सेमीकंडक्टर डायोड क्या है, डायोड के प्रकार और करंट-वोल्टेज विशेषता का ग्राफ

सेमीकंडक्टर डायोड का व्यापक रूप से इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग और इलेक्ट्रॉनिक्स में उपयोग किया जाता है। इसकी कम लागत और अच्छे पावर-टू-साइज अनुपात के साथ, इसने समान उद्देश्य के वैक्यूम उपकरणों को जल्दी से बदल दिया।

अर्धचालक डायोड के संचालन का उपकरण और सिद्धांत

एक अर्धचालक डायोड में अर्धचालक (सिलिकॉन, जर्मेनियम, आदि) से बने दो क्षेत्र (परतें) होते हैं। एक क्षेत्र में मुक्त इलेक्ट्रॉनों (एन-सेमीकंडक्टर) की अधिकता है, दूसरे में कमी (पी-सेमीकंडक्टर) है - यह आधार सामग्री को डोपिंग करके प्राप्त किया जाता है। उनके बीच एक छोटा सा क्षेत्र है जिसमें एन-साइट से मुक्त इलेक्ट्रॉनों की अधिकता पी-साइट से "बंद" हो जाती है (प्रसार के कारण पुनर्संयोजन होता है), और इस क्षेत्र में कोई मुफ्त चार्ज वाहक नहीं हैं। जब एक फॉरवर्ड वोल्टेज लगाया जाता है, तो पुनर्संयोजन क्षेत्र छोटा होता है, इसका प्रतिरोध छोटा होता है, और डायोड इस दिशा में करंट का संचालन करता है। रिवर्स वोल्टेज के साथ, वाहक मुक्त क्षेत्र बढ़ेगा, डायोड का प्रतिरोध बढ़ेगा। इस दिशा में कोई धारा प्रवाहित नहीं होगी।

विद्युत आरेखों पर प्रकार, वर्गीकरण और ग्राफिक पदनाम

सामान्य स्थिति में, आरेख में डायोड को एक शैलीकृत तीर के रूप में इंगित किया जाता है जो धारा की दिशा को दर्शाता है। डिवाइस की सशर्त ग्राफिक छवि (यूजीओ) में दो निष्कर्ष हैं - एनोड और कैथोड, जो सीधे कनेक्शन में विद्युत सर्किट के प्लस और माइनस से क्रमशः जुड़े होते हैं।

इस द्विध्रुवी अर्धचालक उपकरण की बड़ी संख्या में किस्में हैं, जो उद्देश्य के आधार पर, थोड़ा भिन्न यूजीओ हो सकती हैं।

जेनर डायोड (जेनर डायोड)

जेनर डायोड एक सेमीकंडक्टर डिवाइस हैहिमस्खलन टूटने के क्षेत्र में रिवर्स वोल्टेज पर काम करना। इस क्षेत्र में, जेनर डायोड वोल्टेज डिवाइस के माध्यम से करंट की एक विस्तृत श्रृंखला पर स्थिर होता है। इस संपत्ति का उपयोग पूरे लोड में वोल्टेज को स्थिर करने के लिए किया जाता है।

स्टेबलाइजर्स

जेनर डायोड 2 वी और उससे अधिक के वोल्टेज को स्थिर करने का अच्छा काम करते हैं।इस सीमा से नीचे एक स्थिर वोल्टेज प्राप्त करने के लिए स्टैबिस्टर का उपयोग किया जाता है। जिस सामग्री से ये उपकरण (सिलिकॉन, सेलेनियम) बनाए जाते हैं, उसका डोपिंग विशेषता की सीधी शाखा की सबसे बड़ी ऊर्ध्वाधरता प्राप्त करता है। इस मोड में, स्टैबिस्टर्स काम करते हैं, आगे वोल्टेज पर वर्तमान-वोल्टेज विशेषता की सीधी शाखा पर 0.5 ... 2 वी की सीमा में एक अनुकरणीय वोल्टेज देते हैं।

शोट्की डायोड

Schottky डायोड सेमीकंडक्टर-मेटल स्कीम के अनुसार बनाया गया है, और इसमें पारंपरिक जंक्शन नहीं है। इसके कारण, दो महत्वपूर्ण गुण प्राप्त हुए:

• कम आगे वोल्टेज ड्रॉप (लगभग 0.2 वी);
• स्व-क्षमता में कमी के कारण परिचालन आवृत्तियों में वृद्धि।

नुकसान में रिवर्स धाराओं के बढ़े हुए मूल्य और रिवर्स वोल्टेज के स्तर तक कम सहिष्णुता शामिल हैं।

