Диод катод: Назначение диода, анод диода, катод диода, как проверить диод мультиметром

Содержание

Назначение диода, анод диода, катод диода, как проверить диод мультиметром


Назначение диода - проводить электрический ток только в одном направлении. Когда-то давно применялись ламповые диоды. Но сейчас используются в основном полупроводниковые диоды. В отличие от ламповых они значительно меньше по размеру, не требуют цепей накала и их очень просто соединять различным образом.


Условное обозначение
диода на схеме

На рисунке показано условное обозначение диода на схеме. Буквами А и К соответственно обозначены анод диода и катод диода. Анод диода - это вывод, который подключается к положительному выводу источника питания, непосредственно или через элементы схемы. Катод диода - это вывод из которого выходит ток положительного потенциала и далее через элементы схемы попадает на отрицательный электрод источника тока. Т.е. ток через диод идёт от анода к катоду. А в обратном направлении диод ток не пропускает. Если каким-то из своих выводов диод подключается к источнику переменного напряжения, то на другом его выводе получается постоянное напряжение с полярностью, зависящей от того, как диод подключен. Если он подключен анодом к переменному напряжению, то с катода мы получим положительное напряжение. Если он подключен катодом, то с анода будет получено соответственно отрицательное напряжение.

Как проверить диод мультиметром


Выводы диода

Как проверить диод мультиметром или тестером - такой вопрос встаёт тогда, когда есть подозрение, что диод неисправен. Но, ответ на этот вопрос даёт ещё один ответ, где у диода анод, а где катод. Т.е. если мы изначально не знаем цоколёвку диода, то просто ставим мультиметр или тестер на прозвонку диодов (или на измерение сопротивления) и по очереди прозваниваем диод в обоих направлениях. Если диод исправен, наш прибор будет показывать прохождение тока только в одном из вариантов. Если диод пропускает ток в обоих вариантах - диод пробит. Если он не пропускает ни в каком варианте, диод перегорел и также неисправен. В случае исправного диода, когда он проводит ток, смотрим на клеммы прибора, тот вывод диода, что подключен к положительному выводу тестера, является анодом диода, а тот, что к отрицательному - катодом диода. Проверка диодов очень похожа на проверку транзисторов.


Принцип работы диодов для чайников

Диод является одной из разновидностей приборов, сконструированных на полупроводниковой основе. Обладает одним p-n переходом, а также анодным и катодным выводом. В большинстве случаев он предназначен для модуляции, выпрямления, преобразования и иных действий с поступающими электрическими сигналами.

Принцип работы:

  1. Электрический ток воздействует на катод, подогреватель начинает накаливаться, а электрод испускать электроны.
  2. Между двумя электродами происходит образование электрического поля.
  3. Если анод обладает положительным потенциалом, то он начинает притягивать электроны к себе, а возникшее поле является катализатором данного процесса. При этом, происходит образование эмиссионного тока.
  4. Между электродами происходит образование пространственного отрицательного заряда, способного помешать движению электронов. Это происходит, если потенциал анода оказывается слишком слабым. В таком случае, частям электронов не удается преодолеть воздействие отрицательного заряда, и они начинают двигаться в обратном направлении, снова возвращаясь к катоду.
  5. Все электроны, которые достигли анода и не вернулись к катоду, определяют параметры катодного тока. Поэтому данный показатель напрямую зависит от положительного анодного потенциала.
  6. Поток всех электронов, которые смогли попасть на анод, имеет название анодный ток, показатели которого в диоде всегда соответствуют параметрам катодного тока. Иногда оба показателя могут быть нулевыми, это происходит в ситуациях, когда анод обладает отрицательным зарядом. В таком случае, возникшее между электродами поле не ускоряет частицы, а, наоборот, тормозит их и возвращает на катод. Диод в таком случае остается в запертом состоянии, что приводит к размыканию цепи.

Устройство

Ниже приводится подробное описание устройства диода, изучение этих сведений необходимо для дальнейшего понимания принципов действия этих элементов:

  1. Корпус представляет собой вакуумный баллон, который может быть изготовлен из стекла, металла или прочных керамических разновидностей материала.
  2. Внутри баллона имеется 2 электрода. Первый является накаленным катодом, который предназначен для обеспечения процесса эмиссии электронов. Самый простейший по конструкции катод представляет собой нить с небольшим диаметром, которая накаливается в процессе функционирования, но на сегодняшний день более распространены электроды косвенного накала. Они представляют собой цилиндры, изготовленные из металла, и обладающие особым активным слоем, способным испускать электроны.
  3. Внутри катода косвенного накала имеется специфический элемент – проволока, которая накаливается под воздействием электрического тока, она называется подогреватель.
  4. Второй электрод является анодом, он необходим для приема электронов, которые были выпущены катодом. Для этого он должен обладать положительным относительно второго электрода потенциалом. В большинстве случаев анод также имеет цилиндрическую форму.
  5. Оба электрода вакуумных приборов полностью идентичны эмиттеру и базе полупроводниковой разновидности элементов.
  6. Для изготовления диодного кристалла чаще всего используется кремний или германий. Одна из его частей является электропроводимой по p-типу и имеет недостаток электронов, который образован искусственным методом. Противоположная сторона кристалла также имеет проводимость, но n-типа и обладает избытком электронов. Между двумя областями имеется граница, которая и называется p-n переходом.

Такие особенности внутреннего устройства наделяют диоды их главным свойством – возможностью проведения электрического тока только в одном направлении.

Назначение

Ниже приводятся основные области применения диодов, на примере которых становится понятно их основное назначение:

  1. Диодные мосты представляют собой 4, 6 или 12 диодов, соединенных между собой, их количество зависит от типа схемы, которая может быть однофазной, трехфазной полумостовой или трехфазной полномостовой. Они выполняют функции выпрямителей, такой вариант чаще всего используется в автомобильных генераторах, поскольку внедрение подобных мостов, а также использование вместе с ними щеточно-коллекторных узлов, позволило в значительной степени сократить размеры данного устройства и увеличить степень его надежности.
    Если соединение выполнено последовательно и в одну сторону, то это повышает минимальные показатели напряжения, которое потребуется для отпирания всего диодного моста.
  2. Диодные детекторы получаются при комбинированном использовании данных приборов с конденсаторами. Это необходимо для того, чтобы было можно выделить модуляцию с низкими частотами из различных модулированных сигналов, в том числе амплитудно-модулированной разновидности радиосигнала. Такие детекторы являются частью конструкции многих бытовых потребителей, например, телевизоров или радиоприемников.
  3. Обеспечение защиты потребителей от неверной полярности при включении схемных входов от возникающих перегрузок или ключей от пробоя электродвижущей силой, возникающей при самоиндукции, которая происходит при отключении индуктивной нагрузки. Для обеспечения безопасности схем от возникающих перегрузок, применяется цепочка, состоящая из нескольких диодов, имеющих подключение к питающим шинам в обратном направлении. При этом, вход, которому обеспечивается защита, должен подключаться к середине этой цепочки. Во время обычного функционирования схемы, все диоды находятся в закрытом состоянии, но если ими было зафиксировано, что потенциал входа ушел за допустимые пределы напряжения, происходит активация одного из защитных элементов. Благодаря этому, данный допустимый потенциал получает ограничение в рамках допустимого питающего напряжения в сумме с прямым падением показателей напряжение на защитном приборе.
  4. Переключатели, созданные на основе диодов, используются для осуществления коммутации сигналов с высокими частотами. Управление такой системой осуществляется при помощи постоянного электрического тока, разделения высоких частот и подачи управляющего сигнала, которое происходит благодаря индуктивности и конденсаторам.
  5. Создание диодной искрозащиты. Используются шунт-диодные барьеры, которые обеспечивают безопасность путем ограничения напряжения в соответствующей электрической цепи. В совокупности с ними применяются токоограничительные резисторы, которые необходимы для ограничения показателей электрического тока, проходящего через сеть, и увеличения степени защиты.

Использование диодов в электронике на сегодняшний день весьма широко, поскольку фактически ни одна современная разновидность электронного оборудования не обходится без этих элементов.

Прямое включение диода

На p-n-переход диода может оказывать воздействие напряжение, подаваемое с внешних источников. Такие показатели, как величина и полярность, будут сказываться на его поведении и проводимом через него электрическом токе.

Ниже подробно рассмотрен вариант, при котором происходит подключение плюса к области p-типа, а отрицательного полюса к области n-типа. В этом случае произойдет прямое включение:

  1. Под воздействием напряжения от внешнего источника, в p-n-переходе сформируется электрическое поле, при этом его направление будет противоположным относительно внутреннего диффузионного поля.
  2. Напряжение поля значительно снизится, что вызовет резкое сужение запирающего слоя.
  3. Под воздействием этих процессов значительное количество электронов обретет возможность свободно переходить из p-области в n-область, а также в обратном направлении.
  4. Показатели тока дрейфа
    во время этого процесса остаются прежними, поскольку они напрямую зависят только от числа неосновных заряженных носителей, находящихся в области p-n-перехода.
  5. Электроны обладают повышенным уровнем диффузии, что приводит к инжекции неосновных носителей. Иными словами, в n-области произойдет повышение количества дырок, а в p-области будет зафиксирована повышенная концентрация электронов.
  6. Отсутствие равновесия и повышенное число неосновных носителей заставляет их уходить вглубь полупроводника и смешиваться с его структурой, что в итоге приводит к разрушению его свойств электронейтральности.
  7. Полупроводник при этом способен восстановить свое нейтральное состояние, это происходит благодаря получению зарядов от подключенного внешнего источника, что способствует появлению прямого тока во внешней электрической цепи.

Обратное включение диода

Теперь будет рассмотрен другой способ включения, во время которого изменяется полярность внешнего источника, от которого происходит передача напряжения:

  1. Главное отличие от прямого включения заключается в том
    , что создаваемое электрическое поле будет обладать направлением, полностью совпадающим с направлением внутреннего диффузионного поля. Соответственно, запирающий слой будет уже не сужаться, а, наоборот, расширяться.
  2. Поле, находящееся в p-n-переходе, будет оказывать ускоряющий эффект на целый ряд неосновных носителей заряда, по этой причине, показатели дрейфового тока останутся без изменений. Он будет определять параметры результирующего тока, который проходит через p-n-переход.
  3. По мере роста обратного напряжения, электрический ток, протекающий через переход, будет стремиться достичь максимальных показателей. Он имеет специальное название – ток насыщения.
  4. В соответствии с экспоненциальным законом, с постепенным увеличением температуры будут увеличиваться и показатели тока насыщения.

Прямое и обратное напряжение

Напряжение, которое оказывает воздействие на диод, разделяют по двум критериям:

  1. Прямое напряжение – это то, при котором происходит открытие диода и начинается прохождение через него прямого тока, при этом показатели сопротивления прибора являются крайне низкими.
  2. Обратное напряжение – это то, которое обладает обратной полярностью и обеспечивает закрытие диода с прохождением через него обратного тока. Показатели сопротивления прибора при этом начинают резко и значительно расти.

Сопротивление p-n-перехода является постоянно меняющимся показателем, в первую очередь на него оказывает влияние прямое напряжение, подающееся непосредственно на диод. Если напряжение увеличивается, то показатели сопротивления перехода будут пропорционально уменьшаться.

Это приводит к росту параметров прямого тока, проходящего через диод. Когда данный прибор закрыт, то на него воздействует фактически все напряжение, по этой причине показатели проходящего через диод обратного тока являются незначительными, а сопротивление перехода при этом достигает пиковых параметров.

Работа диода и его вольт-амперная характеристика

Под вольт-амперной характеристикой данных приборов понимается кривая линия, которая показывает то, в какой зависимости находится электрический ток, протекающий через p-n-переход, от объемов и полярности напряжения, воздействующего на него.

Подобный график можно описать следующим образом:

  1. Ось, расположенная по вертикали: верхняя область соответствует значениям прямого тока, нижняя область параметрам обратного тока.
  2. Ось, расположенная по горизонтали: область, находящаяся справа, предназначена для значений прямого напряжения; область слева для параметров обратного напряжения.
  3. Прямая ветвь вольт-амперной характеристики отражает пропускной электрический ток через диод. Она направлена вверх и проходит в непосредственной близости от вертикальной оси, поскольку отображает увеличение прямого электрического тока, которое происходит при увеличении соответствующего напряжения.
  4. Вторая (обратная) ветвь соответствует и отображает состояние закрытого электрического тока, который также проходит через прибор. Положение у нее такое, что она проходит фактически параллельно относительно горизонтальной оси. Чем круче эта ветвь подходит к вертикали, тем выше выпрямительные возможности конкретного диода.
  5. По графику можно наблюдать, что после роста прямого напряжения, протекающего через p-n-переход, происходит медленное увеличение показателей электрического тока. Однако постепенно, кривая достигает области, в которой заметен скачок, после которого происходит ускоренное нарастание его показателей. Это объясняется открытием диода и проведением тока при прямом напряжении. Для приборов, изготовленных из германия, это происходит при напряжении равном от 0,1В до 0,2В (максимальное значение 1В), а для кремниевых элементов требуется более высокий показатель от 0,5В до 0,6В (максимальное значение 1,5В).
  6. Показанное увеличение показателей тока может привести к перегреву полупроводниковых молекул. Если отведение тепла, происходящее благодаря естественным процессам и работе радиаторов, будет меньше уровня его выделения, то структура молекул может быть разрушена, и этот процесс будет иметь уже необратимый характер. По этой причине, необходимо ограничивать параметры прямого тока, чтобы не допустить перегрева полупроводникового материала. Для этого, в схему добавляются специальные резисторы, имеющие последовательное подключение с диодами.
  7. Исследуя обратную ветвь можно заметить, что если начинает увеличиваться обратное напряжение, которое приложено к p-n-переходу, то фактически незаметен рост параметров тока. Однако в случаях, когда напряжение достигает параметров, превосходящих допустимые нормы, может произойти внезапный скачок показателей обратного тока, что перегреет полупроводник и будет способствовать последующему пробою p-n-перехода.

Основные неисправности диодов

Иногда приборы подобного типа выходят из строя, это может происходить из-за естественной амортизации и старения данных элементов или по иным причинам.

Всего выделяют 3 основных типа распространенных неисправностей:

  1. Пробой перехода приводит к тому, что диод вместо полупроводникового прибора становится по своей сути самым обычным проводником. В таком состоянии он лишается своих основных свойств и начинает пропускать электрический ток в абсолютно любом направлении. Подобная поломка легко выявляется при помощи стандартного мультиметра, который начинает подавать звуковой сигнал и показывать низкий уровень сопротивления в диоде.
  2. При обрыве происходит обратный процесс – прибор вообще перестает пропускать электрический ток в каком-либо направлении, то есть он становится по своей сути изолятором. Для точности определения обрыва, необходимо использовать тестеры с качественными и исправными щупами, в противном случае, они могут иногда ложно диагностировать данную неисправность. У сплавных полупроводниковых разновидностей такая поломка встречается крайне редко.
  3. Утечка, во время которой нарушается герметичность корпуса прибора, вследствие чего он не может исправно функционировать.

Пробой p-n-перехода

Подобные пробои происходят в ситуациях, когда показатели обратного электрического тока начинают внезапно и резко расти, происходит это из-за того, что напряжение соответствующего типа достигает недопустимых высоких значений.

Обычно различается несколько видов:

  1. Тепловые пробои, которые вызваны резким повышением температуры и последующим перегревом.
  2. Электрические пробои, возникающие под воздействием тока на переход.

График вольт-амперной характеристики позволяет наглядно изучать эти процессы и разницу между ними.

Электрический пробой

Последствия, вызываемые электрическими пробоями, не носят необратимого характера, поскольку при них не происходит разрушение самого кристалла. Поэтому при постепенном понижении напряжения можно восстановить всей свойства и рабочие параметры диода.

При этом, пробои такого типа делятся на две разновидности:

  1. Туннельные пробои происходят при прохождении высокого напряжения через узкие переходы, что дает возможность отдельно взятым электронам проскочить через него. Обычно они возникают, если в полупроводниковых молекулах имеется большое количество разных примесей. Во время такого пробоя, обратный ток начинает резко и стремительно расти, а соответствующее напряжение находится на низком уровне.
  2. Лавинные разновидности пробоев возможны благодаря воздействию сильных полей, способных разогнать носителей заряда до предельного уровня из-за чего они вышибают из атомов ряд валентных электронов, которые после этого вылетают в проводимую область. Это явление носит лавинообразный характер, благодаря чему данный вид пробоев и получил такое название.

Тепловой пробой

Возникновение такого пробоя может произойти по двум основным причинам: недостаточный теплоотвод и перегрев p-n-перехода, который происходит из-за протекания через него электрического тока со слишком высокими показателями.

Повышение температурного режима в переходе и соседних областях вызывает следующие последствия:

  1. Рост колебания атомов, входящих в состав кристалла.
  2. Попадание электронов в проводимую зону.
  3. Резкое повышение температуры.
  4. Разрушение и деформация структуры кристалла.
  5. Полный выход из строя и поломка всего радиокомпонента.

Статья была полезна?

0,00 (оценок: 0)

MMBD1404A, Диод слабых сигналов, Двойной Общий Катод, 250 В, 200 мА, 1.25 В, 50 нс, 2 А, ON Semiconductor

Максимальная Рабочая Температура 150 C
Количество Выводов 3вывод(-ов)
Стиль Корпуса Диода sot-23
Средний Прямой Ток 200ма
Максимальное Прямое Напряжение 1.25В
Максимальное Значение Напряжения Vrrm 250в
Конфигурация Диода Двойной Общий Катод
Максимальное Время Обратного Восстановления 50нс
Максимальный Импульсный Прямой Ток Ifsm
Линейка Продукции MMBD1 Series
Base Product Number MMBD14 ->
Current - Average Rectified (Io) (per Diode) 200mA
Current - Reverse Leakage @ Vr 100nA @ 175V
Diode Configuration 1 Pair Common Cathode
Diode Type Standard
ECCN EAR99
HTSUS 8541.10.0070
Moisture Sensitivity Level (MSL) 1 (Unlimited)
Mounting Type Surface Mount
Operating Temperature - Junction 150В°C (Max)
Package Tape & Reel (TR)Cut Tape (CT)Digi-ReelВ®
Package / Case TO-236-3, SC-59, SOT-23-3
REACH Status REACH Unaffected
Reverse Recovery Time (trr) 50ns
RoHS Status ROHS3 Compliant
Speed Small Signal =
Supplier Device Package SOT-23-3
Voltage - DC Reverse (Vr) (Max) 175V
Voltage - Forward (Vf) (Max) @ If 1.1V @ 200mA
Вес, г 4.536

ДИОДЫ

   Диод является двух электродным полупроводниковым прибором. Это соответственно Анод (+) или положительный электрод и Катод (-) или отрицательный электрод. Принято говорить, что диод имеет (p) и (n) области, они соединены с выводами диода. Вместе они образуют p-n переход. Разберем подробнее, что же такое этот p-n переход. Полупроводниковый диод представляет собой очищенный кристалл кремния или германия, в котором в область (p) введена акцепторная примесь, а в область (n) введена донорная примесь. В качестве донорной примеси могут выступать ионы Мышьяка, а в качестве акцепторной примеси ионы Индия. Основное свойство диода, это возможность пропускать ток только в одну сторону. Рассмотрим приведенный ниже рисунок:

Пример односторонней проводимости диода

   На этом рисунке видно, что если диод включить Анодом к плюсу питания и Катодом к минусу питания, то диод находится в открытом состоянии и проводит ток, так как его сопротивление незначительно. Если диод включен Анодом к минусу, а Катодом к плюсу, то сопротивление диода будет очень большим, и тока в цепи практически не будет, вернее он будет, но настолько маленьким, что им можно пренебречь. 

Иллюстрация прямой обратный ток диода

   Подробнее можно узнать, посмотрев следующий график, Вольт-Амперную характеристику диода:

Вольт-амперная характеристика диода

   В прямом включении, как мы видим из этого графика диод имеет небольшое сопротивление, и соответственно хорошо пропускает ток, а в обратном включении до определенной величины напряжения диод закрыт, имеет большое сопротивление и практически не проводит ток. В этом легко убедиться, если есть под рукой диод и мультиметр, нужно поставить прибор в положение звуковой прозвонки, либо установив переключатель мультиметра напротив значка диода, в крайнем случае, можно попробовать прозвонить диод, установив переключатель на положение 2 КОм измерения сопротивления. Изображается на принципиальных схемах диод так, как на рисунке ниже, запомнить, где какой вывод легко: ток у нас, как известно, всегда течет от плюса к минусу, так вот треугольник в изображении диода как бы показывает своей вершиной направление тока, то есть от плюса к минусу.

Диод полупроводниковый

   Соединив красный щуп мультиметра с Анодом, мы можем убедиться в том, что диод пропускает ток в прямом направлении, на экране прибора будут цифры равные ~ 800-900 или близкие к этому. Подключив щупы наоборот, черный щуп к аноду, красный к катоду мы увидим на экране единицу, что подтверждает, в обратном включении диод не пропускает ток. Рассмотренные выше диоды бывают плоскостные и точечные. Плоскостные диоды рассчитаны на среднюю и большую мощность и используют их в основном в выпрямителях. Точечные диоды рассчитаны на незначительную мощность и применяются в детекторах радиоприемников, могут работать на высоких частотах.  

 

Плоскостной и точечный диод

Какие бывают типы диодов ?


Схематическое изображение диодов


Фото выпрямительного диода

   А) На фото изображен рассмотренный нами выше диод.

Стабилитрон изображение на схеме

   Б) На этом рисунке изображён стабилитрон, (иностранное название диод Зенера), он используется при обратном включении диода. Основная цель: поддержание напряжения стабильным.


Двуханодный стабилитрон - изображение на схеме

   В) Двухсторонний (или двуханодный) стабилитрон. Плюс этого стабилитрона в том, что его можно включать вне зависимости от полярности.

Туннельный диод

   Г) Туннельный диод, может использоваться в качестве усилительного элемента.

Обращенный диод

   Д) Обращенный диод, применяется в высокочастотных схемах для детектирования.

Варикап

   Е) Варикап, применяется как конденсатор переменной ёмкости.

Фотодиод

   Ж) Фотодиод, при освещении прибора в цепи, подключенной к нему, возникает ток из-за возникновения пар электронов и дырок. 

 

Светодиоды

   З) Светодиоды, всем известные, и наверное наиболее широко применяемые приборы, после обычных выпрямительных диодов. Применяются во многих электронных устройствах для индикации и не только. 

   Выпрямительные диоды выпускаются также в виде диодных мостов, разберем, что это такое - это соединенные для получения постоянного (выпрямленного) тока четыре диода в одном корпусе. Подключены они по Мостовой схеме, стандартной для выпрямителей:

Схема диодного моста

   Имеют четыре промаркированных вывода: два для подключения переменного тока, и плюс с минусом. На фото изображен диодный мост КЦ405:

Фото диодный мост

   А теперь давайте рассмотрим подробнее область применения светодиодов. Светодиоды (вернее светодиодная лампа) выпускаются промышленностью и для освещения помещений, как экономичный и долговечный источник света, с цоколем позволяющим вкрутить их в обычный патрон для ламп накаливания.

Светодиодная лампа фото

   Светодиоды существуют в разных корпусах, в том числе и SMD.

smd светодиод фото

   Выпускаются и так называемые RGB светодиоды, внутри них находятся три кристалла светодиодов с разным свечением Red-Green-Blue соответственно Красный - Зеленый – Голубой, эти светодиоды имеют четыре вывода и позволяют путем смешения цветов получить видимым любой цвет.

Подключение RGB ленты

   Эти светодиоды в SMD исполнении часто выпускаются в виде лент с уже установленными резисторами и позволяют подключать их напрямую к источнику питания 12 вольт. Можно для создания световых эффектов использовать специальный контроллер:

Контроллер rgb

   Светодиоды при использовании не любят, когда на них подается напряжение питания выше того, на которое они рассчитаны и могут перегореть сразу или спустя какое-то время, поэтому напряжение источника питания должно быть рассчитано по формулам. Для советских светодиодов типа АЛ-307 напряжение питания должно подаваться примерно 2 вольта, на импортные 2-2,5 вольта, естественно с ограничением тока. Для питания светодиодных лент, если не используется специальный контроллер, необходимо стабилизированное питание. Материал подготовил - AKV.

   Форум по радиодеталям

VS-60CPU02-F - Vishay - Быстрый / ультрабыстрый диод, 200 В, 60 А

Быстрый / ультрабыстрый диод, 200 В, 60 А, Двойной Общий Катод, 1.1 В, 30 нс, 300 А

Обзор продукта

The VS-60CPU02-F is an ultra-fast Recovery Rectifier designed with optimized performance of forward voltage drop and ultra-fast recovery time. The planar structure and the platinum doped life time control guarantee the best overall performance, ruggedness and reliability characteristics. It is intended for use in the output rectification stage of SMPS, welding, UPS, DC/DC converters as well as free-wheeling diodes in low voltage inverters. Their extremely optimized stored charge and low recovery current minimize the switching losses and reduce over dissipation in the switching element and snubbers.

  • Low forward voltage drop
  • Low leakage current
  • Designed and qualified according to JEDEC®-JESD47

Области применения

Управление Питанием, Промышленное, Привод Двигателя и Управление

Предупреждения

Market demand for this product has caused an extension in lead times, delivery dates may fluctuate

Информация об изделиях

Техническая документация (2)

 

???PF_PDP_COMPARE_MAX_ITEMS_MESG???

FEP30GP-E3/45 - Vishay - Быстрый / ультрабыстрый диод, 400 В, 30 А

Быстрый / ультрабыстрый диод, 400 В, 30 А, Двойной Общий Катод, 1.3 В, 50 нс, 300 А

Обзор продукта

The FEP30GP-E3/45 is a dual common cathode Ultra-fast Rectifier with solderable matte tin-plated terminals. It is suitable for use in high frequency rectifier of switching mode power supplies, inverters, free-wheeling diodes, DC/DC converters and other power switching application.

  • Power pack
  • Glass-passivated pallet chip junction
  • Ultra-fast recovery time
  • Low switching losses, high efficiency
  • Low thermal resistance
  • High forward surge capability
  • 260°C
  • 40sec Solder dip
  • UL94V-0 Flammability rating

Области применения

Управление Питанием, Промышленное

Предупреждения

Market demand for this product has caused an extension in leadtimes. Delivery dates may fluctuate. Product exempt from discounts.

Информация об изделиях

Техническая документация (2)

 

???PF_PDP_COMPARE_MAX_ITEMS_MESG???

Принцип устройства и работы электро-вакуумных приборов

Главное назначение диодов — выпрямление переменного тока. Иногда диоды применяются для генерации шумов, т. е. беспорядочно изменяющихся токов и напряжений, для ограничения электрических импульсов и т. д.

Диод имеет два электрода в стеклянном, металлическом или керамическом баллоне с вакуумом. Один электрод — это накаленный катод, служащий для эмиссии (испускания) электронов. Другой электрод. — анод — принимает электроны, испускаемые катодом. Катод и анод вакуумного диода аналогичны эмиттеру и базе полупроводникового диода. Анод притягивает электроны, если он имеет положительный относительно катода потенциал. Между анодом и катодом образуется электрическое поле, которое при положительном потенциале анода является ускоряющим для электронов. Электроны, вылетающие из катода, под действием поля движутся к аноду.

Простейший катод делают в виде проволочки, которая накаливается током. Такие катоды называют катодами прямого или непосредственного накала. Большое распространение получил катод косвенного накала (подогревный). Это металлический цилиндр, поверхность которого покрыта активным слоем, эмитирующим электроны. Внутри цилиндра находится подогреватель в виде проволочки, накаливаемой током. В наиболее распространенной цилиндрической конструкции диода (рис. 15.1) анод имеет форму цилиндра.

Цепи диода с катодом косвенного накала показаны на рис. 15.2. Основной является анодная цепь (цепь анода). В нее входят анодный источник Еаи пространство между анодом и катодом.

Все электроны, вылетающие из катода, образуют ток эмиссии

Ie = Nq, (15.1)

где N — число электронов, вылетающих за 1 с; qзаряд электрона.

Между анодом и катодом образуется отрицательный заряд, называемый объемным или пространственным и препятствующий движению электронов к аноду. При недостаточном положительном потенциале анода не все электроны могут преодолеть действие объемного заряда и часть их возвращается на катод.

Электроны, ушедшие с катода безвозвратно, определяют катодный ток (ток катода), обозначаемый Iк или iK:

iK = nq<Ie, (15.2)

где п — число электронов, ушедших за 1 с с катода и не возвратившихся.

Рис. 15.1. Цилиндрическая конструкция электродов диода

 

Рис. 15.2. Цепи диода с катодом косвенного накала

 

Рис. 15.3. Упрощенные схемы с диодами

 

Чем выше потенциал анода, тем больше электронов преодолевает объемный заряд и уходит к аноду, т. е. тем больше катодный ток.

Поток электронов, летящих от катода к аноду и попадающих на анод, называют анодным током (током анода). Он протекает в анодной цепи и обозначается Iа или ia В диоде катодный и анодный токи равны друг другу:

ia = iк.(15.3)

Анодный ток является главным током электронной лампы. Электроны этого тока движутся внутри лампы от катода к аноду, а вне лампы — от анода к плюсу анодного источника, затем внутри него и от минуса источника к катоду лампы.

При изменении положительного потенциала анода изменяется катодный ток и равный ему анодный ток. В этом заключается электростатический принцип управления анодным током.

Если потенциал анода отрицателен по отношению к катоду, то поле между анодом и катодом тормозит электроны, вылетающие из катода, и возвращает их на катод. В этом случае катодный и анодный токи равны нулю.

Основное свойство диода — способность проводить ток в одном направлении. Электроны могут двигаться только от накаленного катода к аноду, имеющему положительный потенциал. Если же на аноде отрицательный относительно катода потенциал, то диод заперт, т. е. он размыкает цепь. Такой анод отталкивает электроны, а сам он не накален и не испускает электронов. Диод обладает односторонней проводимостью и подобно полупроводниковому диоду может выпрямлять переменный ток. В отличие от полупроводникового диода в вакуумном при обратном напряжении обратный ток практически отсутствует.

Анодный ток составляет доли миллиампера в самых маломощных диодах, применяемых в радиоприемниках или измерительной аппаратуре. В более мощных диодах (кенотронах), работающих в выпрямительных установках для питания аппаратуры, анодный ток достигает сотен миллиампер и более.

Разность потенциалов между анодом и катодом называют анодным напряжением (напряжением анода) и обозначают Ua или uа.

В практических схемах, когда в анодную цепь включена нагрузка, на которой падает часть напряжения анодного источника, анодное напряжение меньше Eа. Нередко возникают ошибки от того, что напряжение анодного источника Eа неправильно называют анодным напряжением. Но они равны только в том случае, когда зажимы анодного источника непосредственно присоединены к аноду и катоду лампы (см. рис. 15.2). Положительное анодное напряжение у маломощных диодов составляет доли вольта или единицы вольт. У кенотронов средней мощности оно достигает десятков вольт, а у мощных кенотронов сотен вольт и более.

Условились принимать потенциал катода за нулевой, так как от катода электроны начинают свое движение. Потенциал любого электрода определяют относительно катода. У катода прямого накала за точку нулевого потенциала принимают минус источника накала.

Второй цепью диода является цепь накала. Она состоит из источника Eн и подогревателя (или катода прямого накала). Ток накала обозначают Iн, а напряжение накала, т. е. напряжение между выводами подогревателя (или катода прямого накала), обозначают Uн. Напряжение накала всегда низкое — единицы, реже десятки вольт. Ток накала у маломощных ламп составляет десятки миллиампер, а у мощных — до десятков и даже сотен ампер. Во многих схемах вывод катода соединяют с корпусом (рис. 15.3, а, б) аппаратуры.

Основные аннотации по теме ламповой схемотехники

 

Что такое диоды? Проверка диодов и их применение

Диоды - это электронные компоненты устройства, которые позволяют току более легко и плавно течь через любое устройство в определенном направлении. Он имеет два электрода, один известен как Анод , а другой - Катод. Полупроводниковые материалы , такие как Кремний и Германий , используются для производства диодов.

Использование диодов

Диоды используются для различных целей, например:

  • Выпрямитель
  • Регулятор напряжения
  • Коммутаторы
  • Осцилляторы
  • Ограничители, модуляторы и демодуляторы сигналов.

Существует большое количество полупроводниковых диодов различных номиналов, которые используются в электронных схемах в соответствии с требованиями. Диоды бывают разной формы, размера и цвета.

На рисунке ниже показана форма диода BY 127 , который может безопасно пропускать прямой ток 1 А с пиковым обратным напряжением 1000 В. Он зеленого цвета, и направление, в котором он может проходить, обозначено символом, как показано на рисунке. В этой же серии есть и другие диоды, такие как BY 118, и т. Д.

На рисунке ниже показана форма диода 1N 4007 :

Он может безопасно пропускать прямой ток 1 А с PIV 100 В. Это черный цвет. На одной стороне напечатана полоса серебристого цвета, которая показывает отрицательный конец (катод) диода. В той же серии другие диоды - 1N 4001, 1N 4002. 1N 4003, 1N 4004 и т. Д. Другой диод той же серии - 1N 5406 , который может пропускать ток 6А с PIV 200 В.

На рисунке ниже показана форма диода OA 79 .Он изготовлен из прозрачного стекла. Красная отметка на корпусе (стрелка) обозначает положительный вывод. Другой диод той же серии - OA 80, OA 85 и т. Д.

На рисунке ниже показана форма силового диода D 1604 N . Он имеет металлический корпус и может выдерживать большую мощность. Он может безопасно пропускать ток 16 А с PIV 400 В. Другой силовой диод - 10 KLR 12 , который может пропускать ток 10 А при PIV 1200 В.

Проверка клемм диодов

Если символ или отметка на корпусе диода, показывающая полярность вывода, отсутствует или стерта, то полярность вывода можно определить с помощью измерителя сопротивления или мультиметра.

На рисунке ниже показано, что полярность выводов батареи, содержащейся в омметре, проявляется на выводах омметра.

Отведение P положительное, а Q отрицательное. Чтобы проверить вывод диода, его подключают к выводам P и Q, как показано на рисунке выше. Если диод проводит, а измеритель дает отклонение, то вывод A диода положительный (анод), а вывод B отрицательный (катод).

Однако, если диод не проводит и в Омметре нет отклонения, выводы диода противоположны, как и раньше.

Диод

Обзор

Диод - это электронный компонент с двумя выводами, который проводит электричество только в одном направлении. Этот термин обычно используется для обозначения полупроводникового диода . Действительно, диоды были первыми электронными компонентами, которые были построены с использованием полупроводниковых материалов (в настоящее время используется в основном кремний, хотя германий также используется для некоторых приложений).Направление, в котором диод пропускает ток, известно как прямое направление диода . В другом направлении (известном как обратное направление диода ) диод предотвращает протекание тока. Полупроводниковый материал в диоде состоит из двух смежных областей , каждая из которых «легирована» химическими примесями для придания ей определенных электрических характеристик.

Одна из областей содержит большое количество отрицательных носителей заряда (свободных электронов) и называется полупроводниковым материалом n-типа .Другая область характеризуется отсутствием электронов (часто называемых «дырками») во многих химических связях между атомами внутри области. Эти отверстия действуют как носители положительного заряда , и область называется полупроводниковым материалом p-типа . Один вывод диода, известный как , катод , подключен к области n-типа. Другой вывод, известный как анод , подключен к области p-типа. Электроны текут от катода к аноду.Обычный ток, конечно, имеет противоположное направление, поэтому обычный ток выходит из диода через катод. Сама природа диода означает, что он должен быть правильно включен в цепь. По этой причине большинство дискретных компонентов диода маркируются таким образом, чтобы идентифицировать катод (обычно с черной или белой окрашенной полосой). Типичный диод вместе с обозначением его принципиальной схемы показан ниже. Обратите внимание, что направление стрелки в символе цепи указывает направление обычного тока, протекающего через диод.


Типовой диод и обозначение его принципиальной схемы


В двух схемах, показанных ниже, типичный диод включен последовательно с лампой и батареей. В левой версии положительный полюс батареи подключен к аноду диода, так что обычный ток будет течь в направлении, указанном стрелкой (то есть от анода к катоду).Свойства диода означают, что он пропускает ток в этом направлении, и лампа загорается. В правом варианте аккумулятор подключается наоборот, то есть отрицательной клеммой подключена к аноду диода. Диод не будет проводить ток в этом направлении, поэтому ток в цепи не течет, и лампа не горит.


Диод позволяет току течь только в одном направлении.


Свойства полупроводниковых материалов

Чтобы помочь вам понять, как работает диод, мы попытаемся объяснить свойства полупроводниковых материалов, начав с рассмотрения природы связей , образованных между атомами, из которых состоят различные материалы.Первое, что нужно понять, это то, что для каждого элемента в периодической таблице будет определенное количество электронов, вращающихся вокруг ядра атома. Число электронов, вращающихся вокруг атома, будет различным для каждого элемента, но во всех случаях атомы будут расположены на одной или нескольких орбитах, известных как оболочки . Каждая оболочка требует определенного количества электронов, чтобы считаться завершенной, а электроны во внешней оболочке атома известны как валентный электрон.Именно эти валентные электроны придают атому электрические свойства, которые, в свою очередь, определяют, как атом может сочетаться с другими атомами. Валентные электроны образуют ковалентную связь с валентными электронами других атомов. В твердых телах атомы обычно объединяются в регулярно повторяющуюся трехмерную структуру, известную как кристаллическая решетка . Полупроводниковые материалы, такие как кремний или германий, имеют четыре валентных электрона. Структура атома кремния проиллюстрирована ниже.


Модель атома кремния (слева) и в упрощенном виде (справа)


На внешней оболочке атома кремния четыре электрона. Чтобы оболочка была полной (и, следовательно, стабильной), внешней оболочке потребовалось бы восемь электронов. В структуре кристаллической решетки кремния каждый валентный электрон совместно с ближайшим атомом кремния образует четыре ковалентные связи, как показано ниже.Таким образом, каждый атом имеет «половину» восьми валентных электронов. Такое количество валентных электронов придает кристаллической решетке очень стабильную структуру, а также очень затрудняет выход электронов из своих атомов. В результате полупроводниковые элементы, такие как кремний и германий, в чистом виде являются очень хорошими изоляторами. Структура кристаллической решетки чистого полупроводникового материала проиллюстрирована ниже.


Ковалентные связи в кристаллической решетке


При нормальных температурах атомы в кристаллической решетке будут вибрировать, вызывая разрыв некоторых ковалентных связей и освобождение валентных электронов.Когда электрон таким образом разрывает свою связь, во внешней оболочке атома, откуда он пришел, создается область положительного заряда (называемая отверстием , ), как показано ниже. Атом становится положительным ионом . Дырку можно представить как положительный заряд, равный по величине отрицательному заряду электрона. Свободные электроны в полупроводниковом материале будут притягиваться к дыркам из-за их противоположного (положительного) заряда, и если электрон падает в дыру и заполняет ее, ион снова становится нейтральным атомом.


Кристаллическая решетка кремния со свободными электронами и дырками


Когда батарея подключается через чистый полупроводниковый материал, она притягивает свободные электроны внутри кристаллической структуры к положительному выводу и поставляет больше свободных электронов на отрицательный вывод. Свободные электроны от разорванных ковалентных связей движутся через полупроводник, «прыгая» от одного отверстия к другому к положительному выводу, заставляя его выглядеть как , как если бы положительно заряженные дырки движутся к отрицательному выводу.Ток, протекающий в чистом полупроводниковом материале, очень мал, и его можно рассматривать как потоки свободных электронов и дырок, идущие в противоположных направлениях, как показано ниже. Этот поток тока называется собственной проводимостью , потому что носители заряда (свободные электроны и дырки) приходят изнутри самого материала. Степень возникновения проводимости также зависит от температуры, поскольку ковалентные связи легче разрываются при повышении температуры, создавая больше свободных электронов и дырок и снижая сопротивление полупроводникового материала.


Ток в собственном полупроводнике


Использование полупроводниковых материалов для создания таких устройств, как диоды, требует увеличения проводимости материала. Это может быть достигнуто путем добавления примесей в полупроводник контролируемым образом - процесс, известный как легирование . Легированный полупроводниковый материал известен как примесный полупроводник , потому что добавленные к нему примеси вводят дополнительные носители заряда.Необходимо тщательно выбирать материалы, используемые в процессе легирования. У них должны быть атомы примерно того же размера, что и атомы кремния или германия, которые они заменяют, чтобы они могли вписаться в кристаллическую решетку. У них также должно быть правильное количество валентных электронов для достижения желаемого результата, заключающегося в увеличении количества либо отрицательных носителей заряда (электронов), либо положительных носителей заряда (дырок).

Чтобы создать полупроводник, который имеет большое количество отрицательных носителей заряда (известный как полупроводник n-типа ), чистый полупроводниковый материал легируют таким материалом, как фосфор, который имеет пять валентных электронов (и, таким образом, говорится быть пятивалентной ).На диаграмме ниже показано, что происходит, когда атом фосфора вводится в решетку кристалла кремния. Четыре его валентных электрона образуют ковалентные связи с четырьмя соседними атомами кремния, но пятый валентный электрон не может образовывать связь и, таким образом, не связан прочно с молекулярной структурой кристаллической решетки. Этот «запасной» электрон может относительно легко перемещаться внутри кристаллической структуры и, следовательно, доступен для проводимости. Примесный атом называется донорным атомом , потому что он обеспечивает электрон для проводимости.


Структура кристаллической решетки кремния n-типа


«Загрязненный» кремний является полупроводником n-типа, поскольку основные носители заряда , являются отрицательно заряженными электронами (обратите внимание, что общий заряд в кристалле остается нулевым, потому что каждый атом в структуре остается электрически нейтральным). Правильное количество примесных атомов добавляется к кремнию (или германию) для получения необходимого увеличения проводимости.Несколько положительно заряженных дырок останутся в материале n-типа и будут действовать как собственные носители заряда. Эти дыры образуются при разрыве ковалентных связей между атомами кремния. Из-за относительно небольшого количества дырок, присутствующих по сравнению с количеством свободных электронов в материале, они называются неосновными носителями . На приведенной ниже диаграмме показана проводимость в полупроводнике n-типа.


Основными носителями заряда в материале n-типа являются электроны.


Чтобы создать полупроводниковый материал, в котором основными носителями заряда являются положительно заряженные дырки (известный как полупроводник p-типа ), кремний или германий легируют таким материалом, как бор, который имеет три валентных электрона (и, таким образом, Говорят, что это трехвалентный ).На схеме ниже показано, что происходит, когда атом бора вводится в решетку кристалла кремния. Его три валентных электрона образуют ковалентные связи с тремя соседними атомами кремния. Связь между атомом бора и четвертым атомом кремния остается неполной, дырка действует как положительный заряд, который может захватывать свободный электрон, движущийся через кристаллическую решетку. Примесный атом называется акцепторным атомом , потому что он легко примет электрон, чтобы завершить свою связь с атомом кремния.


Структура кристаллической решетки кремния p-типа


«Неочищенный» кремний является полупроводником p-типа, поскольку большинство носителей заряда являются положительно заряженными дырками (обратите внимание, что, как и в случае материала n-типа, общий заряд в кристалле остается нулевым, потому что каждый атом в структуре остается электрически нейтральным) . Правильное количество примесных атомов добавляется к кремнию (или германию) для получения необходимого увеличения проводимости.Несколько отрицательно заряженных электронов останутся в материале p-типа и будут действовать как собственные носители заряда. Эти электроны освобождаются при разрыве ковалентных связей между атомами кремния. Из-за относительно небольшого количества присутствующих электронов по сравнению с количеством дырок в материале именно электроны теперь становятся неосновными носителями. Обратите внимание, что для полупроводниковых материалов как n-типа, так и p-типа повышение температуры приведет к увеличению количества неосновных носителей, присутствующих в материале, потому что ковалентные связи между атомами кремния (или германия) легче разрываются.На приведенной ниже диаграмме показана проводимость в полупроводнике p-типа.


Основными носителями заряда в материале p-типа являются дырки.


P-n переход

Работа многих полупроводниковых устройств, в том числе диодов, зависит от эффектов, возникающих на стыке полупроводниковых материалов n-типа и p-типа (p-n переход , ).Такой переход, который может быть сформирован в пределах одной и той же структуры непрерывной кристаллической решетки с использованием соответствующих методов легирования, проиллюстрирован ниже. После создания перехода свободные электроны в материале n-типа рядом с переходом могут перемещаться через переход (посредством процесса, известного как диффузия , ) в материал p-типа, где они занимают дырки. В результате этого процесса диффузии область n-типа рядом с переходом становится положительно заряженной из-за потери электронов, в то время как область p-типа на другой стороне перехода становится отрицательно заряженной из-за приобретения электронов.В то же время кажется, что дырки диффундируют через переход в противоположном направлении (на самом деле они создаются в области n-типа в результате миграции электронов в область p-типа), и эти дырки могут захватывать любые оставшиеся свободные электроны. в непосредственной близости.


Электроны и дырки рядом с переходом мигрируют через него.


Движение отрицательных и положительных носителей заряда через переход прекращается довольно быстро, потому что увеличение отрицательного заряда в материале p-типа препятствует дальнейшему потоку электронов в область p-типа, в то время как накопление положительного заряда в материал n-типа препятствует созданию большего количества отверстий в области n-типа.Области n-типа и p-типа, непосредственно прилегающие к переходу, становятся относительно свободными от основных носителей заряда (см. Ниже) и вместе образуют новую область, называемую обедненным слоем . Слой истощения, хотя и менее 10 -3 мм в ширину, эффективно становится изолятором. Между переходом существует небольшая разность потенциалов, называемая напряжением перехода, которая действует от n-типа к p-типу. Напряжение перехода составляет около 0,1 В для германия и 0,6 В для кремния.


Слой обеднения создается миграцией носителей заряда.


Если батарея подключена через p-n переход, положительный вывод которого подсоединен к стороне p-типа, а отрицательный вывод - к стороне n-типа, напряжение перехода будет увеличиваться по мере того, как свободные электроны и дырки отводятся от перехода, и сопротивление соединения станет еще больше.Переход называется с обратным смещением . Электроны и дырки будут более сильно отталкиваться p-n-переходом, и слой обеднения станет шире (см. Ниже). Только очень небольшое количество электронов и дырок (созданных ковалентными связями, разрывающимися с обеих сторон перехода при нормальных температурах) будет обмениваться через p-n переход, вызывая протекание крошечного тока (известного как ток утечки ).


Показанный здесь переход имеет обратное смещение.


Если батарея подключена через p-n переход с противоположной полярностью, т.е.е. с его положительным выводом, подключенным к стороне n-типа, а его отрицательным выводом к стороне p-типа, переход называется с прямым смещением . Слой обеднения будет сужаться по мере того, как свободные электроны и дырки подталкиваются к переходу, и если приложенное напряжение превышает напряжение перехода, ток будет течь через переход, потому что большинство носителей смогут пересечь его. Электроны будут мигрировать со стороны n-типа на сторону p-типа, а дырки будут мигрировать в противоположном направлении (см. Ниже).И снова будет ток утечки из-за обмена неосновными носителями, создаваемого нормальным разрывом ковалентных связей по обе стороны от перехода. Однако на этот раз ток утечки способствует протеканию тока основной несущей, и сопротивление перехода очень низкое.


Прямое смещение


Переходный диод - это широко используемый тип диода, который использует свойства p-n перехода.Он состоит из p-n-перехода, один вывод которого подключен к p-стороне (анод), а другой - к n-стороне (катоду). Упрощенный вид кремниевого диода «планарной» конструкции показан ниже. Тонкий слой кремния n-типа припаян к металлической основе, которая соединена с катодом. Тонкая пленка из оксида кремния образуется на верхней поверхности ломтика при нагревании его паром до температуры около 1100 ° C и действует как изолирующий материал. Затем в оксидной пленке химически вытравливается «окно», и пар, содержащий соответствующий легирующий агент, может диффундировать через него, превращая открытую область среза в кремний p-типа.Затем алюминий испаряется на область p-типа, позволяя припаивать к ней анодный вывод. Наконец, диод герметичен во внешнем кожухе, чтобы защитить его от влаги и света.


Секция через кремниевый диод


Характеристики диодов

Диоды демонстрируют определенное поведение, которое делает их очень полезными в электронных приложениях.Когда диод смещен в обратном направлении, он позволяет только очень небольшому току утечки течь в обратном направлении, даже если обратное напряжение относительно высокое. Поскольку диод позволяет току течь только в одном направлении, это жизненно важный компонент в схемах, преобразующих переменный ток в постоянный (процесс, известный как выпрямление ). Другой интересной характеристикой диода является то, что при прямом смещении его прямое напряжение не увеличивается значительно, даже когда через диод протекает относительно большой ток.Типичные характеристические кривые кремниевых и германиевых диодов при 25 ° C показаны ниже. Обратите внимание, что для обоих типов прямой ток ( I F ) невелик до тех пор, пока прямое напряжение ( В, F ) не составит около 0,6 В для кремния и около 0,1 В для германия. После этого небольшое изменение V F вызывает большое увеличение I F .


Характеристики кремниевых и германиевых диодов


Обратный ток I, R пренебрежимо мал и остается таким, поскольку обратное напряжение В, R увеличивается.Однако, если V R увеличить в достаточной степени, изоляция обедненного слоя разрушится, и I R увеличится внезапно и быстро. Если это происходит, результатом обычно является необратимое повреждение диода. Напряжение пробоя может варьироваться от нескольких вольт до 1000 вольт для кремния и 100 вольт для германия, в зависимости от конструкции диода и степени используемого легирования (спасибо моему другу Клаусу Польманну за то, что он указал, что моя первоначальная диаграмма не показал точки пробоя кремниевой кривой!).Двумя важными электрическими характеристиками диода являются средний прямой ток и максимальное обратное напряжение , которые не должны превышаться при нормальных условиях.

Преобразование мощности

Электроэнергия вырабатывается как переменный ток, потому что это наиболее экономичная форма для выработки и распределения больших объемов электроэнергии.Электроэнергия, поступающая в ваш дом (если вы живете в Великобритании), - это переменный ток 230 В с частотой 50 Гц. Однако для работы многих электронных устройств требуется постоянный ток относительно низкого напряжения. Диоды могут использоваться для создания цепей, которые выпрямляют переменный ток для получения постоянного тока. Переменный ток называется так, потому что ток течет сначала в одном направлении, а затем в противоположном. Это изменение направления происходит много раз в секунду, в зависимости от частоты a.c. поставлять. Простейший вид выпрямительной схемы называется однополупериодным выпрямителем и допускает только половину переменного тока. форма волны для прохождения через цепь. В полуволновом выпрямителе используется один диод, который проводит электричество, когда ток течет в одном направлении, но не в другом. Базовая схема однополупериодного выпрямителя показана ниже.


Базовый однополупериодный выпрямитель


В показанной схеме выпрямленный ток эффективно освещает лампу, подавая ей импульс с одним полупериодом переменного тока для каждого полного цикла, который имеет место (только половина a.c. форма волны может проходить через диод). Если бы диод был удален, лампа будет получать ток в течение обоих полупериодов и, следовательно, горела бы ярче. Хотя свет горит относительно тускло, он не мигает и не гаснет, потому что нить накала не успевает остыть и снова нагреться между полупериодами. Однако для большинства приложений оба полупериода переменного тока потребуется форма волны, и простого однополупериодного выпрямления, обеспечиваемого одним диодом, будет недостаточно.Схема преобразования, которая делает оба полупериода переменного тока. Источник постоянного тока называется двухполупериодным выпрямителем . В одной из наиболее часто используемых схем двухполупериодного выпрямителя используются четыре диода в схеме, называемой двухполупериодным мостом . Схема показана ниже.


Двухполупериодный мостовой выпрямитель


На двух схемах ниже показано, как обычный ток течет в цепи и через нагрузку на каждом полупериоде a.c. форма волны. В каждом случае ток, протекающий по направлению к нагрузке от источника переменного тока. источник показан красными стрелками, а обратный ток (от нагрузки обратно к источнику) показан синими стрелками. Обратите внимание, что, независимо от полярности полупериода, ток всегда течет в одном и том же направлении через нагрузку. В каждом полупериоде разные пары диодов будут смещены в прямом направлении и позволят току проходить в прямом направлении (диоды, показанные серым цветом для каждого полупериода, имеют обратное смещение и будут блокировать ток в обратном направлении. направление).


Обычный ток в положительном полупериоде



Обычный ток в отрицательном полупериоде


Точечный диод

Конструкция германиевого точечного диода показана ниже.Острие золотой или вольфрамовой проволоки прижимается к таблетке германия n-типа. Во время изготовления через диод пропускается кратковременный ток, который образует крошечную область p-типа в таблетке вокруг наконечника, образуя p-n-переход с очень маленькой площадью.


Конструкция точечного диода


При обратном смещении обедненный слой в диоде действует как изолятор, зажатый между двумя проводящими «пластинами» (областями p-типа и n-типа).В результате диод действует как конденсатор. Тема конденсаторов рассматривается в другом месте, но, по сути, конденсатор - это устройство, которое может накапливать электрический заряд. Конденсаторы также обладают свойством блокировать постоянный ток, позволяя протекать переменному току, особенно на высоких частотах, например, в радиосигналах (чем выше частота переменного тока, тем меньше конденсатор препятствует прохождению тока). Точечные диоды (иногда называемые кристаллами ) часто используются в качестве сигнальных диодов для обнаружения радиосигналов.

Точечный диод часто используется для обнаружения высокочастотного сигнала из-за его крошечной площади перехода и, следовательно, малой емкости, что делает его чувствительным к маломощным высокочастотным токам, присутствующим в радиосигналах. Германиевые точечные диоды обычно используются в качестве детекторов в радиосхемах из-за их относительно низкого прямого напряжения (около 0,2 В), что позволяет им обнаруживать более низкие напряжения сигнала. Радиосигналы по существу состоят из сигналов звуковой частоты, модулированных на несущей радиочастоты.Детектор работает, эффективно действуя как полуволновой выпрямитель, превращая радиосигнал переменного тока в колебательный сигнал постоянного тока. Затем этот сигнал отправляется через фильтр нижних частот для извлечения исходного сигнала звуковой частоты.

Стабилитрон

В нормальном диоде с переходом работа диода при напряжении пробоя или выше приведет к разрушению обедненного слоя и необратимому повреждению диода.Стабилитрон - это диоды, которые могут проводить ток в обратном направлении при определенном фиксированном опорном напряжении (их напряжение пробоя) без повреждений. Каждый стабилитрон рассчитан на определенное напряжение обратного пробоя (от 2,4 В и выше), при котором он будет проводить ток в обратном направлении, и имеет максимальную номинальную мощность (типовые значения - 400 мВт и 1,3 Вт). Стабилитрон может использоваться отдельно для обеспечения чувствительного к напряжению переключателя или последовательно с токоограничивающим резистором для регулирования напряжения.Символ принципиальной схемы стабилитрона показан ниже вместе с характеристической кривой типичного стабилитрона.


Условное обозначение принципиальной схемы стабилитрона



Характеристическая кривая напряжения и тока стабилитрона


Из кривой видно, что увеличение обратного напряжения оказывает незначительное влияние на обратный ток, пока не будет достигнуто напряжение пробоя В, Z (также известное как напряжение стабилитрона ).В этот момент ток может быстро увеличиваться в широком диапазоне с небольшим изменением напряжения или без него. Обратите внимание, что наклон кривой между точками A и B на графике почти вертикальный. Если обратное напряжение снова упадет ниже напряжения пробоя, обратный ток снова станет незначительным. Чтобы ограничить обратный ток и предотвратить перегрев стабилитрона, нельзя превышать номинальную мощность стабилитрона. Максимальный обратный ток, который может быть перенесен, можно рассчитать по следующей формуле:

куда:

I MAX = максимальный обратный ток

P = номинальная мощность диода

В = напряжение стабилитрона

Стабилитроны производятся с определенными значениями напряжения стабилитрона от 2.От 4 В до 200 В, и стабилитрон с заданным напряжением стабилитрона можно использовать последовательно с соответствующим резистором в цепи регулятора источника питания для поддержания постоянного выходного напряжения, даже если само напряжение питания подвержено колебаниям. В простой схеме регулятора напряжения, показанной ниже, используется один стабилитрон (Z), соединенный последовательно с резистором (R) и постоянным током. источник питания (в данном случае сухой аккумулятор на 12 В, напряжение которого со временем может упасть). Требуемое выходное напряжение составляет 8 В, а нагрузочное устройство потребляет ток 100 мА.


Простая схема регулятора питания


В этой схеме, пока напряжение питания превышает требуемое выходное напряжение (или, точнее, напряжение стабилитрона) на несколько вольт, напряжение на стабилитроне будет стабильным. Если мы выбираем резистор подходящего номинала, падение напряжения на резисторе ( В, , R ) всегда должно быть разницей между напряжением стабилитрона диода ( В, Z ) и напряжением питания ( В, ). ПОСТАВКА ).Наиболее близкое стандартное напряжение стабилитрона к требуемому выходному напряжению (8 В) составляет 8,2 В, что достаточно близко к целевому напряжению. В дополнение к току нагрузки стабилитрон будет потреблять как минимум еще 5 мА, поэтому максимальное значение тока ( I MAX ) в 110 мА должно удовлетворять нашим требованиям (хорошее практическое правило - допускать от 10% до 20% сверх тока нагрузки). Мы также должны выбрать стабилитрон с подходящей номинальной мощностью, чтобы он мог выдерживать максимальный ток, который может протекать через него ( I MAX ).Максимальную мощность, рассеиваемую диодом, можно рассчитать как:

В Z × I МАКС = 8,2 В × 0,110 A = 0,902 Вт

Наименьшая стандартная номинальная мощность стабилитрона, превышающая это значение, составляет 1,3 Вт, что должно быть вполне достаточным. Как уже упоминалось, падение напряжения на резисторе будет разницей между напряжением источника и напряжением стабилитрона (12 В - 8.2 В = 3,8 В). Используя закон Ома, мы можем рассчитать необходимое значение сопротивления следующим образом:

В R = 3,8 В = 34,545 Ом
I MAX 0,110 A

Ближайшее значение стандартного резистора, превышающее 34,545 Ом, составляет 39 Ом. Мы также должны убедиться, что номинальная мощность резистора соответствует работе.Мы можем рассчитать мощность, рассеиваемую в резисторе, как:

В R × I МАКС = 3,8 В × 0,110 А = 0,418 Вт

Если бы мы могли быть достаточно уверены, что напряжение питания никогда не превысит 12 В, мы, вероятно, могли бы обойтись резистором номиналом 0,5 Вт, хотя было бы разумно выбрать резистор номиналом 1 Вт или 2 Вт на всякий случай. .Фактически, всегда стоит учитывать возможность возникновения ситуации перенапряжения при работе с относительно нестабильными источниками питания и учитывать это при выборе компонентов схемы.


Как проверить диод с помощью аналогового и цифрового мультиметра (DMM)?

В этом руководстве мы узнаем, как проверить диод. Диоды - один из основных и важных компонентов в электронных схемах, которые используются для защиты, выпрямления, переключения и многих других приложений.Они являются одними из первых компонентов, которые повреждаются в случае неисправности, и, следовательно, необходимо знать, как проверить, правильно ли работает диод или нет.

Введение

Если вы начинаете разрабатывать свой собственный проект электроники или хотите устранить неполадки в какой-либо электронной схеме или проекте, то вы должны хорошо разбираться в основных электронных компонентах и ​​их работе. Вам не нужно понимать его конструкцию и внутреннюю работу, но нужно иметь хотя бы некоторые базовые знания о том, как работает компонент, как тестировать компонент и видеть, работает ли компонент должным образом или нет.

Узнайте больше об основах полупроводниковых диодов.

Знание того, как тестировать компонент, и оценка его работоспособности - это очень хороший навык поиска и устранения неисправностей в электронных схемах.

Чтобы избежать получения нежелательных результатов, рекомендуется проверить все основные компоненты, такие как резисторы, диоды, светодиоды и т. Д., На их нормальную работу или работу перед сборкой компонентов в схему (печатную плату). В худшем случае, если мы не выполняем никаких тестов перед сборкой и если результат не такой, как ожидалось, тогда очень сложно определить источник проблемы, и мы должны протестировать все компоненты (что очень сложно после сборки ).

Давайте сосредоточимся на тестировании диодов в этом руководстве. Как упоминалось ранее, диоды являются одним из важных компонентов в электронных схемах, особенно в источниках питания (и есть много других применений диодов).

Как проверить диод?

Диод представляет собой полупроводниковое устройство с двумя выводами, которое позволяет току течь только в одном направлении. Они используются в различных приложениях, таких как выпрямители, зажимы, машинки для стрижки и т. Д.

Когда вывод анода диода сделан положительным по отношению к катоду, диод называется смещенным в прямом направлении.Падение напряжения на диоде с прямым смещением обычно составляет 0,7 В для кремниевых диодов. Это минимальная разность потенциалов между анодом и катодом диода для смещения в прямом направлении.

Перед тестированием диода мы должны сначала идентифицировать выводы диода, то есть его анод и катод. Большинство диодов с PN-переходом имеют белую полосу на корпусе, а вывод рядом с этой белой полосой является катодом. А оставшийся анод. Эту маркировку имеют как сквозные диоды, так и диоды для поверхностного монтажа.

Некоторые диоды могут иметь различную цветовую полосу (например, некоторые стабилитроны имеют черную маркировку на красном / оранжевом корпусе), но клемма рядом с этой цветной меткой почти всегда является катодом.

Тестирование диода можно проводить по-разному, однако здесь мы привели некоторые основные процедуры тестирования диода.

ПРИМЕЧАНИЕ: Приведенные ниже процедуры тестирования предназначены только для нормального PN-диода.

ПРИМЕЧАНИЕ: Если диод, который вы хотите протестировать, уже находится в цепи (на печатной плате), вы можете выполнить следующие упомянутые тесты, удалив / распаяв только один вывод диода.

Как проверить диод с помощью цифрового мультиметра?

Тестирование диодов с помощью цифрового мультиметра (DMM) может выполняться двумя способами, потому что в цифровом мультиметре доступны два режима для проверки диода. Это следующие режимы:

  • Режим диода
  • Режим омметра (или режим сопротивления)

Режим тестирования диода - лучший способ проверить диод, поскольку он зависит от характеристик диода. В этом методе на диод подается прямое смещение, и падение напряжения на диоде измеряется с помощью мультиметра.Нормально работающий диод позволяет току течь в прямом смещении и должен иметь падение напряжения.

В режиме проверки сопротивления диода измеряется сопротивление прямого и обратного смещения диода. Для хорошего диода сопротивление прямого смещения должно составлять от нескольких сотен Ом до нескольких килоомов, а сопротивление обратного смещения должно быть очень высоким (обычно обозначается как OL - разомкнутая петля в мультиметре).

Процедура тестирования диодного режима

  • Определите анодные и катодные выводы диода.
  • Удерживайте цифровой мультиметр (DMM) в режиме проверки диодов, повернув центральную ручку в положение, в котором отображается символ диода. В этом режиме мультиметр может подавать ток примерно 2 мА между измерительными выводами.
  • Подключите красный щуп мультиметра к аноду, а черный щуп к катоду. Это означает, что диод смещен в прямом направлении.
  • Наблюдайте за показаниями на дисплее мультиметра. Если отображаемое значение напряжения находится между 0.От 6 до 0,7 (для кремниевого диода), то диод исправен и идеален. Для германиевых диодов это значение находится в диапазоне от 0,25 до 0,3.
  • Теперь переверните клеммы измерителя, т.е. подключите красный зонд к катоду, а черный - к аноду. Это состояние обратного смещения диода, когда через него не течет ток. Следовательно, измеритель должен показывать OL или 1 (что эквивалентно разомкнутой цепи), если диод исправен.

Если измеритель показывает значения, не соответствующие двум вышеуказанным условиям, то диод неисправен.Дефект диода может быть как открытым, так и коротким.

Открытый диод означает, что диод ведет себя как разомкнутый переключатель как в обратном, так и в прямом смещении. Таким образом, ни в одном из состояний смещения ток через диод не протекает. Следовательно, измеритель будет показывать OL (или 1) как в обратном, так и в прямом смещении.

Закороченный диод означает, что диод ведет себя как замкнутый переключатель, поэтому ток течет через него независимо от смещения, а падение напряжения на диоде будет от 0 В до 0.4В. Таким образом, мультиметр будет показывать нулевое значение напряжения, но в некоторых случаях он будет отображать очень маленькое напряжение в виде падения напряжения на диоде.

Процедура тестирования режима омметра (сопротивления)

Подобно методу тестирования диодов, режим сопротивления также является простым методом проверки состояния диода, исправен ли он, короткое замыкание или обрыв.

  • Обозначьте выводы диода, т. Е. Анод и катод.
  • Удерживайте цифровой мультиметр (DMM) в режиме сопротивления или омметра, повернув центральную ручку или селектор до места, где отображается символ ома или значения резистора.Установите переключатель в режим низкого сопротивления (может быть 1 кОм) для прямого смещения и оставьте его в режиме высокого сопротивления (100 кОм) для процедуры тестирования обратного смещения.
  • Подключите красный датчик к аноду, а черный датчик к катоду. Это означает, что диод смещен в прямом направлении. Когда диод смещен в прямом направлении, сопротивление диода очень мало.

Если на индикаторе прибора отображается умеренно низкое значение, то есть несколько десятков Ом, то диод неисправен. Но если показание сопротивления составляет от нескольких сотен Ом до нескольких килограммов, то диод исправен и работает нормально.

  • Теперь переверните клеммы мультиметра так, чтобы анод был подключен к черному щупу, а катод - к красному щупу. Таким образом, диод имеет обратное смещение.
  • Если измеритель показывает очень высокое значение сопротивления или OL на дисплее, то диод исправен и работает нормально. Поскольку в обратном смещении диод имеет очень высокое сопротивление.

Из вышесказанного ясно, что для правильной работы диода цифровой мультиметр должен считывать некоторое низкое сопротивление в состоянии прямого смещения и очень высокое сопротивление или OL в состоянии обратного смещения.

Если измеритель показывает очень высокое сопротивление или OL как в прямом, так и в обратном смещении, то диод считается разомкнутым. С другой стороны, если измеритель показывает очень низкое сопротивление в обоих направлениях, то говорят, что диод закорочен.

Как проверить диод с помощью аналогового мультиметра?

Большинство аналоговых мультиметров обычно не имеют специального режима проверки диодов. Итак, мы будем использовать режим сопротивления в аналоговом мультиметре, который аналогичен тестированию диода в режиме омметра цифрового мультиметра.

  • Удерживайте переключатель мультиметра в положении низкого сопротивления.
  • Подключите диод в прямом смещении, подключив положительный вывод к аноду, а отрицательный - к катоду.
  • Если счетчик показывает низкое значение сопротивления, значит диод исправен.
  • Теперь переведите селектор в положение высокого сопротивления и поменяйте местами выводы измерителя, подключив положительный полюс к катоду, а отрицательный - к аноду. В этом случае говорят, что диод имеет обратное смещение.
  • Если счетчик показывает OL или очень высокое сопротивление, то это указывает на безупречное состояние диода.
  • Если счетчик не показывает вышеуказанные значения, диод считается неисправным или неисправным.

Речь идет о простой проверке диодов PN с помощью цифровых и аналоговых мультиметров. Эта процедура тестирования может быть применима не для всех типов диодов. Итак, теперь давайте посмотрим, как проверить светодиод и стабилитрон.

Как проверить светодиод (светоизлучающий диод)?

Как уже говорилось выше, перед тестированием любого диода мы должны знать его контакты (выводы).Клеммы светодиода можно определить по длине проводов. Более длинный - анод, более короткий - катод. Кроме того, в другом способе используется структура поверхности, в которой плоская поверхность обозначает катод, а другая - анод.

Давайте теперь посмотрим, как проверить светодиод с помощью цифрового мультиметра.

  • Определите анодные и катодные выводы светодиода.
  • Переведите переключатель / ручку мультиметра в режим диода.
  • Подключите щупы измерителя к светодиоду так, чтобы он был смещен в прямом направлении.
  • Если светодиод работает нормально, то он светится, в противном случае светодиод неисправен.
  • Тестирование с обратным смещением невозможно для светодиода, так как он не работает в состоянии с обратным смещением.

Как проверить стабилитрон?

По сравнению с проверкой нормального диода, проверка стабилитрона требует дополнительных схем. Потому что стабилитрон проводит в состоянии обратного смещения и только в том случае, если приложенное обратное напряжение больше, чем напряжение пробоя стабилитрона.

  • Определите клеммы анода и катода стабилитрона, и процесс его идентификации аналогичен обычному PN-диоду (с помощью метки).
  • Подключите испытательную цепь, как показано на рисунке выше.
  • Переведите ручку мультиметра в режим измерения напряжения.
  • Подключите измерительные щупы к стабилитрону, как показано на рисунке.
  • Постепенно увеличивайте входную мощность диода и наблюдайте за напряжением на дисплее измерителя. Это показание на измерителе должно быть таким, чтобы при увеличении переменного питания выход измерителя должен увеличиваться до напряжения пробоя диода.Кроме того, за этой точкой счетчик должен показывать постоянное значение напряжения независимо от увеличения подачи входной переменной. Если это так, то стабилитрон исправен, в противном случае неисправен.

Предположим, если мы подадим на стабилитрон 12 В (с напряжением пробоя 6 В) от батареи через резистор, то мультиметр должен показать показание, которое примерно равно 6 В, если стабилитрон исправен.

Заключение

Полное руководство для начинающих по тестированию диодов.Узнайте, как определять выводы диода, тестировать диод с помощью цифрового мультиметра (DMM), аналогового мультиметра, тестовых светодиодов и стабилитронов.

Диод - ток, катод, полупроводник и тип

Диод - это электронное устройство, в котором два электрода расположены таким образом, что электроны могут течь только в одном направлении. Из-за этой способности управлять потоком электродов диод обычно используется в качестве выпрямителя, устройства, которое преобразует переменный ток в постоянный.Обычно существует два типа диодов. Старые диоды представляли собой вакуумных ламп , содержащих два металлических компонентов, в то время как более новые диоды представляют собой твердотельные устройства, состоящие из одного полупроводника n-типа и одного полупроводника p-типа.

Рабочий элемент в ламповом диоде представляет собой металлический провод или цилиндр, известный как катод . Вокруг катода или на расстоянии от него находится металлическая пластина. Катод и пластина герметизированы внутри стеклянной трубки , из которой удален весь воздух.Катод также прикреплен к нагревателю, который при включении заставляет катод светиться. Когда катод светится, он испускает электроны.

Если на металлической пластине поддерживается положительная разность потенциалов по сравнению с катодом, электроны будут течь от катода к пластине. Однако, если пластина на отрицательна на по сравнению с катодом, электроны отталкиваются, и электрический ток от катода к пластине отсутствует. Таким образом, диод действует как выпрямитель, позволяя электронам течь только в одном направлении, от катода к пластине.

Одно из применений такого устройства - преобразование переменного тока в постоянный. Переменный ток - это ток, который течет сначала в одном направлении, а затем в другом. Но переменный ток, подаваемый в диод, может двигаться только в одном направлении, тем самым преобразуя ток в односторонний или постоянный ток.

Новые типы диодов изготавливаются из полупроводников n-типа и полупроводников p-типа. Полупроводники N-типа содержат небольшие примеси, которые обеспечивают избыток электронов, способных перемещаться по системе.Полупроводники P-типа содержат небольшие примеси, которые создают избыток положительно заряженных «дырок», способных перемещаться по системе.

Полупроводниковый диод изготавливается путем соединения полупроводника n-типа с полупроводником p-типа через внешнюю цепь, содержащую источник электрического тока. Ток может течь от n-полупроводника к p-полупроводнику, но не в другом направлении. В этом смысле n-полупроводник соответствует катоду, а p-полупроводник - пластине в диоде вакуумной трубки.Полупроводниковый диод выполняет большинство тех же функций, что и более старый вакуумный диод, но он работает намного эффективнее и занимает гораздо меньше места, чем вакуумный диод.

Работа диода - Energy Education

Рис. 1. p-n переход диода вместе с его соответствующими схематическими и реальными компонентами. [1] Катод и анод диода помечены так, что обычный ток течет от анода к катоду через диод.

Принцип работы диода может быть трудным для понимания, поскольку он основан на довольно продвинутой квантовой механике.Однако на простейшем уровне работу диода можно понять, взглянув на поток положительных зарядов (или «дырок») и отрицательных зарядов (электронов). Технически полупроводниковый диод упоминается как p-n переход . Эти p-n-переходы также важны для работы фотоэлементов. Для правильной работы диода требуется процесс, известный как легирование. Полупроводники могут быть легированы материалами так, чтобы они имели избыток легко перемещаемых электронов - обычно это называется областью отрицательных или n-типа .Кроме того, они могут быть легированы элементами, которые создают избыток дырок, которые легко поглощают эти электроны, - обычно называемые областью положительного или p-типа . [2] [3] Отрицательная и положительная области диода также являются катодом и анодом компонента соответственно (см. Рисунок 1).

Различия между этими двумя материалами и их взаимодействие на очень коротких расстояниях (менее миллиметра) приводят к образованию диода при соединении двух типов.Соединение этих двух типов создает p-n-переход, а область между двумя сторонами называется обедненной областью, поскольку электроны из области n-типа диффундируют и заполняют некоторые дыры в области p-типа. Это создает отрицательные ионы в области p-типа и оставляет положительные ионы в области n-типа (см. Рисунок 2). [4] Он по-разному реагирует на электрические поля в зависимости от направления электрического поля. Это приводит к полезному поведению электроники в зависимости от того, каким образом приложено напряжение (или электрическое поле), это называется смещением.

Смещение

Диод (PN переход) в электрической цепи позволяет току течь легче в одном направлении, чем в другом. Прямое смещение означает подачу напряжения на диод, позволяющее легко протекать току, в то время как обратное смещение означает подачу напряжения на диод в противоположном направлении. Напряжение с обратным смещением не вызывает протекания заметного тока. Это полезно для изменения переменного тока на постоянный. У него есть и другие применения для управления электронными сигналами.

Обратное смещение

Рис. 2. Обратносмещенный p-n переход с черными кружками, представляющими легко перемещаемые электроны, и белыми кружками, представляющими "дырки" с недостатком электронов. В таком соединении с обратным смещением электроны покидают черные кружки и движутся к внешней цепи, оставляя больше положительных ионов, в то время как электроны из внешней цепи «заполняют дыры», создавая больше отрицательных ионов.

Если на диод подается напряжение таким образом, что половина диода n-типа была подключена к положительной клемме источника напряжения, а половина p-типа была подключена к отрицательной клемме, электроны из внешней цепи создаст больше отрицательных ионов в области p-типа, «заполняя дыры», и больше положительных ионов будет создано в области n-типа, поскольку электроны смещаются к положительному выводу источника напряжения (см. рисунок 2).Следовательно, область истощения будет увеличиваться, и напряжение между областями p-типа и n-типа также будет увеличиваться, поскольку общий заряд на каждой стороне перехода увеличивается по величине до тех пор, пока напряжение на диоде не станет равным и противодействует приложенному напряжению и не компенсирует его, прекращая ток через цепь. Этот процесс происходит почти мгновенно и практически не приводит к протеканию тока через цепь, когда напряжение подается в этом направлении через диод. Это известно как p-n-переход с обратным смещением. [5]

Прямое смещение

Рис. 3. Частично и полностью смещенный в прямом направлении p-n переход. Обратите внимание, что для сжатия обедненной области требуется минимальное напряжение.

Когда на диод подается напряжение в противоположном направлении, область обеднения начинает сокращаться (см. Рисунок 3). В диоде с обратным смещением электроны и дырки будут отводиться от перехода, но сценарий с прямым смещением гарантирует, что электроны и дырки движутся к переходу, поскольку они отталкиваются от положительных и отрицательных выводов источника напряжения соответственно. . [1] [6] При достаточно большом приложенном напряжении и дырки, и электроны преодолеют область истощения и встретятся рядом с переходом, где они могут объединиться в непрерывном процессе, замыкая цепь и позволяя течь току. .

Прямое напряжение и напряжение пробоя

Существует минимальное пороговое напряжение, необходимое для преодоления области истощения, которое для большинства кремниевых диодов составляет значительные 0,7 вольт. Кроме того, напряжение обратного смещения индуцирует через диод небольшой ток, называемый током утечки, которым можно пренебречь для большинства целей.Наконец, достаточно большое обратное напряжение приведет к полному электрическому пробою диода и позволит току течь через диод в обратном направлении. [1]

Для получения дополнительной информации о диодах см. Все о схемах или гиперфизике.

Для дальнейшего чтения

Для получения дополнительной информации см. Соответствующие страницы ниже:

Список литературы

Произошла ошибка: SQLSTATE [42S22]: столбец не найден: 1054 Неизвестный столбец «rev_user» в «списке полей»

Диоды - Практический EE

Диоды - это полупроводниковые приборы.Термин «полупроводник» означает, что устройство работает по-разному в разных условиях.

Диод

В случае диода, если напряжение на нем от анода до катода слишком низкое или отрицательное, то он не проводит ток или, по крайней мере, не проводит большой ток. Когда напряжение достигает определенного порога, диод «включается», и он проводит почти как короткое замыкание. Во включенном состоянии напряжение на диоде практически не связано с током, протекающим через него.То есть напряжение остается близким к пороговому, независимо от того, сколько тока протекает.

Форма кривой тока напряжения диода

На рисунке выше показан график зависимости тока от напряжения для диода. В середине, где напряжение равно нулю, ток также равен нулю, и ток остается на нуле по мере увеличения напряжения до тех пор, пока напряжение не приближается к пороговому значению (Vd), в точке, в которой ток начинает течь, и дополнительный ток не сильно изменяет напряжение по сравнению с Vd. Vd также называют прямым напряжением Vf диода.

Для отрицательного напряжения, означающего, что анод находится под более низким напряжением, чем катод, диод входит в обратную область, где небольшая величина тока утекает в обратном направлении (от катода к аноду). Когда напряжение становится более отрицательным, диод достигает порога обратного напряжения пробоя (Vbr). При Vbr ток начинает течь свободно, а напряжение остается на уровне Vbr. Для большинства диодов работа в этой области пробоя вызывает повреждение диода, и этого следует избегать. Исключением является стабилитрон, который предназначен для работы в этой области.

Диодные символы

Символы диодов

Основные характеристики диодов

  • Порог прямого напряжения (Vf) - порог напряжения для включения диода в прямом направлении
  • Напряжение обратного пробоя (Vbr) - порог отрицательного (обратного) напряжения, за которым диод входит в область пробоя .
  • Максимальный прямой ток - максимальный прямой ток, с которым диод может справиться, не перегреваясь.Нагрев вызван рассеиванием мощности, которая равна напряжению на диоде, умноженному на ток через диод. P = V * I. Обратите внимание, что, поскольку этот рейтинг связан с нагревом, он сильно зависит от того, как и где установлен диод (поток воздуха, близлежащие горячие устройства, радиатор и т. Д.).
  • Максимальный обратный ток - для стабилитронов максимальный обратный ток, который он может выдержать до того, как станет слишком горячим.

Типы диодов

Диод общего назначения
  • Vf находится в диапазоне.От 6 до 0,7 В.
  • Доступен широкий диапазон номинальных значений напряжения обратного пробоя.
  • Доступен широкий диапазон значений максимального прямого тока.
  • Доступны варианты монтажа на поверхность и в сквозное отверстие.
  • Часто используется в качестве барьера для предотвращения протекания тока в одном направлении
SMD диод Сквозной диод
Диод Шоттки
  • Диоды Шоттки похожи на диоды общего назначения, за исключением того, что имеют более низкое прямое напряжение.
  • Vf в диапазоне от 0,15 до 0,45 В.
  • Переключение из выключенного состояния во включенное быстрее, чем у диодов общего назначения.
  • Часто используется в качестве зажима, чтобы удерживать напряжение одного сигнала в пределах 0,45 В от другого (например, зажим ESD).
  • Также часто используется в силовых приложениях для минимизации рассеиваемой мощности из-за более низкого прямого напряжения. P = V * I.
Стабилитрон
  • Предназначен для использования в режиме обратного пробоя. Но также работает как обычный диод в прямом направлении.
  • Доступен широкий выбор значений Vbr. Доступно все от 2,4 В до 1 кВ. Обратите внимание, что Vbr также часто называют напряжением Зенера.
    Обычно используется для ограничения напряжения некоторой сигнальной линии до определенного напряжения.
  • Также часто используются для фиксации ESD, поскольку они могут фиксировать как положительные, так и отрицательные выбросы напряжения.
  • Может использоваться для обеспечения постоянного напряжения питания. Например, если у вас есть доступное питание только 5 В, и у вас есть одна микросхема, которой нужно 3.3V, стабилитрон может быть хорошим решением. Но это решение довольно неэффективно, и напряжение не будет таким стабильным, как другие решения, такие как линейный регулятор, поэтому оно работает только тогда, когда нагрузке не нужен большой ток и она не чувствительна к изменению напряжения питания.
  • Доступны в формах для монтажа в сквозные отверстия или на поверхность и в том же разнообразии размеров корпуса, что и диоды общего назначения.
Светоизлучающий диод (LED)
  • Как и другие диоды, светодиоды рассеивают энергию в виде тепла, но они также излучают свет.
  • Длина волны излучаемого света обычно находится в узком диапазоне, что означает излучаемую узкую цветовую полосу. Цвет, излучаемый светодиодом, зависит от материала, из которого изготовлен светодиод, и доступны не все цвета. Помимо цветов в видимом спектре, доступны светодиоды инфракрасного и нетрафиолетового цветов. Светодиоды также могут быть заключены в цветной материал, который может изменять цвет излучаемого света.
  • Прямое напряжение светодиодов сильно различается и различается для каждого цвета.Vf может быть от 1 до 12 В.
  • При реализации светодиода обычно требуется включать его постоянным детерминированным током, поскольку его свечение определяется током, протекающим через него.
  • Очень эффективные источники света. Небольшая мощность дает много света.
  • Используется для освещения, индикации и связи. Под коммуникацией я не имею в виду быструю передачу больших объемов данных, как это можно сделать с помощью лазерного диода по оптоволоконным кабелям.Например, светодиод можно использовать для создания оптического прерывателя (оптического переключателя), где у вас есть светодиод с одной стороны слота и фототранзистор с другой стороны, а свет от светодиода включает фототранзистор, если он проходит. слот, или фототранзистор отключается, когда слот заблокирован.
  • Доступен с несколькими светодиодами в одной упаковке. Это могут быть разные цвета, например зеленый и красный, составляющие трехцветный светодиод (красный, зеленый и желтый, если включены оба).
  • Часто бывают линзы, которые фокусируют или расширяют угол обзора света.
Светодиоды в сквозных отверстиях SMD светодиоды
Лазерные диоды
  • Лазерные диоды излучают лазерный свет, что означает свет, который находится в очень узком диапазоне длин волн и излучается с очень узким направленным разбросом.
  • Используется для оптоволоконной связи, считывания штрих-кодов, чтения и записи DVD, лазерной печати, хирургии и т. Д.
  • Как правило, вы не будете реализовывать дискретный лазерный диод, но купите модуль для конкретного приложения. Например, для оптоволоконной связи вы купите соответствующий оптоволоконный трансивер и внедрите его.
  • Кстати, у оптоволоконной связи есть очень приятные особенности. Каждая сторона оптоволоконного кабеля электрически изолирована друг от друга, и оптический сигнал, проходящий через кабель, не создает никаких электромагнитных помех (EMI) и невосприимчив к EMI от других источников. И оптический сигнал может быть действительно очень высокочастотным и может передаваться на очень-очень большие расстояния. Однако реализация оптоволоконных трансиверов на печатной плате довольно сложна.
  • Лазерные диоды имеют соответствующие правила безопасности и делятся на разные классы в зависимости от уровня или вреда, который они могут причинить.Продукты, содержащие лазеры, должны иметь предупреждающие надписи.
Приемопередатчик SFP Лазерные диоды
Силовой диод
  • Силовые диоды предназначены для выдерживания больших токов и рассеивания большого количества тепла.
  • Используются в качестве выпрямителей, преобразующих переменный ток (AC) в постоянный (DC), используются как улавливающие диоды в импульсных преобразователях мощности DC: DC и используются для защиты питания от обратной полярности.
  • Доступны высокомощные версии диодов общего назначения, Шоттки и Зенера.
  • Диоды Шоттки часто используются в силовых приложениях, потому что более низкий Vf приводит к меньшему рассеянию мощности, что приводит к повышению эффективности и меньшему нагреву.
  • Из-за больших значений тока номинальные значения Vf выше для мощных версий диодов, и это важно учитывать. P = V * I.
  • Некоторые силовые диоды со сквозным отверстием предназначены для подключения радиатора, а некоторые силовые диоды для поверхностного монтажа имеют тепловую заглушку (большую металлическую поверхность), которую можно подключать с помощью нескольких переходных отверстий к заземляющий слой печатной платы для распространения тепла.
TH Силовой диод Силовой диод SMD

Вот видео о диодах от The Organic Chemistry Tutor на Youtube.

Далее: Транзисторы

Характеристики сигнального диода и переключающего диода

Полупроводниковый сигнальный диод - это небольшие нелинейные полупроводниковые устройства, обычно используемые в электронных схемах, где задействованы малые токи или высокие частоты, такие как радио, телевидение и цифровые логические схемы.

Сигнальные диоды в виде точечного контактного диода или стеклянного пассивированного диода физически очень малы по размеру по сравнению с их более крупными собратьями силовых диодов.

Обычно PN-переход малосигнального диода заключен в стекло для защиты PN-перехода и обычно имеет красную или черную полосу на одном конце своего корпуса, чтобы помочь определить, какой конец является катодным выводом. Из всех сигнальных диодов в стеклянной капсуле наиболее широко используются очень распространенный 1N4148 и его эквивалент 1N914 сигнальный диод.

Малосигнальные и переключающие диоды имеют гораздо более низкие номинальные мощность и ток, около 150 мА, максимум 500 мВт по сравнению с выпрямительными диодами, но они могут лучше работать в высокочастотных приложениях или в приложениях с ограничением и переключением, которые имеют дело с импульсами короткой длительности.

Характеристики сигнального точечного диода различны как для германия, так и для кремния и представлены как:

  • 1. Германиевые сигнальные диоды - они имеют низкое значение обратного сопротивления, что дает более низкое прямое падение напряжения на переходе, обычно всего около 0,2–0,3 В, но имеют более высокое значение прямого сопротивления из-за их небольшой площади перехода.
  • 2. Кремниевые сигнальные диоды - они имеют очень высокое значение обратного сопротивления и дают падение прямого напряжения около 0.От 6 до 0,7 В. Они имеют довольно низкие значения прямого сопротивления, что дает им высокие пиковые значения прямого тока и обратного напряжения.

Электронный символ для любого типа диода представляет собой стрелку с полосой или линией на конце, и это показано ниже вместе с характеристической кривой V-I в устойчивом состоянии.

Кривая V-I кремниевого диода

Стрелка всегда указывает в направлении обычного тока, протекающего через диод, что означает, что диод будет проводить, только если положительный источник питания подключен к клемме анода, (a), а отрицательный источник питания подключен к клемме катода (k), таким образом только позволяя току течь через него только в одном направлении, действуя больше как односторонний электрический клапан (состояние смещения вперед).

Однако из предыдущего руководства мы знаем, что если мы подключим внешний источник энергии в другом направлении, диод заблокирует любой ток, протекающий через него, и вместо этого будет действовать как разомкнутый переключатель (состояние обратного смещения), как показано ниже.

Диод с прямым и обратным смещением

Тогда мы можем сказать, что идеальный малосигнальный диод проводит ток в одном направлении (прямая проводимость) и блокирует ток в другом направлении (обратная блокировка).Сигнальные диоды используются в самых разных приложениях, таких как переключатель в выпрямителях, ограничителях тока, демпферах напряжения или в схемах формирования сигналов.

Параметры сигнального диода

Сигнальные диоды производятся с различными номинальными значениями напряжения и тока, поэтому следует соблюдать осторожность при выборе диода для определенного применения. Есть ошеломляющий набор статических характеристик, связанных со скромным сигнальным диодом, но наиболее важными из них являются.

1.Максимальный прямой ток

Максимальный прямой ток (I F (макс) ), как следует из названия, соответствует максимальному прямому току , разрешенному для протекания через устройство. Когда диод является проводящим в состоянии прямого смещения, он имеет очень маленькое «включено» сопротивление на PN-переходе и, следовательно, мощность рассеивается на этом переходе (закон Ома) в виде тепла.

Тогда превышение его значения (I F (max) ) вызовет выделение большего количества тепла на переходе, и диод выйдет из строя из-за тепловой перегрузки, обычно с разрушительными последствиями.При работе диодов с номинальным током, близким к максимальному, всегда лучше обеспечить дополнительное охлаждение для отвода тепла, выделяемого диодом.

Например, наш небольшой сигнальный диод 1N4148 имеет максимальный номинальный ток около 150 мА с рассеиваемой мощностью 500 мВт при 25 o C. Затем необходимо последовательно с диодом использовать резистор для ограничения прямого тока (I F (max) ) ниже этого значения.

2. Пиковое обратное напряжение

Пиковое обратное напряжение (PIV) или максимальное обратное напряжение R (макс) ) - это максимально допустимое рабочее напряжение обратное , которое может быть приложено к диоду без обратного пробоя и повреждения диода. устройство.Следовательно, этот рейтинг обычно меньше уровня «лавинного выхода» на характеристической кривой обратного смещения. Типичные значения V R (max) находятся в диапазоне от нескольких вольт до тысяч вольт и должны учитываться при замене диода.

Пиковое обратное напряжение является важным параметром и в основном используется для выпрямления диодов в схемах выпрямителя переменного тока в зависимости от амплитуды напряжения, при котором синусоидальная форма волны изменяется с положительного на отрицательное значение в каждом цикле.

3. Полная рассеиваемая мощность

Сигнальные диоды имеют рейтинг общей рассеиваемой мощности , , (P D (макс.) ). Этот рейтинг представляет собой максимально возможную рассеиваемую мощность диода при прямом смещении (проводимости). Когда ток протекает через сигнальный диод, смещение PN перехода не является идеальным и оказывает некоторое сопротивление протеканию тока, что приводит к рассеиванию (потере) мощности в диоде в виде тепла.

Поскольку малосигнальные диоды являются нелинейными устройствами, сопротивление PN перехода не является постоянным, это динамическое свойство, поэтому мы не можем использовать закон Ома для определения мощности с точки зрения тока и сопротивления или напряжения и сопротивления, как мы можем для резисторов. .Затем, чтобы найти мощность, которая будет рассеиваться диодом, мы должны умножить падение напряжения на нем на ток, протекающий через него: P D = V * I

4. Максимальная рабочая температура

Максимальная рабочая температура фактически относится к температуре перехода (T J ) диода и относится к максимальной рассеиваемой мощности. Это максимально допустимая температура до того, как структура диода ухудшится, и выражается в градусах Цельсия на ватт ( o C / Вт).

Это значение тесно связано с максимальным прямым током устройства, поэтому при этом значении температура перехода не превышается. Однако максимальный прямой ток также будет зависеть от температуры окружающей среды, при которой работает устройство, поэтому максимальный прямой ток обычно указывается для двух или более значений температуры окружающей среды, таких как 25 o C или 70 o C.

Затем есть три основных параметра, которые необходимо учитывать при выборе или замене сигнального диода, а именно:

  • Номинальное обратное напряжение
  • Прогнозируемый текущий рейтинг
  • Номинальное рассеивание мощности в прямом направлении

Матрицы сигнальных диодов

Когда пространство ограничено или требуются согласованные пары коммутирующих сигнальных диодов, диодные матрицы могут быть очень полезны.Как правило, они состоят из высокоскоростных кремниевых диодов с малой емкостью, таких как 1N4148, соединенных вместе в несколько корпусов диодов, называемых массивом, для использования в коммутации и фиксации в цифровых схемах. Они заключены в одинарные встроенные корпуса (SIP), содержащие 4 или более диодов, соединенных внутри, чтобы получить либо отдельную изолированную решетку, общий катод (CC), либо общий анод (CA), как показано на рисунке.

Массив сигнальных диодов

Матрицы сигнальных диодов могут также использоваться в цифровых и компьютерных схемах для защиты высокоскоростных линий передачи данных или других параллельных портов ввода / вывода от электростатического разряда (ESD) и переходных процессов напряжения.

Посредством соединения двух диодов последовательно через шины питания с линией передачи данных, подключенной к их переходу, как показано, любые нежелательные переходные процессы быстро рассеиваются, а поскольку сигнальные диоды доступны в 8-кратных массивах, они могут защитить восемь линий данных в одном корпусе .

Защита линии передачи данных ЦП

Матрицы сигнальных диодов также могут использоваться для соединения диодов в последовательной или параллельной комбинации для формирования схем регулятора напряжения или понижающего напряжения или даже для получения известного фиксированного опорного напряжения.

Мы знаем, что прямое падение напряжения на кремниевом диоде составляет около 0,7 В, и при последовательном соединении нескольких диодов общее падение напряжения будет суммой индивидуальных падений напряжения каждого диода.

Однако, когда сигнальные диоды соединены последовательно, ток будет одинаковым для каждого диода, поэтому нельзя превышать максимальный прямой ток.

Подключение сигнальных диодов серии

Еще одно применение малосигнального диода - создание стабилизированного источника напряжения.Диоды соединены последовательно, чтобы обеспечить постоянное напряжение постоянного тока на комбинации диодов. Выходное напряжение на диодах остается постоянным, несмотря на изменения тока нагрузки, потребляемого последовательной комбинацией, или изменения напряжения источника постоянного тока, который питает их. Рассмотрим схему ниже.

Сигнальные диоды серии

Поскольку прямое падение напряжения на кремниевом диоде почти постоянно и составляет около 0,7 В, в то время как ток через него изменяется на относительно большие величины, сигнальный диод с прямым смещением может составить простую схему регулирования напряжения.Отдельные падения напряжения на каждом диоде вычитаются из напряжения питания, чтобы оставить определенный потенциал напряжения на нагрузочном резисторе, и в нашем простом примере выше это дается как 10 В - (3 * 0,7 В) = 7,9 В.

Это связано с тем, что каждый диод имеет сопротивление перехода, соответствующее слабому сигнальному току, протекающему через него, и три сигнальных диода, включенных последовательно, будут иметь трехкратное значение этого сопротивления, вместе с сопротивлением нагрузки R, образует делитель напряжения на источнике питания. .

Последовательное добавление большего количества диодов приведет к большему снижению напряжения. Также последовательно соединенные диоды могут быть размещены параллельно нагрузочному резистору, чтобы действовать как цепь регулирования напряжения. Здесь напряжение, приложенное к нагрузочному резистору, будет 3 * 0,7 В = 2,1 В. Конечно, мы можем создать такой же источник постоянного напряжения, используя один стабилитрон. Резистор R D используется для предотвращения протекания чрезмерного тока через диоды при снятии нагрузки.

Диоды свободного хода

Сигнальные диоды также могут использоваться в различных схемах фиксации, защиты и формирования сигналов, причем наиболее распространенной формой цепи ограничивающего диода является диод, подключенный параллельно катушке или индуктивной нагрузке, чтобы предотвратить повреждение чувствительной схемы переключения. путем подавления скачков напряжения и / или переходных процессов, которые возникают, когда нагрузка внезапно выключается.Этот тип диодов обычно известен как «диод свободного хода», «диод маховика» или просто диод свободного хода , как его чаще называют.

Диод Freewheel используется для защиты твердотельных переключателей, таких как силовые транзисторы и полевые МОП-транзисторы, от повреждения обратной защитой батареи, а также защиты от высокоиндуктивных нагрузок, таких как катушки реле или двигатели, и пример его подключения показан ниже.

Использование диода свободного хода

Современные силовые полупроводниковые устройства с быстрым переключением требуют быстродействующих диодов, таких как диоды свободного хода, для защиты их от индуктивных нагрузок, таких как катушки двигателя или обмотки реле.Каждый раз, когда указанное выше переключающее устройство включается, диод обгонной муфты переходит из проводящего состояния в состояние блокировки, поскольку он становится реверсивно смещенным.

Однако, когда устройство быстро выключается, диод становится смещенным в прямом направлении, и коллапс энергии, накопленной в катушке, вызывает прохождение тока через диод свободного хода. Без защиты диода обгонной муфты высокие токи di / dt могли бы возникать, вызывая выбросы высокого напряжения или переходные процессы, протекающие по цепи, что может привести к повреждению переключающего устройства.

Ранее скорость работы полупроводникового переключающего устройства, будь то транзистор, MOSFET, IGBT или цифровой, снижалась из-за добавления диода свободного хода через индуктивную нагрузку с диодами Шоттки и Зенера, которые использовались вместо этого в некоторых приложениях. Однако за последние несколько лет диоды с обгонной муфтой вновь обрели важность в основном благодаря их улучшенным характеристикам обратного восстановления и использованию сверхбыстрых полупроводниковых материалов, способных работать на высоких частотах переключения.

К другим типам специализированных диодов, не включенных сюда, относятся фотодиоды, PIN-диоды, туннельные диоды и диоды с барьером Шоттки. Добавляя больше PN-переходов к основной двухслойной диодной структуре, можно создавать другие типы полупроводниковых устройств.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *