DIODE

diode1.png
het algemeen gebruikte symbool voor diode in schakelingen, op finimuis.nl is dit symbool ook in gebruik.

diode1b.pngdiode1c.png
In schakelingen kan een diode ook volgens beide bovenstaande afbeeldingen weergegeven worden, in beide gevallen betreft ook dit een diode

Een diode is een elektronisch onderdeel dat de elektrische stroom zeer goed in één richting geleidt, maar praktisch niet in de andere richting.
Een diode functioneert in de meest eenvoudige voorstelling als het ware als een elektronisch terugslagventiel. De geleidende richting noemt men de doorlaatrichting en de andere richting de sperrichting.

diode1a.png
Op de afbeeldig hierboven ziet u aangegeven dat een diode, voorzien is van twee aansluitdraden welke anode en kathode genoemd worden.
de doorlaatrichting loopt in de pijlrichting van anode naar kathode
.

De katode is bij nagenoeg alle diodes als een zwarte of witte ring herkenbaar. Bij twijfel, raadpleeg de datasheet van de fabrikant.


in de doorlaatrichting van een diode gaat stroom vloeien wanneer de spanning over de diode een bepaalde waarde heeft bereikt.
Pas boven deze waarde gaat de diode zich als een laagohmige weerstand gedragen.
Deze doorlaatspanning is afhankelijk van het materiaal-type(germanium, silicium) van de diode, waarover verderop meer.

Diodes worden soms ook gelijkrichters genoemd omdat ze gebruikt kunnen worden voor het omzetten van een wisselstroom in een gelijkstroom.
Men onderscheidt daarbij enkelfasige gelijkrichting en meerfasige gelijkrichting.

Ontwikkeling van de Diode

De eerste diodes waren radiobuizen in de vorm van een vacuümdiode.
schemadiodebuis.pngez80buis.pngdiodeschemabuis.png
Op de afbeeldig hierboven ziet u links een schematische voorstelling van een vacuümdiode, dan in het midden een fysieke uitvoering van de EX80 buis die is gebasseerd op de vacuümdiode en rechts de tekentechnische-weergave in een schakeling.

De vacuümdiode-buizen gebruikten het effect van de emissie van elektronen rond een gloeidraad.
In een normale gloeilamp werd een extra elektrode geplaatst, anode genaamd, die de vrije elektronen elektrostatisch kon aantrekken en opvangen.
Omdat de elektronen alleen van de gloeidraad naar de anode kunnen vloeien en niet omgekeerd, werkt deze constructie als diode.

Deze combinatie van gloeidraad en elektrode werd in 1904 uitgevonden door John Ambrose Fleming, de wetenschappelijke adviseur van de Marconi Company en was gebaseerd op een observatie van Thomas Edison.
Alhoewel de vacuümdiode nog steeds voor speciale toepassingen wordt gebruikt, zijn de meeste diodes tegenwoordig halfgeleiderdiodes.
Een dergelijke diode bestaat uit een N-gedoteerd gebied, direct grenzend aan een P-gedoteerd gebied, waardoor er een PN-overgang ontstaat met de gewenste diode-eigenschap.

DOTEREN omvat het inbrengen van onzuiverheden in een materiaal om de materiaaleigenschappen te veranderen, bijvoorbeeld: elementen uit de stikstofgroep toevoegen aan silicium geeft een N-overgang en elementen uit de boorgroep toevoegen aan silicium geeft een P-overgang.

Werking van de Diode

Een diode combineert door middel van een speciale bereidingsmethode een N-type en P-type halfgeleider.
De twee halfgeleiders zijn elektrisch neutraal.

Ten gevolge van het ladingsgradiënt aan het contactoppervlak gaan de ladingen diffunderen door de grenslaag.
De vrije elektronen van het N-type halfgeleider gaan diffunderen naar het P-type.
Gelijktijdig diffunderen de gaten uit het P-type met de vrije elektronen door de grenslaag naar het N-type.
Door deze diffusie ontstaat er als gevolg van de diffusiespanning tussen beide materialen een elektrisch veld dat verdere diffusie tegenwerkt.
Er ontstaat een dynamisch evenwicht tussen het aantal gaten in het P-type en het aantal vrije elektronen in het N-type.
Hierdoor wordt er een barrière tussen de twee halfgeleiders gecreëerd die de verdere overgang van gaten uit het P-type en elektronen uit het N-type verhindert.
Om van zo'n grenslaag af te komen, moeten de vrije elektronen aan de N-type-zijde van de diode naar de P-type zijde kunnen migreren en het omgekeerde met de gaten.
P-type-zijde met de positieve zijde verbonden en de N-type-zijde met de negatieve zijde van eenzelfde elektrische circuit.
De zin van het aangelegd veld E2 is nu tegengesteld aan E1. De sterkte van dit veld overtreft dat van E1 en hierdoor kan de barrière voor de overgang van gaten en elektronen worden opgeheven.
De vrije elektronen uit het N-type komen in het P-type en verlaten de halfgeleider.

Een elektrische stroom kan door de kring vloeien doordat de gaten en vrije elektronen voortdurend worden aangevuld.
Hoe groter de aangelegde spanning, hoe verder de barrière kan worden verlaagd en hoe meer stroom er kan vloeien.
De stroom kan dus slechts vloeien als de barrière, gevormd door diffusie van gaten en elektronen, kan worden overwonnen.
Wanneer de polen van de spanningsbron worden omgedraaid, dan wordt ook het aangelegde veld E2 tegengesteld van zin en zal het dezelfde zin hebben als E1.
Hierdoor worden de vrije elektronen aangetrokken door de positieve pool en de gaten door de negatieve pool.
De elektronen en de gaten worden uiteengeduwd en ontstaat er een steeds groeiende barrière tussen de twee halfgeleiders.
Hierdoor kan er geen stroom meer vloeien door de diode.
De diode kan dus maar in één richting worden doorstroomd: een doorlaatrichting en een sperrichting zijn het gevolg.

diodekar.png
Op de afbeelding hierboven, ziet u links de stroomloop door de eerder besproken P/N-overgang. Daaronder het diode-symbool met de aansluiting-benamingen Anode en Kathode. Geheel onderaan een fysieke uitvoering van een diode met de via een zwarte ring aangeduide Kathode. Op de afbeelding ziet u rechts de diode spanning/stroom-karakteristiek, waarin de oplopende stroom zichtbaar is.

De hierboven besproken en meest bekende uitvoering van de diode, noemt men ook wel gelijkrichtdiode.
hieronder staan enige voorbeelden van dit type diode:

1N4148.png
Hierboven de veel gebruikte 1N4148 diode in een reguliere DO35-omhulling, welke geschikt is voor een maximale spanning van 100 Volt waarbij er onder normale omstandigheden 200 milliAmpére stroom verwerkt kan worden. De zwarte ring(links) op de behuizing geeft de Kathode-aansluiting weer.

1N4001.png
Hierboven de veel gebruikte 1N4001 diode in een reguliere DO41-omhulling, welke geschikt is voor een maximale spanning van 50 Volt waarbij er onder normale omstandigheden 1 Ampére stroom verwerkt kan worden.
Wellicht bent u andere dioden uit de 1N4000-serie tegengekomen, de verschillen zitten in de maximale spanning. Zie onderstaande tabel:
Verklaring gebruikte termen, in de tabel.
VR = maximale gelijkspanning sperspanning in Volt.
VR(RMS) = maximale wisselspanning sperspanning in Volt.
Codering 1N4001 1N4002 1N4003 1N4004 1N4005 1N4006 1N4007
VR 50 100 200 400 600 800 1000
VR(RMS) 35 70 140 280 420 560 700

Uitleg: aangaande de in bovenstaande tabel weergeven VR en VR(RMS) spanningsverschillen.
Wanneer u op de datasheet klikt, ziet u dat er twee SPERSPANNINGEN(reverse voltage) gespecificeerd zijn. Namelijk een PIEK(peak) en een RMS-spanning. Beide spanningen refereren naar een 60- of 50-Hertz wisselspanning, omdat dit de beste omstandigheden zijn om de sperspanning te bepalen.
Aangezien we over wisselspanning spreken, is de RMS(Root Mean Square) de vervangende gelijkspanning van het wisselspanning-signaal ten tijde van actief vermogen.
Wanneer u naar de beide spanningen kijkt, ziet u dat de RMS- spanning gelijk is aan de Piek-spanning gedeeld door Vierkantwortel 2. Hetgeen neerkomt op 50 / 1,4142 = 35,36 Volt.
Daarom zal een diode voor 35 Volt RMS wisselspanning een piek van 50 Volt zal hebben, waardoor de 1N4001 dan snel zal verbranden, omdat het maxium toelaatbare bereikt is.
Onderstaande tekening geeft bovenstaande duidelijk weer.
diodesinus.png

1N5408.png
Hierboven een 1N5408 diode in een reguliere DO201-omhulling, welke geschikt is voor een maximale spanning van 1000 Volt waarbij er onder normale omstandigheden 3 Ampére stroom verwerkt kan worden.
Voor diodes uit de 1N5400- serie is hetzelfde van toepassing als bij de 1N4000- serie volgens onderstaande tabel:
Codering 1N5400 1N5401 1N5402 1N5404 1N5406 1N5407 1N5408
VR 50 100 200 400 600 800 1000
VR(RMS) 35 70 140 280 420 560 700


1N1190R.png
Hierboven de 1N1190R diode in een DO-5(DO-203AB)-omhulling, welke geschikt is voor een maximale spanning van 600 Volt waarbij er onder normale omstandigheden 35 Ampére stroom werwerkt kan worden.

Naast de veel gebruikte gelijkricht-dioden bestaan er ook (hieronder weergeven) dioden met speciale eigenschappen.

De doorlaatspanning van de DIODE.

Zoals eerder aangegeven heeft iedere diode een doorlaatspanning, waarbij de materiaalkeuze (germanium, silicium) en de uitvoering van de diode van belang zijn.
De doorlaatspanning is een aanduiding voor de spanning over een halfgeleiderdiode in normaal -geleidend- bedrijf, zij wordt vaak aangeduid met UF (U forward).
Voor een diode van Silicium is de doorlaatspanning doorgaans ongeveer 0,7 Volt, voor een diode van Germanium is dit circa 0,3 Volt.
Vanwege dit relatief grote verschil in doorlaatspanning worden hierdoor in sommige schakelingen op finimuis.nl dioden toegepast, welke als basis-materiaal uit Germanium bestaan. De verkrijgbaarheid van Germanium-dioden kan lastig zijn, echter vervang NOOIT een Germanium-diode zo maar door een Silicium-diode.

Codering van diodes.

Zoals eerder aangegeven, bevat een diode 1 zogenaamde PN-overgang hierdoor valt de onder de zogenaamde Halfgeleiders.
De fabrikage en ontwikkeling van halfgeleiers heeft in een dusdanig hoog tempo plaatsgevonden, dat er naast diodes als snel halgeleiders met 2, 3 of meer PN-overgangen geproduceerd werden.

Omdat er al vrij snel wereldwijd diverse fabrikanten halgeleider dioden gingen produceren, waarbij iedere fabrikant een eigen codering ging gebruiken.
en er ook bijna tegelijkertijd Transistoren (worden in een eigen hoofdstuk besproken) die 2 zogenaamde PN-overgangen bezitten op de markt gebracht zijn met ook verschillende eigen-coderingen.
En later de MOSFET-transistoren en Optische koppelaars ook door meerdere fabrikanten zijn gemaakt en van een eigen-codering voorzien.

Zult u begrijpen dat er voor de producenten van elektronica, een enorme warboel ontstond met meedere coderingen voor soorgelijke componenten.
Om bovenstaande reden, zijn er al vrij snel Internationale standaarden ontwikkeld.

JEDEC: Amerikaanse codering opgesteld door de Joint Electronic Device Engineering Council. De JEDEC-code levert ondermeer de bekende diode code als 1N4148 op.
JIS: Japanse codering, opgesteld door de Japanese Industrial Standard. De JIS-code zadelt de wereld op met de diode zoals 1SS133.
Pro-electron: Europese standaard codering. De Pro-electron code levert een diode met de benaming als BA159G op.

Hieronder worden de 3 bovengenoemde standaarden/coderingen verklaard, LET OP: deze codering voor voor meerde soorten Halfgeleiders toegepast, en niet alleen voor diodes.

de JEDEC-codering:

De samenstelling van de codering: CIJFER - N - Serienummer - (eventueel achtervoegsel)
Het cijfer geeft het aantal PN-overgangen van de halfgeleider aan volgens onderstaande tabel:

Aantal PN-overgangen Het soort halfgeleider
1 DIODE
2 Bipolaire TRANSISTOR
3 (dual gate) MOSFET
4 OPTISCHE KOPPELAAR (LED + fototransistor)

De letter N welke direct na het cijfer komt is bij JEDEC altijd een N.

Het serienummer welke na de letter N komt kan liggen tussen 100 tot en met 9999 en geeft u geen extra informatie over het component

Als laatste kan er (met name bij transistoren) een achtervoegsel worden gebruikt om de stroomversterking(hFE) aan te geven volgens onderstaande tabel:

LETTER Mate van versterking
A LAGE
B MIDDELMATIG
C HOGE

Paktijk voorbeelden, een 1N914 is een Diode.
Een 2N2222A is een Transistor met een lage stroomversterking(Hfe).
Een 3N128 is een N-kanaal Veldeffect transistor op Silicium basis.
Een 4N27 is een Optische koppelaar (bevattende een infrarood LED en een Fototransistor.

de JIS-codering:

De samenstelling van de codering: CIJFER - 2 LETTERS - Serienummer - (eventueel achtervoegsel)
Het cijfer geeft het aantal PN-overgangen van de halfgeleider aan volgens onderstaande tabel:

Aantal PN-overgangen Het soort halfgeleider
1 DIODE
2 TRANSISTOR
3 (dual gate) MOSFET

De 2 letters welke direct na het cijfer volgen geven bij JIS het toepassingsgebied aan, volgens onderstaande tabel:
Letters Toepassingsgebied
SA PNP-type hoogfrequent transistor
SB PNP-type audio transistor
SC NPN-type hoogfrequent transistor
SD NPN-type audio transistor
SE Diode algemeen
SF Thyristor
SG GUNN diode
SH UniJunction-transistor
SJ P-kanaal Field Effect Transistor of MOSFET
SK P-kanaal Field Effect Transistor of MOSFET
SM Triac
SQ Light Emitting Diode (LED)
SR Gelijkricht diode
SS Signaal diode
ST Avalance(lawine) diode
SV Varicap diode
SZ Zener diode

Het serienummer welke na de twee letter komt kan liggen tussen 10 tot en met 9999 en geeft u geen extra informatie over het component
Het eventuele achtervoegsel (welke niet verplicht is), heeft te maken met de goedkeuring voor bijvoorbeeld Militaire toepassingen.

LET OP:

omdat codering van Japanse componenten altijd met 2S begint, kan dit soms worden weggelaten bij het stempelen. Een 2SC380 transistor bijvoorbeeld, kan als C380 zijn gestempeld.

2sc945.png
Hierboven een 2SC945 component, welke gestempeld is volgens de JIS-codering met de weggelaten 2S aanduiding.

Paktijk voorbeelden, een 1S299 is een zenerDiode.
Een 2SA19 is een PNP-type hoogfrequent transistor.
Een 2SK1024-01 is een N-kanaal silicium Vermogen MOSFET transistor.

de Pro-Electron-codering:

De samenstelling van de codering: LETTER - LETTER - (soms)LETTER - Serienummer - (eventueel achtervoegsel)
De eerste letter geeft het materiaal weer, waauit de halfgeleider opgebouwd is, volgens onderstaande tabel:

Letter Soort materiaal
A Germanium, met een doorlaatspanning van 0,6 tot 1,0 Volt.
B Silicium, met een doorlaatspanning van 1,0 tot 1,3 Volt
C Gallium arsenide, met een doorlaatspanning van meer dan 1,3 Volt
R Materialen voor fotogevoelige en magnetisch gevoelige halfgeleiders, bijvoorbeeld cadmium sulfide

De tweede letter geeft informatie over het toepassingsgebied van het component, volgens onderstaande tabel:

Letter Toepassing
A Algemene laagvermogen diode voor hoogfrequent toepassingen, mengschakelingen en schakeltoepassingen
B Diode met veranderlijke capaciteit, varicap
C Klein signaal transistor voor audio toepassingen met thermische weerstand groter dan 15 °K/W
D Vermogenstransistor voor audio toepassingen met thermische weerstand kleiner dan 15 °K/W
E Tunnel diode
F Klein signaal hoogfrequent transistor met thermische weerstand groter dan 15 °K/W
G Diode voor hoogfrequente oscillatie- toepassingen
H Component dat reageert op variaties in een magnetisch veld, zoals Hall-elementen
L Vermogenstransistor voor hoogfrequent toepassingen met thermische weerstand kleiner dan 15 °K/W
N Optische koppelaar (optocoupler)
P Component dat gevoelig is voor straling
Q Diode die straling uitzendt, zoals een Light Emitting Diode (LED)
R Laagvermogen thyristor of triac met thermische weerstand groter dan 15 °K/W
T Hoogvermogen thyristor of triac met thermische weerstand kleiner dan 15 °K/W
U Hoogvermogen transistor voor schakel toepassingen met thermische weerstand kleiner dan 15 °K/W
X Diode als vermenigvuldiger gebruikt, bijvoorbeeld een varactor
Y Vermogensdiode, zoals gelijkrichter en booster
Z Zenerdiode, referentiediode, spanningsbegrenzende diode

De(eventuele) 3e letter ,geeft aan dat de halfgeleider ontwikkeld is voor professionele of militaire toepassingen.Hiervoor worden de letters S, T, V, W, X, Y of Z gebruikt waarbij geen verklaring te vinden is voor de keuze van een bepaalde letter.

Het serienummer welke na de letter(s) komt kan liggen tussen 10 tot en met 9999 en geeft u geen extra informatie over het component.
Het eventuele achtervoegsel welke NA het serienummer komt, bestaat uit één letter die informatie geeft over de stroomversterking Hfe van de transistor of de tolerantie van een zenerdiode, volgens onderstaande tabel:

Letter Voor bipolaire transistoren Voor unipolaire transistoren Voor zenerdioden
A versterking hFE tussen 100 en 260 drainstroom tussen 2 en 7 milliAmpére tolerantie +/- 1%
B versterking hFE tussen 250 en 500 drainstroom tussen 6 en 15 milliAmpére tolerantie +/- 2%
C versterking hFE tussen 450 en 900 drainstroom tussen 12 en 25 milliAmpére tolerantie +/- 5%
D - - tolerantie +/- 10%

Paktijk voorbeelden, een AA119 is een germanium laag-vermogen/signaal diode.
Een BB104 is een silicium 2-42 pF dubbele Varicap-diode.
Een BAT18 is een silicium vlakke hoge prestaties band- schakel diode
Een BY127 is een silicium gelijkricht diode voor maximaal 1250 Volt en 1 Ampére.
Een BZY88-C2V7 is een silicium zenerdiode met een zenerspanning van 2,7 Volt geschikt voor 500 milliWatt vermogen.
De bovenstaande VARICAP en ZENER dioden, worden ieder besproken in een apart hoofdstuk op de Diode-pagina.

Voor detail-informatie, kunt u via een zoekmachine voor nagenoeg iedere diode of vacuümdiode(buis) datasheet-informatiebladen vinden.


Laatste update : 26 oktober 2014


Terug naar de Diode en dergelijke pagina

Terug naar Component informatie

Terug naar Startpagina

Email aan Finimuis.nl