さまざまなタイプのダイオードとその使用法の概要

さまざまなタイプのダイオードとその使用法の概要

ダイオードは2端子の電気機器であり、一方向にのみ電流を流すことができます。ダイオードは、電流が一方向に流れることができる一方向電流特性でも知られています。基本的に、ダイオードは、無線検出器内または内部で波形を整流するために使用されます 電源装置 。また、ダイオードの「一方向」の結果が必要なさまざまな電気および電子回路で使用することもできます。ほとんどのダイオードはSi(シリコン)などの半導体でできていますが、Ge(ゲルマニウム)を使用する場合もあります。要約すると有益な場合があります さまざまな種類のダイオードが存在します 。一部のタイプは重複する場合がありますが、さまざまな定義は、フィールドを絞り込み、さまざまなタイプのダイオードの概要を提供するのに役立つ場合があります。



さまざまな種類のダイオードとは何ですか?

ダイオードにはいくつかの種類があり、それらは電子機器の設計に使用できます。つまり、逆方向ダイオード、BARRITTダイオード、ガンダイオード、レーザーダイオード、発光ダイオード、 金をドープしたダイオード鉱石検波器 、PN接合、 ショックリーダイオード 、ステップ回復ダイオード、トンネルダイオード、バラクターダイオード、ツェナーダイオード。


ダイオードの種類

ダイオードの種類





ダイオードの詳細な説明

について詳しく話しましょう ダイオードの動作原理。

後方ダイオード

このタイプのダイオードはバックダイオードとも呼ばれ、極端に実装されていません。逆方向ダイオードは、トンネルダイオードと同様の動作をするPN接合ダイオードです。量子トンネリングのシナリオは、現在の主に逆経路の伝導において重要な責任を負っています。エネルギーバンドの画像を使用すると、ダイオードの正確な動作を知ることができます。



逆方向ダイオードの動作

逆方向ダイオードの動作

最上レベルにあるバンドは伝導帯と呼ばれ、最下位レベルのバンドは価電子帯と呼ばれます。電子にエネルギーが適用されると、電子はエネルギーを獲得して伝導帯に向かって移動する傾向があります。電子が価電子帯から伝導帯に入ると、価電子帯内の電子の位置に穴が残ります。

ゼロバイアス状態では、占有された価電子帯は占有された伝導帯のそれと反対です。一方、逆バイアス状態では、P領域はN領域に対応して上向きに移動します。ここで、Pセクションの占有バンドはNセクションの空のバンドとは対照的です。したがって、電子は、Pセクションの占有バンドからNセクションの空のバンドへのトンネリングを開始します。


したがって、これは、逆バイアスでも電流が流れることを意味します。順方向バイアス状態では、N領域はP領域に対応して上向きに移動します。ここで、Nセクションの占有バンドはPセクションの空のバンドとは対照的です。したがって、電子はNセクションの占有バンドからPセクションの空のバンドへのトンネリングを開始します。

このタイプのダイオードでは、負性抵抗領域が形成され、これは主にダイオードの動作に使用されます。

後方ダイオード

後方ダイオード

BARITTダイオード

このダイオードの延長された用語は、BARITTダイオードであるバリア注入通過時間ダイオードです。これはマイクロ波アプリケーションに適用可能であり、より広く使用されているIMPATTダイオードと多くの比較が可能です。このリンクは、何であるかの明確な説明を示しています BARRITTダイオード そしてその動作と実装。

ガンダイオード

ガンダイオードはPN接合ダイオードであり、この種のダイオードは2つの端子を持つ半導体デバイスです。一般的に、マイクロ波信号の生成に使用されます。以下のリンクを参照してください ガンダイオードの動作 、特性、およびそのアプリケーション。

ガンダイオード

ガンダイオード

レーザーダイオード

レーザーダイオードはコヒーレント光を発生するため、通常のLED(発光ダイオード)と同様のプロセスはありません。これらのダイオードは、DVD、CDドライブ、PPT用のレーザー光ポインターなどのさまざまな目的に広く利用されています。これらのダイオードは他のタイプのレーザージェネレーターよりも安価ですが、LEDよりもはるかに高価です。彼らはまた、部分的な生活をしています。

レーザーダイオード

レーザーダイオード

発光ダイオード

LEDという用語は発光ダイオードの略で、ダイオードの最も標準的なタイプの1つです。ダイオードが順方向バイアスで接続されている場合、電流は接合部を流れて光を生成します。 LEDとOLEDを変えている多くの新しいLED開発もあります。 LEDに注意すべき主要な概念の1つは、そのIV特性です。 LEDの特徴を詳しく見ていきましょう。

発光ダイオードの特性

発光ダイオードの特性

LEDは電流ベースのダイオードであるため、LEDが発光する前に、ダイオードに電流を流す必要があります。ここで、光強度の量は、ダイオードを流れる電流の順方向の量に正比例します。

ダイオードが順方向バイアスで電流を流す場合、追加の電流の流れからダイオードを保護するために、電流制限直列抵抗が必要です。電源とLEDを直接接続してはいけないことに注意する必要があります。この接続により、極端な量の電流が流れてデバイスが燃焼するため、瞬時に損傷します。

LEDの動作

LEDの動作

すべてのタイプのLEDデバイスは、PN接合を介して独自の順方向電圧損失を保持します。この制約は、使用される半導体のタイプによって認識されます。これにより、通常20mAの電流値で、対応する転送電流量の電圧降下量が決まります。

ほとんどのシナリオでは、直列接続に抵抗を備えた最小電圧レベルからのLEDの機能、Rsは、電流の順方向量を保護されたレベルに制限するために使用されます。 。

さまざまなLEDが、UVスペクトルの対応する領域で光を生成するため、さまざまなレベルの光強度を生成します。半導体の特定の選択は、光子放出の全波長とそれに対応する光の生成によって知ることができます。 LEDの色は次のとおりです。

半導体の種類

波長距離

20mAでの順方向電圧

GaAS850-940nm赤外線1.2v
GaAsP630-660nmネット1.8v
GaAsP605-620nmアンバー2.0v
GaAsP:N585-595nm2.2v
AIGaP550-570nm3.5v
シック430-505nm青い3.6v
GalnN450nm白い4.0v

したがって、LEDの正確な色は、放出される波長の距離によってわかります。また、波長は、製造プロセス時にPN接合で使用される特定の半導体組成によって知られています。したがって、LEDからの発光色は、使用されているプラ​​スチックの色が原因ではないことが明らかでした。しかしまたそれらは電流の供給によって照らされていないときの光の明るさを高めます。さまざまな半導体、ガス、および金属物質の組み合わせにより、以下のLEDを生成できます。それらは次のとおりです。

  • 赤外線であるガリウム砒素(GaAs)
  • ガリウム砒素リン(GaAsP)は、赤から赤外線およびオレンジの範囲です。
  • 鮮やかな赤、オレンジタイプの赤、オレンジ、黄色を増したアルミニウムガリウム砒素リン(AlGaAsP)。
  • リン化ガリウム(GaP)は、赤、黄、緑の色で存在します
  • アルミニウムリン化ガリウム(AlGaP)–主に緑色
  • グリーンとエメラルドグリーンで利用可能な窒化ガリウム(GaN)
  • 紫外線に近い窒化インジウムガリウム(GaInN)、青と緑と青の混合色
  • 基板として青として利用可能な炭化ケイ素(SiC)
  • セレン化亜鉛(ZnSe)は青色で存在します
  • 紫外線である窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)

フォトダイオード

フォトダイオードは、光を検出するために使用されます。光がPN接合に当たると、電子と正孔が発生する可能性があることがわかります。通常、フォトダイオードは逆バイアス条件下で動作し、光に起因する少量の電流でも簡単に気付くことができます。これらのダイオードは、電気を生成するためにも使用できます。

フォトダイオード

フォトダイオード

PINダイオード

このタイプのダイオードは、その構造が特徴です。標準のP型とN型の領域がありますが、2つの領域の間の領域、つまり真性半導体にはドーピングがありません。真性半導体の領域は、空乏領域の面積を増加させる効果があり、スイッチングアプリケーションに有益です。

PINダイオード

PINダイオード

N型およびP型領域からの負および正の電荷キャリアは、対応して真性領域に移動します。この領域が電子正孔で完全に満たされると、ダイオードが導通を開始します。逆バイアス状態にある間、ダイオードの広い固有層が高電圧レベルを防ぎ、耐える可能性があります。

周波数レベルを上げると、PINダイオードは線形抵抗として機能します。このダイオードが持っているのでそれは線形抵抗器として機能します 不十分な逆回復時間 。これが、高電荷の「I」領域が速いサイクルのときに放電するのに十分な時間がない原因です。また、最小周波数レベルでは、ダイオードは整流ダイオードとして動作し、放電とオフに十分な時間があります。