वैरिकैप्स

प्रत्येक डायोड में एक विद्युत समाई होती है। संधारित्र की प्लेटें दो अंतरिक्ष आवेश (अर्धचालकों के p और n क्षेत्र) हैं, और बाधा परत ढांकता हुआ है। जब एक रिवर्स वोल्टेज लगाया जाता है, तो यह परत फैलती है और समाई घट जाती है। यह गुण सभी डायोड में निहित है, लेकिन वैरिकैप के लिए, समाई सामान्यीकृत है और दी गई वोल्टेज सीमा के लिए जानी जाती है। इससे ऐसे उपकरणों का उपयोग करना संभव हो जाता है जैसे चर संधारित्र और विभिन्न स्तरों के रिवर्स वोल्टेज की आपूर्ति करके सर्किट को समायोजित या ठीक करने के लिए आवेदन करें।

सुरंग डायोड

इन उपकरणों में विशेषता के सीधे खंड में एक विक्षेपण होता है, जिसमें वोल्टेज में वृद्धि से वर्तमान में कमी आती है। इस क्षेत्र में, अंतर प्रतिरोध नकारात्मक है।यह संपत्ति 30 गीगाहर्ट्ज से ऊपर की आवृत्तियों पर कमजोर सिग्नल एम्पलीफायरों और जनरेटर के रूप में सुरंग डायोड का उपयोग करना संभव बनाती है।

डिनिस्टर्स

डायनिस्टर - डायोड थाइरिस्टर - में एक पी-एन-पी-एन संरचना और एक एस-आकार का सीवीसी होता है, जब तक कि लागू वोल्टेज थ्रेशोल्ड स्तर तक नहीं पहुंच जाता है, तब तक यह चालू नहीं होता है। उसके बाद, यह चालू हो जाता है और एक सामान्य डायोड की तरह व्यवहार करता है जब तक कि वर्तमान होल्डिंग स्तर से नीचे नहीं गिर जाता। बिजली इलेक्ट्रॉनिक्स में कुंजी के रूप में डाइनिस्टर का उपयोग किया जाता है।

फोटोडिओड

फोटोडायोड एक पैकेज में बनाया गया है जिसमें क्रिस्टल तक दृश्य प्रकाश पहुंच है। जब एक पी-एन जंक्शन विकिरणित होता है, तो उसमें एक ईएमएफ उत्पन्न होता है। यह आपको फोटोडायोड को वर्तमान स्रोत (सौर पैनलों के भाग के रूप में) या प्रकाश संवेदक के रूप में उपयोग करने की अनुमति देता है।

एल ई डी

जब पी-एन जंक्शन से करंट गुजरता है तो एलईडी की मुख्य संपत्ति प्रकाश उत्सर्जित करने की क्षमता होती है। यह चमक गरमागरम दीपक की तरह हीटिंग की तीव्रता से संबंधित नहीं है, इसलिए डिवाइस किफायती है। कभी-कभी संक्रमण की प्रत्यक्ष चमक का उपयोग किया जाता है, लेकिन अधिक बार इसका उपयोग फॉस्फोर के प्रज्वलन के सर्जक के रूप में किया जाता है। इससे नीले और सफेद जैसे पहले से अप्राप्य एलईडी रंग प्राप्त करना संभव हो गया।

गन डायोड

हालांकि गन डायोड में सामान्य पारंपरिक ग्राफिक पदनाम होता है, लेकिन यह पूर्ण अर्थों में डायोड नहीं है। क्योंकि इसमें p-n संधि नहीं होती है। इस उपकरण में धातु सब्सट्रेट पर गैलियम आर्सेनाइड प्लेट होती है।

प्रक्रियाओं के विवरण में जाने के बिना: जब डिवाइस में एक निश्चित परिमाण के विद्युत क्षेत्र को लागू किया जाता है, तो विद्युत दोलन होते हैं, जिसकी अवधि अर्धचालक वेफर के आकार पर निर्भर करती है (लेकिन कुछ सीमाओं के भीतर, आवृत्ति को समायोजित किया जा सकता है बाहरी तत्वों द्वारा)।

गन डायोड का उपयोग 1 GHz और उससे अधिक की आवृत्तियों पर दोलक के रूप में किया जाता है। डिवाइस का लाभ उच्च आवृत्ति स्थिरता है, और नुकसान विद्युत दोलनों का छोटा आयाम है।

