Δίοδος καρφίτσας
Υλικά τύπου P και τύπου n τοποθετήθηκαν σε σάντουιτς με ένα ενδογενές στρώμα μεταξύ των υλικών τύπου p και n για να δημιουργηθεί μια δίοδος καρφίτσας. Μια θερμιονική βαλβίδα είναι μια δίοδος με δύο ηλεκτρόδια (μια άνοδο και μια κάθοδο που είναι τα υλικά τύπου p και n). Το στρώμα πυρήνα λειτουργεί ως μονωτικό, εμποδίζοντας την ηλεκτρική ενέργεια να περάσει μέσα από αυτό. Ανορθωτές υψηλής τάσης, διακόπτες RF, διακόπτες μικροκυμάτων, μεταβλητοί εξασθενητές και άλλες εφαρμογές χρησιμοποιούν τη δίοδο PIN. Κάθε δίοδος, γενικά, λειτουργεί ως μονόδρομη βαλβίδα για τη ροή ρεύματος και η δίοδος Pin μπορεί να χρησιμοποιηθεί με τον ίδιο τρόπο για να σταματήσει τη ροή ρεύματος εάν ανιχνευθεί σχετική αύξηση της τάσης ή της ροής ρεύματος. Η δίοδος ακροδεκτών και οι εφαρμογές της, καθώς και τα χαρακτηριστικά εισόδου και εξόδου, θα συζητηθούν σε αυτό το άρθρο.
Καρφίτσωμα διόδου
Η δίοδος ακίδας είναι μια δίοδος με ένα μη διακοσμημένο εγγενές υλικό ημιαγωγών που τοποθετείται μεταξύ του ημιαγωγού τύπου p και μιας περιοχής ημιαγωγού τύπου n. Σε σύγκριση με την εγγενή περιοχή στη διασταύρωση, οι περιοχές τύπου p και n είναι συνήθως εκτεταμένα ντοπαρισμένες. Οι τερματικοί ακροδέκτες αυτών των διόδων PIN χρησιμοποιήθηκαν για ωμικές επαφές, καθιστώντας τους ευρύτερους από τις κανονικές διόδους p-n.
Σε αντίθεση με τις κανονικές διασταυρώσεις p-n, η δίοδος PIN έχει μια μεγαλύτερη εσωτερική περιοχή, καθιστώντας την μια μοναδική δίοδο για μια ποικιλία εφαρμογών. Λόγω του ευρύτερου εγγενούς στρώματος, το οποίο παρέχει σταθερή αντίσταση στη ροή του ρεύματος, αυτή η δίοδος θεωρείται ότι είναι αντίσταση όταν χρησιμοποιείται σε ένα κύκλωμα.
Δομή διόδου καρφίτσας
Η κατασκευή της διόδου πείρου είναι τυπικά κυλινδρική, με και τα τρία στρώματα σε σάντουιτς και ολόκληρη τη δίοδο καλύπτεται με πλαστικό σωλήνα, αφήνοντας δύο ωμικές επαφές για σύνδεση κυκλώματος. Στη δομή της διόδου PIN, οι οπές είναι οι κύριοι φορείς φορτίου στο υλικό τύπου P, ενώ τα ηλεκτρόνια είναι οι κυρίαρχοι φορείς φορτίου στο υλικό τύπου Ν.
Εφεύρεση
Ο Jun-ichi Nishizawa και οι συνεργάτες του επινόησαν τη φωτοδίοδο PIN στα τέλη της δεκαετίας του 1950. Για ορισμένες εφαρμογές, είναι υποκατάστατο της διασταύρωσης PN. Η δίοδος σύνδεσης PN χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά ως ανορθωτής υψηλής ισχύος με χαμηλή συχνότητα σε ηλεκτρικά κυκλώματα μετά την ανάπτυξή της τη δεκαετία του 1940. Είναι ευρέως γνωστό ότι η παρουσία ενός εγγενούς στρώματος μεταξύ της διασταύρωσης p-n αυξάνει την τάση διάσπασης για την υψηλή τάση ανίχνευση. Μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για εφαρμογές υψηλής τάσης όπως ραδιόφωνο και μικροκύματα. Λόγω της αλληλουχίας με την οποία το υλικό τύπου P, η εσωτερική στρώση και το υλικό τύπου Ν εισήχθησαν μέσα στη δίοδο, της δόθηκε το όνομα δίοδος PIN.
Αρχές λειτουργίας
Οι φορείς φόρτισης θα ρέουν από την περιοχή τύπου Ν στην εγγενή περιοχή όταν η δίοδος PIN είναι αμερόληπτη λόγω της συγκέντρωσης του φορέα φορτίου σε μια συγκεκριμένη περιοχή. Ως αποτέλεσμα, στη διασταύρωση N-I, η περιοχή εξάντλησης γίνεται ευρύτερη. Ως αποτέλεσμα, το πλάτος είναι μεγαλύτερο στην πλευρά N και μικρότερο στην πλευρά I.
Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το υλικό τύπου Ν είναι ισχυρά ντοπαρισμένο, ενώ το Intrinsic στρώμα δεν είναι. Ως αποτέλεσμα, δημιουργείται μια περιοχή εξάντλησης όταν οι φορείς φορτίου (τα ηλεκτρόνια είναι οι κύριοι φορείς στην πλευρά Ν) ρέουν από τον τύπο Ν στο εσωτερικό στρώμα, αλλά το πλάτος της περιοχής εξάντλησης εκατέρωθεν της διασταύρωσης N-P θα να είστε διαφορετικοί.
Χαρακτηριστικά της εισόδου και της εξόδου
Σε σύγκριση με άλλους τύπους διόδων, η δίοδος ακροδεκτών έχει ευρύτερη διασταύρωση. Όταν συνδέεται σε λειτουργία αντίστροφης πόλωσης, η χωρητικότητα της διόδου ακίδων μειώνεται λόγω της μεγαλύτερης επιφάνειας. Η περιοχή εξάντλησης που δημιουργείται εδώ είναι σημαντικά μεγαλύτερη και το μέγεθος της περιοχής παραμένει σχεδόν σταθερό ακόμα και όταν η τάση πόλωσης ποικίλλει πολύ.
Οι φορείς φορτίου ταξιδεύουν στην περιοχή εξάντλησης κατά τη διάρκεια της πόλωσης προς τα εμπρός και η ροή του ρεύματος ξεκινά καθώς οι οπές και τα ηλεκτρόνια πλησιάζουν.
Κατά τη διάρκεια της αντίστροφης πόλωσης, το εγγενές στρώμα μεταξύ των στρωμάτων P και N διευρύνει το χάσμα μεταξύ των δύο στρωμάτων, μειώνοντας τη χωρητικότητα της διόδου. Ως αποτέλεσμα, η δίοδος απομονώνεται.
Εφαρμογές της διόδου καρφίτσας
Διακόπτες Rf (ραδιοσυχνότητας), ανορθωτές τάσης, διακόπτες μικροκυμάτων, μεταβλητοί εξασθενητές και φωτοδίοδοι είναι μερικές από τις πιο κοινές χρήσεις.
🡪Οι δίοδοι ακίδων λειτουργούν ως μεταβαλλόμενες αντιστάσεις τάσης ως διακόπτες ραδιοσυχνοτήτων και διακόπτες συχνότητας μικροκυμάτων και μπορούν να παρέχουν σημαντικά καλύτερα επίπεδα συνοχής από τα ρελέ RF, που είναι συνήθως οι μόνες άλλες διαθέσιμες δίοδοι.
🡪Το εγγενές στρώμα στη δίοδο δημιουργεί ένα κενό μεταξύ των δύο στρωμάτων ως ανορθωτής τάσης, επιτρέποντας στα στρώματα να αντέχουν μεγαλύτερες αντίστροφες τάσεις. Χρησιμοποιείται όπου χρησιμοποιείται ένα gadget που χρησιμοποιεί υψηλές τάσεις.
🡪Όλες οι κύριες εφαρμογές της διόδου ως αντίστασης μεταβαλλόμενης τάσης ως μεταβλητής αντιστάθμισης βασίστηκαν σε αυτήν την ιδιότητα. Για την κατασκευή ενός μεταβλητού εξασθενητή, μπορούν να χρησιμοποιηθούν τρεις δίοδοι για την αντικατάσταση των σταθερών αντιστάσεων του κυκλώματος και παρόμοια κυκλώματα έχουν αναπτυχθεί για κυκλώματα.
🡪Μετατρέπει το φως σε ρεύμα στην περιοχή εξάντλησης μιας φωτοδιόδου με τη μορφή φωτοδιόδου. Όταν εισάγεται το εγγενές στρώμα, η ζώνη εξάντλησης επεκτείνεται, γεγονός που βελτιώνει την απόδοση αυξάνοντας τον όγκο της αλλαγής φωτός.
Πλεονέκτημα της διόδου καρφίτσας
Τα παρακάτω είναι μερικά από τα πλεονεκτήματα της χρήσης διόδου καρφίτσας:
🡪Είναι απαραίτητο να χρησιμοποιήσετε μια πολύ χαμηλή τάση αντίστροφης πόλωσης.
🡪Η κβαντική απόδοση είναι υψηλή.
🡪Είναι δυνατό να αποκτήσετε μεγαλύτερο εύρος ζώνης.
🡪Άλλες δίοδοι έχουν χαμηλότερη απόδοση θορύβου, υψηλότερη απόδοση και είναι πιο οικονομικά.
🡪Η μεγαλύτερη περιοχή εξάντλησης παρέχει επιπλέον χώρο εργασίας.
🡪Η μεγάλη αντίσταση (ανοχή) στην τάση αντιστροφής αυξάνεται.
Μειονεκτήματα της διόδου καρφίτσας
Το μεγαλύτερο μειονέκτημα είναι ότι δεν μπορεί να βελτιώσει το σήμα που περνά μέσα από αυτό.
🡪Η ευαισθησία είναι χαμηλή και κυμαίνεται καθώς αλλάζει η θερμοκρασία.
🡪Πολύ περίπλοκη συσκευασία που, εάν τοποθετηθεί άστοχα χωρίς ακρίβεια, μπορεί να προκαλέσει βλάβη της διόδου PIN.
🡪Σε σύγκριση με μια συμβατική δίοδο, η περίοδος ανάκτησης μετά από απώλεια ρεύματος είναι σημαντικά μεγαλύτερη.
Συμπέρασμα
Η μόνη διαφορά μεταξύ μιας διόδου πείρου και μιας κανονικής διόδου σύνδεσης p-n είναι το εγγενές στρώμα στη μέση της διόδου. Η ζώνη εξάντλησης στη διασταύρωση p-n συρρικνώνεται καθώς η δίοδος PIN υπόκειται σε πόλωση προς τα εμπρός και το ρεύμα αρχίζει να ρέει μέσα από τη δίοδο. Η περιοχή της περιοχής εξάντλησης μεγαλώνει όταν η δίοδος PIN τοποθετείται για να αντιστρέψει την κατάσταση πόλωσης. Το στρώμα εξάντλησης εξατμίζεται εξ ολοκλήρου σε χαμηλότερη αντίστροφη τάση πόλωσης. Όταν η δίοδος ακροδεκτών είναι χαμηλής πόλωσης, η χωρητικότητα της διόδου ακίδας μειώνεται και η εσωτερική περιοχή διευρύνεται. Λόγω του εγγενούς στρώματος, η δίοδος PIN προσφέρει ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών. Η δίοδος καρφίτσας είναι μια δίοδος με μη επικαλυμμένο εγγενές υλικό ημιαγωγών που τοποθετείται μεταξύ του ημιαγωγού τύπου p και μιας περιοχής ημιαγωγού τύπου n.