PN接合ダイオード

標準のPN接合は、現在使用されている通常または標準のタイプのダイオードと考えることができます。これは、電気領域にあるさまざまなタイプのダイオードの中で最も顕著です。ただし、これらのダイオードは、RF(無線周波数)で使用する小信号タイプ、または信号ダイオードと呼ばれるその他の低電流アプリケーションとして適用できます。他のタイプは、高電圧および高電流アプリケーション用に計画されている場合があり、通常は整流ダイオードと呼ばれます。 PN接合ダイオードでは、バイアス条件を回避する必要があります。主に3つのバイアス条件があり、これは印加電圧レベルに依存します。

  • 順バイアス–ここでは、正と負の端子がPタイプとNタイプのダイオードに接続されています。
  • 逆バイアス–ここでは、正と負の端子がNタイプとPタイプのダイオードに接続されています。
  • ゼロバイアス–ダイオードに外部電圧が印加されていないため、これは「0」バイアスと呼ばれます。

PN接合ダイオードの順方向バイアス

順バイアス状態では、バッテリの正と負のエッジがPタイプとNタイプに接続されると、PN接合が発生します。ダイオードが順方向バイアスで機能する場合、接合部の内部電界と印加電界は反対の経路にあります。これらの電界を合計すると、結果として生じる出力の大きさのレベルは、印加された電界の大きさのレベルよりも小さくなります。

ダイオードのPN接合タイプの順方向バイアス

ダイオードのPN接合タイプの順方向バイアス

この接続により、抵抗経路が最小になり、空乏領域が薄くなります。印加電圧の値が大きいほど、空乏領域の抵抗は無視できます。たとえば、シリコン半導体では、印加電圧値が0.6Vの場合、空乏層の抵抗値は完全に無視できるようになり、その両端に遮るもののない電流が流れます。

PN接合ダイオードの逆バイアス

ここでの接続は、バッテリーの正と負のエッジがNタイプとPタイプの領域に接続されていることです。これにより、逆バイアスされたPN接合が形成されます。この状況では、印加電界と内部電界は同じ方向にあります。両方の電界を合計すると、結果として得られる電界経路は内部電界経路の経路と同様になります。これにより、より厚く強化された抵抗性空乏領域が発生します。印加電圧レベルが高くなると、空乏領域の感度と厚みが増します。

PN接合タイプのダイオードの逆バイアス

PN接合タイプのダイオードの逆バイアス

PN接合ダイオードのV-I特性

さらに、PN接合ダイオードのV-I特性を認識することはさらに重要です。

ダイオードが「0」バイアス状態で動作している場合。これは、ダイオードに外部電圧が印加されていないことを意味します。これは、ポテンシャル障壁が電流の流れを制限していることを意味します。

一方、ダイオードが順方向バイアス条件で動作する場合、ポテンシャル障壁は薄くなります。シリコンタイプのダイオードでは、電圧値が0.7Vの場合、ゲルマニウムタイプのダイオードでは、電圧値が0.3Vの場合、ポテンシャル障壁の幅が狭くなり、ダイオードに電流が流れるようになります。

PN接合ダイオードのVI特性

PN接合ダイオードのVI特性

この場合、電流値は徐々に増加し、結果の曲線は非線形になります。これは、印加された電圧レベルがポテンシャル障壁を超えているためです。ダイオードがこのポテンシャル障壁を超えると、ダイオードは通常の状態で機能し、電圧値の上昇に伴って曲線の形状が徐々に鋭くなります(線形になります)。

ダイオードが逆バイアス状態で動作する場合、ポテンシャル障壁が増加します。接合部には少数の電荷キャリアが存在するため、これにより逆飽和電流の流れが可能になります。印加電圧のレベルが上昇すると、少数電荷キャリアは上昇した運動エネルギーを持ち、多数電荷キャリアに影響を与えます。この段階でダイオードの故障が発生し、ダイオードが損傷する可能性があります。

ショットキーダイオード

ショットキーダイオードは、通常のSiPN接合ダイオードよりも順方向電圧降下が小さくなっています。低電流では、a-Siダイオードの0.6ボルトとは対照的に、電圧降下は0.15〜0.4ボルトになる可能性があります。この性能を達成するために、それらは金属と半導体の接触を持つ通常のダイオードと比較するために異なる方法で設計されています。これらのダイオードは、整流器アプリケーション、クランプダイオード、およびRFアプリケーションで広く使用されています。

ショットキーダイオード

ショットキーダイオード

ステップ回復ダイオード

ステップ回復ダイオードは、非常にHF(高周波)でパルスを生成するために使用されるマイクロ波ダイオードの一種です。これらのダイオードは、動作に対して非常に高速なターンオフ特性を持つダイオードに依存しています。

ステップ回復ダイオード

ステップ回復ダイオード

トンネルダイオード

トンネルダイオードは、その性能が当時の他のデバイスの性能を上回ったマイクロ波アプリケーションに使用されます。

トンネルダイオード

トンネルダイオード

電気領域では、トンネリングは、伝導帯から価電子帯への空乏領域の最小幅を通る電子の直接移動であることを意味します。 PN接合ダイオードでは、電子と正孔の両方が原因で空乏領域が発生します。これらの正および負の電荷キャリアのために、内部電界は空乏領域で発生します。これにより、外部電圧の反対の経路に力が発生します。

トンネリング効果により、順方向電圧値が最小になると、順方向電流値は大きくなります。順方向と逆方向の両方のバイアス状態で機能できます。の高レベルのため ドーピング 、逆バイアスでも機能します。障壁ポテンシャルの減少に伴い、 降伏電圧 逆方向にも減少し、ほぼゼロに達します。この最小の逆電圧で、ダイオードはブレークダウン状態に達する可能性があります。この負性抵抗領域のために形成されます。

バラクターダイオードまたはバリキャップダイオード

バラクターダイオードは一種です 半導体 マイクロ波ソリッドステートデバイスであり、電圧を制御することで実現できる可変静電容量が選択される場合に使用されます。これらのダイオードは、静脈瘤ダイオードとも呼ばれます。可変容量のo / pは、通常のPN接合ダイオードで示されますが。ただし、このダイオードは異なるタイプのダイオードであるため、好ましい静電容量の変化を与えるために選択されています。これらのダイオードは、静電容量の広範囲の変化を可能にするように正確に設計および強化されています。

バラクターダイオード

バラクターダイオード

ツェナーダイオード

ツェナーダイオードは、安定した基準電圧を提供するために使用されます。その結果、大量に使用されています。逆バイアス条件下で動作し、特定の電圧に達すると故障することがわかりました。電流の流れが抵抗によって制限されると、安定した電圧が発生します。このタイプのダイオードは、電源の基準電圧を提供するために広く使用されています。

ツェナーダイオード

ツェナーダイオード

ツェナーダイオードのパッケージにはさまざまな方法があります。消費電力レベルを上げるために使用されるものはほとんどありませんが、エッジマウント設計に使用されるものは他にありません。一般的な ツェナーダイオードの種類 最小限のガラスカバーで構成されています。このダイオードの一方の端には、カソードとしてマークするバンドがあります。

ツェナーダイオードは、順方向バイアス状態で動作する場合、ダイオードと同じように機能します。一方、逆バイアスでは、最小限の発生があります 漏れ電流 。ブレークダウン電圧まで逆電圧が増加すると、ダイオードに電流が流れます。現在の値は最大に達し、これは直列抵抗によって捕捉されます。

ツェナーダイオードの応用

ツェナーダイオードの広範なアプリケーションがあり、それらのいくつかは次のとおりです。

  • 負荷の最小値全体の電圧レベルを調整するための電圧リミッターとして使用されます
  • 過電圧保護が必要なアプリケーションで採用
  • で使われる クリッピング回路

さまざまなアプリケーションで決定的に実装されている他のタイプのダイオードのいくつかを以下に示します。

  • レーザーダイオード
  • アバランシェダイオード
  • 過渡電圧抑制ダイオード
  • ゴールドドープタイプのダイオード
  • 定電流タイプのダイオード
  • ペルチェダイオード
  • シリコン制御整流器 ダイオード

すべてのダイオードには独自の利点と用途があります。複数のドメインにわたるさまざまなアプリケーションで広く使用されているものはほとんどありませんが、少数のアプリケーションでのみ使用されているものはほとんどありません。したがって、これはすべて、さまざまなタイプのダイオードとその用途に関するものです。この概念をよりよく理解したり、電気プロジェクトを実施したりするために、以下のコメントセクションにコメントして貴重な提案をしてください。ここにあなたへの質問があります、 は何ですか ダイオードの機能