चुंबकीय डायोड

साधारण डायोड बाहरी चुंबकीय क्षेत्रों से कमजोर रूप से प्रभावित होते हैं। मैग्नेटोडायोड्स में एक विशेष डिज़ाइन होता है जो इस आशय की संवेदनशीलता को बढ़ाता है। इन्हें विस्तारित आधार के साथ p-i-n तकनीक का उपयोग करके बनाया गया है। एक चुंबकीय क्षेत्र की कार्रवाई के तहत, आगे की दिशा में डिवाइस का प्रतिरोध बढ़ जाता है, और इसका उपयोग गैर-संपर्क स्विचिंग तत्व, चुंबकीय क्षेत्र कन्वर्टर्स आदि बनाने के लिए किया जा सकता है।

लेजर डायोड

एक लेजर डायोड के संचालन का सिद्धांत मोनोक्रोमैटिक और सुसंगत दृश्य विकिरण को उत्सर्जित करने के लिए कुछ शर्तों के तहत पुनर्संयोजन के दौरान एक इलेक्ट्रॉन-छेद जोड़ी की संपत्ति पर आधारित है। इन स्थितियों को बनाने के तरीके अलग-अलग हैं, उपयोगकर्ता के लिए केवल डायोड द्वारा उत्सर्जित तरंग की लंबाई और उसकी शक्ति को जानना आवश्यक है।

हिमस्खलन डायोड

इन उपकरणों का उपयोग माइक्रोवेव में किया जाता है। कुछ शर्तों के तहत, हिमस्खलन ब्रेकडाउन मोड में, डायोड विशेषता पर नकारात्मक अंतर प्रतिरोध वाला एक खंड दिखाई देता है। एपीडी की यह संपत्ति उन्हें मिलीमीटर रेंज तक तरंग दैर्ध्य पर काम करने वाले जनरेटर के रूप में उपयोग करने की अनुमति देती है। वहां कम से कम 1 वाट की शक्ति प्राप्त करना संभव है। कम आवृत्तियों पर, ऐसे डायोड से कई किलोवाट तक हटा दिए जाते हैं।

पिन डायोड

ये डायोड p-i-n तकनीक का उपयोग करके बनाए जाते हैं। अर्धचालकों की डोप की गई परतों के बीच अघोषित सामग्री की एक परत होती है। इस कारण से, डायोड के सुधारक गुण खराब हो जाते हैं (रिवर्स वोल्टेज के साथ, पी- और एन-ज़ोन के बीच सीधे संपर्क की कमी के कारण पुनर्संयोजन कम हो जाता है)।लेकिन स्पेस चार्ज क्षेत्रों के अंतर के कारण, परजीवी समाई बहुत कम हो जाती है, बंद अवस्था में, उच्च आवृत्तियों पर सिग्नल रिसाव को व्यावहारिक रूप से बाहर रखा जाता है, और पिन डायोड का उपयोग आरएफ और माइक्रोवेव पर स्विचिंग तत्वों के रूप में किया जा सकता है।

डायोड की मुख्य विशेषताएं और पैरामीटर

सेमीकंडक्टर डायोड (अत्यधिक विशिष्ट को छोड़कर) की मुख्य विशेषताओं में शामिल हैं:

• अधिकतम स्वीकार्य रिवर्स वोल्टेज (स्थिर और स्पंदित);
• सीमा संचालन आवृत्ति;
• आगे वोल्टेज ड्रॉप;
• तापमान रेंज आपरेट करना।

बाकी महत्वपूर्ण विशेषताओं को डायोड की IV विशेषताओं के उदाहरण का उपयोग करके सबसे अच्छा माना जाता है - यह अधिक स्पष्ट है।

अर्धचालक डायोड की वोल्ट-एम्पीयर विशेषता

अर्धचालक डायोड की धारा-वोल्टेज विशेषता में एक आगे और पीछे की शाखा होती है। वे I और III चतुर्भुज में स्थित हैं, क्योंकि डायोड के माध्यम से वर्तमान और वोल्टेज की दिशा हमेशा मेल खाती है। वर्तमान-वोल्टेज विशेषता के अनुसार, आप कुछ मापदंडों को निर्धारित कर सकते हैं, साथ ही स्पष्ट रूप से देख सकते हैं कि डिवाइस की विशेषताएं क्या प्रभावित करती हैं।

चालन दहलीज वोल्टेज

यदि आप डायोड में आगे का वोल्टेज लगाते हैं और इसे बढ़ाना शुरू करते हैं, तो पहले क्षण में कुछ नहीं होगा - करंट नहीं बढ़ेगा। लेकिन एक निश्चित मान पर डायोड खुल जाएगा और वोल्टेज के अनुसार करंट बढ़ेगा। इस वोल्टेज को कंडक्शन थ्रेशोल्ड वोल्टेज कहा जाता है और इसे वीएसी पर यूथ्रेशोल्ड के रूप में चिह्नित किया जाता है। यह उस सामग्री पर निर्भर करता है जिससे डायोड बनाया जाता है। सबसे आम अर्धचालकों के लिए, यह पैरामीटर है:

• सिलिकॉन - 0.6-0.8 वी;
• जर्मेनियम - 0.2-0.3 वी;
• गैलियम आर्सेनाइड - 1.5 वी।

लो-वोल्टेज सर्किट और अन्य स्थितियों में काम करते समय कम वोल्टेज पर खुलने वाले जर्मेनियम सेमीकंडक्टर उपकरणों की संपत्ति का उपयोग किया जाता है।

डायरेक्ट कनेक्शन के साथ डायोड के माध्यम से अधिकतम करंट

डायोड के खुलने के बाद, आगे वोल्टेज में वृद्धि के साथ-साथ इसकी धारा भी बढ़ती है। एक आदर्श डायोड के लिए, यह ग्राफ अनंत तक जाता है। व्यवहार में, यह पैरामीटर गर्मी को खत्म करने के लिए अर्धचालक उपकरण की क्षमता से सीमित है। जब एक निश्चित सीमा तक पहुँच जाता है, तो डायोड ज़्यादा गरम हो जाएगा और विफल हो जाएगा। इससे बचने के लिए, निर्माता उच्चतम स्वीकार्य करंट (VAC - Imax पर) का संकेत देते हैं। यह मोटे तौर पर डायोड के आकार और उसके पैकेज से निर्धारित किया जा सकता है। घटते क्रम में:

• धातु के म्यान में उपकरणों द्वारा सबसे बड़ी धारा रखी जाती है;
• प्लास्टिक के मामले मध्यम शक्ति के लिए डिज़ाइन किए गए हैं;
• कांच के लिफाफे में डायोड का उपयोग कम-वर्तमान सर्किट में किया जाता है।

रेडिएटर पर धातु के उपकरण स्थापित किए जा सकते हैं - इससे अपव्यय शक्ति में वृद्धि होगी।

रिवर्स लीकेज करंट

यदि आप डायोड पर एक रिवर्स वोल्टेज लागू करते हैं, तो एक असंवेदनशील एमीटर कुछ भी नहीं दिखाएगा। वास्तव में, केवल एक आदर्श डायोड ही कोई धारा प्रवाहित नहीं करता है। एक वास्तविक उपकरण में करंट होगा, लेकिन यह बहुत छोटा होता है, और इसे रिवर्स लीकेज करंट (CVC - Iobr पर) कहा जाता है। यह दसियों माइक्रोएम्प्स या मिलीएम्प्स का दसवां हिस्सा है और डायरेक्ट करंट से बहुत कम है। आप इसे निर्देशिका में पा सकते हैं।

बिजली की ख़राबी

रिवर्स वोल्टेज के एक निश्चित मूल्य पर, करंट में तेज वृद्धि होती है, जिसे ब्रेकडाउन कहा जाता है। इसमें एक सुरंग या हिमस्खलन चरित्र है और यह प्रतिवर्ती है। इस विधा का उपयोग वोल्टेज (हिमस्खलन) को स्थिर करने या दालों (सुरंग) को उत्पन्न करने के लिए किया जाता है।वोल्टेज में और वृद्धि के साथ, ब्रेकडाउन थर्मल हो जाता है। यह मोड अपरिवर्तनीय है और डायोड विफल हो जाता है।

परजीवी समाई pn-junction

यह पहले ही उल्लेख किया जा चुका है कि पी-एन जंक्शन में है विद्युत क्षमता. और अगर यह गुण उपयोगी है और varicaps में प्रयोग किया जाता है, तो साधारण डायोड में यह हानिकारक हो सकता है। यद्यपि क्षमता इकाई है या दसियों पीएफ और प्रत्यक्ष वर्तमान या कम आवृत्तियों पर अगोचर है, बढ़ती आवृत्ति के साथ इसका प्रभाव बढ़ जाता है। आरएफ में कुछ पिकोफैराड नकली सिग्नल रिसाव के लिए पर्याप्त कम प्रतिरोध पैदा करेंगे, मौजूदा कैपेसिटेंस में जोड़ देंगे और सर्किट के पैरामीटर को बदल देंगे, और आउटपुट या मुद्रित कंडक्टर के साथ मिलकर एक नकली अनुनाद सर्किट बनाते हैं। इसलिए, उच्च आवृत्ति वाले उपकरणों के उत्पादन में, संक्रमण की समाई को कम करने के उपाय किए जाते हैं।

डायोड अंकन

धातु के मामले में डायोड को चिह्नित करने का सबसे आसान तरीका। ज्यादातर मामलों में, उन्हें डिवाइस के पदनाम और उसके पिनआउट के साथ चिह्नित किया जाता है। एक प्लास्टिक के मामले में डायोड को कैथोड की तरफ एक रिंग मार्क के साथ चिह्नित किया जाता है। लेकिन इस बात की कोई गारंटी नहीं है कि निर्माता इस नियम का सख्ती से पालन करता है, इसलिए निर्देशिका को संदर्भित करना बेहतर है। इससे भी बेहतर, डिवाइस को मल्टीमीटर से रिंग करें।

घरेलू लो-पावर जेनर डायोड और कुछ अन्य उपकरणों में केस के विपरीत पक्षों पर दो रिंगों या अलग-अलग रंगों के डॉट्स के निशान हो सकते हैं। इस तरह के डायोड के प्रकार और उसके पिनआउट को निर्धारित करने के लिए, आपको एक संदर्भ पुस्तक लेने या इंटरनेट पर एक ऑनलाइन अंकन पहचानकर्ता खोजने की आवश्यकता है।

डायोड के अनुप्रयोग

सरल उपकरण के बावजूद, इलेक्ट्रॉनिक्स में सेमीकंडक्टर डायोड का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है:

1. सीधा करने के लिए एसी वोल्टेज. शैली का एक क्लासिक - पी-एन जंक्शन संपत्ति का उपयोग एक दिशा में प्रवाहित करने के लिए किया जाता है।
2. डायोड डिटेक्टर। यहां, I-V विशेषता की गैर-रैखिकता का उपयोग किया जाता है, जो सिग्नल से हार्मोनिक्स को अलग करना संभव बनाता है, जिनमें से आवश्यक को फिल्टर द्वारा अलग किया जा सकता है।
3. दो डायोड, बैक-टू-बैक जुड़े हुए, शक्तिशाली संकेतों के लिए एक सीमक के रूप में कार्य करते हैं जो संवेदनशील रेडियो रिसीवर के बाद के इनपुट चरणों को अधिभारित कर सकते हैं।
4. जेनर डायोड को स्पार्क-प्रूफ तत्वों के रूप में शामिल किया जा सकता है जो खतरनाक क्षेत्रों में स्थापित सेंसर के सर्किट में उच्च-वोल्टेज दालों को प्रवेश करने की अनुमति नहीं देते हैं।
5. डायोड उच्च आवृत्ति सर्किट में स्विचिंग डिवाइस के रूप में काम कर सकते हैं। वे एक निरंतर वोल्टेज के साथ खुलते हैं और आरएफ सिग्नल पास (या पास नहीं) करते हैं।
6. पैरामीट्रिक डायोड विशेषता की प्रत्यक्ष शाखा में नकारात्मक प्रतिरोध वाले खंड की उपस्थिति के कारण माइक्रोवेव रेंज में कमजोर संकेतों के एम्पलीफायरों के रूप में कार्य करते हैं।
7. डायोड का उपयोग संचारण या उपकरण प्राप्त करने में काम करने वाले मिक्सर को इकट्ठा करने के लिए किया जाता है। वे मिश्रण स्थानीय थरथरानवाला संकेत आगे की प्रक्रिया के लिए एक उच्च आवृत्ति (या कम आवृत्ति) संकेत के साथ। यह वर्तमान-वोल्टेज विशेषता की गैर-रैखिकता का भी उपयोग करता है।
8. गैर-रेखीय विशेषता आवृत्ति गुणक के रूप में माइक्रोवेव डायोड के उपयोग की अनुमति देती है। जब सिग्नल गुणक डायोड से गुजरता है, तो उच्च हार्मोनिक्स हाइलाइट किए जाते हैं। फिर उन्हें छानकर चुना जा सकता है।
9. डायोड का उपयोग गुंजयमान सर्किट के लिए ट्यूनिंग तत्वों के रूप में किया जाता है। इस मामले में, पी-एन जंक्शन पर एक नियंत्रित समाई की उपस्थिति का उपयोग किया जाता है।
10. माइक्रोवेव रेंज में कुछ प्रकार के डायोड जनरेटर के रूप में उपयोग किए जाते हैं। ये मुख्य रूप से टनल डायोड और गन इफेक्ट वाले उपकरण हैं।

यह दोहरे टर्मिनल अर्धचालक उपकरणों की क्षमताओं का केवल एक संक्षिप्त विवरण है। डायोड की मदद से गुणों और विशेषताओं के गहन अध्ययन के साथ, इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के डेवलपर्स को सौंपी गई कई समस्याओं को हल करना संभव है।

इसी तरह के लेख: