Yoga-mgn.ru

Строительный журнал
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Лазерные диоды. Виды и подключение. Устройство и работа

Драйверы и контроллеры температуры для лазерных диодов

Для работы лазерных диодов различного типа требуется соответствующая управляющая электроника, от выбора которой зависит безопасность и эффективность работы с источником излучения. Разные типы лазеров имеют различные требования к электрическим параметрам, однако все типа лазерных диодов требуют прямого напряжения, которое зависит от ширины запрещенной зоны материалов, используемых в лазерном диоде.

Компания Специальные Системы. Фотоника предлагает высокоэффективные приборы и компоненты для температурного контроля и управления лазерными диодами от ведущих производителей Wavelength Electronics (США), Gooch&Housego (Великобритания, США) и EKSMA OPTICS (Литва). В линейку входят как настольные модули, объединяющие в себе драйвер и контроллер температуры, так и отдельные модули, компоненты и аксессуары для комфортной работы с лазерными диодами различного типа.

Все приборы и компоненты охватывают широкий спектр применений: электрооптика, работа с изображениями, спектроскопия, дистанционное зондирование, военная и аэрокосмическая промышленности, связь, обработка материалов, производственный контроль и многое другое. В линейку компании Wavelength Electronics входят компактные драйверы лазерных диодов для точного управления маломощными лазерными диодами и бюджетные высокоточные контроллеры температуры с PID.

Драйверы с контроллером температуры
Универсальные приборы сочетающие в себе лазерный драйвер и контроллер термоэлектрического охладителя. Доступны настольные модули с управлением через сенсорный дисплей на передней панели и компактные OEM модули с выходным током управления до 160 А и током TEC до 25 А. Популярные модели:

  • EM595 — компактное настольное устройство с интуитивно понятным пользовательским интерфейсом. Этот драйвер может работать с любым DFB лазером имеющим 14-контактный разъем и имеет ток управления до 1,5 А и ток TEC до 3 А. Точный контроль температуры позволяет добиться точной регулировки частоты.
  • LDTC — серия предназначена для работы с лазерными диодами типов A и B и представлена в двух моделях: LDTC0520(до 500 мА) и LDTC1020 (до 1 А). Данная серия широко используется в ВОЛС, телекоммуникационной и военной сфере, а также в научных целях.
  • LDTC LAB — лучшая в своем классе серия приборов, имеющая низкие шумы и отличающиеся высокой производительностью. Простое управление через сенсорную панель на передней панели или удаленное управление через USB с использованием LabVIEW.

Контроллеры температуры лазерных диодов
Контроллеры температуры необходимы для управления температурой элемента Пельтье. Использование контроллера температура с термодатчиками температуры обеспечивает стабилизацию температуры

Все о работе и подключении диодного лазера

Изначально лазеры представляли собой громоздкие конструкции, состоящие из множества сложных и хрупких узлов. С появлением полупроводниковых элементов размеры и возможности лазеров значительно изменились. Основу конструкции стал составлять лазерный диод, к которому требовалось лишь подвести соответствующее питание.

Получить лазерный луч стало возможно не только в научно-производственных, но и в бытовых условиях. В результате этих изменений появилось множество устройств, использующих лазер в прикладных целях. Областью применения стали:

  • техника;
  • медицина;
  • измерительные устройства;
  • в качестве декоративной подсветки.

Приведенный список не является исчерпывающим, поскольку разработки новых устройств и аппаратуры с использованием подобных технологий ведутся постоянно. Рассмотрим особенности конструкции и принцип функционирования лазерного диода.

Принцип работы и особенности конструкции

Принцип работы лазерного диода основан на эффекте рекомбинации фотонов при прохождении p-n перехода. Если организовать достаточно продолжительное расположение электрона и дырки в непосредственной близости друг от друга, выделяется энергия, представленная фотоном. Подобный процесс, запущенный в стабильном режиме, вызовет появление постоянного свечения.

