सेमीकंडक्टर डायोड का व्यापक रूप से इलेक्ट्रॉनिक्स और इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग में उपयोग किया जाता है। उनका उपयोग स्वतंत्र रूप से और ट्रांजिस्टर और कई अन्य उपकरणों के पी-एन-जंक्शन के रूप में किया जाता है। असतत घटक के रूप में, डायोड कई इलेक्ट्रॉनिक सर्किट का एक महत्वपूर्ण हिस्सा हैं। उन्हें कम बिजली के अनुप्रयोगों से लेकर रेक्टिफायर तक कई अनुप्रयोग मिलते हैं।
डायोड क्या है?
ग्रीक से अनुवादित, इस इलेक्ट्रॉनिक तत्व के नाम का शाब्दिक अर्थ है "दो टर्मिनल"। उन्हें एनोड और कैथोड कहा जाता है। एक सर्किट में, एनोड से कैथोड तक करंट प्रवाहित होता है। सेमीकंडक्टर डायोड एक तरफा तत्व है और विपरीत दिशा में धारा प्रवाह अवरुद्ध है।
ऑपरेशन सिद्धांत
सेमीकंडक्टर डायोड की युक्ति बहुत अलग होती है। यही कारण है कि उनके कई प्रकार हैं, जो अंकित मूल्य और उनके द्वारा किए जाने वाले कार्यों दोनों में भिन्न हैं। हालांकि, ज्यादातर मामलों में मूल सिद्धांतसेमीकंडक्टर डायोड का संचालन समान होता है। उनमें एक पी-एन जंक्शन होता है, जो उनकी बुनियादी कार्यक्षमता प्रदान करता है।
इस शब्द का प्रयोग आमतौर पर डायोड के मानक आकार के संदर्भ में किया जाता है। वास्तव में, यह उनमें से लगभग किसी भी प्रकार पर लागू होता है। डायोड आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग की रीढ़ हैं। सब कुछ - साधारण तत्वों और ट्रांजिस्टर से लेकर आधुनिक माइक्रोप्रोसेसरों तक - अर्धचालकों पर आधारित है। अर्धचालक डायोड के संचालन का सिद्धांत अर्धचालकों के गुणों पर आधारित है। प्रौद्योगिकी सामग्री के एक समूह पर आधारित है, क्रिस्टल जाली में अशुद्धियों का परिचय जिससे उन क्षेत्रों को प्राप्त करना संभव हो जाता है जिनमें छेद और इलेक्ट्रॉन चार्ज वाहक होते हैं।
पी-एन-जंक्शन
पी-एन-टाइप डायोड को इसका नाम इसलिए मिला क्योंकि यह एक पी-एन जंक्शन का उपयोग करता है जो करंट को केवल एक दिशा में प्रवाहित करने की अनुमति देता है। तत्व में अन्य गुण हैं जो व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं। सेमीकंडक्टर डायोड, उदाहरण के लिए, प्रकाश का उत्सर्जन और पता लगा सकते हैं, समाई को बदल सकते हैं और वोल्टेज को नियंत्रित कर सकते हैं।
P-n-junction एक बुनियादी अर्धचालक संरचना है। जैसा कि नाम से पता चलता है, यह p- और n-प्रकार के क्षेत्रों के बीच एक जंक्शन है। संक्रमण चार्ज वाहकों को केवल एक दिशा में जाने की अनुमति देता है, जो, उदाहरण के लिए, प्रत्यावर्ती धारा को दिष्ट धारा में बदलना संभव बनाता है।
मानक डायोड आमतौर पर सिलिकॉन से बने होते हैं, हालांकि जर्मेनियम और अन्य अर्धचालक सामग्री का भी उपयोग किया जाता है, मुख्यतः विशेष उद्देश्यों के लिए।
वोल्ट-एम्पीयर विशेषता
डायोड को करंट-वोल्टेज कर्व की विशेषता होती है, जिसे 2 शाखाओं में विभाजित किया जा सकता है: आगे और पीछे। विपरीत दिशा में, लीकेज करंट 0 के करीब होता है, लेकिन बढ़ते वोल्टेज के साथ यह धीरे-धीरे बढ़ता है और जब ब्रेकडाउन वोल्टेज पहुंच जाता है, तो यह तेजी से बढ़ने लगता है। आगे की दिशा में, प्रवाहकत्त्व थ्रेशोल्ड के ऊपर लागू वोल्टेज के साथ करंट तेजी से बढ़ता है, जो सिलिकॉन डायोड के लिए 0.7 V और जर्मेनियम के लिए 0.4 V है। विभिन्न सामग्रियों का उपयोग करने वाली कोशिकाओं में अलग-अलग वोल्ट-एम्पीयर विशेषताएँ और चालन थ्रेशोल्ड और ब्रेकडाउन वोल्टेज होते हैं।
पी-एन-जंक्शन डायोड को एक बुनियादी स्तर का उपकरण माना जा सकता है। यह सिग्नल सर्किट और डिटेक्टर से लेकर इंडक्शन या रिले कॉइल और हाई पावर रेक्टिफायर में लिमिटर्स या ट्रांसिएंट सप्रेसर्स तक के कई अनुप्रयोगों में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।
विशेषताएं और पैरामीटर
डायोड विनिर्देश बहुत सारा डेटा प्रदान करते हैं। हालांकि, वे क्या हैं, इसकी सटीक व्याख्या हमेशा उपलब्ध नहीं होती है। डायोड की विभिन्न विशेषताओं और मापदंडों का विवरण नीचे दिया गया है, जो विनिर्देशों में दिए गए हैं।
अर्धचालक सामग्री
पी-एन जंक्शनों में प्रयुक्त सामग्री सर्वोपरि है क्योंकि यह सेमीकंडक्टर डायोड की कई मूलभूत विशेषताओं को प्रभावित करती है। सिलिकॉन अपनी उच्च दक्षता और कम उत्पादन लागत के कारण सबसे व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। एक और अक्सर इस्तेमाल किया जाता हैतत्व जर्मेनियम है। अन्य सामग्री आमतौर पर विशेष प्रयोजन डायोड में उपयोग की जाती है। अर्धचालक सामग्री का चुनाव महत्वपूर्ण है क्योंकि यह चालन की दहलीज निर्धारित करता है - सिलिकॉन के लिए लगभग 0.6 V और जर्मेनियम के लिए 0.3 V।
डायरेक्ट करंट मोड में वोल्टेज ड्रॉप (U pr.)
कोई भी विद्युत परिपथ जिसके माध्यम से करंट गुजरता है, वोल्टेज ड्रॉप का कारण बनता है, और सेमीकंडक्टर डायोड का यह पैरामीटर बहुत महत्व रखता है, विशेष रूप से सुधार के लिए, जब बिजली की हानि यू एवेन्यू के समानुपाती होती है। इसके अलावा, इलेक्ट्रॉनिक घटकों को अक्सर आवश्यकता होती है एक छोटा वोल्टेज ड्रॉप प्रदान करें, क्योंकि सिग्नल कमजोर हो सकते हैं, लेकिन उन्हें अभी भी इसे दूर करने की आवश्यकता है।
ऐसा दो कारणों से होता है। पहला पी-एन जंक्शन की प्रकृति में निहित है और एक चालन थ्रेसहोल्ड वोल्टेज का परिणाम है जो वर्तमान को कमी परत को पार करने की अनुमति देता है। दूसरा घटक सामान्य प्रतिरोधक हानि है।
रेक्टिफायर डायोड के लिए इंडिकेटर का बहुत महत्व है, जो बड़ी धाराओं को ले जा सकता है।
पीक रिवर्स वोल्टेज (यू गिरफ्तारी अधिकतम)
यह उच्चतम रिवर्स वोल्टेज है जिसे एक सेमीकंडक्टर डायोड झेल सकता है। इसे पार नहीं किया जाना चाहिए, अन्यथा तत्व विफल हो सकता है। यह केवल इनपुट सिग्नल का RMS वोल्टेज नहीं है। प्रत्येक सर्किट को इसके गुणों पर विचार किया जाना चाहिए, लेकिन एक स्मूथिंग कैपेसिटर के साथ एक साधारण सिंगल हाफ-वेव रेक्टिफायर के लिए, याद रखें कि कैपेसिटर इनपुट के शिखर के बराबर वोल्टेज रखेगा।संकेत। तब डायोड को विपरीत दिशा में आने वाले सिग्नल के शिखर के अधीन किया जाएगा, और इसलिए इन परिस्थितियों में तरंग के शिखर मान के बराबर अधिकतम रिवर्स वोल्टेज होगा।
अधिकतम फॉरवर्ड करंट (यू पीआर मैक्स)
विद्युत सर्किट डिजाइन करते समय, सुनिश्चित करें कि अधिकतम डायोड वर्तमान स्तर से अधिक नहीं है। जैसे-जैसे करंट बढ़ता है, अतिरिक्त गर्मी उत्पन्न होती है, जिसे हटाना होगा।
लीकेज करंट (मैं गिरफ्तार हूं।)
एक आदर्श डायोड में कोई रिवर्स करंट नहीं होना चाहिए। लेकिन वास्तविक p-n संधियों में यह अर्धचालक में अल्पांश आवेश वाहकों की उपस्थिति के कारण होता है। लीकेज करंट की मात्रा तीन कारकों पर निर्भर करती है। जाहिर है, इनमें से सबसे महत्वपूर्ण रिवर्स वोल्टेज है। साथ ही, लीकेज करंट तापमान पर निर्भर करता है - इसकी वृद्धि के साथ, यह काफी बढ़ जाता है। इसके अलावा, यह अर्धचालक सामग्री के प्रकार पर अत्यधिक निर्भर है। इस लिहाज से सिलिकॉन जर्मेनियम से काफी बेहतर है।
लीकेज करंट एक निश्चित रिवर्स वोल्टेज और एक निश्चित तापमान पर निर्धारित होता है। यह आमतौर पर माइक्रोएम्प्स (ΜA) या पिकोएम्प्स (pA) में निर्दिष्ट होता है।
संक्रमण समाई
सभी सेमीकंडक्टर डायोड में जंक्शन कैपेसिटेंस होता है। अवक्षय क्षेत्र दो प्लेटों के बीच एक परावैद्युत अवरोध है जो अवक्षय क्षेत्र के किनारे और बहुसंख्यक आवेश वाहकों वाले क्षेत्र में बनता है। वास्तविक समाई मान रिवर्स वोल्टेज पर निर्भर करता है, जिससे संक्रमण क्षेत्र में परिवर्तन होता है। इसकी वृद्धि से ह्रास क्षेत्र का विस्तार होता है और फलस्वरूप,क्षमता कम कर देता है। इस तथ्य का उपयोग varactors या varicaps में किया जाता है, लेकिन अन्य अनुप्रयोगों, विशेष रूप से RF अनुप्रयोगों के लिए, इस प्रभाव को कम से कम किया जाना चाहिए। पैरामीटर आमतौर पर किसी दिए गए वोल्टेज पर पीएफ में निर्दिष्ट होता है। कई आरएफ अनुप्रयोगों के लिए विशेष कम प्रतिरोध डायोड उपलब्ध हैं।
केस टाइप
उद्देश्य के आधार पर सेमीकंडक्टर डायोड विभिन्न प्रकार और आकार के पैकेज में निर्मित होते हैं। कुछ मामलों में, विशेष रूप से जब सिग्नल प्रोसेसिंग सर्किट में उपयोग किया जाता है, तो पैकेज उस इलेक्ट्रॉनिक तत्व की समग्र विशेषताओं को निर्धारित करने में एक महत्वपूर्ण तत्व होता है। पावर सर्किट में जहां गर्मी अपव्यय महत्वपूर्ण है, पैकेज डायोड के कई सामान्य पैरामीटर निर्धारित कर सकता है। उच्च शक्ति वाले उपकरणों को हीटसिंक से जोड़ने में सक्षम होना चाहिए। सीसे के मामलों में या सरफेस माउंट डिवाइस के रूप में छोटी वस्तुओं का उत्पादन किया जा सकता है।
डायोड के प्रकार
कभी-कभी सेमीकंडक्टर डायोड के वर्गीकरण से परिचित होना उपयोगी होता है। हालांकि, कुछ आइटम कई श्रेणियों से संबंधित हो सकते हैं।
उल्टा डायोड। यद्यपि यह उतना व्यापक रूप से उपयोग नहीं किया जाता है, यह एक प्रकार का पी-एन-प्रकार का तत्व है, जो इसकी क्रिया में सुरंग के समान है। कम ऑन-स्टेट वोल्टेज ड्रॉप की सुविधा है। डिटेक्टरों, रेक्टिफायर और उच्च आवृत्ति स्विच में उपयोग पाता है।
इंजेक्शन ट्रांजिट डायोड। यह अधिक सामान्य हिमस्खलन-उड़ान के साथ बहुत समान है। माइक्रोवेव जनरेटर और अलार्म सिस्टम में उपयोग किया जाता है।
डायोड गन। यह पी-एन-प्रकार से संबंधित नहीं है, लेकिन दो टर्मिनलों के साथ एक अर्धचालक उपकरण है। यह आमतौर पर 1-100 गीगाहर्ट्ज़ रेंज में माइक्रोवेव सिग्नल उत्पन्न करने और परिवर्तित करने के लिए उपयोग किया जाता है।
प्रकाश उत्सर्जक या एलईडी इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के सबसे लोकप्रिय प्रकारों में से एक है। फॉरवर्ड बायस में, जंक्शन से बहने वाली धारा के कारण प्रकाश उत्सर्जित होता है। वे यौगिक अर्धचालकों (जैसे गैलियम आर्सेनाइड, गैलियम फॉस्फाइड, इंडियम फॉस्फाइड) का उपयोग करते हैं और विभिन्न रंगों में चमक सकते हैं, हालांकि वे मूल रूप से केवल लाल रंग तक ही सीमित थे। कई नए विकास हैं जो प्रदर्शित करने के तरीके को बदल रहे हैं और उत्पादित किए जा रहे हैं, OLED एक उदाहरण है।
फोटोडायोड। प्रकाश का पता लगाने के लिए उपयोग किया जाता है। जब एक फोटॉन पी-एन जंक्शन से टकराता है, तो वह इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों का निर्माण कर सकता है। फोटोडायोड्स आमतौर पर रिवर्स बायस परिस्थितियों में काम करते हैं, जहां प्रकाश द्वारा उत्पन्न छोटी धाराओं का भी आसानी से पता लगाया जा सकता है। फोटोडायोड्स का उपयोग बिजली उत्पन्न करने के लिए किया जा सकता है। कभी-कभी पिन-प्रकार के तत्वों को फोटोडेटेक्टर के रूप में उपयोग किया जाता है।
पिन-डायोड। इलेक्ट्रॉनिक तत्व का नाम अर्धचालक डायोड के उपकरण का अच्छी तरह से वर्णन करता है। इसमें मानक पी- और एन-प्रकार के क्षेत्र हैं, लेकिन उनके बीच अशुद्धियों के बिना एक आंतरिक क्षेत्र है। इसमें ह्रास क्षेत्र के क्षेत्रफल को बढ़ाने का प्रभाव है, जो स्विचिंग के साथ-साथ फोटोडायोड्स आदि में भी उपयोगी हो सकता है।
मानक पी-एन-जंक्शन को सामान्य माना जा सकता हैया मानक प्रकार का डायोड जो आज उपयोग में है। उनका उपयोग आरएफ या अन्य कम वोल्टेज अनुप्रयोगों के साथ-साथ उच्च वोल्टेज और उच्च शक्ति रेक्टिफायर में किया जा सकता है।
शोट्की डायोड। उनके पास मानक पी-एन-प्रकार सिलिकॉन अर्धचालकों की तुलना में कम आगे वोल्टेज ड्रॉप है। कम धाराओं पर, यह 0.15 से 0.4 वी तक हो सकता है, और 0.6 वी नहीं, जैसा कि सिलिकॉन डायोड के साथ होता है। ऐसा करने के लिए, उन्हें हमेशा की तरह नहीं बनाया जाता है - वे धातु-अर्धचालक संपर्क का उपयोग करते हैं। वे व्यापक रूप से लिमिटर, रेक्टिफायर और रेडियो उपकरण के रूप में उपयोग किए जाते हैं।
चार्ज संचय के साथ डायोड। यह एक प्रकार का माइक्रोवेव डायोड है जिसका उपयोग बहुत उच्च आवृत्तियों पर दालों को उत्पन्न करने और आकार देने के लिए किया जाता है। इसका संचालन बहुत तेज ट्रिपिंग विशेषता पर आधारित है।
लेजर डायोड। यह सामान्य प्रकाश उत्सर्जक से भिन्न होता है क्योंकि यह सुसंगत प्रकाश उत्पन्न करता है। लेज़र डायोड का उपयोग कई उपकरणों में किया जाता है, डीवीडी और सीडी ड्राइव से लेकर लेज़र पॉइंटर्स तक। वे अन्य प्रकार के लेज़रों की तुलना में बहुत सस्ते हैं, लेकिन एल ई डी की तुलना में काफी अधिक महंगे हैं। उनके पास सीमित सेवा जीवन है।
सुरंग डायोड। हालाँकि आज इसका व्यापक रूप से उपयोग नहीं किया जाता है, लेकिन इसका उपयोग पहले एम्पलीफायरों, ऑसिलेटर्स और स्विचिंग डिवाइसेस, ऑसिलोस्कोप टाइमिंग सर्किट में किया जाता था, जब यह अन्य तत्वों की तुलना में अधिक कुशल था।
Varactor या varicap। कई आरएफ उपकरणों में उपयोग किया जाता है। इस डायोड के लिए, रिवर्स बायस लागू वोल्टेज के आधार पर कमी परत की चौड़ाई को बदलता है। इस विन्यास में यहएक कमी क्षेत्र के साथ एक संधारित्र के रूप में कार्य करता है जो एक इन्सुलेट ढांकता हुआ और प्रवाहकीय क्षेत्रों द्वारा गठित प्लेटों के रूप में कार्य करता है। वोल्टेज नियंत्रित थरथरानवाला और आरएफ फिल्टर में प्रयुक्त।
जेनर डायोड। यह एक बहुत ही उपयोगी प्रकार का डायोड है क्योंकि यह एक स्थिर संदर्भ वोल्टेज प्रदान करता है। इसके कारण जेनर डायोड का प्रयोग भारी मात्रा में होता है। यह रिवर्स बायस स्थितियों के तहत काम करता है और एक निश्चित संभावित अंतर तक पहुंचने पर टूट जाता है। यदि करंट एक प्रतिरोधक द्वारा सीमित है, तो यह एक स्थिर वोल्टेज प्रदान करता है। बिजली की आपूर्ति को स्थिर करने के लिए व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। जेनर डायोड में 2 प्रकार के रिवर्स ब्रेकडाउन होते हैं: जेनर का अपघटन और प्रभाव आयनीकरण।
इस प्रकार, विभिन्न प्रकार के सेमीकंडक्टर डायोड में कम शक्ति और उच्च शक्ति अनुप्रयोगों के लिए तत्व शामिल होते हैं, जो कम आगे वोल्टेज ड्रॉप और चर समाई के साथ प्रकाश का उत्सर्जन और पता लगाते हैं। इसके अलावा, कई किस्में हैं जिनका उपयोग माइक्रोवेव तकनीक में किया जाता है।
