Содержание
Полупроводниковый диод – устройство и принцип действия
«06» декабря 2021 г.
Принцип действия диода заключается в способности пропускать ток в определенном направлении.
Устройство диода подразумевает наличия в нем двух зон:
- анода «+»;
- катода «-«.
По физическим принципам, положенным в основу работы диодов их можно разделить на:
- полупроводниковые;
- вакуумные.
Для первого типа рабочей средой является полупроводниковый материал с различными добавками, например, кремний или германий.
В вакуумных ток возникает за счет эмиссии электронов с катода, все процессы происходят, извините за тавтологию, в вакууме. В настоящее время практически везде применяются полупроводниковые диоды.
Устройство и принцип работы будет рассмотрен на примере выпрямительного диода (есть и другие типы, но этот встречается чаще).
Обозначение полупроводникового диода (рис.1а).
Анод на схеме условно обозначается треугольником, катод – поперечной чертой, проходящей через вершину и параллельной основанию.
Само обозначение способно подсказать порядок подключения: треугольник вершиной смотрит в направлении прямого тока. Направление тока принято считать от «плюса» к «минусу».
ВИДЫ ВКЛЮЧЕНИЯ ДИОДА
Прямое.
Прямым включением считается подключение «+» к аноду (рис. 1б). При этом основными являются такие характеристики как прямые ток Iпр и напряжение Uпр.
Кстати, Uпр – это падение напряжения на диоде, оно достаточно стабильно и для большинства кремниевых исполнений составляет 0,7-1,2 В. Подробнее про это поговорим при рассмотрении вольт амперной характеристики (ВАХ).
Ток же определяется сопротивлением нагрузки и характеризуется номинальным и максимально допустимым значениями.
Первый – это рабочий, при превышении второго диод выходит из строя. Это называется «пробой». При пробое полупроводниковый прибор утрачивает свойство односторонней проводимости и ток через него может течь в любом направлении.
Различают два вида пробоя:
- электрический;
- тепловой.
Электрический пробой обратим и при снижении тока до нормальных значений работоспособность восстанавливается.
При тепловом устройство идет «на выброс». Электрический пробой по истечении определенного времени может перейти в тепловой. Кстати, выход диода из строя в результате теплового пробоя происходит за счет перегрева кристалла и изменения его свойств.
Обратное.
При обратном включении на анод подается «минус», а на катод «плюс» (рис.1в).
Ток и напряжение, характеризующие этот режим работы называют обратными. В этом случае ток Iобр достаточно мал (доли миллиампер), а напряжение может изменяться в широких пределах, поскольку прикладывается оно с внешней стороны и все зависит от нас, сколько мы туда «закачаем».
Но при достижении максимального значения обратного напряжения, определяемого характеристиками диода опять же происходит пробой.
ВОЛЬТ АМПЕРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИОДА
Вольт амперная характеристика показывает зависимость ток от напряжения на выводах полупроводникового диода.
Она индивидуальная и зависит не только от назначения (технологии) прибора (выпрямительные, туннельные, Шоттки и т.д.), но и от его типа в пределах функционального назначения. Например, разные типы выпрямительных диодов будут иметь, пусть отличающиеся ВАХ.
Поэтому представленная на рис.2 характеристика предназначена исключительно для иллюстрации принципа действия диода.
Правый верхний квадрант иллюстрирует работу в прямом подключении, левый нижний – в обратном.
Обратите внимание на несколько характерных точек.
Напряжение открытия Uотк.
Это уже упоминавшиеся 07-1,2 Вольта. Пока напряжение не достигнет этой величины ток, даже в прямом включении будет мал.
После открывания значительный рост тока заметного влияния на увеличения напряжения на диоде не оказывает.
Ток пробоя Iпр.
В этой точке происходит электрический пробой и диод перестает работать в штатном режиме.
В принципе про это написано выше, так что я просто конспективно остановлюсь на этих характеристиках применительно к графику.
Напряжение пробоя Uпроб.
Обратное напряжение, вызывающее выход полупроводникового диода из строя. Обратите внимание, до достижения этого значения обратный ток увеличивается незначительно, а потом нарастает лавинообразно.
Итак, здесь рассмотрены только основные характеристики, определяющие принцип работы.
Существует еще множество других: температурные, частотные и пр., но это уже относится к области углубленного изучения вопросов применения полупроводниковых диодов для различных схемотехнических решений.
Для построения и реализации простых задач приведенной информации начинающему будет достаточно. В качестве примера давайте покажу реальную схему.
ПРОСТАЯ СХЕМА НА ПОЛУПРОВОДНИКОВОМ ДИОДЕ
Представьте, что имеется какое то устройство с питанием от батареек, например, радиоприемник. Для их экономии при наличии поблизости электрической сети хотелось бы подключать внешний блок питания.
Задача:
при отсутствии штатной возможности реализовать автоматический переход на внешний блок при его подключении и наоборот – переключение на питание от батарей при отключении адаптера.
Схема проста до смешного (рис.3).
Первоначально имеем приемник (ПР) и элемент питания (GB) – рис. 3а.
В разрыв цепи питания (А-Б) ставим диод (любой выпрямительный на напряжение не меньше 20 В и ток, например, 100 мА).
В точке Б подключаем разъем для подачи «+» с блока питания (БП), минус подключаем на общий провод «0». Напряжение блока питания и батарей должны быть одинаковы. Получаем схему рис. 3б.
Как это работает.
При отсутствии внешнего напряжения диод находится в открытом состоянии и ток от встроенных элементов поступает на приемник. Обратите внимание, на диоде мы при этом потеряем 0,7-1,2 Вольта – кто внимательно читал статью вопросов иметь не должен.
Как правило, такая потеря на работоспособности приемника не сказывается.
При подключении внешнего блока напряжение в точке Б становится равным 9 В, так же как и в точке А. Диод закрывается, так как не обеспечивается необходимое напряжение открывания (см. ВАХ). Батареи отключаются, питание поступает с адаптера.
Отключите его – диод откроется и подключит батарею, принцип прост.
Кстати, таким образом можно реализовать автоматический переход на резервное питание любого слаботочного устройства. При пропадании сетевого напряжения блок отключится и питание пойдет от резервного источника GB.
Недостаток только один – данная схема не обеспечивает автоматическую подзарядку, если в качестве резерва используется аккумулятор.
* * *
© 2014-2022 г.г. Все права защищены.
Материалы сайта имеют ознакомительный характер, могут выражать мнение автора и не подлежат использованию в качестве руководящих и нормативных документов.
Принцип работы полупроводникового диода
Полупроводниковый диод — полупроводниковый прибор, в широком смысле — электронный прибор, изготовленный из полупроводникового материала, имеющий два электрических вывода (электрода). В более узком смысле — полупроводниковый прибор, во внутренней структуре которого сформирован один p-n-переход.
Диод — самый простейший по устройству в славном семействе полупроводниковых приборов. Если взять пластинку полупроводника, например германия, и в его левую половину ввести акцепторную примесь, а в правую донорную, то с одной стороны получится полупроводник типа P, соответственно с другой типа N. В середине кристалла получится, так называемый P-N переход, как показано на рисунке 1.
На этом же рисунке показано условное графическое обозначение диода на схемах: вывод катода (отрицательный электрод) очень похож на знак «-». Так проще запомнить.
Всего в таком кристалле две зоны с различной проводимостью, от которых выходят два вывода, поэтому полученный прибор получил название диод, поскольку приставка «ди» означает два.
В данном случае диод получился полупроводниковый, но подобные устройства были известны и раньше: например в эпоху электронных ламп был ламповый диод, называвшийся кенотрон. Сейчас такие диоды ушли в историю, хотя приверженцы «лампового» звука считают, что в ламповом усилителе даже выпрямитель анодного напряжения должен быть ламповым!
Рисунок 1.
Строение диода и обозначение диода на схеме
На стыке полупроводников с P и N проводимостями получается P-N переход (P-N junction), который является основой всех полупроводниковых приборов. Но в отличии от диода, у которого этот переход лишь один, транзисторы имеют два P-N перехода, а, например, тиристоры состоят сразу из четырех переходов.
P-N переход в состоянии покоя
Даже если P-N переход, в данном случае диод, никуда не подключен, все равно внутри него происходят интересные физические процессы, которые показаны на рисунке 2.
Рисунок 2. Диод в состоянии покоя
В области N имеется избыток электронов, она несет в себе отрицательный заряд, а в области P заряд положительный. Вместе эти заряды образуют электрическое поле. Поскольку разноименные заряды имеют свойство притягиваться, электроны из зоны N проникают в положительно заряженную зону P, заполняя собой некоторые дырки. В результате такого движения внутри полупроводника возникает, хоть и очень маленький (единицы наноампер), но все-таки ток.
В результате такого движения возрастает плотность вещества на стороне P, но до определенного предела. Частицы обычно стремятся распространяться равномерно по всему объему вещества, подобно тому, как запах духов распространяется на всю комнату (диффузия), поэтому, рано или поздно, электроны возвращаются обратно в зону N.
Если для большинства потребителей электроэнергии направление тока роли не играет, — лампочка светится, плитка греется, то для диода направление тока играет огромную роль. Основная функция диода проводить ток в одном направлении. Именно это свойство и обеспечивается P-N переходом.
Далее рассмотрим, как ведет себя диод в двух возможных случаях подключения источника тока.
Включение диода в обратном направлении
Если к полупроводниковому диоду подключить источник питания, как показано на рисунке 3, то ток через P-N переход не пройдет.
Рисунок 3. Обратное включение диода
Как видно на рисунке, к области N подключен положительный полюс источника питания, а к области P – отрицательный.
В результате электроны из области N устремляются к положительному полюсу источника. В свою очередь положительные заряды (дырки) в области P притягиваются отрицательным полюсом источника питания. Поэтому в области P-N перехода, как видно на рисунке, образуется пустота, ток проводить просто нечем, нет носителей заряда.
При увеличении напряжения источника питания электроны и дырки все сильней притягиваются электрическим полем батарейки, в области же P-N перехода носителей заряда остается все меньше. Поэтому в обратном включении ток через диод не идет. В таких случаях принято говорить, что полупроводниковый диод заперт обратным напряжением.
Увеличение плотности вещества около полюсов батареи приводит к возникновению диффузии, — стремлению к равномерному распределению вещества по всему объему. Что и происходит при отключении элемента питания.
Обратный ток полупроводникового диода
Вот здесь как раз и настало время вспомнить о неосновных носителях, которые были условно забыты.
Дело в том, что даже в закрытом состоянии через диод проходит незначительный ток, называемый обратным. Этот обратный ток и создается неосновными носителями, которые могут двигаться точно так же, как основные, только в обратном направлении. Естественно, что такое движение происходит при обратном напряжении. Обратный ток, как правило, невелик, что обусловлено незначительным количеством неосновных носителей.
С повышением температуры кристалла количество неосновных носителей увеличивается, что приводит к возрастанию обратного тока, что может привести к разрушению P-N перехода. Поэтому рабочие температуры для полупроводниковых приборов, — диодов, транзисторов, микросхем ограничены. Чтобы не допускать перегрева мощные диоды и транзисторы устанавливаются на теплоотводы – радиаторы.
Включение диода в прямом направлении
Показано на рисунке 4.
Рисунок 4. Прямое включение диода
Теперь изменим полярность включения источника: минус подключим к области N (катоду), а плюс к области P (аноду).
При таком включении в области N электроны будут отталкиваться от минуса батареи, и двигаться в сторону P-N перехода. В области P произойдет отталкивание положительно заряженных дырок от плюсового вывода батареи. Электроны и дырки устремляются навстречу друг другу.
Заряженные частицы с разной полярностью собираются около P-N перехода, между ними возникает электрическое поле. Поэтому электроны преодолевают P-N переход и продолжают движение через зону P. При этом часть из них рекомбинирует с дырками, но большая часть устремляется к плюсу батарейки, через диод пошел ток Id.
Этот ток называется прямым током. Он ограничивается техническими данными диода, некоторым максимальным значением. Если это значение будет превышено, то возникает опасность выхода диода из строя. Следует, однако, заметить, что направление прямого тока на рисунке совпадает с общепринятым, обратным движению электронов.
Можно также сказать, что при прямом направлении включения электрическое сопротивление диода сравнительно небольшое.
При обратном включении это сопротивление будет во много раз больше, ток через полупроводниковый диод не идет (незначительный обратный ток здесь в расчет не принимается). Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что диод ведет себя подобно обычному механическому вентилю: повернул в одну сторону — вода течет, повернул в другую — поток прекратился. За это свойство диод получил название полупроводникового вентиля.
Чтобы детально разобраться во всех способностях и свойствах полупроводникового диода, следует познакомиться с его вольт – амперной характеристикой. Также неплохо узнать о различных конструкциях диодов и частотных свойствах, о достоинствах и недостатках.
Ранее ЭлектроВести писали, что два больших проекта систем накопления энергии (СНЭ) на юге Техаса в США общей номинальной мощностью 200 МВт будут реализованы на основе технологий Wärtsilä. Накопители будут соединены непосредственно с системой передачи электроэнергии как самостоятельные участники рынка.
Компания Wärtsilä также подписала сервисное соглашение с гарантированными на 10 лет эксплуатационными показателями.
По материалам: electrik.info.
Принципы работы диода — Производство печатных плат и сборка печатных плат
Проектирование печатных плат — сложная задача, которую невозможно решить без соответствующих инструментов. Две основные причины — неспособность. Один из них заключается в том, чтобы точно просмотреть конструкцию печатной платы и точно удалить детали. В результате большая часть проектирования печатных плат застревает в процессе проб и ошибок без четкого решения.
Все эти проблемы из-за того, что схемы обнаружения диодов аналоговые от одного прибора. Таким образом, понимание того, как они работают, и применение их в работе является сегодня наиболее важным элементом эффективного проектирования печатных плат.
Это означает, что у проектировщиков нет абсолютного способа найти правильный тип диодной схемы. Поэтому мы должны создать метод, поняв некоторые основные принципы применения диодов.
Первое, что необходимо в нашем процессе, это базовое понимание того, что делает диод.
Что такое диод?
Флеминг открыл диод. История гласит, что он пытался построить радиоприемник. У него были проблемы с работой усилителя. Кроме того, воспроизводимая частота звучала неправильно. Он играл с частями, пока не нашел решение. Дело в том, что изменение направления тока производило звук. Звук был таким сладким и отличался от всего, что он слышал раньше. Это должно быть что-то особенное.
Итак, Флеминг открыл то, что мы теперь знаем как диод (или выпрямитель). Он обнаружил, что определенный вид заряда может течь в одном направлении, говоря простыми словами. Диод был гальванического действия.
Не поймите неправильно — некоторые пытались использовать слово «выпрямитель» неправильно, чтобы обозначить что-то другое. Но это случай «дьявола, знаете ли». Только много лет спустя мы поняли физику диода.
А пока давайте представим себе диод как особый вид резистора.
Это резистор, который пропускает ток в одном направлении, но блокирует его в другом. Неважно, какой это диод. Все они работают одинаково, поэтому они по-прежнему идут с символом.
Итак, сказав это, вам может быть интересно, что хорошего может сделать диод. В конце концов, резисторов уже более чем достаточно, и все они довольно дешевы.
Разница в том, как мы их производим. Резистор состоит из металлической проволоки, намотанной на керамическую форму. Мы спаиваем провод с другим проводом, чтобы образовать цепь (т. е. петлю). Когда ток течет по этой цепи, он встречает большее сопротивление. Сопротивление меньше, если оно течет в противоположном направлении, как обнаружил Флеминг.
Ламповые диоды
Вместо проволоки и керамической формы у нас есть двухпроволочные или металлические петли из фольги. Итак, если взять одну петлю, свернуть ее и пропустить через нее ток, можно будет сфокусировать заряд в одной точке. Затем, если вы поместите эту точку рядом с проводом или петлей, ток будет двигаться от металлической проволоки к металлической петле.
Это было захватывающее открытие. Это означало, что вы могли собрать ток на металлической петле и провести по многим проводам одновременно.
Итак, вы видите, что диод имеет две петли из металлической фольги. Вы катите или кладете один в другой определенным образом. Есть несколько способов сделать это, и мы объясним их по ходу дела.
Как только вы поместите поток электронов на металлическую петлю, он начнет двигаться от одного конца к другому. Это означало, что вы могли без проблем пропускать ток с одного конца диода на другой. Это похоже на то, что позволяет обычный провод.
Твердотельные диоды
Когда появился диод, все детали были сделаны из проводов, петель и трубок. Когда в игру вступили твердотельные материалы, похоже, произошло то же самое. Напряжение могло проходить в одну сторону, но не в другую.
На самом деле твердотельный диод работает совершенно иначе, чем его предшественник. Они представляют собой два полупроводниковых диода, соединенных между собой металлом.
Мы делаем один из материала P-типа, а другой из N-типа. Название не имеет ничего общего с типом металла. Это сокращение от «p» и «n» соответственно, которые являются элементами, из которых состоят эти диоды.
Мы называем их так, потому что они представляют собой p-n переход или полупроводниковый диод.
Суть в том, что мы можем сделать диод из различных материалов. Но определенные формы и формы придают им уникальные свойства.
Этимология
Слово «диод» происходит от греческого слова «два». Конечно, это немного преувеличение, поскольку диод имеет не более одного контура. Двух петель нет. Но в то время это имело смысл, и до сих пор используется для описания основных частей диода.
Сегодня у нас есть много видов диодов. Но, к сожалению, у них много разных названий.
Это потому, что каждое имя описывает конкретную вещь, в зависимости от того, как мы ее делаем. Итак, сначала рассмотрим самые распространенные из них.
Затем мы смотрим на похожие, но все же сильно отличающиеся друг от друга.
H как работает диод
Диоды являются одним из основных компонентов электронной схемы. Мы находим их почти в каждом электронном устройстве. Они контролируют ток через определенные цепи. Диоды также могут преобразовывать постоянный ток в переменный. Они также контролируют поток электроэнергии в электродвигателях и динамо-машинах.
Части схемы
Диод представляет собой электрический компонент, состоящий из полупроводникового материала с p-n переходом. Они имеют относительно высокое сопротивление потоку электричества. Отмечаем диод стрелкой, указывающей на протекание тока.
Действие диода влияет на нагрузку или цепь. Нагрузка, в нашем случае, состоит из лампочки. Диод позволяет электричеству течь от положительной стороны к отрицательной. Это происходит, когда вы подключаете его последовательно с нагрузкой, которая может справиться с этой электрической нагрузкой.
Диод — двухэлементный полупроводниковый прибор, состоящий из анода и катода. Диод проводит электричество в направлении стрелки. Однако он не позволит току проходить в направлении изгиба стрелки.
Анод — это положительно заряженная клемма, создающая путь с низким сопротивлением между ним и катодом. Отрицательный заряд катода равномерно распределяется вокруг него. Это позволяет электричеству легко проходить через эту область. Затем он создает путь с низким сопротивлением между ним и анодом.
В U-образной части символа находится отрицательный заряд. Когда ток протекает через эту область, он сталкивается с протяженной областью. Сопротивление ниже, чем если бы оно текло в направлении стрелки. Это создает путь с низким сопротивлением между этими двумя областями. С анодом и катодом с обеих сторон электричество может течь в обоих направлениях.
Диоды плохо пропускают электричество. Вместо этого электричество должно проходить через полупроводниковый материал. Материал формирует диод до тех пор, пока он не переместится на другую сторону.
В результате электричество будет переходить от низкого сопротивления к высокому сопротивлению, пока не уравновесится. Мы называем это падением напряжения.
Кремний N-типа
Диод N-типа более доступен, так как его проще и дешевле производить. Кремниевые диоды N-типа также очень распространены в большинстве электронных устройств.
Диод N-типа имеет положительную пластину (анод) и отрицательный катод. В транзисторе NPN мы соединяем базу транзистора с анодом диода. Тогда ток может течь от положительной пластины к отрицательной стороне, но не в другом направлении.
Диод N-типа также известен как анодный диод. Это полупроводниковый прибор, который проводит электричество только в одном направлении. Как и в любом полупроводниковом устройстве, электроны будут течь с достаточным напряжением, чтобы протолкнуть их через материал. В данном случае это кремний.
Мы делаем диод N-типа из кремния, добавляя примеси в газ или металл. Положительная сторона диода (анод) создает путь с низким сопротивлением для протекания тока.
Транзисторы NPN встречаются чаще. Транзисторы PNP необходимы в приложениях, которые нуждаются в выпрямлении.
Кремний P-типа
Более распространены трехвалентные примеси, такие как фосфор, алюминий и титан. Добавляем их в кремний. Эти примеси увеличат количество заряженных носителей в полупроводниковом материале. В результате ток будет течь от отрицательной стороны к положительной, а не наоборот.
Полупроводник P-типа представляет собой катодный диод. Мы также называем его электронным вентилем или выпрямительным диодом. Эти диоды имеют положительную пластину (анод) и отрицательный катод.
Мы изготавливаем диод P-типа из кремния, содержащего примеси газа или металла.
При добавлении бора в Si примеси легче проходят через кремний. Это создает положительный заряд на кусочке кремния. Это побуждает электроны течь в этом направлении. Он также создает путь с низким сопротивлением между пластиной кремния, анодом и катодом.
Электроны могут легко проходить через эту область, когда мы прикладываем напряжение к срезу кремний-бор-кремний. Однако напряжение падает, когда электроны достигают катода. В результате ток недостаточен для протекания в любом направлении. Вместо этого он создает путь с низким сопротивлением между ним и анодом.
Диод P-типа более доступен, так как его проще и дешевле производить.
Мы производим оба типа кремниевых диодов с символами «N» или «P» для целей идентификации.
Типовая характеристика диода
1. Небольшое падение напряжения на диоде: обычно от 0,5 В до 1,5 В на переходе кремний-кремний диода
2. Большой ток: обычно от 100 мкА до 2 мА на кремнии — кремниевый переход диода
3. Низкое сопротивление: обычно менее 10 Ом
4. Избирательно высокое сопротивление в цепи PNPN, где Γ очень велико (обычно 100 МОм), когда температура высокая и низкая, Γ может быть от 0,5 Ом
5. Особая характеристика: низкие омические потери в обратном источнике питания.
Диод может выпрямлять напряжение так же, как выпрямительный вентиль. Но у него есть перевернутая стрелка, чтобы показать, что он подает выход в направлении стрелки. Он также может изолировать цепи отрицательной обратной связи от положительной обратной связи. Они есть в усилителях. Например, положительное напряжение, прикладываемое к одной пластине PNPN-диода, приводит к тому, что другая пластина становится отрицательной. Это полезно в схемах, где присутствует положительная обратная связь. Хорошим примером являются схемы усилителей.
Символ диода показывает катод или символ «К». Линия соединяет его с анодом или символом «А», но не так, чтобы стрелка изгибалась.
Роль диодов
Диоды полезны почти в каждом электронном проекте. Диоды позволяют электричеству течь со стороны P на сторону N, но не со стороны N на сторону P. Когда мы подключаем диод последовательно с нагрузкой при питании цепи, диод пропускает ток. Он протекает, предотвращая обратный поток тока.
Это позволяет одному источнику питания питать цепь. Тем не менее, он останавливает обратный поток электроэнергии, если происходит перебой в подаче электроэнергии.
1. Выпрямление
Диоды используются в преобразователях переменного тока в постоянный, источниках питания и выпрямителях. Они преобразуют переменный ток в постоянный. Направление тока всегда меняется, когда электричество представляет собой переменный ток. Диоды Soo могут поддерживать постоянный ток при изменении напряжения. Кроме того, диоды обладают свойством пропускать ток только в одном направлении. Таким образом, если переменный ток проходит через нагрузку в одном направлении, диод предотвращает протекание электричества в другом направлении. Это то, что мы называем исправлением.
2. Обнаружение радиоволн
Диоды могут обнаруживать радиосигналы. Плата Rayming и сборка поместите диод последовательно со схемой приемника и настройте его на частоту, которую мы хотели бы получать.
Когда антенна принимает радиоволну, она проходит через диод. Это позволяет току течь только в одном направлении. Затем этот ток создает напряжение во всей цепи приемника. Приемник может изменить это напряжение при наличии звуковых волн. Это то, что мы называем обнаружением.
3. Контроль напряжения
Диоды часто используются для контроля напряжения в цепях. Например, мы подключаем высоковольтную батарею к цепи. Если вы несколько раз включите или выключите переключатель схемы, он будет заряжать и разряжать аккумулятор. Мы называем это пульсацией, обусловливающей напряжение в цепи. Диоды, используемые в этом процессе, являются бистабильными диодами. Питаем этот диод от аккумулятора через резистор и диодный мост. Диод, пропускающий ток только в одном направлении, представляет собой NPN или PNPN (для положительного-отрицательного). В качестве усилителя используем PNPN или NPN. Это потому, что мы можем сделать его усиление высоким, используя транзистор.
Усиливаем напряжение на его переходе коллектор-эмиттер.
4. Преобразование тока
Диоды могут преобразовывать ток из одной формы в другую. Например, мы последовательно подключаем диоды к входу и выходу преобразователя постоянного тока. Они преобразуют больший ток в малый ток. Диоды преобразуют переменный ток в постоянный с помощью схемы выпрямителя. Когда мы не подаем напряжение извне, оно заряжает конденсатор переменным током, протекающим от источника переменного тока к конденсатору и земле. Когда напряжение на конденсаторе достигает критического значения, включается диод. Ток не может проходить между ними, потому что диод в это время смещен в обратном направлении. Это генерирует отрицательный импульс в момент начала проводимости.
Типы диодов
Мы классифицируем диоды в зависимости от их функции в цепи:
1. Стабилитрон
Стабилитроны могут управлять напряжением в цепи.
Мы помещаем его последовательно с нагрузкой и подключаем его анод к отрицательной клемме цепи. Зенеровский диод имеет две клеммы, называемые катодом и анодом. Он действует как короткое замыкание, когда приложенное напряжение превышает его прямое падение напряжения. Диод, используемый для подачи напряжения на цепь, подобную светодиоду, является диодом-стабилизатором.
2. Светодиод
Светодиод (LED) преобразует ток в оптический сигнал. Он имеет две функции в одном корпусе:
а. Светодиод может излучать свет, когда через него протекает прямой ток b. Его обратное сопротивление очень велико.
Типичное применение этого феномена светодиодов — цифровые часы. Светодиоды полезны в качестве цифровых дисплеев из-за их низкого энергопотребления и длительного срока службы. Мы называем диод, в котором переход излучает свет, лазерным диодом или светоизлучающим диодом.
3. Диод Шоттки
Этот специальный диод предотвращает коррозию при помещении в раствор электролита.
Хорошим примером является диэлектрический материал электролитического конденсатора. Шоттки обычно используется для поддержания постоянной диэлектрической емкости. Хорошим примером являются радиосхемы, в которых емкостная нагрузка меняется из-за изменения напряжения и частоты источника питания. Это диод, изготовленный путем соединения металла с полупроводником. Металл собирает носители заряда, когда они пытаются течь обратно через диодный переход. В результате металл обедняется носителями заряда. Это потому, что в нем нет примесей. Таким образом, через него не могут протекать электроны, как через обычную диодную структуру.
4. Диод Эсаки
Диод Эсаки — это туннельный диод, изобретенный в 1960-х годах Лео Эсаки. Это позволяет току течь вперед и назад между двумя точками. Например, от катода к аноду и от анода к катоду. Диод Эсаки пропускает ток благодаря эффекту квантового туннелирования. Он также известен как диод с расщепленным переходом. Функция диода Эсаки аналогична диоду Зенера.
Они позволяют зарядам течь только в одном направлении и обычно используются для регулирования напряжения.
5. Переключающий диод
Если диод не выдерживает высоких напряжений и токов, переключающий диод может переключать ток между двумя точками. Переключающий диод — это диод особого типа, используемый для прерывания тока без повреждения защищаемых им устройств. Эти диоды полезны в схемах, управляющих электродвигателями и преобразователями переменного тока в постоянный.
6. Германиевые диоды
Германиевые диоды используются в высоковольтных устройствах и выпрямителях. В приложениях с очень высоким напряжением германиевые диоды необходимы в качестве выпрямителей. Германиевые диоды излучают свет, когда через них протекает прямой ток. Поэтому их часто используют для обозначения слишком высокого напряжения. Мы часто используем их для обнаружения волновых форм, таких как радиосигналы и напряжение генератора.
7. Кремниевые диоды
Кремниевые диоды могут преобразовывать переменный ток в постоянный. Они являются источником тока, который не проводится мгновенно из одной точки в другую. Однако в течение короткого времени он течет с реальной текущей скоростью. Кремниевые диоды полезны для выпрямления высоковольтных токов переменного тока и измерения переменного напряжения. Они также выполняют преобразование частоты в радиосхемах.
8. Туннельный диод
Туннельный диод пропускает ток от анода к катоду даже при небольшом прямом падении напряжения. Прямой ток туннельного диода линейно увеличивается с ростом напряжения.
Как проверить диод
Существует множество способов проверки диода. Одним из самых простых тестов является измерение его пропускной способности по току. По шкале сопротивления измеряем мультиметром. Настраиваем его на измерение сопротивления в омах по шкале «сопротивление».
Обязательно поместите черный грифель на анод, а красный грифель на катод для этого теста.
Если у вас есть принципиальная схема, сверьтесь с ней, чтобы подключить два провода для правильной проводки.
Процесс
Запустите измеритель, нажав кнопку «Ом» и настроив его на измерение сопротивления в омах. Затем измерьте обе стороны диода, используя один провод при 160 В переменного тока и 1000 мкА. Это чуть более 10 вольт и 10 миллиампер. Также мы можем проверить диод лампочкой. Мы называем это «быстрым тестом». Лампочка должна ярко мигать при последовательном подключении диода. Затем вы должны подключить анод к положительной клемме вашего мультиметра. Затем подключите катод (отрицательная сторона) к отрицательной клемме мультиметра.
Еще одним тестом диода является измерение падения напряжения. Опять же, мы должны использовать шкалу вольт мультиметра для расчета падения напряжения между анодом и катодом диода. Теперь присоедините измерительные провода к разным точкам на двух клеммах, или вы можете использовать отдельные провода.
Затем измерьте шкалу вольт мультиметра в различных точках между двумя клеммами. Он находится в диапазоне от 0 В переменного тока до +25 В переменного тока и от -25 В переменного тока до +25 В переменного тока с шагом 10 вольт.
Между точками отметьте количество вольт, падающих на диод. Выбрав на мультиметре режим «диод» или «вольт», также измерьте между одним из измерительных проводов и каждой клеммой в отдельности. Напряжение, измеренное здесь, должно быть равно нулю, если ваш измеритель имеет правильную проводку. Если это не ноль, вы либо получили ложный нуль от своего измерителя, либо не применили правильную полярность к своему измерителю. Предположим , что вы применили неправильную полярность, что маловероятно, отсоедините отведения и переустановите их, соблюдая правильную полярность. Если вы можете прочитать ноль в некоторых точках между 0 и +25 В переменного тока, но не в других, вы допустили ошибку при подключении проводов или применении измерительных проводов.
Заключение
В заключение, диоды — это электрические компоненты, единственной функцией которых является обеспечение протекания тока в одном направлении.
Мы используем их во многих электронных схемах, от блокировки скачков напряжения до включения и выключения света. Таким образом, диоды полезны в микропроцессорах и других компьютерных чипах, таких как те, что управляют нашими телевизорами. Зная, как они работают и какие типы диодов используются, мы можем более эффективно использовать их в наших электронных конструкциях.
Знакомство с диодами. Что это такое и как это работает
Если вы знакомы с конденсаторами и резисторами, то вы должны знать, что диод — это простейший полупроводник, способный выполнять множество функций, поэтому они также бывают разных форм. Сегодня мы рассмотрим все, что вам нужно знать о диодах.
Однако, прежде чем мы сможем сразу перейти к нашей основной теме дня, давайте рассмотрим основные понятия, которые вы должны знать, что поможет вам лучше понять диоды:
- Напряжение : Разница электрического потенциала между двумя точками.
- Резистор : Пассивный двухконтактный электрический компонент, реализующий электрическое сопротивление как элемент цепи.
- Конденсатор : пассивный компонент, сохраняющий электрическую энергию в электрическом поле.
- Транзистор : Полупроводниковое устройство с тремя выводами для усиления или переключения электронных сигналов и электропитания.
Если вам нужна дополнительная информация об этих концепциях, ознакомьтесь с этими блогами:
- Введение в электронные компоненты: что такое конденсатор?
- Что такое транзистор? Типы, применение, принцип работы
- Введение в измерительный прибор: что такое мультиметр?
- Что происходит в электрической цепи: напряжение и ток.
- Резисторы: Подтягивающие и подтягивающие резисторы.
- Электронная схема: делители напряжения
With that said, let’s look at what will be covered in this blog:
- Overview of Diodes
- Variants of Diodes
- Diode symbols and calculations
- Diode Applications
- Diode Projects
Overview of Диоды
Что такое диод?
Диод — это полупроводниковый прибор с двумя выводами, пропускающий ток только в одном направлении.
В основном он имеет незначительное сопротивление на одном конце и высокое сопротивление на другом, чтобы предотвратить протекание тока в обоих направлениях. Таким образом, диод подобен вентилю в электрической цепи.
Ref: Wikipedia
Конструкция диода
На самом деле существует много типов диодов, но здесь мы будем говорить о конструкции базового полупроводникового диода.
Ref: Wikibooks
Как мы уже упоминали, диод — это полупроводник, поэтому он сделан либо из кремния, либо из герани. На изображении выше вы также можете видеть, что диод имеет две клеммы: анод и катод, P-переход и N-переход. В то время как область обеднения предназначена для протекания электронов.
Как работает диод?
Работа диода зависит от взаимодействия между P- и N-переходами. В нормальном сценарии P имеет высокую концентрацию дырок и низкую концентрацию свободных электронов, в то время как N имеет более низкую концентрацию дырок и более высокую концентрацию свободных электронов, электроны будут двигаться к P и позволят току течь только через P .
Приведенное выше объяснение применимо только к тому, что обычно происходит, теперь давайте рассмотрим некоторые из особых сценариев:
Прямой смещенный диод
Ref: electric4u
Это происходит, когда положительный вывод источника подключается к P-переходу, а отрицательный вывод источника подключается к N-переходу диода при медленном увеличении напряжения от нуля.
В начале не будет протекать ток из-за потенциального барьера. Однако, если внешнее напряжение, приложенное к диоду, больше, чем прямой потенциальный барьер, диод будет действовать как короткозамкнутый путь, и только тогда ток будет ограничен внешними резисторами.
Диод обратного смещения
Ref: electric4u
Это происходит, когда источник напряжения подключен к отрицательной клемме P-перехода, а источник напряжения подключен к положительной клемме N-перехода.
Как вы уже заметили, это имеет эффект, противоположный прямому смещению диода. Из-за электростатического притяжения дырки в P-переходе будут смещены дальше от области истощения, оставив в этой области больше непокрытых отрицательных ионов.
Когда это происходит, поток тока будет заблокирован, и ток не будет течь по цепи.
Несмещенный диод
Ссылка: electric4u
Когда P- и N-переход соприкасаются друг с другом, дырки начинают распространяться от P-перехода к N-переходу и наоборот. Это связано с разницей в концентрации дырок, как упоминалось ранее. В конце концов электроны рекомбинируют в обедненной области, и диффузии зарядов больше не будет.
Варианты диодов
Как мы знаем, на рынке существует очень много вариантов диодов. Но сегодня мы будем говорить только о трех распространенных типах, чтобы было легче понять.
Стабилитрон
Ссылка: Википедия
Стабилитроны представляют собой специальные сильнолегированные полупроводниковые диоды, которые позволяют току течь в противоположном направлении при достаточном напряжении, в отличие от обычных диодов. Он специально разработан для пробоя напряжения неразрушающим способом. Благодаря сильнолегированному полупроводниковому материалу обедненная область может быть очень тонкой, что увеличивает напряженность электрического поля.
Конструкция:
Ref: узнать об электронике
Выпрямительный диод
Ref: 911electronic
Выпрямительные диоды представляют собой двухпроводные полупроводники, которые, как и другие диоды, пропускают ток только в одном направлении. Они сделаны из кремния и способны преобразовывать переменный ток (AC) в постоянный ток (DC). Этот процесс называется выпрямлением.
Конструкция:
Ref: узнайте об электронике
Популярные выпрямительные диоды:
| Диод | Максимальный ток | Maximum Reverse Current |
| 1N4001 | 1A | 50V |
| 1N4002 | 1A | 100V |
| 1N4007 | 1A | 1000V |
| 1N5401 | 3A |
Хотя они очень похожи на выпрямительные диоды, но SBC обычно больше и в них не используется полупроводниковый переход PN. 
Они используются в полуволновых и полноволновых выпрямителях. В типичных приложениях преобразования энергии используется один или комбинация из четырех диодов. 
Добавить комментарий