Основным элементом лазерного диода является полупроводниковый кристалл малой толщины с легированными слоями, образующими p и n области. При подаче напряжения на анод начинается активное выделение фотонов, что внешне определяется как устойчивое свечение.

Полупроводниковая пластинка (кристалл) имеет большую площадь по сравнению с толщиной. Фотон, проходя через нее, многократно отразится от верхнего и нижнего слоев, каждый раз вызывая образование новых фотонов. Этот процесс позволяет получить стабильный пучок света, который остается только сфокусировать с помощью линзы.

Важно! Приведенное описание несколько упрощено, но принцип действия элемента передает вполне достоверно. На практике используются разные конструкции, с помощью которых производители пытались избавиться от различных нежелательных эффектов, усилить световой пучок и снизить потери мощности на нагрев или на преодоление сопротивления материала.

Разновидности

Вариантов конструкции лазерных диодов довольно много. Они отличаются друг от друга расположением p-n переходов, конфигурацией полупроводникового элемента и прочими особенностями. Существуют следующие виды:

  • диод с p-n гомоструктурой. Одна из первых конструкций, которая сегодня практически не встречается. Нуждается в подаче высокой начальной мощности и прерывании входного сигнала для исключения перегрева;
  • с двойной гетероструктурой. Представляют собой кристалл малой толщины, заключенный между двух дополнительных слоев, усиливающих поток фотонов и расширяющих активную область;
  • с квантовыми ямами. Они образованы благодаря уменьшению среднего слоя элементов с двойной гетероструктурой. Возникают квантовые ямы с разными энергетическими уровнями, которые играют роль барьера при p-n переходе, способного к выделению фотонов;
  • гетероструктурные элементы с раздельным удержанием. Большинство лазерных диодов изготовлены по этой технологии. Ее особенностью является нанесение дополнительных слоев на тонкий центральный кристалл, результатом чего становится эффективное формирование и концентрация светового пучка;
  • с распределением обратной связи. В области p-n перехода делается специальная насечка, обеспечивающая создание дифракционной решетки. Это позволяет стабилизировать длину волны, способствуя получению более устойчивого светового луча. Используются в сфере телекоммуникаций, а также в оптических устройствах разного типа;
  • VCSEL. Это лазер, относящийся к элементам поверхностного излучения. Оснащен вертикальным резонатором, благодаря которому направление луча изменяется — если у остальных видов кристаллов свет движется параллельно граням, то в данной конструкции он излучается в перпендикулярном направлении. Существует еще одна модификация такого элемента — VECSEL. Он обладает практически аналогичной конфигурацией, только с внешним резонатором.

Современные разновидности лазеров демонстрируют высокие эксплуатационные качества, но производители не прекращают разработки новых, более совершенных моделей и конструкций.

Излучение с какой длиной волны может производить лазерный диод

Единицей измерения длины волны лазерного диода является нанометр (нм). С изменением длины волны меняется цвет светового луча, что позволяет изготавливать лазеры с разным цветом пучка (в светотехнике часто используются многоцветные конструкции). Наиболее распространенные лазеры имеют следующие длины волны:

  • 650 нм (красный луч). Чаще всего применяется в дисководах, лазерных указках малого радиуса действия, в лазерных строительных уровнях и т.п. луч красного цвета воспринимается как довольно слабый, тусклый, но это только кажущееся ощущение. При увеличении мощности такого луча до 200 мВт можно резать плотную бумагу;
  • 532 нм (зеленый луч). Устройства, излучающие поток такого типа. Отличаются хрупкостью и чувствительностью к перепадам температуры. До недавнего времени они стоили значительно дороже других видов лазеров. В то же время, зеленый луч лучше всего воспринимается человеческими органами зрения, что позволяет применять его в строительных лазерах. Даже в солнечную погоду зеленый луч хорошо различается на поверхностях, в отличие от красного, более тусклого потока. Примечательно, что в силу особенностей конструкции вместе с зеленым лучом такие устройства излучают и инфракрасный, что создает определенную опасность для человека. Поэтому устройства мощнее 5 мВт промышленностью не выпускаются;
  • 405 нм (фиолетовый луч). Невооруженным глазом воспринимается слабо, что вызывает у человека ощущение маломощности потока. На деле ситуация прямо противоположна — луч обладает большой мощностью и интенсивностью, способен нанести органам зрения серьезные травмы;
  • 780 нм (инфракрасный луч). Опасен для человека своей невидимостью, совмещенной с мощным воздействием на органы зрения;
  • 1000 нм. Это также инфракрасный луч, который используется в промышленных лазерах для резки листовых материалов разного типа.
Читать еще:  Процесс нарезания резьбы на токарном станке

Внимание! Выбирая лазерный диод того или иного цвета, важно понимать, что это устройство самостоятельное, имеющее весьма мало общего со светодиодной осветительной техникой. У них разные цели и специфика использования, поэтому критериями выбора станут совершенно другие соображения.

Если для светодиодов важны яркость и цветовая температура, то для лазера главным моментом будет мощность и длина световой волны. Поэтому и подход к выбору этих устройств должен быть своим для каждого вида.

Как подключить

Особенностью лазерного диода является высокая потребность в стабилизированном напряжении питания. В момент перехода на кристалле наблюдается кратковременное увеличение мощности из-за малой площади, увеличивающей концентрацию энергии в данной точке. Это делает необходимым использование специального стабилизатора — драйвера.

Кроме того, напрямую к драйверу элемент тоже нельзя подключать — необходимо использовать токоизмерительный резистор, который включается в разрыв между лазером и драйвером. При этом исчезает электрическое соединение минуса питания с общим минусом схемы. Дополнительным недостатком является неизбежная потеря мощности на резисторе.

Источником тока для лазера могут служить разные устройства:

  • батарейка;
  • аккумулятор;
  • сетевое напряжение 220 В через специальный блок питания.

Два первых варианта способны обеспечить достаточно стабильное напряжение питания, но оно постоянно уменьшается, что также недопустимо. Если используется блок питания стандартного типа, ситуация несколько улучшается, хотя в этом случае нужна качественная защита от пробоя или выхода блока из строя.

При таком подключении используют дополнительные схемы защиты и стабилизаторы, устраняющие всплески и помехи от сетевых скачков. Использование обычного диодного мостика в данном случае не подходит, так как через стандартные выпрямители проходит масса паразитных колебаний и помех.

Драйвер для лазерного диода

Существует две основные конструкции драйверов для лазерного диода:

  • импульсный. Это одна из разновидностей импульсного преобразователя напряжения. Способен работать как на понижение, так и на повышение выходного напряжения относительно входного значения. Мощность на входе приближается к показателям на выходе, разница между ними образована некоторыми потерями на нагрев проводников;
  • линейный. Как правило, он получает от схемы большее напряжение, чем номинал полупроводника. Разницу обычно компенсируют с помощью транзистора, который излишки энергии отдает в виде тепла. КПД линейных драйверов невысок, что является причиной ограниченного применения.

Важно! Для каждого вида драйверов используется и собственная схема подключения, учитывающая специфику самого драйвера, источника питания и токоограничивающего резистора.

Основные выводы

Лазерные диоды широко используются в разных областях техники и в качестве декоративных установок, светотехнических устройств. В быту их знают довольно ограниченно — как лазерные указки, целеуказатели, строительные уровни и прочие устройства. Особенности конструкции и возможности этих элементов находятся в стадии изучения и разработки. Специалисты считают, что использование лазеров пока недостаточно широко, но перспективы у них весьма высоки. В своих комментариях вы можете высказать собственные мысли о конструкции и свойствах лазерных диодов.

Лазерный модуль

Лазерный модуль – это универсальный узел для многих электронных устройств, способный испускать луч. Его можно использовать в сферах приборостроения в зависимости от характеристик, точнее больше от характеристик диода, являющимся основным компонентом узла. Говоря обычным языком, это сложный узел, генерирующий луч, необходимый для поставленных целей. Например, гравировка или резка. Лазеры меньшей мощности применяют при измерениях, в медицине, для простых указок.

Состоит он из нескольких элементов:

  • корпус — радиатор, цилиндрический или прямоугольный;
  • лазерный диод, самая дорогая, главная часть;
  • оптическая линза, фокусирующая луч.
  • драйвер тока, источник питания, в идеале с управлением под TTL,что позволяет управлять силой излучения;
  • вентилятор охлаждения.

Конечно, самые мощные аппараты с CO2-трубкой. Они громоздкие и предназначены для промышленных производств с большими помещениями, качественной вентиляцией. Для дома или в небольших мастерских лучше остановиться на твердотельном.

Типы лазерных диодов

Делятся они по спектру излучения (видимым цветом). И по мощности. Единицей измерения, на которую нужно ориентироваться при покупке, это нанометр – он означает длину волны, от которой и зависит цвет. Различают такие виды:

  • Фиолетовый – 405.
  • Синий – 445.
  • Зеленый – 532.
  • Красный – 650.
  • Инфракрасный (невидимый) – 808.

Статья про опасность лазерного излучения, перейти

Цвет не играет основополагающей роли в производительности. Основной показатель при определении применения будет мощность. Единица измерения Ватт. Техника с маленькой силой в 1 мВт используются в быту. А вот уже в 1 Вт – способен выжигать и резать. Стоит помнить, данные указанные на упаковке – это та сила луча, получаемая чистом виде. Если заявлено 5 Вт, то и на выходе будут именно они. Не так как со световыми приборами, когда КПД лампочки гораздо ниже на выходе, чем подаваемая на нее (пишется подаваемая). Излучение делится на коллимированное и фокусированное и может иметь отражаться точкой, крестиком, линией, несколькими линиями, кружком, решеткой. Фокусирование на точке или линии распространено для применения в маркировке или вырезании. Главное провести правильную фокусировку.

На установках производится гравировка или вырезание фигур на нетолстой фанере, коже или тканях. Более серьезные работы проводятся не дома сильными лазерами. Если целью будет гравировка, то тут предпочитайте не мощность, а точность фокусировки луча. Для резки параметр ценный, но увеличьте мощность. Рассматривать для домашнего гравера предпочтительнее излучатели синего спектра, они не только самые доступные, но и самые сильные в линейке.

Что касается второго показателя. С двумя с половиной Ваттами уже можно не только гравировать, но и резать материалы. Однако, если вырезать собираетесь много, то лучше взять от 5.5 Вт до 7 Вт. Такие компоненты чаще всего заказываются в Китае, однако, есть хорошая возможность купить лазерный модуль с гарантией и быстро и у нас. Так как модуль – это основной компонент станка, то экономить на нем не стоит. Не верьте, если указанные значения превышают пять на китайских механизмах. Уже давно известно, просто повышенное значение тока быстро «убивает» дорогой прибор, так как реальная слабее.

Подключение и настройка модуля

Питание бывает пять вольт и двенадцать. Пятивольтовые удобны для подпитки от батареек, пауэрбэнков. Но 12 Вольт могут унифицировать источник для всего гравера, так как там применяются шаговые двигатели с таким же вольтажем и потребуется один блок. Присоединение мини-модуля к механизму требует знаний. Не стоит забывать про TTL driver. Если он не входит в состав, обязательно подключить его отдельно. Желательно не рисковать, чтобы не испортить дорогой диод, а руководствоваться схемами, которые можно найти и у нас на сайте.

