Was sind Halbleiterdioden?
Halbleiterdioden sind Festkörpervorrichtungen, die Elektronen in einer einzigen Richtung leiten und einen verbundenen Halbleiter vom positiven (P) -Typ und negativen (N) -Typ verwenden. Wenn das Material vom N-Typ negativ ist, setzen Elektronendonoren Elektronen in Richtung des positiveren Halbleiters vom P-Typ frei, was zu einer Vorwärtsvorspannungsleitung führt. Ein umgekehrter Vorspannungszustand tritt auf, wenn das Material vom P-Typ negativ und das Material vom N-Typ positiv ist. Halbleiterdioden sind Einwegventilen für Wasserpumpen sehr ähnlich. Wenn die Pumpe ausgeschaltet ist, fließt kein Wasser zurück, da das Einwegventil dies verhindert. Wenn die Pumpe läuft, fließt Wasser durch, als ob das Ventil überhaupt nicht vorhanden wäre.
Die ersten Halbleiterdioden waren gasförmig, hatten eine direkt beheizte Kathode und eine Platte und befanden sich in einer Vakuumröhre. Wenn an der Kathode eine negative Ladung vorhanden ist, lässt Wärmeenergie Elektronen durch das Vakuum fliegen und wird von der positiv geladenen Platte angezogen. Bei einer positiven Kathode fließen keine Elektronen aus der Platte. Dieser Mechanismus ermöglichte die ersten Leistungsgleichrichter, die Wechselstrom (AC) in Gleichstrom (DC) umwandelten.
Kleine Signaldioden haben einen sehr geringen Spannungsabfall in Durchlassrichtung, was sie zur Signalerkennung und zum Schalten von Niederspannung nützlich macht. Für Hochfrequenzanwendungen werden Germaniumhalbleiter mit einem Metall-Halbleiter-Übergang für die Detektion niedriger Pegel und andere Umwandlungen niedriger Signalpegel verwendet. Verschiedene Arten von Kleinsignal-Schaltdioden werden durch verschiedene Faktoren kategorisiert, einschließlich der Schaltgeschwindigkeit und der Sperrschichtkapazität.
Schottky-Dioden sind Halbleiterdioden, die speziell aus einem mit einem Metall verbundenen Halbleiter aufgebaut sind. Der resultierende Vorwärtsspannungsabfall beträgt ungefähr 0,5 Volt Gleichstrom (VDC). Schottky-Dioden werden zum Klemmen von Anwendungen verwendet, bei denen Schaltkreise davor geschützt sind, transiente Spannungen von mehr als 1 VDC über dem positiven Gleichstromversorgungspegel zu erhalten. Dies ist möglich, indem die Anode einer Schottky-Diode an die zu schützende Signalleitung angeschlossen wird, während die Kathode an den positiven Versorgungsbus angeschlossen wird.
Abstimmdioden nutzen die Sperrkapazität der Diode. Wenn die Sperrvorspannung erhöht wird, nimmt die Kapazität normalerweise aufgrund des Effekts der virtuellen Verringerung der Verbindungsfläche bei erhöhter Sperrspannung ab. Der Gleichstromkreis kann diese einstellbare Kapazität der Abstimmdiode handhaben. Diese Kapazität ist Teil eines Wechselstromkreises, der seine Mittenfrequenz teilweise basierend auf der einstellbaren Kapazität der Abstimmdiode ändern kann, was dazu führt, dass eine Diode ihren Stromkreis abstimmen kann.
Siliziumdioden weisen typischerweise einen Durchlassspannungsabfall von 0,7 VDC auf, während Germaniumdioden 0,3 VDC aufweisen. Die maximale Sperrspannung, die als Durchbruchspannung bekannt ist, und die maximalen Vorwärtsströme hängen von bestimmten Diodenkonstruktionen ab. Für die meisten Schaltungsanforderungen stehen Dioden mit den erforderlichen speziellen Eigenschaften zur Verfügung. Wenn eine einzelne Diode die Anforderungen nicht erfüllt, können mehrere Dioden im Reihen- oder Parallelbetrieb ausreichen.