Диод это. Типы и применения диодов в электронике: от светодиодов до СВЧ-переключателей

Какие бывают типы диодов. Как работают разные виды диодов. Где применяются различные диоды в электронных схемах. Какие основные характеристики у разных диодов. Как выбрать подходящий диод для конкретной задачи.

Основные типы и характеристики диодов

Диоды — это полупроводниковые приборы, пропускающие ток только в одном направлении. Основные типы диодов включают:

• Выпрямительные диоды — для преобразования переменного тока в постоянный
• Светодиоды (LED) — излучают свет при прохождении тока
• Стабилитроны — поддерживают постоянное напряжение
• Диоды Шоттки — быстродействующие диоды с малым падением напряжения
• Варикапы — используют зависимость емкости перехода от напряжения
• Фотодиоды — чувствительны к свету
• PIN-диоды — для СВЧ-переключателей и аттенюаторов

Ключевые параметры диодов: максимальный прямой ток, обратное напряжение, быстродействие, прямое падение напряжения.

Применение светодиодов в электронике

Светодиоды широко используются для индикации и освещения благодаря низкому энергопотреблению и долгому сроку службы. Основные характеристики:

• Цвет свечения определяется материалом полупроводника
• Яркость зависит от прямого тока (обычно 10-20 мА)
• Прямое падение напряжения 1.8-3.3 В в зависимости от цвета
• Требуют ограничивающего ток резистора в цепи питания

Для расчета гасящего резистора используется формула: R = (Vпит — Vсд) / Iсд, где Vпит — напряжение питания, Vсд — падение на светодиоде, Iсд — рабочий ток.

Выпрямительные диоды в источниках питания

Выпрямительные диоды используются для преобразования переменного тока в пульсирующий постоянный. Основные схемы выпрямления:

• Однополупериодная — один диод, простая, но большие пульсации
• Двухполупериодная со средней точкой — два диода, меньше пульсаций
• Мостовая — четыре диода, наиболее эффективная

Для сглаживания пульсаций после выпрямителя устанавливают фильтрующий конденсатор большой емкости. Важны параметры диодов: максимальный ток, обратное напряжение, быстродействие.

Стабилитроны для стабилизации напряжения

Стабилитроны используют эффект пробоя p-n перехода для поддержания постоянного напряжения. Основные применения:

• Параметрические стабилизаторы напряжения
• Источники опорного напряжения
• Ограничители напряжения для защиты схем

Выбирают стабилитрон по напряжению стабилизации и мощности. Типичные напряжения: 3.3В, 5.1В, 9.1В и т.д. Для увеличения мощности стабилитроны включают параллельно.

Диоды Шоттки в высокочастотных схемах

Диоды Шоттки имеют контакт металл-полупроводник вместо p-n перехода. Их преимущества:

• Очень высокое быстродействие (единицы наносекунд)
• Малое прямое падение напряжения (0.2-0.4 В)
• Отсутствие накопления заряда

Применяются в высокочастотных выпрямителях, импульсных источниках питания, СВЧ-детекторах и смесителях. Недостаток — относительно большой обратный ток утечки.

Варикапы для электронной настройки

Варикапы используют зависимость барьерной емкости p-n перехода от обратного напряжения. Применения:

• Электронная настройка колебательных контуров
• Частотная модуляция генераторов
• Фазовращатели в фазовых детекторах

Емкость варикапа обратно пропорциональна корню из обратного напряжения. Типичный диапазон перестройки емкости 3-5 раз. Для расширения диапазона варикапы включают последовательно.

Фотодиоды в оптоэлектронике

Фотодиоды преобразуют световой поток в электрический ток. Основные характеристики:

• Спектральная чувствительность (350-1100 нм для Si)
• Темновой ток (единицы-десятки нА)
• Быстродействие (наносекунды-микросекунды)
• Интегральная чувствительность (0.5-0.7 А/Вт)

Применяются в оптических линиях связи, фотометрии, системах обнаружения и позиционирования. Могут работать в фотодиодном или фотогальваническом режиме.

PIN-диоды в СВЧ-технике

PIN-диоды имеют область собственной проводимости между p- и n-областями. Их особенности:

• Управляемое сопротивление на высоких частотах
• Малая емкость в закрытом состоянии
• Высокая линейность

Основные применения PIN-диодов:

• СВЧ-переключатели и коммутаторы
• Аттенюаторы с электронным управлением
• Фазовращатели
• Импульсные модуляторы

Управление осуществляется изменением постоянного тока через диод. Быстродействие определяется временем жизни носителей.

5. Идеальный и реальный диод

Идеальный диод – это некоторая идеализация диода, при которой учитываются только его основные свойства, а побочные эффекты игнорируются.

При анализе диода рассматривают два случая.

Если U₁>U₂, через диод протекает ток. Считают, что точки 1, 2 замкнуты “накоротко”, и диод заменяется обычным проводником, имеющим нулевым сопротивление. Это «прямое включение» диода.

Если U₁<U₂, то точки 1 и 2 разомкнуты, ток не может протекать, считается просто «разрыв цепи». Это «обратное включение».

Реальный диод отличается от идеального представления.

1. Сопротивление диода при прямом включении хоть и маленькое, но все же отлично от нуля, причем меняется по достаточно сложному закону в зависимости от приложенного напряжения.

2. В закрытом состоянии диод представляет собой конденсатор, причем его емкость зависит от напряжения (с повышением напряжения заряды «расходятся», что эквивалентно раздвижению пластин конденсатора).

Это используется в параметрическом диоде – варикапе.

3. В закрытом состоянии сопротивление диода не бесконечное, и в нем может протекать слабый «обратный ток», обусловленный неосновными носителями (электронами в p–типе, дырками в n–типе). Обратное включение для основных носителей оказывается прямым для неосновных.

4. При повышении напряжения при обратном включении возможен пробой диода: тепловой, ведущей к разрушению диода, или лавинный, связанный с образованием свободных электронов и дырок под действием сильного поля. Лавинный пробой используется в опорном диоде – стабилитроне.

5. При облучении светом диода в закрытом состоянии может увеличиваться обратный ток за счет внутреннего фотоэффекта (появление свободных электронов и дырок). Используется в фотодиоде (появлении тока при освещении).

6. В некоторых диодах при прямом включении возможна рекомбинация электронов и дырок (электрон «попадает» в дырку).

При этом выделяется энергия в виде тепла или излучения. Излучение света используется в светодиодах.

Перечисленные особенности используются в аналоговой технике. Однако есть еще две особенности, которые важны для цифровой техники.

7. При подаче прямого напряжения диод открывается не сразу, а только при достижении некоторого «порогового» значения: 0.1В — 0.2В для германия и 0.5В -0.7В для кремния. Это связано с контактными явлениями: в закрытом состоянии электроны самопроизвольно проникают в p–тип, дырки в n–тип. Например, если совместить две емкости с разными газами или жидкостями, а потом убрать между ними перегородку, произойдет самопроизвольное перемешивание разных веществ. Аналогичное явление происходит и при контакте проводников разных типов. Однако электроны и дырки имеют заряды, поэтому при их перемещении возникает «контактная разность потенциалов», препятствующая дальнейшей диффузии электронов и дырок. Контактная разность потенциалов соответствует «обратному включению».

Поэтому при подаче прямого напряжения необходимо превысить эту контактную разность. При этом электроны и дырки «возвращаются на свои места». Это позволяет обеспечить помехоустойчивость в цифровых схемах: логический ноль может быть не ровно 0В, но и ± 0.5В.

8. При выключении диода наблюдается задержка переключения. Это связано с так называемой барьерной емкостью, то есть переходными процессами зарядки конденсатора – диода в закрытом состоянии. Вторая причина – рассасывание заряда: электроны возвращаются в n–тип, дырки в p–тип. Это – так называемая диффузионная емкость. Эти эффекты сдерживают увеличение быстродействия цифровой техники.

По следу диода Д1, или совершенно секретно

История отечественной электронной компонентной базы (ЭКБ)

Чечнев Андрей

Эта, почти детективная история, началась с простого вопроса студента о происхождении первых отечественных (советских) германиевых диодов, которые применялись в детекторных или транзисторных (переносных) радиоприёмниках в середине ХХ века.

Поскольку логично предположить, что самый первый, не предназначенный для СВЧ-диапазона, диод назывался Д1, то я и начал собирать любую доступную, информацию, о разработке германиевых детекторных диодов в отечественных НИИ и предприятиях, где они, предположительно, начали производиться. Мне и в голову тогда не приходило, что история затянется на несколько лет кропотливых и упорных поисков истины. 

Отправной точкой поиска стали отдельные номера журнала “Радио”за 50-е годы прошлого века. Там было достаточно информации справочного характера и понимания о примерных сроках начала производства полупроводниковых диодов. Более того, присутствовал цикл статей о полупроводниках. И, разумеется, были авторы. Но ни какой информации о производителях и тому подобном.

Выяснилось, что на просторах великого и могучего Интернета много информации по теме, в том числе, и по СВЧ-детекторным диодам, созданным в НИИ-160 (будущий “Исток”), и по первым транзисторам, сделанным в НИИ-35 (п/я 281, впоследствии “Пульсар”), и по их создателям (конструкторам), но тщательные поиски нужных мне сведений и заинтересованные обсуждения на профильных форумах, в течение без малого двух лет не привели ни к какому результату. Скорее наоборот. Информация, часто противоречивая, только запутывала и уводила в сторону от темы. Даже на сайтах, специально посвящённых истории радиодеталей, при всём многообразии доступной информации, никакой конкретики и ответа на мой вопрос найти не удалось. Всё только одни предположения и догадки.

Следующим этапом были попытки, иногда удачные, встречаться с бывшими сотрудниками заводов и НИИ, проживающими в Москве и владеющими, хотя бы отрывочными фактами по интересующей меня теме.

К глубокому сожалению, в силу возраста и прошедшего времени ничего толком узнать от этих людей мне не удалось. Были написаны и разосланы письма в “Пульсар”, НИИ-311 (“Сапфир”), институт им. П.Н. Лебедева (ФИАН), Гиредмет (Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности), и ряд других организаций. Безрезультатно. Везде один и тот же ответ: — “Прошло много лет. У нас не сохранилось такой информации”.

Нужно было искать другой путь или отказаться от поисков совсем. Единственно, что оставалось — начать работу с архивами, находящимися в Москве и Саратове. Этот путь оказался куда более плодотворным!

В итоге проведённой работы, я думаю, мне удалось восстановить полную картину создания германиевых детекторных диодов, тех, что предшествовали Д1 и Д2, и тех, чьё производство началось сразу вслед за ними. Включая начало разработки кремниевых, сначала точечных диодов (Д101), диодов для математических машин (Д225), затем стабилитронов (Д808) и мощных диодов (Д214) для выпрямителей. Естественно, что эти разработки шли параллельно с работами над кристаллическими триодами (транзисторами), но мне была более близка информация о диодах. Как оказалось, большая часть информации была под грифом “Совершенно секретно”до конца 2019 г. Одним словом, без везения тут не обошлось.

Начало, 1951 г.

Руководитель лаборатории полупроводников ОКБ 498, будущего Московского предприятия “СТАРТ”, Главный конструктор темы, Александр Никифорович Пужай (фото 1), заканчивает к концу 1951 г. совершенно секретную (тогда) разработку восьми типов точечных германиевых выпрямителей (выпрямительных диодов), называет их ДГ-В1, ДГ-В2 и до ДГ-В8 включительно. 

Фото 1. Александр Никифорович Пужай

В технических условиях (ТУ), в целом принятых 6 мая 1952 г., они так бесхитростно и назывались: детекторы германиевые выпрямительные (фото 2, 3).  Верхняя рабочая частота у них была 25 МГц.

Фото 2

Фото 3

В разработке временных ТУ на первые отечественные германиевые выпрямители принимало участие несколько организаций, подписавших документ и, планировавших их применение в своих дальнейших разработках. И только представителей НИИ-885, эти временные ТУ не устроили. Это очень важный момент в истории появления диодов Д1 и Д2. Дело в том, что НИИ-885 — ведущий институт по разработке реактивной техники, а параметры ДГ-В в части допустимого интервала температур, вибро- и влагостойкости в то время не устраивали военных разработчиков.

Нам эти диоды стали известны как ДГ-Ц1 — ДГ-Ц8 (фото 4). Изменение названия (до введения ГОСТ 5461-56) было связано с устранением возможной путаницы с назначением диодов. Дело в том, что индекс В, в те времена, означал видеодетектор. Поэтому диодам присвоили индекс Ц, каким обозначались диоды прочие. За 1952 г. завод 498 выпустил 19140 германиевых точечных диодов. При этом в отчёте за тот год сказано, что могли произвести гораздо больше, если бы поставщики не подводили с керамическими корпусами.

Фото 4

Новое место работы

Во исполнение приказа объединённого Министерства электростанций и электропромышленности от 9 июня 1953 г. № 60сс, на базе бывшего СКБ-627, бывшей лаборатории полупроводников СКБ-498 и части бывшей лаборатории полупроводниковых приборов НИИ-160 создан Государственный НИИ полупроводниковых приборов и магнитных материалов. Новый НИИ-35 разместили в корпусе, предназначенном для опытного завода СКБ-627.

А.Н. Пужай, став сотрудником НИИ-35, на вновь образованном предприятии, продолжает совместную работу с СКБ-498 по улучшению параметров диодов, воисполнение требований ракетчиков, и в конце 1953 г. заканчивает НИОКР на тему увеличения влагостойкости диодов серии ДГ-Ц. В этот же период, к концу 1953 г. в НИИ-35 Александром Никифоровичем закончена разработка плоскостных германиевых диодов с обратным напряжением до 150 В и прямым током 1 А по теме “Вентиль”— будущие диоды Д302, Д303 (фото 5).

Фото 5

К слову сказать, на 1 января 1954 г. в НИИ-35 трудилось 540 человек, в том числе, в отделе физики полупроводников — 18 сотрудников, в отделе полупроводниковых диодов — 42 человека, технологическом отделе — 32.

Завод 498 в 1954 г. выпустил 700000 точечных ДГ-Ц, а СКБ-498 выполнило “»Проект производственных работ № 17”(ППР-17). Результатом стала смонтированная механизированная технологическая линия, состоящая из 15 типов полуавтоматов и устройств различного назначения, предназначенных для производства диодов типа ДГЦ-С, в полностью стеклянном оформлении. Нам эти приборы стали известны как диоды Д1 (фото 6).

Фото 6

Завершив совместную  работу по совершенствованию технических параметров диодов две дружественные организации пошли каждая своим путём. В принципе, это нормальная практика тех лет — параллельная работа по одной тематике, поскольку немного разные решения в технологии производства приводили к конкуренции и неизбежному улучшению конечного продукта.

В это же самое время в НИИ-35, неутомимый А.Н. Пужай по теме “Стекло”создаёт свой вариант диодов, позволяющих выдерживать длительное воздействие влаги без изменения электрических параметров и пригодных для использования военными в своих разработках. По сути, конструкция диода, технологически повторяет, с некоторыми доработками, первую разработку Александра Никифоровича — диод ДГ-В, в котором керамический корпус заменён на стеклянным с похожими, полностью металлическими вводами и держателями электродов и кристалла германия и, в последствии, названного диодом Д2 (фото 7).

Фото 7

Параллельно коллектив под его руководством, успешно сдаёт государственной комиссии разработку германиевого выпрямительного элемента (работа называлась ППР-11) на обратное напряжение более 150 В и ток 300 мА, с превышением технического задания, включая опытную линию по производству диодов, известных как ДГ-Ц21 — ДГ-Ц24 (фото 8). В 1954 г. на опытном заводе НИИ-35 было изготовлено 7000 шт. таких диодов. 

Фото 8

Таким образом, первые германиевые плоскостные выпрямительные диоды ДГ-Ц21 — ДГ-Ц24 созданы А.Н. Пужай, сотрудником НИИ-35 в отделе № 2, начальником которого до конца 1955 г. он и был. По теме “Даль”осенью 1954 г. была полностью закончена и предъявлена на государственные испытания разработка высоковольтных модификаций этих диодов — ДГ-Ц25 и ДГ-Ц26.

1955 г.

Наша история, уважаемые читатели, о диоде Д1. После ознакомления с массой документов по существу и около этой темы, возникает полная уверенность в какой-то интриге вокруг создания и производства диодов Д1 и Д2 (фото 9). Дело в том, что периодически в разного рода документах новые названия германиевых выпрямителей ДГ-В имеют место быть и в материалах относящихся к деятельности ОКБ 498, и в документах НИИ-35. То есть не сразу становиться понятно, что работы по ДГЦ-С, это — ОКБ 498, а ДГЦ в стеклянном корпусе — это разработка НИИ-35. Возможно, это связано с отсутствием ГОСТа в то время на обозначение полупроводниковых приборов. Он появился только в 1956 г., а возможно, с желанием того или иного предприятия назвать свой диод первым. Загадка.

Фото 9

Чётко идентифицировать, кто что разработал и выпускал, мне помогли документы о себестоимости и расчёте оптовых цен. В середине 1955 г. обе организации (причём, НИИ-35 уже договорилась о поставках 58000 шт. новых диодов) подали расчёты в министерство для утверждения отпускных оптовых цен. В этой связи интересным фактом является полная разбивка по типам (17 типономиналов) производимых диодов ДГ-Ц1- ДГ-Ц17 (фото 10) у НИИ-35 и полное отсутствие таковой в СКБ-498 (фото 11). Как будто Д1 всего один тип. Приведённые копии с оригинальных документов хорошо иллюстрируют это.

Фото 10

Фото 11

Хорошо видно, что затраты на производство диодов Д2 превышают в несколько раз себестоимость Д1. Объективности ради отмечу, что характеристики и стабильность параметров последних отличались не в лучшую сторону. Не привожу их параметры на этих страницах, поскольку в журналах “Радио”в конце 1950-х годов масса справочных статей по этой тематике. Также понятно, что в апреле 1955 г. диоды ДГ-Ц1 — ДГ-Ц17 ещё не стали Д2. Такое название для них, произведённых на опытном заводе п/я 281, появиться только с сентября 1955 года.

Простой анализ документов о закупаемых материалах для производства Д1 и Д2, (фото 12— фото 14) под которыми стоят подписи действующих директоров, позволяет сделать совершенно объективный вывод о принадлежности диодов к тому ли иному предприятию. Понятно, для производства какого варианта нужны стеклянные трубки малого диаметра, да и вообще, небольшое количество материалов, а где-то нужен ковар, свинец, никель и кадмий со стеклом.

Фото 12

Фото 13

Фото 14

Дальнейшая судьба диода Д1 связана с заводом 362 (“Плутон”), где до конца 1958 года он производился, и в силу объективных причин был вытеснен вновь разработанным в недавно созданном НИИ-311 диодом Д9. Это совсем не случайно, поскольку  его разработкой там занимался Александр Никифорович Пужай — Главный конструктор первых отечественных германиевых точечных выпрямительных диодов ДГ-Ц.И не только германиевых. Но это уже совсем другая история.

Список использованной литературы

1. А.Н. Пужай.Германиевые диоды.- «Автоматика и телемеханика», 1956, Том XVII, выпуск 2.
2. А. М. Бройде. Справочник по электровакуумным и полупроводниковым приборам. 1957. (Массовая радиобиблиотека. Вып. 269).
3. Полупроводниковые приборы. — Всесоюзная промышленная выставка. 1957.
4. Журнал «Радио».  1953 год номер 1 стр. 57
5. Терещук Р. М., Домбругов Р.М., Босый Н.Д. Справочник радиолюбителя. Под общ. ред. В.В. Огиевского. — Киев, 1957.
6. Журнал «Радио» 1955 год номера 1, 5, 10.
7. Материалы постоянного хранения Российского государственного архива.

Об авторе: пос. Володарского
журнале в «Радио» номера 2/2020, с. 10.
Помещена в музей с разрешения автора 27 сентября 2020

Идеальные контроллеры с диодами/кольцами ИЛИ | TI.com

Наши идеальные контроллеры диодов и ORing предлагают компактные и масштабируемые решения для защиты вашей системы от обратного напряжения или обратного тока. Эти устройства значительно снижают потери энергии, обычно возникающие при прямом падении напряжения традиционных дискретных кремниевых диодов или диодов Шоттки.

Рекомендуемые идеальные диоды и контроллеры OR

Технические ресурсы

Указания по применению

Замечания по применению

Основы идеальных диодов (версия B)

Узнайте, как наши идеальные контроллеры диодов преодолевают общие ограничения диодов Шоттки или P-канальных полевых МОП-транзисторов, используемых для традиционной защиты входов или приложений ИЛИ.

документ-pdfAcrobat ПДФ

Примечание по применению

Указания по применению

Шесть системных архитектур с надежной защитой от обратной батареи

Новые автомобильные тенденции требуют более высокой эффективности и удельной мощности во входных силовых системах. Узнайте, как новый контроллер идеальных диодов на полевых транзисторах LM74800-Q1 B2B упрощает общие архитектуры проектирования.

документ-pdfAcrobat ПДФ

Примечание по применению

Указания по применению

Устранение падения напряжения и экономия электроэнергии: идеальный диод (версия A)

В таких приложениях, как интеллектуальные электронные счетчики или термостаты, могут использоваться резервные батареи или резервные источники питания для сокращения времени простоя системы. Посмотрите, как можно использовать LM66100 для блокировки обратного тока при малом падении прямого напряжения.

документ-pdfAcrobat ПДФ

Ресурсы для проектирования и разработки

Оценочная плата

LM74700-Q1 Оценочный модуль автомобильного идеального диодного контроллера IQ от 3,2 до 65 В, 80 мкА (пакет DDF)

LM74700DDFEVM помогает разработчикам оценить работу и производительность идеального автомобильного диодного контроллера IQ LM74700-Q1 от 3,2 В до 65 В, 80 мкА (пакет DDF). Этот оценочный модуль демонстрирует, как N-канальный силовой полевой МОП-транзистор может эмулировать диод с очень низким прямым напряжением с низким IQ и (…)

Оценочная плата

LM74500-Q1 Оценочный модуль контроллера защиты от обратной полярности IQ от 3,2 В до 65 В, 80 мкА

Оценочный модуль LM74500-Q1 (LM74500Q1EVM) помогает разработчикам оценить работу и производительность контроллера защиты от обратной полярности LM74500-Q1. Этот оценочный модуль демонстрирует, как можно использовать N-канальный силовой полевой МОП-транзистор для реализации защиты входного обратного напряжения с низким IQ (…)

Базовый вариант

Эталонный проект автомобильного фильтра защиты от переходных процессов и перегрузок по току

Этот эталонный проект демонстрирует систему защиты от переходных процессов напряжения и тока, обычно встречающихся в автомобильных системах. Эта эталонная конструкция оптимизирует функциональность, размер и возможности защиты, не жертвуя при этом мощностью аудиоусилителей премиум-класса.

Схем Тома — Привет, Диоды!

После мигания светодиода поздоровайтесь с дополнительными диодами: силовым выпрямителем, стабилитроном, TVS, PIN-переключателем, PIN-резистором, Шоттки, варактором, фотодетектором, MOV и DIAC.

Для чего они?

