वारे सर्वात मोठा प्रवाह ठेवला जातो;
- प्लास्टिकचे केस मध्यम शक्तीसाठी डिझाइन केलेले आहेत;
- काचेच्या लिफाफ्यातील डायोड कमी-वर्तमान सर्किटमध्ये वापरले जातात.
रेडिएटर्सवर मेटल उपकरणे स्थापित केली जाऊ शकतात - यामुळे अपव्यय शक्ती वाढेल.
उलट गळती चालू
जर तुम्ही डायोडला रिव्हर्स व्होल्टेज लावले तर असंवेदनशील अँमीटर काहीही दाखवणार नाही. खरं तर, केवळ एक आदर्श डायोड कोणताही विद्युत प्रवाह पार करत नाही. वास्तविक डिव्हाइसमध्ये विद्युत प्रवाह असेल, परंतु तो खूपच लहान आहे आणि त्याला उलट गळती करंट म्हणतात (CVC - Iobr वर). हे दहापट मायक्रोअॅम्प्स किंवा मिलिअॅम्प्सच्या दशांश आणि थेट प्रवाहापेक्षा खूपच कमी आहे. आपण ते निर्देशिकेत शोधू शकता.
ब्रेकडाउन व्होल्टेज
रिव्हर्स व्होल्टेजच्या विशिष्ट मूल्यावर, विद्युत् प्रवाहात तीव्र वाढ होते, ज्याला ब्रेकडाउन म्हणतात. त्यात बोगदा किंवा हिमस्खलन वर्ण आहे आणि ते उलट करता येण्यासारखे आहे. या मोडचा वापर व्होल्टेज (हिमस्खलन) स्थिर करण्यासाठी किंवा डाळी (बोगदा) निर्माण करण्यासाठी केला जातो.व्होल्टेजमध्ये आणखी वाढ झाल्याने, ब्रेकडाउन थर्मल बनते. हा मोड अपरिवर्तनीय आहे आणि डायोड अयशस्वी होतो.
परजीवी कॅपेसिटन्स pn-जंक्शन
हे आधीच नमूद केले आहे की p-n जंक्शन आहे विद्युत क्षमता. आणि जर ही मालमत्ता उपयुक्त असेल आणि व्हेरीकॅप्समध्ये वापरली गेली असेल तर सामान्य डायोडमध्ये ते हानिकारक असू शकते. तरी क्षमता युनिट्स आहे किंवा दहापट pF आणि थेट प्रवाह किंवा कमी फ्रिक्वेन्सी अगोचर आहे, वाढत्या वारंवारतेसह त्याचा प्रभाव वाढतो. RF वरील काही पिकोफॅरॅड्स बनावट सिग्नल लीकेजसाठी कमी पुरेसा प्रतिकार निर्माण करतील, विद्यमान कॅपॅसिटन्स जोडतील आणि सर्किटचे पॅरामीटर्स बदलतील आणि आउटपुट किंवा मुद्रित कंडक्टरच्या इंडक्टन्ससह एक बनावट रेझोनान्स सर्किट तयार करतील. म्हणून, उच्च-फ्रिक्वेंसी डिव्हाइसेसच्या उत्पादनामध्ये, संक्रमणाची क्षमता कमी करण्यासाठी उपाय केले जातात.
डायोड मार्किंग
मेटल केसमध्ये डायोड चिन्हांकित करण्याचा सर्वात सोपा मार्ग. बर्याच बाबतीत, ते डिव्हाइसच्या पदनामासह आणि त्याच्या पिनआउटसह चिन्हांकित केले जातात. प्लॅस्टिक केसमधील डायोड्स कॅथोड बाजूला रिंग चिन्हाने चिन्हांकित केले जातात. परंतु निर्माता हा नियम काटेकोरपणे पाळतो याची कोणतीही हमी नाही, म्हणून निर्देशिकेचा संदर्भ घेणे चांगले आहे. आणखी चांगले, डिव्हाइसला मल्टीमीटरने रिंग करा.
घरगुती लो-पॉवर जेनर डायोड्स आणि काही इतर उपकरणांमध्ये केसच्या विरुद्ध बाजूस दोन रिंग किंवा वेगवेगळ्या रंगांचे ठिपके असू शकतात. अशा डायोडचा प्रकार आणि त्याचे पिनआउट निश्चित करण्यासाठी, तुम्हाला संदर्भ पुस्तक घ्यावे लागेल किंवा इंटरनेटवर ऑनलाइन मार्किंग आयडेंटिफायर शोधावे लागेल.
डायोड्सचे अनुप्रयोग
साधे उपकरण असूनही, सेमीकंडक्टर डायोड इलेक्ट्रॉनिक्समध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरले जातात:
- सरळ करण्यासाठी एसी व्होल्टेज. शैलीचा एक क्लासिक - p-n जंक्शन गुणधर्म एका दिशेने विद्युत प्रवाह चालविण्यासाठी वापरला जातो.
- डायोड डिटेक्टर. येथे, I–V वैशिष्ट्याची नॉनलाइनरिटी वापरली जाते, ज्यामुळे सिग्नलमधून हार्मोनिक्स वेगळे करणे शक्य होते, ज्याची आवश्यक फिल्टरद्वारे ओळखली जाऊ शकते.
- दोन डायोड, बॅक-टू- बॅक कनेक्ट केलेले, शक्तिशाली सिग्नलसाठी लिमिटर म्हणून काम करतात जे संवेदनशील रेडिओ रिसीव्हर्सच्या पुढील इनपुट स्टेजला ओव्हरलोड करू शकतात.
- जेनर डायोड्सचा स्पार्क-प्रूफ घटक म्हणून समावेश केला जाऊ शकतो जे धोकादायक भागात स्थापित केलेल्या सेन्सर्सच्या सर्किटमध्ये उच्च-व्होल्टेज डाळींना प्रवेश करू देत नाहीत.
- डायोड्स उच्च वारंवारता सर्किट्समध्ये स्विचिंग डिव्हाइसेस म्हणून काम करू शकतात. ते स्थिर व्होल्टेजसह उघडतात आणि आरएफ सिग्नल पास करतात (किंवा पास होत नाहीत).
- पॅरामेट्रिक डायोड वैशिष्ट्यांच्या थेट शाखेत नकारात्मक प्रतिकार असलेल्या विभागाच्या उपस्थितीमुळे मायक्रोवेव्ह श्रेणीतील कमकुवत सिग्नलचे अॅम्प्लीफायर म्हणून काम करतात.
- डायोडचा वापर उपकरणे प्रसारित किंवा प्राप्त करण्यासाठी कार्यरत मिक्सर एकत्र करण्यासाठी केला जातो. ते मिसळतात स्थानिक ऑसिलेटर सिग्नल पुढील प्रक्रियेसाठी उच्च-फ्रिक्वेंसी (किंवा कमी-फ्रिक्वेंसी) सिग्नलसह. हे वर्तमान-व्होल्टेज वैशिष्ट्याची नॉनलाइनरिटी देखील वापरते.
- नॉन-रेखीय वैशिष्ट्य मायक्रोवेव्ह डायोडचा वारंवारता गुणक म्हणून वापर करण्यास अनुमती देते. जेव्हा सिग्नल मल्टीप्लायर डायोडमधून जातो तेव्हा उच्च हार्मोनिक्स हायलाइट केले जातात. मग ते फिल्टर करून निवडले जाऊ शकते.
- रेझोनंट सर्किट्ससाठी डायोड ट्यूनिंग घटक म्हणून वापरले जातात. या प्रकरणात, p-n जंक्शनवर नियंत्रित कॅपेसिटन्सची उपस्थिती वापरली जाते.
- काही प्रकारचे डायोड मायक्रोवेव्ह रेंजमध्ये जनरेटर म्हणून वापरले जातात. हे प्रामुख्याने गन इफेक्टसह टनेल डायोड आणि उपकरणे आहेत.
हे फक्त ड्युअल-टर्मिनल सेमीकंडक्टर उपकरणांच्या क्षमतेचे संक्षिप्त वर्णन आहे. डायोड्सच्या मदतीने गुणधर्म आणि वैशिष्ट्यांचा सखोल अभ्यास केल्याने, इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांच्या विकासकांना नियुक्त केलेल्या अनेक समस्यांचे निराकरण करणे शक्य आहे.
तत्सम लेख:





