Для чего нужны диоды: Для чего нужен диод в электрической цепи? – Tokzamer

для чего применяются, принцип действия, ВАХ

Содержание:

Выпрямительный диод особая разновидность диодов, созданные для трансформации переменного тока, если необходимо получить постоянный на входе или выходе. Это не единственная работа, которую выполняют данные диоды. Они нашли свое применение во всех сферах и направлениях радиоэлектроники. Они применяются для создания цепей управления, для коммутации, контроля напряжения, в цепях, где протекает сильный ток. От номинального значения тока, производится классификация выпрямительных диодов. Они бывают следующих видов:

• малой;
• средней;
• высокой.

По сфере применения на диоды из элементов германия (Gr) или кремния (Si). В статье будут описаны все особенности, технические характеристики устройства этих радиодеталей. Также читатель найдет познавательные видеоролики и интересный материал из научной статьи по данной теме.

Выпрямительные диоды.

Технология изготовления и конструкция

Конструкция выпрямительных диодов представляет собой одну пластину кристалла полупроводника, в объеме которой созданы две области разной проводимости, поэтому такие диоды называют плоскостными. Технология изготовления таких диодов заключается в следующем. На поверхность кристалла полупроводника с электропроводностью n-типа расплавляют алюминий, индий или бор, а на поверхность кристалла с электропроводностью p-типа расплавляют фосфор.

Под действием высокой температуры эти вещества крепко сплавляются с кристаллом полупроводника. При этом атомы этих веществ проникают (диффундируют) в толщу кристалла, образуя в нем область с преобладанием электронной или дырочной электропроводностью. Таким образом получается полупроводниковый прибор с двумя областями различного типа электропроводности — а между ними p-n переход. Большинство распространенных плоскостных кремниевых и германиевых диодов изготавливают именно таким способом.

Для защиты от внешних воздействий и обеспечения надежного теплоотвода кристалл с p-n переходом монтируют в корпусе.
Диоды малой мощности изготавливают в пластмассовом корпусе с гибкими внешними выводами, диоды средней мощности – в металлостеклянном корпусе с жесткими внешними выводами, а диоды большой мощности – в металлостеклянном или металлокерамическом корпусе, т. е. со стеклянным или керамическим изолятором.

Германиевые диоды.

Электрические параметры

У каждого типа диодов есть свои рабочие и предельно допустимые параметры, согласно которым их выбирают для работы в той или иной схеме:

• Iобр – постоянный обратный ток, мкА;
• Uпр – постоянное прямое напряжение, В;
• Iпр max – максимально допустимый прямой ток, А;
• Uобр max – максимально допустимое обратное напряжение, В;
• Р max – максимально допустимая мощность, рассеиваемая на диоде;
• Рабочая частота, кГц;
• Рабочая температура, С.

Здесь приведены далеко не все параметры диодов, но, как правило, если надо найти замену, то этих параметров хватает.

Материал в тему: Что такое кондесатор

Схема простого выпрямителя переменного тока на одном диоде

На вход выпрямителя подадим сетевое переменное напряжение, в котором положительные полупериоды выделены красным цветом, а отрицательные – синим. К выходу выпрямителя подключим нагрузку (Rн), а функцию выпрямляющего элемента будет выполнять диод (VD). При положительных полупериодах напряжения, поступающих на анод диода диод открывается. В эти моменты времени через диод, а значит, и через нагрузку (Rн), питающуюся от выпрямителя, течет прямой ток диода Iпр (на правом графике волна полупериода показана красным цветом).

[stextbox id=’info’]При отрицательных полупериодах напряжения, поступающих на анод диода диод закрывается, и во всей цепи будет протекать незначительный обратный ток диода (Iобр). Здесь, диод как бы отсекает отрицательную полуволну переменного тока (на правом графике такая полуволна показана синей пунктирной линией).[/stextbox]

В итоге получается, что через нагрузку (Rн), подключенную к сети через диод (VD), течет уже не переменный, поскольку этот ток протекает только в положительные полупериоды, а пульсирующий ток – ток одного направления. Это и есть выпрямление переменного тока. Но таким напряжением можно питать лишь маломощную нагрузку, питающуюся от сети переменного тока и не предъявляющую к питанию особых требований, например, лампу накаливания.

Напряжение через лампу будет проходить только во время положительных полуволн (импульсов), поэтому лампа будет слабо мерцать с частотой 50 Гц. Однако, за счет тепловой инертности нить не будет успевать остывать в промежутках между импульсами, и поэтому мерцание будет слабо заметным. Если же запитать таким напряжением приемник или усилитель мощности, то в громкоговорителе или колонках мы будем слышать гул низкого тона с частотой 50 Гц, называемый фоном переменного тока. Это будет происходить потому, что пульсирующий ток, проходя через нагрузку, создает в ней пульсирующее напряжение, которое и является источником фона.

Этот недостаток можно частично устранить, если параллельно нагрузке подключить фильтрующий электролитический конденсатор (Cф) большой емкости.  Заряжаясь импульсами тока во время положительных полупериодов, конденсатор (Cф) во время отрицательных полупериодов разряжается через нагрузку (Rн). Если конденсатор будет достаточно большой емкости, то за время между импульсами тока он не будет успевать полностью разряжаться, а значит, на нагрузке (Rн) будет непрерывно поддерживаться ток как во время положительных, так и во время отрицательных полупериодов. Ток, поддерживаемый за счет зарядки конденсатора, показан на правом графике сплошной волнистой красной линией.

Силовой выпрямительный диод.

[stextbox id=’info’]Но и таким, несколько сглаженным током тоже нельзя питать приемник или усилитель потому, что они будут «фонить», так как уровень пульсаций (Uпульс) пока еще очень ощутим. В выпрямителе, с работой которого мы познакомились, полезно используется энергия только половины волн переменного тока, поэтому на нем теряется больше половины входного напряжения и потому такое выпрямление переменного тока называют однополупериодным, а выпрямители – однополупериодными выпрямителями. Эти недостатки устранены в выпрямителях с использованием диодного моста.[/stextbox]

Диодный мост

Диодный мост – это небольшая схема, составленная из 4-х диодов и предназначенная для преобразования переменного тока в постоянный. В отличие от однополупериодного выпрямителя, состоящего из одного диода и пропускающего ток только во время положительного полупериода, мостовая схема позволяет пропускать ток в течение каждого полупериода. Диодные мосты изготавливают в виде небольших сборок заключенных в пластмассовый корпус. Из корпуса сборки выходят четыре вывода напротив которых расположены знаки «+», «—» или «~», указывающие, где у моста вход, а где выход. Но не обязательно диодные мосты можно встретить в виде такой сборки, их также собирают включением четырех диодов прямо на печатной плате, что очень удобно.

Интересный материал для ознакомления: что нужно знать об устройстве силового трансформатора.

Например. Вышел из строя один из диодов моста, если будет стоять сборка, то ее смело выкидываем, а если мост будет собран из четырех диодов прямо на плате — меняем неисправный диод и все готово. На принципиальных схемах диодный мост обозначают включением четырех диодов в мостовую схему, как показано в левой части нижнего рисунка: здесь, диоды являются как бы плечами выпрямительного моста. Такое графическое обозначение моста можно встретить еще в старых журналах по радиотехнике. Однако, на сегодняшний день, в основном, диодный мост обозначают в виде ромба, внутри которого расположен значок диода, указывающий только на полярность выходного напряжения. Теперь рассмотрим работу диодного моста на примере низковольтного выпрямителя. В таком выпрямителе, с использованием четырех диодов, во время каждой полуволны работают поочередно два диода противоположных плеч моста, включенных между собой последовательно, но встречно по отношению ко второй паре диодов.

Диодный мост.

Применение диодов

Не следует думать, что диоды применяются лишь как выпрямительные и детекторные приборы. Кроме этого можно выделить еще множество их профессий. ВАХ диодов позволяет использовать их там, где требуется нелинейная обработка аналоговых сигналов. Это преобразователи частоты, логарифмические усилители, детекторы и другие устройства. Диоды в таких устройствах используются либо непосредственно как преобразователь, либо формируют характеристики устройства, будучи включенными в цепь обратной связи. Широкое применение диоды находят в стабилизированных источниках питания, как источники опорного напряжения (стабилитроны), либо как коммутирующие элементы накопительной катушки индуктивности (импульсные стабилизаторы напряжения).

Выпрямительные диоды.

С помощью диодов очень просто создать ограничители сигнала: два диода включенные встречно – параллельно служат прекрасной защитой входа усилителя, например, микрофонного, от подачи повышенного уровня сигнала. Кроме перечисленных устройств диоды очень часто используются в коммутаторах сигналов, а также в логических устройствах. Достаточно вспомнить логические операции И, ИЛИ и их сочетания. Одной из разновидностей диодов являются светодиоды. Когда-то они применялись лишь как индикаторы в различных устройствах. Теперь они везде и повсюду от простейших фонариков до телевизоров с LED – подсветкой, не заметить их просто невозможно.

Параметры диодов

Параметров у диодов достаточно много и они определяются функцией, которую те выполняют в конкретном устройстве. Например, в диодах, генерирующих СВЧ колебания, очень важным параметром является рабочая частота, а также та граничная частота, на которой происходит срыв генерации. А вот для выпрямительных диодов этот параметр совершенно не важен. Основные параметры выпрямительных диодов приведены в таблице ниже.

Таблица основных параметров выпрямительных диодов.

В импульсных и переключающих диодах важна скорость переключения и время восстановления, то есть скорость полного открытия и полного закрытия. В мощных силовых диодах важна рассеиваемая мощность. Для этого их монтируют на специальные радиаторы. А вот диоды, работающие в слаботочных устройствах, ни в каких радиаторах не нуждаются. Но есть параметры, которые считаются важными для всех типов диодов, перечислим их:

• U пр. – допустимое напряжение на диоде при протекании через него тока в прямом направлении. Превышать это напряжение не стоит, так как это приведёт к его порче.
• U обр.– допустимое напряжение на диоде в закрытом состоянии. Его ещё называют напряжением пробоя. В закрытом состоянии, когда через p-n переход не протекает ток, на выводах образуется обратное напряжение. Если оно превысит допустимое значение, то это приведёт к физическому «пробою» p-n перехода. В результате диод превратиться в обычный проводник (сгорит).

Очень чувствительны к превышению обратного напряжения диоды Шоттки, которые очень часто выходят из строя по этой причине.

Обычные диоды, например, выпрямительные кремниевые более устойчивы к превышению обратного напряжения. При незначительном его превышении они переходят в режим обратимого пробоя. Если кристалл диода не успевает перегреться из-за чрезмерного выделения тепла, то изделие может работать ещё долгое время.

• I пр.– прямой ток диода. Это очень важный параметр, который стоит учитывать при замене диодов аналогами или при конструировании самодельных устройств. Величина прямого тока для разных модификаций может достигать величин десятков и сотен ампер. Особо мощные диоды устанавливают на радиатор для отвода тепла, который образуется из-за теплового действия тока. P-N переход в прямом включении также обладает небольшим сопротивлением. На небольших рабочих токах его действие не заметно, но вот при токах в единицы-десятки ампер кристалл диода ощутимо нагревается. Так, например, выпрямительный диодный мост в сварочном инверторном аппарате обязательно устанавливают на радиатор.
• I обр.– обратный ток диода. Обратный ток – это так называемый ток неосновных носителей. Он образуется, когда диод закрыт. Величина обратного тока очень мала и его в подавляющем числе случаев не учитывают.
• U стаб.– напряжение стабилизации (для стабилитронов). Подробнее об этом параметре читайте в статье про стабилитрон.

Кроме того следует иметь в виду, что все эти параметры в технической литературе печатаются и со значком “max”. Здесь указывается предельно допустимое значение данного параметра. Поэтому подбирая тип диода для вашей конструкции необходимо рассчитывать именно на максимально допустимые величины.

Диоды высокого тока.

Заключение

В статье описаны все тонкости и нюансы работы и устройства выпрямительных диодов и схема их устройства. Более подробно о них можно узнать из стать Что такое диоды. 

В нашей группе ВК можно задавать вопросы и получать на них подробные ответы от профессиональных электронщиков. Чтобы подписаться на группу, вам необходимо будет перейти по следующей ссылке: https://vk.com/electroinfonet. В завершение статьи хочу выразить благодарность источникам, откуда мы черпали информацию:

www. go-radio.ru

www.electrik.info

www.gaw.ru

www.sesaga.ru

Предыдущая

ПолупроводникиКак устроен туннельный диод?

Следующая

ПолупроводникиМаркировка различных видов диодов

Виды диодов и их обозначения. Что такое диод — принцип работы и устройство

Что такое полупроводниковый диод – выпрямитель переменного тока

Диодами называют двухэлектродные приборы, обладающие односторонней проводимостью электрического тока. Это их основное свойство используют, например, в выпрямителях, где диоды преобразуют переменный ток электросети в ток постоянный для питания радиоаппаратуры, в приемниках — для детектирования модулированных колебаний высокой частоты, то есть преобразования их в колебания низкой (звуковой) частоты.

Наглядной иллюстрацией этого свойства диода может быть такой опыт. В цепь, составленную из батареи 3336Л и лампочки от карманного фонаря (3,5 В X 0,26 А), включи любой плоскостной диод, например, из серии Д226 или Д7, но так, чтобы анод диода, обозначаемый условно треугольником, был бы соединен непосредственно или через лампочку с положительным полюсом батареи, а катод, обозначаемый черточкой, к которой примыкает угол треугольника, с отрицательным полюсом батареи. Лампочка должна гореть.

Размеры диодов.

Измени полярность включения батареи на обратную — лампочка гореть не будет. Если сопротивление диода измерять омметром, го в зависимости от того, как подключить его к зажимам прибора, омметр покажет различное сопротивление: в одном случае малое (единицы или десятки ом), в другом — очень большое (десятки и сотни килоом). Этим и подтверждается односторонняя проводимость диода.

У диода два электрода: катод — отрицательный и анод — положительный (рис. 13). Катодом служит пластинка германия, кремния или какого-либо другого полупроводника, обладающего электронной проводимостью, или сокращенно полупроводник n-типа (n — начальная буква латинского слова negativus — «отрицательный»), а анодом – часть объема этой же пластинки, но- с так называемой дырочной про-водимостью, или сокращенно полупроводник р-типа (р — начальная буква латинского слова positivus — «положительный»).

Между электродами образуется так называемый р-n переход — пограничная зона, хорошо проводящая ток от анода к катоду и плохо в обратном направлении (за направление тока принято направление, противоположное движению электронов).  Диод может находиться в одном из двух состояний: открытом, то есть пропускном, либо закрытом, то есть непропускном. Диод бывает открыт, когда к нему приложено прямое напряжение Uпр, иначе, его анод соединен с плюсом источника напряжения, а катод — с минусом.

В этом случае сопротивление р-n перехода диода мало и через него течет прямой ток IПр, сила которого зависит от сопротивления нагрузки (в нашем опыте — лам-почка от карманного фонаря). При другой полярности питающего напряжения на р-n переход диода прикладывается обратное напряжение Uобр. В этом случае диод закрыт, его сопротивление велико и в цепи течет лишь незначительный обратный ток диода Iобр. О зависимости тока, проходящего через диод, от значения и полярности напряжения на его электродах лучше всего судить по вольтамперной характеристике диода, которую можно снять опытным путем.

Разные типы диодов.

Диоды и их разновидности

Мы очень часто применяем в своих схемах диоды, а знаете ли вы как он работает и что из себя представляет? Сегодня в “семейство” диодов входит не один десяток полупроводниковых приборов, носящих название “диод”.  Диод представляет собой небольшую емкость с откачанным воздухом, внутри которой на небольшом расстоянии друг от друга находится анод и второй электрод – катод, один из которых обладает электропроводностью типа р, а другой – n.

Чтобы представить как работает диод, возьмем для примера ситуацию с накачиванием колеса при помощи насоса. Вот мы работаем насосом, воздух закачивается в камеру через ниппель, а обратно этот воздух выйти через ниппель не может. По сути воздух, это тот же электрон в диоде, вошел электрончик, а обратно выйти уже нельзя. Если вдруг ниппель выйдет из строя то колесо сдуется, будет пробой диода. А если представить что ниппель у нас исправный, и если мы будем нажимая на пипку ниппеля выпускать воздух из камеры, причем нажимая как нам хочется и с какой длительностью – это будет управляемый пробой. Из этого можно сделать вывод что диод пропускает ток только в одном направлении (в обратном направлении тоже пропускает, но совсем маленький).

Внутреннее сопротивление диода (открытого) – величина непостоянная, она зависит от прямого напряжения приложенного к диоду.  Чем больше это напряжение, тем больше прямой ток через диод, тем меньше его пропускное сопротивление. Судить о сопротивлении диода можно по падению напряжения на нем и току через него. Так, например, если через диод идет прямой ток Iпр. = 100 мА (0,1 А) и при этом на нем падает напряжение 1В, то (по закону Ома) прямое сопротивление диода будет: R = 1 / 0,1 = 10 Ом.

Отмечу сразу, что вдаваться в подробности и сильно углубляться, строить графики, писать формулы мы не будем – рассмотрим все поверхностно. В данной статье рассмотрим разновидности диодов, а именно светодиоды, стабилитроны, варикапы, диоды Шоттки и др. Треугольная часть является АНОД’ом, а черточка это КАТОД. Анод это плюс, катод – минус. Диоды например, используют в блоках питания для выпрямления переменного тока, при помощи диодного моста  можно превратить переменной ток в постоянный, применяются  для защиты разных устройств от неправильной полярности включения и т. п.

Какие разновидности диодов существуют.

Существует несколько основных видов диодов:

• Диод Шоттки. Диоды Шоттки имеют очень малое падение напряжения и обладают повышенным быстродействием по сравнению с обычными диодами. Ставить вместо диода Шоттки обычный диод не рекомендуется, обычный диод может быстро выйти из строя. Обозначается на схемах такой диод так:
• Стабилитрон. Стабилитрон препятствует превышению напряжения выше определённого порога на конкретном участке схемы. Может выполнять как защитные так и ограничительные функции, работают они только в цепях постоянного тока. При подключении следует соблюдать полярность. Однотипные стабилитроны можно соединять последовательно для повышения стабилизируемого напряжения или образования делителя напряжений. Основным параметром стабилитронов является напряжение стабилизации, стабилитроны имеют различные напряжения стабилизации, например 3в, 5в, 8.2в, 12в, 18в и т.п.
• Варикап. Варикап (по другому емкостной диод) меняет своё сопротивление в зависимости от поданного на него напряжения. Применяется как управляемый конденсатор переменной емкости, например, для настройки высокочастотных колебательных контуров.
• Тиристор. Тиристор имеет два устойчивых состояния: 1) закрытое, то есть состояние низкой проводимости, 2) открытое, то есть состояние высокой проводимости. Другими словами он способен под действием сигнала переходить из закрытого состояния в открытое. Тиристор имеет три вывода, кроме Анода и Катода еще и управляющий электрод – используется для перевода тиристора во включенное состояние. Современные импортные тиристоры выпускаются и в корпусах ТО-220 и ТО-92. Тиристоры часто используются в схемах для регулировки мощностей, для плавного пуска двигателей или включения лампочек. Тиристоры позволяют управлять большими токами. У некоторых типов тиристоров максимальный прямой ток достигает 5000 А и более, а значение напряжений в закрытом состоянии до 5 кВ. Мощные силовые тиристоры вида Т143(500-16) применяются в шкафах управления эл.двигателями, частотниках.
• Симистор. Симистор используется в системах, питающихся переменным напряжением, его можно представить как два тиристора, которые  включены встречно-параллельно. Симистор пропускает ток в обоих направлениях. Светодиод. Светодиод излучает свет при пропускании через него электрического тока. Светодиоды применяются в устройствах индикации приборов, в электронных компонентах (оптронах), сотовых телефонах для подсветки дисплея и клавиатуры, мощные светодиоды используют как источник света в фонарях и т.д. Светодиоды бывают разного цвета свечения, RGB и т.д.
• Инфракрасный  диод. Инфракрасные светодиоды (сокращенно ИК диоды) излучают свет в инфракрасном диапазоне . Области применения инфракрасных светодиодов это оптические контрольно-измерительные приборы, устройства дистанционного управления, оптронные коммутационные устройства, беспроводные линии связи. Ик диоды обозначаются так же как и светодиоды. Инфракрасные диоды излучают свет вне видимого диапазона,  свечение ИК диода можно увидеть и посмотреть например через камеру сотового телефона, данные диоды так же применяют в камерах видеонаблюдения, особенно на уличных камерах чтобы в темное время суток была видна картинка.
• Фотодиод. Фотодиод преобразует свет попавший на его фоточувствительную область, в электрический ток, находит применение в преобразовании света в электрический сигнал.

Виды диодов

Светодиодные элементы делятся на 2 объёмных вида: полупроводниковые и неполупроводниковые. Устройство первого подразумевает небольшую ёмкость с выкачанным воздухом и двумя электродами внутри:

• Плюсовым, обладающим электропроводностью P.
• Минусовым, обладающим электропроводностью N.

Неполупроводниковые диоды делятся в свою очередь ещё на 2 группы:

• Вакуумные (кенотроны), построенные по принципу лампы, имеющей 2 электрода, где один из них представлен как нить накаливания. В приоткрытом положении движение электронов осуществляется в сторону от полюса к минусу. В закрытом положении траектория перемещения изменяется в противоположную сторону или приостанавливается.
• Наполненные газом (стабилитроны с тлеющим либо коронным зарядом игнитронов и газотронов). Из объёмного списка элементов наибольшая популярность присуща газотронам с дуговым зарядом (стабилитронам). Внутрь них закачивается инертный газ, помещаются оксидные термокатоды. Ключевой особенностью таких светодиодов является возможность к выдаче высокого напряжения на выходе и способность функционировать с напряжением, значение которого может достигать нескольких десятков ампер.

Важно! Величина сопротивления в закрытом положении непосредственно связана со значением прямого тока. Если оно высокое, то сопротивление будет низким.

Типы диодов

Основное разделение диодов происходит по их виду. Различают три категории: материал изготовления, площадь p-n перехода и назначение.

Для производства диодов используют один из четырех исходных полупроводников:

• германий – в маломощных и прецизионных цепях, имеет больший коэффициент передачи;
• кремний – недорогие и долговечные, устойчивы к воздействию температуры, но обладают меньшей проводимостью;
• арсенид галлия – дороже и сложнее кремниевых, высокая радиационная стойкость;
• фосфид индия – в светодиодах и для работы на сверхвысоких частотах.

Каждому материалу в разных системах соответствует своя буква или цифра, которую указывают в начале.

Есть два варианта конструкционного размещения катода и анода:

1. Точечный диод. Один из электродов в виде узкой иглы вплавляется в кристалл, образуя p-n границу. Она имеет малую площадь, как следствие – высокая рабочая частота. Они почти вышли из применения по причине низкой прочности, уязвимости к перегрузкам и низкому максимальному току.
2. Плоскостный диод. Область перехода больше – контакт проходит по площади пластинки полупроводника, соединяемой с кристаллом. Отличаются большей емкостью, низким уровнем помех, малым падением напряжения. Пример – диод Шоттки.

В современной маркировке разделение практически не встречается – плоскостные диоды постепенно вытесняют точечные.

Следующее обозначение зависит от назначения прибора. Существует классификация диодов, применяемых в разных областях: туннельные, лазерные, варикапы, стабилитроны. Внутри подтипа также есть разделение – уже по техническим параметрам:

• рабочая частота;
• время восстановления;
• прямой и обратный ток;
• допустимые значения обратного и прямого напряжения;
• температурный режим.

Получается большое количество возможных сочетаний, отсюда – сложность создания единой системы маркировки.

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 катодакосвенного 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.

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 ростаобратного 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.

Как работает диод

Можно физически сами диоды не видеть, но результат их действия окружает нас повсюду. Эти устройства позволяют управлять потоком тока в указанном направлении. Существует много различных вариантов исполнения диодов. В каких случаях это бывает необходимо? Ниже будут рассмотрены примеры и в некоторой степени принцип работы полупроводниковых диодов. Если добавить две металлические обкладки к P и N рабочим областям материала, то получатся электроды анод и катод. Схема подключения электродов к источнику может работать следующим образом:
подача напряжения с батарейки к электроду N обеспечивает притяжение позитронов, соответственно к P электроду – электронов; отсутствие напряжения все возвращает в исходное состояние; смена полярности подаваемого напряжения обеспечивает притяжение электронов в обратном направлении к плюсовой пластине, а позитронов – к минусовой. В последнем случае избыточные заряды скапливаются на металлических обкладках, тогда как в центре самого материала образуется мертвая изолирующая зона.

Таким образом, центральный участок материала становится диэлектриком. В таком направлении устройство не пропускает ток. Слово происходит от di (double) + -ode.  Определение терминов катод и анод диода, относящихся к контактам, известно каждому человеку. Катод – отрицательный электрод, анод – положительный. Если подать на анод плюс, а на катод – минус, то диод откроется, и электроток по нему потечет. Таким образом, диод – это устройство, которое имеет два электрода: катод и анод. Простое нелинейное электронное устройство, состоящее из двух разных полупроводников. Как устроен диод, хорошо видно на изображении.

Виды диодов.

Способы определения полярности диодов

Чтобы определить полярность диода, существует несколько способов:

• с помощью маркировки на корпусе;
• практическим путем;
• используя прибор;
• по таблицам и справочникам.

Кстати, производители оставляют за собой право использовать тот или иной метод, поэтому самым надежным будет ознакомление с технической документацией. Однако этот способ пока оставим и разберем самый простой.

Возможные неисправности

Во время работы устройств с диодами могут возникать различные поломки. Это происходит из-за старения элементов или их амортизации.

Специалисты по ремонту различают 4 вида неисправностей.

Среди них такие:

1. Электрический пробой. Это одна из наиболее распространённых поломок, которые встречаются у диодов. Она является обратимой, так как не приводит к разрушению диодного кристалла. Исправить её можно путём постепенного снижения подаваемого напряжения.
2. Тепловой пробой. Такая неисправность более губительна для диода. Она возникает из-за плохого теплоотвода или перегрева в области p-n перехода. Последний образуется только в том случае, если устройство питается от тока с чрезмерно высокими показателями. Без проведения ремонтных мероприятий проблема только усугубится. При этом произойдёт рост колебания атомов диодного кристалла, что приведёт к его деформации и разрушению.
3. Обрыв. При возникновении этой неисправности устройство прекращает пропуск электрического тока в обоих направлениях. Таким образом, он становится изолятором, блокирующим всю систему. Для устранения поломки нужно точно определить её местонахождение. Для этого следует применять специальные высокочувствительные тестеры, которые повысят шанс обнаружить обрыв.
4. Утечка. Под этой поломкой понимают нарушение целостности корпуса, вызванного физическим или иным воздействием на прибор.

Диод — важный элемент конструкции, который обеспечивает исправную и бесперебойную работу устройства. При правильном выборе этого элемента и обеспечении оптимальных условий работы можно избежать каких-либо неисправностей.

Область применения

Сфера использования этих деталей в современной радиотехнике высока. Сложно найти устройство, которое работает без этих деталей. Чтобы понять, для чего нужен диод, можно привести несколько примеров:

• Диодные мосты — содержат от 4 до 12 полупроводниковых устройств, которые соединяются между собой. Основной задачей диодных мостов является выпрямление тока, и они активно используются, например, при создании генераторов для автомобилей.
• Детекторы — создаются при сочетании диодов и конденсаторов. В результате появляется возможность выделить низкочастотную модуляцию из различных сигналов. Применяются при изготовлении радио- и телеприемников.
• Защитные устройства — позволяют обезопасить электрическую схему от возможных перегрузок. Несколько изделий подключаются в обратном направлении. Когда схема работает нормально, то они остаются в закрытом положении. Как только входное напряжение достигает критических показателей, устройство активируются.
• Переключатели — такие системы на основе этих изделий позволяют осуществлять коммутацию высокочастотных сигналов.
• Системы искрозащиты — создание шунт-диодного барьера позволяет ограничить показатель напряжения в электроцепи. Для увеличения степени защиты вместе с полупроводниковыми деталями используются специальные токоограничивающие резисторы.

Это лишь несколько примеров использования диодов. Они являются достаточно надежными устройствами, с помощью которых можно решать большое количество задач. Чаще всего эти радиодетали выходят из строя по причине естественного старения либо из-за перегрева.

Если произошел электрический пробой изделия, то его последствия редко являются необратимыми, так как кристалл не разрушается.

Основные выводы

То, что у любого диодного элемента есть анод и катод, знает большинство людей, показать их способны немногие. Зная все способы проверки, можно применять их по отдельности или комбинировать, так как ни один не идеален. Техническая документация и визуальный осмотр не позволяют определить работоспособность полупроводника. Тестер не всегда можно использовать для прозвона мощных источников света. Подключение к питанию дает самые точные результаты, но требует осторожности.

Чтобы лучше запомнить, как определить расположение диодного элемента по схеме, придуман простой способ:

Кроме букв на изображении можно увидеть стрелки, ток течет именно туда, куда они направлены.

Током называется движение частиц в определенном направлении. Какие это частицы (молекулы, атомы, электроны, ионы, дырки), неважно. Важно знать другое – ток всегда течет от плюса к минусу. Плюс – это много, минус – мало.

Если для тестирования используется батарейка, необходимо знать, как на ней обозначается плюс и минус. Плюс – длинная и тонкая «палочка», минус – кроткая и толстая.

Анод полупроводника подключается к выводу, обозначенному длинной толстой «палочкой», катод – к выводу с короткой толстой. В анод ток входит, из катода выходит и возвращается на минус источника питания. При обратном подключении тока почти нет.

Если один из выводов полупроводника подключается к источнику переменного напряжения, из другого выходит ток с постоянным напряжением. Полярность зависит от того, как полупроводниковый элемент подключен. Если напряжение на аноде положительное, на выходе будет такое же. При положительном напряжении на катоде на выходе оно отрицательное.

Источники

• https://ElectroInfo. net/poluprovodniki/princip-raboty-dioda-i-sfera-ego-primenenija.html
• https://m-strana.ru/articles/diod-anod-katod/
• https://amperof.ru/teoriya/cvetovaya-markirovka-diodov.html
• https://slarkenergy.ru/oborudovanie/datchiki/princip-raboty-i-naznachenie-diodov.html
• https://electricvdome.ru/osnovy-elektrotehniki/polyarnost-dioda.html
• https://rusenergetics.ru/ustroistvo/princip-raboty-dioda
• https://tokar.guru/hochu-vse-znat/kak-rabotaet-diod-i-kakie-vidy-suschestvuyut.html
• https://svetilnik.info/svetodiody/katod-i-anod-eto-plyus-ili-minus.html

 

 

Как вам статья?

Павел

Бакалавр «210400 Радиотехника» – ТУСУР. Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники

Написать

Пишите свои рекомендации и задавайте вопросы

диодов — SparkFun Learn

Авторы: Джимблом

Избранное Любимый 71

Введение

После того, как вы закончите с простыми пассивными компонентами, такими как резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности, пришло время вступить в удивительный мир полупроводников. Одним из наиболее широко используемых полупроводниковых компонентов является диод.

В этом уроке мы рассмотрим:

• Что такое диод!?
• Теория работы диода
• Важные свойства диода
• Различные типы диодов
• Как выглядят диоды
• Типичные применения диодов

Рекомендуемая литература

Некоторые концепции в этом руководстве основаны на предыдущих знаниях в области электроники. Прежде чем перейти к этому руководству, подумайте о том, чтобы сначала прочитать (хотя бы бегло просмотреть) эти:

.

Что такое цепь?

Каждый электрический проект начинается со схемы. Не знаете, что такое цепь? Мы здесь, чтобы помочь.

Избранное Любимый 82

Что такое электричество?

Мы можем видеть электричество в действии на наших компьютерах, освещая наши дома, как удары молнии во время грозы, но что это такое? Это не простой вопрос, но этот урок прольет на него свет!

Избранное Любимый 84

Как пользоваться мультиметром

Изучите основы использования мультиметра для измерения непрерывности, напряжения, сопротивления и силы тока.

Избранное Любимый 69

Хотите изучить различные диоды?

Мы вас прикроем!

Комплект деталей для начинающих SparkFun

В наличии КОМПЛЕКТ-13973

18,50 $

12

Избранное Любимый 85

Список желаний

Комплект дискретных полупроводников SparkFun

В наличии КОМПЛЕКТ-13682

12,95 $

6

Избранное Любимый 62

Список желаний

Диодный выпрямитель — 1А, 50В (1N4001)

В наличии COM-08589

1

Избранное Любимый 14

Список желаний

Диодный выпрямитель — 1А, 400В (1N4004)

В наличии COM-14884

$0,25 0,06 долл.

США

Избранное Любимый 6

Список желаний

Посмотреть все диоды

---

Ideal Диоды

Основная функция Ideal 9Диод 0103 предназначен для управления направлением протекания тока. Ток, проходящий через диод, может идти только в одном направлении, называемом прямым направлением. Ток, пытающийся течь в обратном направлении, блокируется. Они как односторонний клапан электроники.

Если напряжение на диоде отрицательное, ток не может течь*, и идеальный диод выглядит как разомкнутая цепь. В такой ситуации говорят, что диод выключен или смещен в обратном направлении .

Пока напряжение на диоде не отрицательное, он «включается» и проводит ток. В идеале* диод действовал бы как короткое замыкание (на нем 0 В), если бы он проводил ток. Когда диод проводит ток, это с прямым смещением (на жаргоне электроники означает «включено»).

Зависимость тока от напряжения идеального диода. Любое отрицательное напряжение создает нулевой ток — разомкнутая цепь. Пока напряжение неотрицательно, диод выглядит как короткое замыкание.

1 I>0

Характеристики идеального диода
Режим работы	Вкл. (прямое смещение)	Выкл. (Обратное смещение)
I=0
Voltage Across	V=0	V
Diode looks like	Short circuit	Open circuit

Circuit Symbol

Every diode has две клеммы — соединения на каждом конце компонента — и эти клеммы поляризованы , что означает, что эти две клеммы совершенно разные. Важно не перепутать соединения на диоде. Положительный конец диода называется 9.0102 анод , а отрицательный конец называется катодом . Ток может течь от конца анода к катоду, но не в другом направлении. Если вы забыли, каким образом ток течет через диод, попробуйте вспомнить мнемонику ACID : «анодный ток в диоде» (также анод-катод — это диод ).

Символ цепи стандартного диода представляет собой треугольник, упирающийся в линию. Как мы рассмотрим позже в этом уроке, существует множество типов диодов, но обычно их схема выглядит примерно так:

Терминал, входящий в плоский край треугольника, представляет собой анод. Ток течет в направлении, указанном треугольником/стрелкой, но не может двигаться в обратном направлении.

Выше приведена пара простых диодных схем. Слева диод D1 смещен в прямом направлении и позволяет току течь по цепи. По сути это похоже на короткое замыкание. Справа диод D2 смещен в обратном направлении. Ток не может течь по цепи, и она выглядит как разомкнутая цепь.

*Внимание! Звездочка! Не совсем так… К сожалению, идеального диода не существует. Но не волнуйтесь! Диоды действительно настоящие, просто у них есть несколько характеристик, которые заставляют их работать немного хуже, чем наша идеальная модель…

---

Реальные характеристики диода

В идеале диоды будут блокировать любой и весь ток, протекающий в обратном направлении. направлении или просто действовать как короткое замыкание, если ток течет вперед. К сожалению, фактическое поведение диода не совсем идеально. Диоды потребляют некоторое количество энергии при проведении прямого тока, и они не блокируют весь обратный ток. Реальные диоды немного сложнее, и все они имеют уникальные характеристики, которые определяют, как они на самом деле работают.

Зависимость ток-напряжение

Наиболее важной характеристикой диода является его зависимость ток-напряжение ( i-v ). Это определяет, каков ток, протекающий через компонент, с учетом того, какое напряжение измеряется на нем. Резисторы, например, имеют простую линейную зависимость i-v … Закон Ома. Однако кривая i-v диода полностью не -линейная. Это выглядит примерно так:

Зависимость тока от напряжения диода. Чтобы преувеличить некоторые важные моменты сюжета, шкалы как в положительной, так и в отрицательной половинах не равны.

В зависимости от приложенного к нему напряжения диод будет работать в одной из трех областей:

1. Прямое смещение : Когда напряжение на диоде положительное, диод «включен» и через него может протекать ток. Напряжение должно быть больше, чем прямое напряжение (V _F ), чтобы ток был значительным.
2. Обратное смещение : Это режим «выключения» диода, при котором напряжение меньше В _F но больше, чем -V _BR . В этом режиме протекание тока (в основном) блокировано, а диод выключен. Очень небольшой ток (порядка нА), называемый обратным током насыщения, может протекать через диод в обратном направлении.
3. Пробой : Когда напряжение, приложенное к диоду, очень большое и отрицательное, большой ток может течь в обратном направлении, от катода к аноду.

Прямое напряжение

Для того, чтобы «включиться» и провести ток в прямом направлении, диоду необходимо приложить к нему определенное положительное напряжение. Типичное напряжение, необходимое для включения диода, называется прямым напряжением (V _F ). Его также можно назвать напряжением включения или напряжением включения .

Как мы знаем из кривой i-v , ток через диод и напряжение на диоде взаимозависимы. Больше ток — больше напряжение, меньше напряжение — меньше ток. Однако, как только напряжение приближается к номинальному прямому напряжению, большое увеличение тока должно означать лишь очень небольшое увеличение напряжения. Если диод является полностью проводящим, обычно можно предположить, что напряжение на нем является номинальным прямым напряжением.

Мультиметр с настройкой диода можно использовать для измерения (минимального) прямого падения напряжения на диоде.

V _F конкретного диода зависит от того, из какого полупроводникового материала он сделан. Как правило, кремниевый диод имеет V _F около 0,6–1 В . Диод на основе германия может быть ниже, около 0,3 В. Диод типа также имеет определенное значение для определения прямого падения напряжения; светодиоды могут иметь гораздо большее V _F , в то время как диоды Шоттки специально разработаны для того, чтобы иметь гораздо более низкое, чем обычно, прямое напряжение.

Напряжение пробоя

Если к диоду приложено достаточно большое отрицательное напряжение, он поддастся и позволит току течь в обратном направлении. Это большое отрицательное напряжение называется напряжением пробоя . Некоторые диоды на самом деле предназначены для работы в области пробоя, но для большинства обычных диодов не очень полезно подвергать их воздействию больших отрицательных напряжений.

Для обычных диодов это напряжение пробоя составляет от -50 до -100 В или даже более отрицательное.

Техническое описание диода

Все вышеперечисленные характеристики должны быть подробно описаны в техническом описании каждого диода. Например, в этом техническом описании диода 1N4148 указано максимальное прямое напряжение (1 В) и напряжение пробоя (100 В) (среди множества другой информации):

, чтобы уточнить, как ведет себя диод. Этот график из таблицы данных диода увеличивает извилистую часть прямой области i-v кривая. Обратите внимание, что больший ток требует большего напряжения:

На этой диаграмме указана еще одна важная характеристика диода — максимальный прямой ток. Как и любой другой компонент, диоды могут рассеивать только определенную мощность, прежде чем они перегорят. Для всех диодов должны быть указаны максимальный ток, обратное напряжение и рассеиваемая мощность. Если на диод действует большее напряжение или ток, чем он может выдержать, ожидайте, что он нагреется (или, что еще хуже, расплавится, задымится и т.  д.).

Некоторые диоды хорошо подходят для высоких токов — 1 А и более — другие, такие как показанный выше слабосигнальный диод 1N4148, могут подходить только для тока около 200 мА.

---

Этот 1N4148 — это всего лишь небольшая выборка из всех существующих диодов различных типов. Далее мы рассмотрим, какое удивительное разнообразие диодов существует и для чего служит каждый тип.

Типы диодов

Обычные диоды

Сигнальные диоды

Стандартные сигнальные диоды являются одними из самых простых, средних и простых членов семейства диодов. Обычно они имеют средне-высокое прямое падение напряжения и низкий максимальный номинальный ток. Типичным примером сигнального диода является 1N4148.

Диод слабого сигнала — 1N4148

В наличии COM-08588

Избранное Любимый 10

Список желаний

Очень общего назначения, имеет типичное прямое падение напряжения 0,72 В и максимальный номинальный прямой ток 300 мА.

Диод слабого сигнала, 1N4148. Обратите внимание на черный кружок вокруг диода, который указывает, какой из выводов является катодом.

Силовые диоды

Выпрямитель или силовой диод — это стандартный диод с гораздо более высоким максимальным номинальным током. Этот более высокий номинальный ток обычно достигается за счет большего прямого напряжения. 1N4001 является примером силового диода.

Диодный выпрямитель — 1А, 50В (1N4001)

В наличии COM-08589

1

Избранное Любимый 14

Список желаний

1N4001 имеет номинальный ток 1 А и прямое напряжение 1,1 В.

Диод 1N4001 PTH. На этот раз серая полоса указывает, какой вывод является катодом.

И, конечно же, большинство типов диодов также доступны для поверхностного монтажа. Вы заметите, что каждый диод каким-то образом (независимо от того, насколько он крошечный или трудноразличимый) указывает, какой из двух контактов является катодом.

Светоизлучающие диоды (СИД!)

Самым ярким представителем семейства диодов должен быть светоизлучающий диод (СИД). Эти диоды буквально загораются при подаче положительного напряжения.

Несколько сквозных светодиодов. Слева направо: желтый 3 мм, синий 5 мм, зеленый 10 мм, сверхяркий красный 5 мм, RGB 5 мм и синий 7-сегментный светодиод.

Как и обычные диоды, светодиоды пропускают ток только в одном направлении. Они также имеют номинальное прямое напряжение, то есть напряжение, необходимое для того, чтобы они загорелись. В _F номинал светодиода обычно выше, чем у обычного диода (1,2~3 В), и зависит от цвета, излучаемого светодиодом. Например, номинальное прямое напряжение суперярко-синего светодиода составляет около 3,3 В, а суперярко-красного светодиода того же размера — всего 2,2 В.

Очевидно, светодиоды чаще всего используются в осветительных приборах. Они шустрые и веселые! Но более того, их высокая эффективность привела к широкому использованию в уличных фонарях, дисплеях, задней подсветке и многом другом. Другие светодиоды излучают свет, невидимый человеческому глазу, например, инфракрасные светодиоды, составляющие основу большинства пультов дистанционного управления. Еще одно распространенное использование светодиодов — оптическая изоляция опасной высоковольтной системы от низковольтной цепи. Оптоизоляторы соединяют инфракрасный светодиод с фотодатчиком, который пропускает ток при обнаружении света от светодиода. Ниже приведен пример схемы оптоизолятора. Обратите внимание, как схематическое обозначение диода отличается от обычного диода. Светодиодные символы добавляют пару стрелок, отходящих от символа.

Диоды Шоттки

Другим очень распространенным диодом является диод Шоттки.

Диод Шоттки

В наличии COM-10926

1

Избранное Любимый 13

Список желаний

Полупроводниковый состав диода Шоттки немного отличается от обычного диода, в результате чего значительно0102 меньшее прямое падение напряжения , которое обычно составляет от 0,15 В до 0,45 В. Однако они все равно будут иметь очень большое напряжение пробоя.

Диоды Шоттки особенно полезны для ограничения потерь, когда каждый бит напряжения должен быть сохранен. Они достаточно уникальны, чтобы получить собственный символ цепи с парой изгибов на конце катодной линии.

Стабилитроны

Стабилитроны — странный изгой семейства диодов. Они обычно используются намеренно провести обратный ток .

Стабилитрон — 5,1 В 1 Вт

Пенсионер COM-10301

Пенсионер

Избранное Любимый 10

Список желаний

Стабилитроны рассчитаны на очень точное напряжение пробоя, называемое пробивным напряжением стабилитрона или напряжением стабилитрона . Когда через стабилитрон протекает в обратном направлении достаточный ток, падение напряжения на нем будет оставаться постоянным при напряжении пробоя.

Используя свойство пробоя, стабилитроны часто используются для создания известного эталонного напряжения, точно равного их напряжению Зенера. Их можно использовать в качестве стабилизатора напряжения для небольших нагрузок, но на самом деле они не предназначены для регулирования напряжения в цепях, потребляющих значительный ток.

Зенеры достаточно уникальны, чтобы иметь собственный символ цепи с волнистыми концами на катодной линии. Символ может даже определять, каково именно напряжение стабилитрона диода. Вот 3,3-вольтовый стабилитрон, создающий надежное опорное напряжение 3,3 В:

Фотодиоды

Фотодиоды — это специально сконструированные диоды, которые улавливают энергию фотонов света (см. Физика, квант) для генерации электрического тока. Вид работы как анти-светодиод.

Миниатюрная солнечная батарея — BPW34

В наличии ПРТ-09541

1

Избранное Любимый 36

Список желаний

Фотодиод BPW34 (не четверть, мелочь сверху). Поместите его под солнце, и он может генерировать около нескольких мкВт энергии!

Солнечные батареи являются главным спонсором фотодиодной технологии. Но эти диоды также можно использовать для обнаружения света или даже оптической связи.

---

Применение диодов

Для такого простого компонента диоды имеют огромное количество применений. Практически в каждой схеме вы найдете диод того или иного типа. Они могут использоваться во всем, от слабосигнальной цифровой логики до высоковольтной схемы преобразования мощности. Давайте рассмотрим некоторые из этих приложений.

Выпрямители

Выпрямитель представляет собой цепь, которая преобразует переменный ток (AC) в постоянный ток (DC). Это преобразование имеет решающее значение для всех видов бытовой электроники. Сигналы переменного тока выходят из настенных розеток вашего дома, но постоянный ток питает большинство компьютеров и другой микроэлектроники.

Ток в цепях переменного тока буквально чередуется с — быстро переключается между положительным и отрицательным направлениями — но ток в постоянном сигнале течет только в одном направлении. Поэтому для преобразования переменного тока в постоянный вам просто нужно убедиться, что ток не может течь в отрицательном направлении. Звучит как работа для ДИОДОВ!

Однополупериодный выпрямитель может состоять всего из одного диода. Если сигнал переменного тока, такой как, например, синусоида, посылается через диод, любая отрицательная составляющая сигнала отсекается.

Входной (красный/левый) и выходной (синий/правый) кривые напряжения после прохождения через схему однополупериодного выпрямителя (в центре).

Двухполупериодный мостовой выпрямитель использует четыре диода для преобразования отрицательных скачков в сигнале переменного тока в положительные.

Схема мостового выпрямителя (в центре) и форма выходного сигнала, которую она создает (синий/справа).

Эти схемы являются критически важным компонентом блоков питания переменного тока в постоянный, которые преобразуют сигнал 120/240 В переменного тока настенной розетки в сигналы постоянного тока 3,3 В, 5 В, 12 В и т. д. Если вы разорвете настенную бородавку, вы, скорее всего, увидите там несколько диодов, исправляющих ее.

Можете ли вы найти четыре диода, образующих мостовой выпрямитель в этой настенной бородавке?

Защита от обратного тока

Вы когда-нибудь вставляли батарейку неправильно? Или поменять местами красный и черный провода питания? Если это так, диод может быть благодарен за то, что ваша схема все еще жива. Диод, включенный последовательно с положительной стороной источника питания, называется диодом обратной защиты. Это гарантирует, что ток может течь только в положительном направлении, а источник питания подает на вашу цепь только положительное напряжение.

Этот диод полезен, когда разъем источника питания неполяризован, что позволяет легко перепутать и случайно соединить отрицательный источник питания с положительным входной цепи.

Недостатком диода для защиты от обратного тока является то, что он вызывает некоторую потерю напряжения из-за прямого падения напряжения. Это делает диоды Шоттки отличным выбором для диодов обратной защиты.

Логические элементы

Забудьте о транзисторах! Простые цифровые логические элементы, такие как И или ИЛИ, могут быть построены из диодов.

Например, диодный вентиль ИЛИ с двумя входами может быть построен из двух диодов с общими катодными узлами. Выход логической схемы также расположен в этом узле. Всякий раз, когда один из входов (или оба) имеет логическую 1 (высокий уровень/5 В), выход также становится логической 1. Когда на оба входа подается логический 0 (низкий уровень/0 В), на выходе устанавливается низкий уровень через резистор.

Логический элемент И устроен аналогичным образом. Аноды обоих диодов соединены вместе, где находится выход схемы. Оба входа должны иметь логическую 1, заставляющую ток течь к выходному контакту и также подтягивать его к высокому уровню. Если на любом из входов низкий уровень, ток от источника питания 5 В проходит через диод.

Для обоих логических элементов можно добавить больше входов, добавив всего один диод.

Обратноходовые диоды и подавление скачков напряжения

Диоды очень часто используются для ограничения потенциального ущерба от неожиданных больших скачков напряжения. Диоды подавления переходного напряжения (TVS) — это специальные диоды, похожие на стабилитроны — с низким напряжением пробоя (часто около 20 В), но с очень большой номинальной мощностью (часто в диапазоне киловатт). Они предназначены для шунтирования токов и поглощения энергии, когда напряжение превышает их напряжение пробоя.

Обратноходовые диоды выполняют аналогичную работу по подавлению всплесков напряжения, особенно вызванных индуктивным компонентом, таким как двигатель. Когда ток через индуктор внезапно изменяется, создается всплеск напряжения, возможно, очень большой отрицательный всплеск. Обратный диод, размещенный на индуктивной нагрузке, даст этому сигналу отрицательного напряжения безопасный путь к разряду, фактически повторяясь снова и снова через индуктор и диод, пока он в конечном итоге не погаснет.

Вот лишь несколько вариантов применения этого удивительного маленького полупроводникового компонента.

---

Приобретение диодов

Теперь, когда ваши текущие текут в правильном направлении, пришло время применить ваши новые знания с пользой. Если вы ищете отправную точку или просто запасаетесь, у нас есть набор изобретателя, а также отдельные диоды на выбор.

Наши рекомендации:

Диод слабого сигнала — 1N4148

В наличии COM-08588

Избранное Любимый 10

Список желаний

Диодный выпрямитель — 1А, 50В (1N4001)

В наличии COM-08589

1

Избранное Любимый 14

Список желаний

Диод Шоттки

В наличии COM-10926

1

Избранное Любимый 13

Список желаний

Набор изобретателя SparkFun — версия 3.

2

Пенсионер КОМПЛЕКТ-12060

76 Пенсионер

Избранное Любимый 76

Список желаний

Хотите узнать больше об основных темах?

См. нашу страницу Engineering Essentials , где представлен полный список краеугольных тем, связанных с электротехникой.

Отведи меня туда!

Ресурсы и дальнейшее развитие

Теперь, когда вы разобрались с диодами, возможно, вам захочется изучить больше полупроводников:

• Транзисторы
• Светодиоды
• Или узнайте об интегральных схемах, например:
  • 555 Таймеры
  • Операционные усилители
  • Сдвиговые регистры

Или узнайте о некоторых других распространенных электронных компонентах:

• Резисторы
• Конденсаторы
• Катушки индуктивности
• Регуляторы напряжения

Что такое диоды и как их использовать? — Электроника NightShade

перейти к содержанию

Создан 30 января 2021 г.

< Все темы

Проходной диод

Диод — это электрический компонент, который ведет себя как односторонний клапан. Он позволяет току течь в прямом направлении, но не позволяет току течь через него в обратном направлении. Символ диода представляет собой треугольник, который можно рассматривать как стрелку, обозначающую направление протекания тока. Уникальные качества диода делают его очень полезным во многих различных схемах, включая выпрямление переменного тока (диодный мост), зарядные насосы и регулирование напряжения.

Хотя идеальные диоды действуют как идеальные односторонние вентили, в реальности все немного иначе. При использовании диодов в реальных цепях необходимо учитывать два электрических состояния.

Входное напряжение выше выходного (прямой ток)

Когда напряжение на входе диода выше, чем на выходе диода, через диод будет течь ток. Когда ток течет вперед через диод, фиксированное напряжение вычитается. Это падение напряжения обычно составляет около 0,7 В. Это называется диодом прямое падение напряжения . Если напряжение на диоде ниже, чем его прямое падение напряжения, ток через диод течь не будет.

Выходное напряжение выше входного напряжения (обратный ток)

Когда напряжение на выходе диода выше, чем на входе диода, ток не будет течь через диод до тех пор, пока перепад напряжения меньше обратного пробоя диода напряжение . Если обратное напряжение превышает обратное напряжение пробоя, ток через диод будет течь в обратном направлении. Однако напряжение упадет на величину, равную обратному напряжению пробоя. В некоторых случаях это свойство используется с пользой.

Даже если обратное напряжение ниже напряжения пробоя, через него будет протекать небольшой ток. Это ток утечки диода .

Последнее свойство, которое нам нужно обсудить, — это время восстановления диода . Это количество времени, которое требуется диоду, чтобы «закрыться», когда напряжение на диоде меняется на противоположное. Это особенно важно для приложений с высокоскоростной коммутацией.

Какие существуют типы диодов?

Переключающие диоды	Малые значения тока Среднее прямое падение напряжения (~0,7 В) Быстрое время восстановления Малый ток утечки Используется для высокоскоростного переключения
Выпрямительные диоды	Сильноточные номиналы Среднее прямое падение напряжения (~0,7 В) Среднее время восстановления Средний ток утечки Используется в силовых приложениях
Диоды Шоттки	Сильноточные номиналы Низкое прямое падение напряжения (~0,15–0,6 В) Медленное время восстановления Высокий ток утечки Используется в силовых приложениях Низкие потери мощности
Стабилитрон	Контролируемое обратное напряжение пробоя Используется в обратном направлении, чтобы воспользоваться обратным напряжением пробоя
Светодиоды	Высокое падение напряжения в прямом направлении (1,8–5 В) Генерирует свет Используется для индикации и освещения

Как использовать диод?

Символ диода

Размер диода

Как и любой силовой компонент, размер диода должен соответствовать мощности, проходящей через него. Потери мощности в диоде пропорциональны падению напряжения (в прямом или обратном направлении) на диоде и току, протекающему через диод. Потери мощности в диоде рассчитываются, как показано в следующем уравнении:

\(\large P = V_{drop} \times I\)

Выбор резистора для светодиода

Поскольку диоды, такие как светодиоды, не имеют сопротивления, очень легко получить слишком большой ток через них и сжечь их. Вот почему резистор всегда следует использовать последовательно со светодиодом.

У нас есть светодиод с падением напряжения 0,7 В и номинальным током 20 мА. Светодиод будет подключен к выводу на микросхеме, которая может управлять светодиодом с 5 мА при 5 В. Чтобы рассчитать размер резистора, нам нужно сначала вычесть падение напряжения на светодиоде, а затем использовать закон Ома для расчета сопротивления.

\(\large R = \frac{V}{I} = \frac{5V – 0.7V}{0.005A} = 860\Omega\)

Поскольку мы должны использовать реальное значение резистора, мы выберем следующее более высокое сопротивление, чтобы гарантировать, что ток ниже спецификации. Это можно сделать с помощью нашего калькулятора резисторов. Следующим по величине значением в серии E24 является \(\large 910\Omega\).

Обратите внимание, что резистор может располагаться до или после светодиода и иметь тот же эффект.

Защита от обратной полярности входа постоянного тока

Диод может использоваться для защиты устройства от обратного питания. Это может быть особенно полезно при разработке продукта, к которому кто-то может подключить неправильный адаптер питания. Пример схемы с бочкообразным входом, использующим диод для защиты от обратной полярности, можно увидеть ниже.

Использование стабилитрона для опорного напряжения

Поскольку обратное напряжение пробоя стабилитрона регулируется, их можно использовать для создания полезного опорного напряжения. Приведенная ниже схема обеспечивает стабильное опорное напряжение на Vdd, равное обратному напряжению пробоя стабилитрона. Для работы входное напряжение должно быть выше, чем обратное напряжение пробоя.