Диоды бывают разных форм и размеров!

Диоды имеют много разных условных обозначений!

Светодиод

Светодиод — отличное введение в электронику, потому что вы можете увидеть, как он работает! Светодиод работает только при правильной полярности. Поскольку символ выглядит как стрелка, его легко запомнить.

В классической схеме светодиода с гасящим резистором найти номинал резистора для получения нужного тока в цепи светодиода может быть сложно. Оно зависит от цвета светодиода и напряжения питания. Когда есть цепочка светодиодов последовательно, небольшие изменения напряжения светодиодов складываются.

Токовый диод

Токовый диод подобен резистору, за исключением того, что ток не пропорционален напряжению, а имеет постоянный ток в некотором диапазоне напряжения.

Пока напряжение на диоде регулятора тока выше некоторого минимального значения, он будет пропускать такой же ток. Для токового диода CLD20B требуется около 4 вольт, чтобы достичь 20 мА. В правой части графика видно, что ток увеличивается, если напряжение слишком высокое, например, 50 Вольт. Рассеиваемая мощность на диоде — это падение напряжения, умноженное на ток. При 50 вольт мощность диода будет 50 вольт при 100 мА, что составляет 5 ватт. Это быстро сожжет диод, так что не делайте этого!

Мощное выпрямление

Двухполупериодный мостовой выпрямитель (FBWR) — выгодная покупка среди силовых диодов. Если это ваша схема, использовать FBWR в корпусе намного проще, чем использовать четыре дискретных диода. Входные клеммы взаимозаменяемы. Их легко достать и они работают при больших токах, а это значит, что вы можете проектировать их с большим запасом по току.

Чтобы по-настоящему понять силовой выпрямитель, нужно разобраться с трансформатором. Трансформаторы представляют собой сложную задачу для понимания из-за изоляции между первичной и вторичной обмотками. Может быть трудно понять, как и почему работают некоторые схемы. Если у вас есть отвод по центру на выходной стороне трансформатора, вышеописанный выпрямитель лучше, и вы можете использовать двойной силовой диод с общим катодом.

Опорное напряжение Зенера

Стабилитрон использует преимущество ограниченного напряжения пробоя. 5 В — это нестандартное напряжение Зенера, поэтому вам, вероятно, следует использовать другое напряжение! Как и номиналы резисторов и конденсаторов, для стабилитронов существует список стандартных напряжений.

Нелинейная обработка сигналов — ограничитель

Это полезно для аудиосигналов. Диоды в обратной связи включаются, когда выходной сигнал достаточно велик. Когда диоды включены, коэффициент усиления изменяется от -11 до -1.

Фотодетектор

Для обнаружения света можно использовать фотодетекторный диод или светодиод. В этой схеме используется фотодетекторный диод. Эти диоды обычно в 10 раз более чувствительны, чем светодиоды, и доступны с различной чувствительностью к различным цветовым диапазонам. Этот пример схемы чувствителен к широкому диапазону цветов.

Переменная емкость-VCXO

Диод с обратным смещением имеет некоторую емкость, которая зависит от напряжения. Некоторые диоды спроектированы так, чтобы делать это предсказуемым образом.

Может использоваться в схеме генератора для изменения частоты. В случае кварцевого генератора его можно использовать для точной настройки. Для других типов генераторов диапазон может быть намного больше, примерно 2:1 по частотному диапазону.

РЧ-переключатель

Переключение РЧ-сигналов может осуществляться с помощью PIN-диодов. Они спроектированы таким образом, чтобы иметь небольшое ВЧ-сопротивление при включении и очень низкую емкость при обратном напряжении. Например, при прямом смещении 10 мА ВАТ 18–04 Е6327 имеет сопротивление 1 Ом. При -12В обратная емкость менее 1пФ.

Для этого примера переключателя требуется схема привода, которая может качаться как на положительное, так и на отрицательное напряжение. Катушки индуктивности рассчитаны на высокое сопротивление в некотором диапазоне частот. При таком использовании катушки индуктивности также называют ВЧ-дросселями.

Загрузить сейчас

Переменное сопротивление — настраиваемый фильтр

Вот такой фильтр встречается нечасто. Переменный резистор PIN можно использовать для создания фильтра с переменной полосой пропускания. Сопротивление задается током в pin-диоде. Более низкие токи имеют более высокое сопротивление.

На графике показано изменение сопротивления диода HSMP-3810-TR1G. Та же концепция используется в регулируемых ВЧ-усилителях и аттенюаторах.

РЧ-детектор

Эта схема может использоваться для обнаружения РЧ-сигналов. Напряжение постоянного тока на выходе создается при наличии ВЧ-сигнала на входе с достаточным напряжением, чтобы включить диод и зарядить конденсатор. Подключив антенну к RF IN и вольтметр к Vout, эта схема может обнаруживать близлежащие радиопередатчики.

Чтобы получить наилучшую чувствительность для обнаружения слабых радиосигналов, используйте диод с наименьшим возможным напряжением. Это диод Шоттки, который включается примерно при 0,35 вольта. Шоттки в этой конструкции также имеет очень низкую емкость. Слишком большая емкость загрузит ВЧ-вход. Этот диод имеет емкость около 0,8 пФ при 0 В. Этот детектор начнет терять чувствительность на частотах выше 2 ГГц. Разработчик радиочастот может решить эту проблему за вас и обнаружить более высокие частоты с помощью аналогичной схемы.

Этот диод Шоттки легко повреждается электростатическим разрядом. Всего 5В обратного напряжения на входе могут вывести из строя диод.

Требования по обращению

Какое особое обращение требуется для диодов?

Влага — некоторые элементы необходимо держать сухими, особенно светодиоды. Если внутрь корпуса попадет влага, то в процессе пайки платы некоторые из них лопнут, как попкорн.

Диоды чувствительны к электростатическим разрядам. Некоторые из них, такие как TVS, имеют прочную конструкцию и могут использоваться для защиты других более слабых цепей, в том числе более слабых диодов.

Подавление переходного напряжения

Устройства защиты от электростатического разряда важны для надежности. Они используют стабилитрон, а также сбрасывают статический заряд в источники питания, где он может быть поглощен конденсаторами.

Металлооксидный варистор (MOV)

MOV обычно являются первой линией защиты от переходных процессов, связанных с питанием переменного тока. MOV бывают разных напряжений. MOV с более низким напряжением очень хорошо работают в качестве защиты от перенапряжения источника питания.

DIAC

В классической схеме диммера используется DIAC, представляющий собой необычный диод. Возможно, на самом деле это не должно считаться диодом, но символ выглядит как диод. Это диод, который не включается, пока не достигнет определенного порогового напряжения. Затем он остается включенным до тех пор, пока напряжение на диоде не упадет до нуля.

Быть умным

Мой друг Рон говорит, что некоторые схемы работают, а некоторые схемы предназначены для работы.

Например, светодиод иногда может быть хорошим фотодиодом. Вы можете разработать фотодетектор, в котором вместо фотодиода используется светодиод, и это будет дешевле. Бывает, работает. Светодиод не предназначен для работы в качестве фотодиода. Вы можете купить еще одну партию светодиодов с тем же номером детали, и они могут работать не так хорошо.

В некоторых из приведенных выше схем можно заменить другие типы диодов. Это приводит к вопросам в общей форме: «Могу ли я использовать X вместо Y?» Например, могу ли я использовать зубную пасту в качестве средства для полировки пола? (Да, но не наоборот.) Можно ли использовать силовой диод в качестве варактора? (Да, но не наоборот.)

Если вы хотите спроектировать таким образом, купите много деталей и испытайте их на всех партиях. Если они работают, аккуратно храните детали! С каждой новой партией деталей может потребоваться доработка. Часто лучше использовать более дорогую специализированную деталь, предназначенную для выполнения конкретной работы.

Я предпочитаю использовать детали так, как указано производителем, а не хитрить.