Анод и катод у диода где плюс. Анод и катод в диодах: как определить полярность и принцип работы

Как отличить анод от катода в диоде. Какой электрод является положительным, а какой отрицательным. Принцип работы p-n перехода. Методы определения выводов диода. Применение и характеристики различных типов диодов.

Что такое анод и катод диода

Диод — это полупроводниковый прибор с двумя электродами — анодом и катодом. Основное свойство диода заключается в том, что он пропускает электрический ток только в одном направлении — от анода к катоду.

Анод является положительным электродом диода, а катод — отрицательным. При подключении диода к источнику напряжения:

• Если «плюс» подключен к аноду, а «минус» к катоду — диод открыт и пропускает ток
• Если полярность обратная — диод закрыт и ток практически не проходит

Это свойство диода называется односторонней проводимостью и лежит в основе его работы в электронных схемах.

Как определить где анод, а где катод у диода

Существует несколько способов определить полярность выводов диода:

1. По маркировке на корпусе

На корпусе диода обычно есть полоска, кольцо или точка, которые обозначают катод. Анод — это вывод с противоположной стороны.

2. По длине выводов

У многих диодов вывод анода делают длиннее катодного. Это особенно характерно для светодиодов.

3. С помощью мультиметра

Если подключить мультиметр в режиме «прозвонки диодов», то при правильной полярности (красный щуп к аноду, черный к катоду) прибор покажет напряжение открытия диода — около 0,6-0,7 В для кремниевых диодов.

4. По внутренней структуре

Если посмотреть на срез диода, то анодная область имеет большую площадь, чем катодная. Это связано с конструкцией p-n перехода.

Принцип работы p-n перехода в диоде

Полупроводниковый диод основан на p-n переходе — границе между областями полупроводника с разными типами проводимости:

• p-область (анод) — содержит положительно заряженные дырки
• n-область (катод) — содержит отрицательно заряженные электроны

При прямом включении диода (плюс к аноду, минус к катоду):

• Дырки из p-области движутся к p-n переходу
• Электроны из n-области также движутся к переходу
• На границе происходит рекомбинация — дырки и электроны нейтрализуют друг друга
• Через диод течет ток

При обратном включении:

• Дырки и электроны оттягиваются от p-n перехода
• Область перехода обедняется носителями заряда
• Сопротивление перехода резко возрастает
• Ток практически не течет

Это объясняет одностороннюю проводимость диода на физическом уровне.

Вольт-амперная характеристика диода

Зависимость тока через диод от приложенного напряжения называется вольт-амперной характеристикой (ВАХ). У диода она имеет ярко выраженный нелинейный характер:

• При прямом включении ток резко возрастает после достижения порогового напряжения (0,6-0,7 В для кремния)
• При обратном включении ток очень мал вплоть до напряжения пробоя

Нелинейность ВАХ позволяет использовать диоды для преобразования переменного тока в постоянный (выпрямление), детектирования слабых сигналов и других применений.

Основные параметры диодов

Ключевыми параметрами диодов являются:

• Максимальный прямой ток
• Максимальное обратное напряжение
• Прямое падение напряжения
• Обратный ток утечки
• Ёмкость p-n перехода
• Быстродействие (время восстановления)

Эти параметры определяют возможности применения диодов в различных схемах.

Типы диодов и их особенности

Выпрямительные диоды

Предназначены для выпрямления переменного тока. Характеризуются большим допустимым прямым током и высоким обратным напряжением.

Стабилитроны

Работают в режиме обратного пробоя при постоянном напряжении. Используются для стабилизации напряжения.

Светодиоды

Излучают свет при прохождении прямого тока. Применяются для индикации и освещения.

Фотодиоды

Генерируют ток под действием света. Используются в фотодатчиках.

Варикапы

Меняют емкость в зависимости от приложенного напряжения. Применяются для электронной подстройки частоты.

Туннельные диоды

Имеют участок отрицательного сопротивления на ВАХ. Используются в СВЧ-технике.

Применение диодов в электронных схемах

Основные области применения диодов:

• Выпрямление переменного тока в блоках питания
• Детектирование модулированных сигналов в радиоприемниках
• Ограничение напряжения и защита от перенапряжений
• Стабилизация напряжения (стабилитроны)
• Индикация (светодиоды)
• Оптические датчики (фотодиоды)
• Формирование импульсов наносекундной длительности

Во многих случаях диоды незаменимы благодаря их уникальному свойству односторонней проводимости.

Маркировка диодов

На корпусе диода обычно указывается:

• Тип диода (буквенно-цифровой код)
• Полярность (полоса или точка со стороны катода)
• Максимальный прямой ток
• Максимальное обратное напряжение

Для точного определения параметров нужно обратиться к справочнику по конкретной модели диода.

Как проверить исправность диода

Простейшая проверка диода выполняется мультиметром:

1. Установите мультиметр в режим «прозвонки диодов»
2. Подключите красный щуп к аноду, черный к катоду
3. Исправный диод покажет напряжение 0,5-0,7 В
4. При обратном подключении показания должны быть «1» или «OL» (обрыв цепи)

Если диод «звонится» в обе стороны или не звонится вообще — он неисправен.

Заключение

Диоды являются важнейшими элементами современной электроники. Правильное определение анода и катода, понимание принципа работы p-n перехода и характеристик различных типов диодов позволяет эффективно применять их в разнообразных электронных устройствах. При работе с диодами важно соблюдать полярность подключения и не превышать предельно допустимые параметры.

Ламповые диоды

Наверх

Простейшей электронной лампой является диод. Слово «диод», основой которого служит греческий корень «ди» — два, означает, что в этой лампе имеются два электрода.

Первый из этих электродов — катод, служащий для получения потока электронов. Вторым электродом является металлическая пластинка — анод. Таким образом, диод — двухэлектродная электронная лампа — представляет собой стеклянный или металлический баллон, из которого выкачан воздух и внутри которого находятся катод и анод. От этих электродов сквозь стенки баллона проходят выводы. Если баллон стеклянный, то выводы впаиваются в стекло. Если же баллон металлический, то выводы выходят через стеклянные бусинки, впаянные в металл. От анода делают один вывод. В случае катода прямого накала выводы делают от концов нити. Если катод подогревный, то делают два вывода от подогревающей нити и один от собственного катода.

Внутри баллона лампы создают высокий вакуум. Если катод нагреть до нужной температуры, то начнется электронная эмиссия, и электроны образуют вокруг катода своего рода электронное облачко. Образование этого облачка объясняется тем, что электроны, вылетающие из катода, испытывают отталкивающее действие со стороны ранее вылетевших электронов, поэтому они не могут отлететь на значительное расстояние от катода. Часть электронов, имеющих наименьшие скорости, падает обратно на катод. Однако электронное облачко стабилизируется: на катод падает столько же электронов, сколько из него вылетает. Облачко представляет собой запас свободных электронов в вакууме.

Второй электрод — анод — предназначается для использования электронов, вылетающих из катода, и для управления ими. С этой целью к катоду и аноду лампы подводится электрическое напряжение, например от батареи.

Это напряжение можно подвести к лампе двумя способами: минус источника напряжения- к катоду и плюс — к аноду, или наоборот. Если присоединить плюс источника напряжения к катоду, а минус — к аноду, то электроны, вылетающие из катода и сконцентрированные в окружающем его электронном облачке, не будут использованы. Отрицательно заряженный анод будет отталкивать электроны.

Иначе будет обстоять дело тогда, когда мы присоединим плюс источника напряжения к аноду, а минус — к катоду и одновременно в цепь батареи включим миллиамперметр. При таком присоединении миллиамперметр отметит прохождение тока. По цепи: батарея — катод лампы — пространство между катодом и анодом лампы — миллиамперметр — батарея будут двигаться электроны. Ток в цепи возникает тогда, когда плюс батареи присоединен к аноду, а минус — к катоду. Этим и объясняется название второго электрода лампы: «анод» (в электротехнике анодом принято называть электрод, соединенный с положительным полюсом источника тока, а катодом — электрод, соединенный с отрицательным полюсом). В соответствии с этим текущий через лампу ток, образованный потоком электронов, несущихся от катода к аноду, называют анодным током. Анодный ток обозначается обычно символом IA, а напряжение на аноде — символом Uа. В отличие от него напряжение накала лампы обозначается символом UH.

Чем же определяется величина IA?

Чтобы ответить на этот вопрос, произведем такой опыт. Раскалим катод до нужной температуры и будем подавать на анод положительное напряжение, начиная с самого небольшого и постепенно увеличивая его. При каждом изменении анодного напряжения будем по миллиамперметру отмечать величину тока в цепи. Если мы затем по записанным отсчетам построим график, откладывая по горизонтальной оси величины напряжения на аноде, а по вертикальной соответствующие величины анодного тока, то получим кривую, подобную изображенной на рис. 2.

При отсутствии анодного напряжения, т. е. при (IA=0, электроны к аноду не притягиваются, анодный ток равен нулю IA=0). Анодный ток возникает после того, как на анод подано положительное напряжение. По мере его увеличения анодный ток будет возрастать, причем рост его до точки А вначале идет медленно, а затем быстрее. Такое быстрое возрастание тока продолжается, пока он не достигнет некоторого значения, соответствующего точке Б.

При дальнейшем повышении анодного напряжения рост анодного тока замедляется. Наконец, в точке В он достигнет наибольшей величины. Дальнейшее повышение анодного напряжения уже не сопровождается увеличением анодного тока.

Кривую, показывающую зависимость величины анодного тока двухэлектродной лампы от напряжения на ее аноде, называют вольт-амперной характеристикой диода.

Чем же объясняется такая форма характеристики диода?

При отсутствии напряжения на аноде все излучаемые катодом электроны скапливаются вокруг него, образуя электронное облачко. При появлении на аноде небольшого положительного напряжения некоторые электроны, обладающие большей скоростью, чем остальные, начинают отрываться от облачка и устремляются к аноду, создавая небольшой анодный ток. По мере увеличения анодного напряжения все большее количество электронов будет отрываться от облачка и притягиваться анодом. Наконец, при достаточно большом напряжении на аноде все электроны, окружающие катод, будут притянуты, электронное облачко совершенно «рассосется». Это соответствует точке В на характеристике лампы. При таком анодном напряжении все вылетающие из катода электроны будут немедленно притягиваться анодом. Дальнейшее увеличение анодного тока при данной величине накала невозможно. Для этого нужны дополнительные электроны, а их взять негде, вся эмиссия катода исчерпана.

Анодный ток такой величины, какая устанавливается при полном использовании всей эмиссии катода, называется током насыщения. Увеличить ток насыщения можно только одним способом — повысить накал катода, но этот способ не применяется, потому что он сокращает срок службы катода.

До сих пор мы говорили об аноде как о металлической пластинке. В практических конструкциях диодов анод обычно имеет форму цилиндра или коробки без двух стенок (часто с закругленными углами), окружающей катод. В последнем случае нить имеет вид латинской буквы V или W.

При таких конструкциях анодов все излучаемые катодами электроны с одинаковой силой притягиваются анодами.

Для уменьшения нагрева анода его часто снабжают ребрами или крылышками, которые способствуют лучшему отводу от него тепла.

Триоды

Наверх

Электронные лампы приобрели свои исключительно ценные свойства лишь после того, как в диод был введен третий электрод — сетка. Это открыло перед электронной лампой огромные возможности. Сетка помещается между катодом и анодом.

Название «сетка» объясняется тем, что в первых конструкциях ламп она действительно представляла собой сетку или решетку. В дальнейшем сетку начали делать в виде проволочной спирали, окружающей катод, но первоначальное название «сетка» удержалось за этим электродом до настоящего времени.

Какую же роль выполняет сетка?

Работа триода, как всякой электронной лампы, основана на существовании электронного потока между катодом и анодом. Сетка находится между этими электродами, поэтому электроны, устремляющиеся от катода к аноду, встречают ее на своем пути и сетка управляет количеством электронов, летящих к аноду.

Разумеется, сетку нельзя рассматривать как механическое препятствие для электронов. Промежутки между витками сетки, как бы густа она ни была, всегда будут огромны по сравнению с размерами электронов. Если, например, представить себе электрон в виде футбольного мяча, то расстояния между витками сетки в том же масштабе будут равны расстояниям между планетами нашей вселенной.

Сетка, как и другие электроды, имеет вывод наружу. Посмотрим, изменится ли что-либо в работе лампы, если вывод сетки присоединить к катоду. При таком соединении сетка приобретает потенциал катода. Между сеткой и катодом не будет никакого электрического поля, поэтому витки сетки окажут очень слабое действие на электроны, летящие от катода к аноду. Возможно, что отдельные электроны, столкнувшиеся с витками сетки, застрянут на них. Но в этом случае сетка зарядится отрицательно по отношению к катоду, и излишние электроны немедленно стекут с нее на катод по соединительному проводнику, выравнивая таким образом потенциалы сетки и катода.

Положение резко изменится, если сообщить сетке какой-либо потенциал относительно катода. Осуществить это можно, включив, например, между катодом и сеткой батарею.

Если батарея окажется включенной так, что сетка зарядится отрицательно (рис. 4), то последняя начнет отталкивать электроны обратно к катоду. Если в анодную цепь лампы включен измерительный прибор, то он зарегистрирует уменьшение анодного тока. Прорываться к аноду сквозь сетку смогут лишь те электроны, которые обладают достаточно большой скоростью.

При значительном отрицательном потенциале сетки даже те электроны, которые обладают наибольшей скоростью, не смогут преодолеть ее отталкивающее действие. Анодный ток прекратится. Лампа, как говорят, будет заперта. Если батарею (которую мы назовем сеточной) присоединить так, чтобы сетка была заряжена положительно относительно катода, то возникшее между катодом и сеткой электрическое поле станет ускорять движение электронов. В этом случае прибор в цепи анода покажет увеличение анодного тока. Теперь смогут достигать анода и те электроны, которые при вылете из катода обладали малой скоростью и без помощи сетки не смогли бы преодолеть путь до анода.

Чем выше положительный потенциал сетки, тем больше она способствует увеличению скорости электронов, излучаемых катодом. В соответствии с этим возрастает и анодный ток. При этом, разумеется, некоторая часть электронов притягивается и к сетке, но при правильной конструкции лампы количество этих электронов невелико по сравнению с общей эмиссией катода. Подавляющее число электронов вследствие притяжения сеткой получает столь большое ускорение, что они проскакивают через промежутки между ее витками и устремляются к аноду, притяжение которого еще больше ускоряет их. Лишь те электроны, которые на своем пути сталкиваются непосредственно с витками сетки или оказываются в непосредственной близости от них, притянутся к сетке и создадут в ее цепи ток, получивший название сеточного тока,

В дальнейшем разность потенциалов между сеткой и катодом будем называть напряжением на сетке. Если потенциал сетки положителен по отношению к катоду, это напряжение тоже считается положительным, а если потенциал сетки по отношению к катоду отрицателен, то и напряжение на сетке имеет отрицательный знак. По мере увеличения положительного напряжения на сетке количество притягиваемых ею электронов увеличивается и при большом напряжении сеточный ток может стать очень большим.

Процессы, происходящие в цепях анода и сетки трехэлектродной лампы, можно наглядно показать при помощи графика. По горизонтальной оси графика откладывают напряжение на сетке в вольтах, а по вертикальной — величину анодного тока в миллиамперах. Точка пересечения осей, т. е. начало координат, соответствует нулевому потенциалу сетки. Вправо от нее откладывается положительное напряжение на сетке, влево — отрицательное.

Для получения данных, нужных для построения графика, соберем схему, которая даст возможность изменять по желанию напряжение на сетке при неизменном напряжении на аноде и, разумеется, при неизменном напряжении накала. Отложив на графике величины анодного тока, соответствующие различным значениям напряжения на сетке, в виде кривой, мы получим так называемую анодно-сеточную, или входную, характеристику триода, показывающую зависимость анодного тока лампы от величины и знака напряжения на сетке.

При некотором отрицательном напряжении на сетке анодный ток прекращается — становится равным нулю. Эта точка считается началом характеристики, так как достаточно самого малого уменьшения отрицательного напряжения на сетке, чтобы анодный ток возник. На приведенном для иллюстрации графике этой точке соответствует напряжение на сетке, равное 8 в.

На графике внизу изображена и характеристика сеточного тока. Он начинается примерно при нулевом напряжении сетки и возрастает по мере увеличения положительного напряжения на ней. Влево от нуля, в области отрицательных напряжений на сетке, ток в ее цепи отсутствует. Однако анодный ток в этой области имеется, и величина его зависит от значения отрицательного потенциала сетки. При отрицательном потенциале на сетке она управляет величиной анодного тока, не потребляя никакого тока, т. е. не потребляя энергии. Она ведет себя как электрическая заслонка, регулирующая доступ электронов к аноду лампы, но не расходующая энергии на свою работу. Это обстоятельство вместе с уже отмеченным ранее мгновенным изменением величины анодного тока при изменениях напряжения на сетке представляет замечательную особенность электронных ламп с сеткой, обеспечивающую им самые разнообразные применения.

На использовании управляющего действия сетки и основана способность лампы усиливать подводимое к ней напряжение. Увеличивая или уменьшая отрицательное напряжение на сетке, мы тем самым заставляем анодный ток соответственно ослабляться или возрастать. Если в анодную цепь лампы включить резистор (сопротивление) R, то анодный ток, проходя по нему, будет создавать на нем падение напряжения. Любое увеличение или уменьшение анодного тока приведет к изменению величины падения напряжения на резисторе. Кривая, по которой изменяется анодный ток, имеет такую же форму, как и переменное напряжение на сетке; поэтому и форма изменения напряжения на резисторе будет такой же. Однако при этом изменения напряжения на резисторе будут во много раз больше по величине, потому что малые изменения напряжения на сетке создают большие изменения величины анодного тока даже при условии, что резистор в анодной цепи лампы имеет достаточно большое сопротивление.

Колебания напряжения на резисторе будут представлять собой как бы увеличенную фотографию колебаний напряжения на сетке.

Наклон характеристики у различных ламп неодинаков. У одних характеристика идет круче, у других — более полого. Чем круче поднимается характеристика, тем сильнее будут сказываться изменения сеточного напряжения на величине анодного тока и, следовательно, тем больше будет усиление лампы.

Из этого можно сделать вывод, что чем круче характеристика лампы, тем большими усилительными способностями она обладает.

Диод

20 января 2020 — Admin

Главная / Теория

Если упрощённо, диод — это прибор, которой проводит ток только в одном направлении. На рисунке представлено обозначение диода на схеме. У него два вывода: катод и анод. Если на аноде достаточно большой «плюс» относительно катода, через диод течёт ток. Если же диод включён в обратной полярности, ток через него течь не будет.

Принцип действия полупроводникового диода

В настоящее время наиболее распространены полупроводниковые диоды, поэтому, в первую очередь, познакомимся именно с этим типом приборов.

Классический полупроводниковый диод представляет собой кристалл полупроводника (обычно, кремния или германия), в котором с помощью введения специальных примесей созданы две области: с n-проводимостью и с p-проводимостью. Подробнее теория полупроводников изложена в этой статье. Посмотрим, что будет, если к этому прибору подключать внешнее напряжение в разной полярности.

Принцип действия полупроводникового диода

Если плюс подключен к аноду, к p-зоне, он отталкивает положительно заряженные дырки к области p-n перехода, где они встречаются с отрицательно заряженными электронами, отталкиваемыми минусом с анода. В p-n переходе происходит рекомбинация электронов и дырок (электрон, встретившись с вакантным местом, дыркой, просто занимает его; формально при этом и дырка и свободный электрон исчезают). Через диод течет ток. А внешний источник питания продолжает поставлять и дырки и электроны в полупроводник, на замену рекомбинировавшим парам, так что ток не прекращается.

Посмотрим, что будет при обратной полярности. Минус на аноде оттянет дырки от области p-n перехода. То же самое произойдёт с электронами в n-области. Таким образом, в зоне p-n перехода практически не останется свободных зарядов, которые могли бы поддерживать ток, и диод будет «закрыт».

Вольт-амперная характеристика диода

В Википедии даётся такое определение диода: это электронный элемент, обладающий нелинейной вольт-амперной характеристикой. Что же это такая за характеристика, да ещё нелинейная?

Как следует из названия, вольт-амперная характеристика показывает зависимость тока от напряжения. По сути, это график на плоскости с осями U (напряжение, измеряется в вольтах) и I (сила тока, измеряется в амперах).

Теперь, с нелинейностью. Хм, а вообще, бывает ли линейная вольт-амперная характеристика? Да, бывает. У резистора. Его ещё называют пассивным сопротивлением. Ток напрямую связан с напряжением: повысили напряжение и ток увеличился, понизили — уменьшился. И связь эта линейная, описывается всем известным законом Ома. Если построить график зависимости тока от напряжения, это будет прямая линия, а угол её наклона будет зависеть от величины сопротивления резистора.

А вот у диода вольт-амперная характеристика далеко не прямая, поэтому и говорят: нелинейная. Выглядит она примерно так:

Вольт-амперная характеристика диода

Другими словами, сопротивление диода зависит от величины и полярности приложенного к нему напряжения. При прямом включении (плюс на аноде) сопротивление мало, при обратном — велико.

Применение диодов

Такие свойства позволяют диоду работать в электронных схемах на тех участках, где есть переменное напряжение, меняющее полярность:

• в детекторах, выделять низкочастотную составляющую из высокочастотного сигнала
• в выпрямителях блоков питания — здесь диод помогает превратить переменное напряжение в постоянное (точнее, пульсирующее)
• для защиты устройств и отдельных узлов от «неправильной» полярности действующего напряжения.

Основные параметры диодов

В справочнике по диодам можно найти с десяток параметров. Здесь не буду перечислять все, отмечу лишь, что в зависимости от функций диода в данном конкретном устройстве обычно важны только некоторые из этих параметров.

Например, в выпрямителях смотрят на максимально допустимое обратное напряжение (в момент обратного полупериода, когда диод заперт, к нему приложено достаточно высокое напряжение) и на максимально допустимый прямой ток. Превышение одного из этих параметров может привести к выходу диода из строя.

Для высокочастотных устройств важна максимальная частота переключения диода. В некоторых схемах используется факт падения напряжения на диоде при прямом включении, и тогда нужно смотреть на такой параметр, как прямое напряжение при заданной силе тока.

«Родственники» диода

Стоит также кратко упомянуть особые типы диодов. Например, стабилитрон — это диод, работающий в области обратной ветви вольт-амперной характеристики. Он используется как «поставщик» заранее известного напряжения, поскольку оно практически не зависит от величины протекающего через стабилитрон тока.

Полупроводниковые приборы, обозначение на схемах

Также, наверное, всем известны светодиоды — они способны превращать энергию рекомбинации электронов и дырок в p-n переходе в световое излучение. Причём, с гораздо большим КПД, чем, например, превращает электрическую энергию в свет лампа накаливания, благодаря чему светодиодные лампы оказываются весьма экономичны.

Обратный пример — фотодиод, его характеристики зависят от интенсивности света, который попадает на полупроводниковый кристалл.

Объединив свето- и фото-диод в одном корпусе, получим оптопару. Она помогает «развязать» участки схемы: между ними уже не будет электрического контакта, а сигнал будет передаваться светом. Обычно это делается в целях безопасности, например, чтобы высокое напряжение с силового блока ни при каких обстоятельствах не попало на низковольтные управляющие схемы.

Ещё один интересный тип диодов — варикап. Тут используется тот факт, что p-n переход имеет ёмкость, свободные заряды в области n и в области p являются как бы обкладками конденсатора. При этом, ёмкость такого конденсатора меняется в зависимости от величины приложенного к варикапу напряжения.

Поделиться в соцсетях:

Диоды и светодиоды — Digilent Reference

Диоды

Диоды представляют собой полупроводниковые устройства с двумя выводами, проводящие ток только в одном направлении. Выводы диода называются анодом и катодом; схематическое обозначение диода показано на рис. 1. Диоды предназначены для проведения тока от анода к катоду. Диоды имеют минимальное пороговое напряжение (или Vth, обычно около 0,7 В), которое должно присутствовать между анодом и катодом, чтобы протекал ток. Если анодное напряжение не превышает катодного напряжения хотя бы на Vth, через диод не будет протекать ток, как показано на рис. 2.

Кроме того, если напряжение на катоде больше, чем напряжение на аноде, говорят, что диод смещен в обратном направлении, и ток не будет течь ¹⁾ . Если напряжение на диоде равно пороговому напряжению (плюс небольшое значение) в идеальном диоде, то может протекать неограниченный ток, не вызывая увеличения напряжения на диоде. Способность диода проводить ток только в одном направлении используется в ряде распространенных схем. Выпрямители напряжения, например, могут преобразовывать синусоидальный сигнал (как с положительной, так и с отрицательной составляющей) в чисто положительное напряжение.

Светодиоды

Светоизлучающие диоды, или светодиоды, представляют собой особый тип диодов, которые излучают свет, когда через них проходит ток. Небольшие чипы LED закреплены внутри пластикового корпуса и излучают свет с заданной частотой, когда через них проходит небольшой электрический ток (обычно от 10 мА до 25 мА). Когда разность напряжений на светодиоде превышает пороговое напряжение светодиода , ток протекает через светодиод и излучается свет. Если Напряжение светодиода меньше порогового напряжения, ток не течет и свет не излучается. Светодиоды доступны в нескольких цветах; комплект аналоговых деталей Digilent содержит красный, желтый и зеленый светодиоды.

Поскольку светодиоды являются поляризованными устройствами, их необходимо размещать в цепи с правильной ориентацией; анод должен иметь более высокий потенциал напряжения, чем катод, чтобы диод излучал свет. Схематическое обозначение светодиода показано на рис. 3 ниже с эскизом физического Светодиод . Анод и катод на физическом светодиоде можно отличить по некоторым специфическим характеристикам; анодный штифт длиннее катодного штифта, а катодная сторона пластиковой рассеивающей линзы обычно слегка уплощена.

---

Важные моменты

• Диоды обычно предназначены для протекания тока только в одном направлении — от анода к катоду.

• Для протекания тока анодное напряжение должно быть выше катодного как минимум на пороговое напряжение диода. Если разность напряжений между анодом и катодом ниже порогового напряжения, ток через диод не проходит.

• Предыдущий пункт, как и любое хорошее правило, имеет исключения. Мы обратимся к ним позже по мере необходимости.

• Светоизлучающие диоды (СИД) излучают свет, когда через них проходит ток.

• Для светодиода анод и катод можно определить по длине выводов на диоде — вывод анода длиннее, чем вывод катода. Кроме того, основание линзы светодиода немного уплощено со стороны катода.

---

Проверьте свои знания

1. На приведенных ниже светодиодах отображается несколько различий в напряжении. Укажите, приведут ли напряжения к протеканию тока.

---

Ответы

1. • Ненулевой, текущий от a до b.

   • Ноль (подаваемое напряжение меньше порогового напряжения).

   • Ненулевой, текущий от a до b.

   • Ноль (значение напряжения больше порогового напряжения, но напряжение катода выше напряжения анода.)

учиться, основы, электронные компоненты, вел, диоды

¹⁾

Некоторые диоды (стабилитроны) предназначены для работы с катодом при более высоком напряжении, чем анод. Этот режим работы иногда называют областью пробоя. Эти диоды используются в регуляторах напряжения, которые устраняют колебания напряжения питания, чтобы обеспечить постоянное напряжение постоянного тока).

BU-104b: Блоки для сборки аккумуляторов — Университет аккумуляторов

Электрохимический аккумулятор состоит из катода, анода и электролита, которые действуют как катализатор. При зарядке на границе катод/электролит образуется скопление положительных ионов. Это приводит к тому, что электроны движутся к катоду, создавая потенциал напряжения между катодом и анодом. Высвобождение происходит за счет прохождения тока от положительного катода через внешнюю нагрузку и обратно к отрицательному аноду. При зарядке ток течет в другом направлении.

Батарея имеет два отдельных пути; один представляет собой электрическую цепь, по которой текут электроны, питая нагрузку, а другой представляет собой путь, по которому ионы движутся между электродами через сепаратор, действующий как изолятор для электронов. Ионы — это атомы, которые потеряли или приобрели электроны и стали электрически заряженными. Сепаратор электрически изолирует электроды, но позволяет ионам двигаться.

Анод и катод

Электрод батареи, испускающий электроны во время разряда, называется анод ; электродом, поглощающим электроны, является катод .

Анод аккумулятора всегда отрицательный, а катод положительный. Это, по-видимому, нарушает соглашение, поскольку анод является клеммой, через которую протекает ток. Электронная лампа, диод или заряжаемая батарея следуют этому порядку; однако при отключении питания от батареи при разрядке анод становится отрицательным. Поскольку батарея представляет собой электрическое накопительное устройство, обеспечивающее энергию, анод батареи всегда отрицательный.

Анод литий-ионных аккумуляторов — углерод (см. BU-204: Как работают литиевые батареи?), но с литий-металлическими батареями порядок обратный. Здесь катод — углерод, а анод — металлический литий. (См. BU-212: Аккумуляторы будущего.) За некоторыми исключениями, литий-металлические аккумуляторы не подлежат перезарядке.

Рисунок 1: Символ батареи.
Катод батареи положительный, а анод отрицательный.

Таблицы 2a, b, c и d суммируют состав вторичных батарей на основе свинца, никеля и лития, включая первичные щелочные батареи.

Свинцово-кислотный	Катод (положительный)	Анод (отрицательный)	Электролит
Материал	Диоксид свинца (шоколадно-коричневый)	Серый свинец (губчатый при формировании)	Серная кислота
Полная зарядка	Оксид свинца (PbO 2 ), электроны добавлены к положительной пластине	Свинец (Pb), электроны удалены с пластины	Сильная серная кислота
Выписан	Свинец превращается в сульфат свинца на отрицательном электроде, электроны перемещаются от положительной пластины к отрицательной.		Слабая серная кислота (водоподобная)

Таблица 2а: Состав свинцовой кислоты.

NiMH, NiCd	Катод (положительный)	Анод (отрицательный)	Электролит
Material	Nickel Oxyhydroxide	NiMH: hydrogen-absorbing alloy NiCd: Cadmium	Potassium Hydroxide

Table 2b: Composition of NiMH and NiCd.

Lithium-ion	Cathode (positive) on aluminum foil	Anode (negative) on copper foil	Electrolyte
Material	Оксиды металлов, полученные из кобальта, никеля, марганца, железа, алюминия	На основе углерода	Литиевая соль в органическом растворителе
Полный заряд
Разряженный	Ионы лития возвращаются к положительному электроду	В основном углерод

Таблица 2c: Состав Li-ion.