Читать еще:  Обзор токарно-карусельных станков разных моделей

Зачем вообще нужен драйвер. Прямое подключения к микроконтроллеру невозможно, потому что ток, необходимый для лазера превышает допустимые значения для контроллера. Нам надо управлять процессом, поэтому устанавливать в идеале TTL с регулировкой. Если TTL внешний, подключаем излучатель к нему одним проводом (второй провод подключает вентилятор), от драйвера ток идет уже к блоку. При одном блоке питания для этих гаджетов на GRBL shield можно подключиться только в пин Z + без минуса. Уже используя программу управления на компьютере проверяем, как работает драйвер. Если такой элемент отсутствует, то нет возможности рисовать картины, потому что не будет в функциях градиента. Просто для вырезания данным элементом можно не пользоваться, а применить простое реле для преобразования тока.

Что обычно идет в комплекте. Блок питания не помешает и сэкономит время на его поиски, но если собираете свой аппарат, возможно, он уже есть. Поэтому эта вещь в комплекте вариативная. Вентилятор охлаждения и драйвер, как уже говорилось, – важные предметы. Если TTL будет нерабочим, качество выпускаемых изделий и удобство пользования прибором будут не идеальными. Также это сократит срок работы гравера. Обязательно нужны очки при работе с лазером! Желательно, чтобы производитель поставлял в комплекте со своим модулем, подходящие для спектра. Или давать грамотные рекомендации по качеству очков.

Механическое подключение узла к устройству зависит, естественно, от самого типа прибора. Здесь необходимо иметь четкое представление о схеме, для установок важна фокусировка, расстояние от изделия, направление лазера. От этого зависит качество.

Как собрать лазерный гравер самостоятельно Вы можете прочитать здесь.

В целом, приобретая готовый лазерный модуль, собрать собственное устройство становиться легче. Главное не забывайте о правилах безопасности и правильном выборе поставщика и производителя оборудования. Тогда станок, собранный своими руками порадует не только Вас, но и Ваших клиентов. Подключайте оборудование только по схемам, идущим в комплекте. Не пренебрегайте правилами безопасности, лазер — не игрушка, а мощный излучатель, который может с легкостью повредить глаза.

Основные сведения о лазерах: принцип работы и характеристики лазерного излучения

Принципы работы и механизм излучения

Лазеры – источники высококогерентного и интенсивного монохроматического излучения. Излучение генерируется за счет возбуждения активной среды (обычно газ или полупроводниковый элемент), заключенной в резонаторе. Лазерный резонатор представляет собой полое тело цилиндрической формы, изнутри покрытое отражающим слоем. Один из торцов резонатора закрыт частично отражающим зеркалом, противоположный – полностью отражающим. При накачке световые волны перемещаются внутри резонатора до тех пор, пока не станут достаточно интенсивными, чтобы пройти через частично прозрачное зеркало.

Лазерное излучение относится к вынужденному, также его называют стимулированным. Сфера применения лазеров широка и постоянно растет, на сегодняшний день лазерные источники применяются в медицине, машинном зрении, в лазерной сварке, маркировке изделий и т. д.

Основные параметры и характеристики лазерного излучения

Диаметр пучка. За диаметр пучка принимается диаметр сечения пучка лазерного излучения на выходном торце резонатора. Способов измерения диаметра пучка достаточно много, от способа зависят и единицы измерения. Если пучок принимается за Гауссов, диаметр будет измеряться по уровню интенсивности 1/e 2 : это расстояние между такими двумя точками одномерного распределения интенсивности излучения, значение интенсивности которых в 0.135 раз меньше пика интенсивности.

Отклонение пучка. Несмотря на то, что лазерные пучки принимаются за параллельные, некоторый угол расходимости все же присутствует. Эта характеристика показывает, на какую величину отклоняется пучок от оптической апертуры по ходу распространения и измеряется в угловых единицах (радианах). В лазерных диодах угол расходимости определяется сразу двумя значениями – так проявляется астигматизм. В этом случае направление угла расходимости нужно проверять и уточнять в зависимости от конкретной схемы. На рис. 1 показана общая конфигурация лазерного диода и проявление расходимости лазерного пучка по ходу удаления экрана от источника излучения.


Рисунок 1. Общая структура полупроводникового слоя диода: профиль пучков, излучаемых такими диодами, чаще всего эллиптический

Угол веерного пучка. Обычно за веерный угол принимается угол отклонения пучка в определенной плоскости от нормали направления распространения. На рис. 2 показан вид веерного пучка лазерного диода и приведен его расчет.


Рисунок 2. Веерный угол пучка излучения лазерного диода

Выходная мощность. Выходная мощность определяется как максимальная зарегистрированная мощность, которую имеет лазерный пучок сразу после выхода из резонатора, до прохождения через какую-либо направляющую или фильтрующую оптику. Погрешность составляет порядка 10%, поэтому в паспорте приборов указываются доверительные интервалы. Профиль распределения интенсивности выходного излучения в основном характеризуется функцией Гаусса, максимум которой приходится на центр кривой, совпадающей с максимумом выходной мощности.

Класс. Диапазон мощностей лазерных источников невероятно широк. По этой причине была разработана классификация источников по силе воздействия на человека. В таблице приведена классификация лазерных источников, предложенная Центром по контролю приборов и радиационной безопасности (CDRH).

Лазерные диоды

Принцип работы лазерного диода. Определение распределения Больцмана. Особенности конструкции кристалла полупроводника лазерного диода. Алгоритм подключения лазерного диода. Единица измерения длины волны, которую может продуцировать лазерный диод.

  • посмотреть текст работы «Лазерные диоды»
  • скачать работу «Лазерные диоды» (реферат)

Подобные документы

Понятие, сущность, принцип работы, устройство и области применения полупроводниковых лазеров. Особенности создания инверсной населенности в полупроводниках. Анализ параметров и структуры лазерного диода. Характеристика основных свойств лазерного луча.

курсовая работа, добавлен 23.07.2010

Устройство и работа полупроводниковых диодов. Строение диода и обозначение диода на схеме. Включение диода в обратном направлении. Характеристики диодов, конструкции и особенности применения. Энергетические диаграммы p-n-перехода туннельного диода.

курсовая работа, добавлен 24.12.2015

Типы полупроводников c примесями n-типа и p-типа. Структура полупроводникового диода. Граница раздела двух областей с различной проводимостью. Включение диода в простейшую электрическую цепь. Вольт-амперная характеристика диода. Выпрямительные диоды.

реферат, добавлен 07.07.2016

Типы полупроводников c примесями n-типа и p-типа. Структура полупроводникового диода. Граница раздела двух областей с различной проводимостью. Включение диода в простейшую электрическую цепь. Вольт-амперная характеристика диода. Выпрямительные диоды.

реферат, добавлен 11.12.2011

Расчет и построение графика сопротивления базы диода от тока через диод. Поиск модели, наиболее хорошо приближающейся к реальной ВАХ диода. График зависимостей статического и дифференциального сопротивлений от тока, а также проводимости ветви диода.

контрольная работа, добавлен 03.09.2012

Диод как простейший полупроводниковый прибор, обозначение диода. Краткое рассмотрение способов создания p-n перехода. Характеристика основных недостатков полупроводникового диода. Анализ энергетических диаграмм для легированных акцепторной примесью.

контрольная работа, добавлен 08.06.2012

Исследование характеристик и принципов действия импульсных и высокочастотных диодов. Ознакомление с историей диода Ганна — типа полупроводниковых диодов, использующихся для генерации и преобразования колебаний. Анализ технологии изготовления диода.

контрольная работа, добавлен 27.10.2015

Описание принципа работы диафрагменного резистивного диода. Разработка конструктивного варианта гидропневматического диода, анализ его диодности по сравнению с известными диодами. Особенности его работы не только на низких, но и на средних давлениях.

статья, добавлен 02.02.2019

Общее устройство и основные структурные элементы полупроводникового диода. Сравнительная оценка вольт-амперных характеристик кремниевого и германиевого диодов. Дифференциальные параметры полупроводникового диода, его предельно допустимая температура.

Читать еще:  Как просверлить зеркало в домашних условиях обычным

контрольная работа, добавлен 21.07.2013

Описание экспериментальной установки и методики эксперимента. Рассмотрение основных расчетных формул абсолютной погрешности косвенного измерения величины. Измерение ширины запрещённой зоны собственного полупроводника, из которого изготовлен диод.

лабораторная работа, добавлен 23.03.2014

  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • »
  • главная
  • рубрики
  • по алфавиту
  • вернуться в начало страницы
  • вернуться к подобным работам
  • Рубрики
  • По алфавиту
  • Закачать файл
  • Заказать работу
  • Вебмастеру
  • Продать
  • посмотреть текст работы
  • скачать работу можно здесь
  • сколько стоит заказать работу?

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу и оценить ее, кликнув по соответствующей звездочке.

Полупроводниковые диоды: виды и характеристики

Для контроля направления электрического тока необходимо применять разные радио и электро детали. В частности, современная электроника использует с такой целью полупроводниковый диод, его применение обеспечивает ровный ток.

Устройство

Полупроводниковый электрический диод или диодный вентиль – это устройство, которое выполнено из полупроводниковых материалов (как правило, из кремния) и работает только с односторонним потоком заряженных частиц. Основным компонентом является кристаллическая часть, с p-n переходом, которая подключена к двум электрическими контактами. Трубки вакуумного диода имеют два электрода: пластину (анод) и нагретый катод.

Фото — полупроводниковый диод

Для создания полупроводниковых диодов используются германий и селен, как и более 100 лет назад. Их структура позволяет использовать детали для улучшения электронных схем, преобразования переменного и постоянного тока в однонаправленный пульсирующий и для совершенствования разных устройств. На схеме он выглядит так:

Фото — обозначение диода

Существуют разные виды полупроводниковых диодов, их классификация зависит от материала, принципа работы и области использования: стабилитроны, импульсные, сплавные, точечные, варикапы, лазер и прочие типы. Довольно часто используются аналоги мостов – это плоскостной и поликристаллический выпрямители. Их сообщение также производится при помощи двух контактов.

Основные преимущества полупроводникового диода:

  1. Полная взаимозаменяемость;
  2. Отличные пропускные параметры;
  3. Доступность. Их можно купить в любом магазине электро-товаров или снять бесплатно со старых схем. Цена начинается от 50 рублей. В наших магазинах представлены как отечественные марки (КД102, КД103, и т. д.), так и зарубежные.

Маркировка

Маркировка полупроводникового диода представляет собой аббревиатуру от основных параметров устройства. Например, КД196В – кремниевый диод с напряжением пробоя до 0,3 В, напряжением 9,6, модель третьей разработки.

Исходя из этого:

  1. Первая буква определяет материал, из которого изготовлен прибор;
  2. Наименование устройства;
  3. Цифра, определяющая назначение;
  4. Напряжение прибора;
  5. Число, которое определяет прочие параметры (зависит от типа детали).

Видео: применение диодов

Принцип работы

Полупроводниковые или выпрямительные диоды имеют довольно простой принцип работы. Как мы уже говорили, диод изготовлен из кремния таким образом, что один его конец p-типа, а другой конец типа n. Это означает, что оба контакта имеют различные характеристики. На одном наблюдается избыток электронов, в то время как другой имеет избыток отверстий. Естественно, в устройстве есть участок, в котором все электроны заполняют определенные пробелы. Это означает, что внешние заряды отсутствуют. В связи с тем, что эта область обедняется носителями заряда и известна как объединяющий участок.

Фото — принцип работы

Несмотря на то, что объединяющий участок очень мал, (часто его размер составляет несколько тысячных долей миллиметра), ток не может протекать в нем в обычном режиме. Если напряжение подается так, что площадь типа p становится положительной, а тип n, соответственно, отрицательной, отверстия переходят к отрицательному полюсу и помогают электронам перейти через объединяющий участок. Точно так же электроны движутся к положительному контакту и как бы обходят объединительный. Несмотря на то, что все частицы движутся с разным зарядом в разном направлении, в итоге они образуют однонаправленный ток, что помогает выпрямить сигнал и предупредить скачки напряжения на контактах диода.

Если напряжение прикладывается к полупроводниковому диоду в противоположном направлении, ток не будет проходить по нему. Причина заключается в том, что отверстия привлекаются отрицательным потенциалом, который находится в области р-типа. Аналогично электроны притягиваются к положительному потенциалу, который применяется к области n-типа. Это заставляет объединяющий участок увеличиваться в размере, из-за чего поток направленных частиц становится невозможным.

Фото — характеристики полупроводников

ВАХ-характеристики

Вольт амперная характеристика полупроводникового диода зависит от материала, из которого он изготовлен и некоторых параметров. Например, идеальный полупроводниковый выпрямитель или диод имеет следующие параметры:

  1. Сопротивление при прямом подключении – 0 Ом;
  2. Тепловой потенциал – VG = +-0,1 В.;
  3. На прямом участке RD > rD, т. е. прямое сопротивление больше, чем дифференциальное.

Если все параметры соответствуют, то получается такой график:

Фото — ВАХ идеального диода

Такой диод использует цифровая электротехника, лазерная индустрия, также его применяют при разработке медицинского оборудования. Он необходим при высоких требованиях к логическим функциям. Примеры – лазерный диод, фотодиод.

На практике, эти параметры очень отличаются от реальных. Многие приборы просто не способны работать с такой высокой точностью, либо такие требования не нужны. Эквивалентная схема характеристики реального полупроводника демонстрирует, что у него есть серьезные недостатки:

Фото — ВАХ в реальном полупроводниковом диоде

Данная ВАХ полупроводникового диода говорит о том, что во время прямого включения, контакты должны достигнуть максимального напряжения. Тогда полупроводник откроется для пропуска электронных заряженных частиц. Эти свойства также демонстрируют, что ток будет протекать нормально и без перебоев. Но до момента достижения соответствия всех параметров, диод не проводит ток. При этом у кремниевого выпрямителя вольтаж варьируется в пределах 0,7, а у германиевого – 0,3 Вольт.

Работа прибора очень зависит от уровня максимального прямого тока, который может пройти через диод. На схеме он определяется ID_MAX. Прибора так устроен, что во время включения прямым путем, он может выдержать только электрический ток ограниченной силы. В противном случае, выпрямитель перегреется и перегорит, как самый обычный светодиод. Для контроля температуры используются разные виды устройств. Естественно, некоторые из них влияют на проводимость, но зато продлевают работоспособность диода.

Еще одним недостатком является то, что при пропуске переменного тока, диод не является идеальным изолирующим устройством. Он работает только в одном направлении, но всегда нужно учитывать ток утечки. Его формула зависит от остальных параметров используемого диода. Чаще всего схемы его обозначают, как IOP. Исследование независимых экспертов установило, что германиевые пропускают до 200 µА, а кремниевые до 30 µА. При этом многие импортные модели ограничиваются утечкой в 0.5 µА.

Фото — отечественные диоды

Все разновидности диодов поддаются напряжению пробой. Это свойство сети, которое характеризуется ограниченным напряжением. Любой стабилизирующий прибор должен его выдерживать (стабилитрон, транзистор, тиристор, диодный мост и конденсатор). Когда внешняя разница потенциалов контактов выпрямительного полупроводникового диода значительно выше ограниченного напряжения, то диод становится проводником, в одну секунду снижая сопротивление до минимума. Назначение устройства не позволяет ему делать такие резкие скачки, иначе это исказить ВАХ.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector