Что такое основное свойство диода. Какие бывают характеристики диодов. Как проверить исправность диода. На какие параметры обращать внимание при выборе диода.
Основное свойство диода: односторонняя проводимость
Главной особенностью диода является его способность пропускать электрический ток только в одном направлении. Это свойство называется односторонней проводимостью.
Как это работает?
- При подаче положительного напряжения на анод относительно катода (прямое включение) диод проводит ток.
- При обратной полярности напряжения (обратное включение) ток через диод практически не течет.
Именно благодаря этому свойству диоды нашли широкое применение в электронике для выпрямления переменного тока, защиты от перенапряжений, детектирования сигналов и других задач.
Основные характеристики диодов
Для корректной работы с диодами важно знать их ключевые параметры. Рассмотрим наиболее значимые характеристики:
1. Максимальный прямой ток
Это максимально допустимый ток, который может протекать через диод в прямом направлении без риска его повреждения. Обозначается I
2. Максимальное обратное напряжение
Определяет наибольшее напряжение, которое можно приложить к диоду в обратном направлении. Обозначается Uобр.макс.
3. Прямое падение напряжения
Это напряжение, возникающее на диоде при протекании через него прямого тока. Типичные значения:
- 0.2-0.4 В для германиевых диодов
- 0.6-0.7 В для кремниевых диодов
4. Обратный ток
Небольшой ток, протекающий через диод при обратном напряжении. Обычно составляет единицы или десятки микроампер.
Проверка исправности диода
Как проверить работоспособность диода в домашних условиях? Для этого можно воспользоваться мультиметром:
- Включите мультиметр в режим «прозвонки» или измерения сопротивления.
- Подключите щупы к выводам диода в прямом направлении (красный к аноду, черный к катоду).
- Затем поменяйте полярность подключения.
У исправного диода сопротивление в прямом направлении будет небольшим (сотни Ом), а в обратном — очень большим (мегаомы).
Важные параметры при выборе диода
На что обращать внимание при подборе диода для конкретной задачи?
- Максимальный прямой ток — должен превышать рабочий ток в схеме
- Максимальное обратное напряжение — выбирается с запасом относительно напряжения в схеме
- Быстродействие — для высокочастотных схем важно малое время восстановления
- Прямое падение напряжения — влияет на КПД схемы
- Корпус — должен соответствовать требованиям по размеру и мощности
Типы диодов и их особенности
Существует множество разновидностей диодов, оптимизированных под различные задачи:
Выпрямительные диоды
Предназначены для преобразования переменного тока в постоянный. Способны выдерживать большие токи и обратные напряжения.
Стабилитроны
Используются для стабилизации напряжения. Имеют четко определенное напряжение пробоя в обратном направлении.
Светодиоды
Излучают свет при прохождении через них электрического тока. Применяются для индикации и освещения.
Варикапы
Диоды с управляемой емкостью p-n перехода. Используются в схемах автоподстройки частоты.
Применение диодов в электронных схемах
Где используются диоды в современной электронике?
- Выпрямители в источниках питания
- Детекторы сигналов в радиоприемниках
- Защита от неправильной полярности подключения
- Ограничители напряжения
- Смесители и модуляторы сигналов
- Генераторы шума
Это лишь некоторые из многочисленных применений диодов. Их уникальные свойства делают их незаменимыми во многих областях электроники.
Моделирование диодов в электронных схемах
При проектировании схем важно правильно моделировать поведение диодов. Существует несколько уровней моделей с различной точностью:
Модель идеального диода
Самая простая модель. Предполагает нулевое сопротивление в прямом направлении и бесконечное — в обратном.
Модель с постоянным падением напряжения
Учитывает прямое падение напряжения на диоде (обычно 0.6-0.7 В для кремниевых диодов).
Модель Шокли
Более точная модель, описывающая вольт-амперную характеристику диода экспоненциальной функцией:
I = Is(eqV/nkT — 1)
где Is — ток насыщения, q — заряд электрона, V — напряжение, n — коэффициент идеальности, k — постоянная Больцмана, T — температура.
Влияние температуры на характеристики диодов
Температура оказывает существенное влияние на работу диодов. Как это проявляется?
- С ростом температуры увеличивается обратный ток
- Уменьшается прямое падение напряжения (примерно на 2 мВ/°C для кремниевых диодов)
- Изменяется емкость p-n перехода
- Может снижаться максимально допустимая мощность рассеяния
Поэтому при проектировании схем важно учитывать температурный диапазон работы и при необходимости применять схемы температурной компенсации.
|
1. Частота импульсов автоколебательного мультивибратора на операционном усилителе определяется
жүктеу/скачать 1,17 Mb. Достарыңызбен бөлісу: |
R=U/I
прямой и обратный;
B
ОК
К=Roc/Rвх
уменьшения тока покоя усилителя;
KU=1
h, Y, Z
постоянное напряжение
Диод — прверка исправности — Диоды — РАДИОДЕТАЛИ — Каталог статей
Основным свойством диода является односторонняя проводимость тока.
Ток через диод возникает только при положительном потенциале на аноде относительно катода. При обратной полярности ток через диод практически равен нулю.
Приборы, имеющие одностороннюю проводимость, называются электрическими вентилями. Сопротивление вентиля зависит от величины и знака приложенного напряжения. У идеального вентиля при одном (прямом) знаке напряжения сопротивление равно нулю, а при другом (обратном) — бесконечности.
Проверка исправности полупроводникового диода
Для проверки исправности полупроводникового диода включаем цифровой мультиметр в режим измерения сопротивления на предел, отмеченный значком (). Данный режим предназначен для тестирования P-N переходов. Его особенностью является то, что индицируемое значение сопротивления на этом пределе численно равно прямому напряжению на переходе в милливольтах.
Далее подключать щупы к выводам диода.
Рис.1
При этом у исправного диода сопротивление в прямом смещении, когда плюсовой щуп омметра подключен к аноду диода (как на Рис.1), должно быть значительно меньше сопротивления в обратном смещении, когда плюсовой щуп омметра подключен к катоду диода.
Если сопротивления диода в прямом и обратном смещениях близки к нулю, диод неис-правен , неисправность — пробой.
Если сопротивления диода в прямом и обратном смещениях бесконечно большие, диод неисправен , неисправность — обрыв .
Если при замере обратного сопротивления стрелка прибора не устанавливается твердо, а все время «плавает», диод неисправен, неисправность — увеличение тока утечки .
Полярность щупов мультиметра, подключенного при измерениях в прямом направлении укажет положение анода и катода. Красный щуп («+») в этом случае будет подключен к аноду диода, чёрный («—») — к катоду. Численные значения прямого напряжения на переходе равны:
• 200 – 400 мВ для германиевых диодов.
• 500 – 800 мВ для кремниевых диодов;
Во избежание прогрева при измерениях не следует держать диод за корпус.
Если вы пытаетесь определить исправность диода не вапаивая его из схемы, следует учитывать, что результаты измерений будут искажены из-за шунтирующего действия других элементов схемы, включённых между анодом и катодом диода. Поэтому, для однозначного определения исправности диода (кстати, это справедливо и для других элементов), необходимо одну ножку диода от схемы таки отсоединить (отпаять).
Если вы обнаружили неисправный диод в схеме, его нужо заменить. На корпусе неисправного диода необходимо считать его марку, и подобрать точно такой же. Если вы не смогли найти для замены вышедшего из строя такой же марки, можно подобрать его аналог — другой диод, по своим параметрам не хуже вышедшего из строя.
Для принятия технически грамотного решения при подборе аналога необходимо воспользоваться справочной информацией (даташитом), который легко найти, вбив в любой поисковик марку диода.
По каким же параметрам следует подбирать аналог? А вот по таким:
Основные параметры диодов
Для выпрямительных диодов наибольшее значение имеют следующие параметры:
Максимально допустимый прямой ток IПР.МАКС — определяет максимальный ток нагрузки, который диоды смогут выдержать. Превышение IПР.МАКС. приводит к тепловому пробою и повреждению диода;
Максимально допустимое обратное напряжение UОБР.МАКС. – это наибольшее обратное напряжение, которое в течение длительного времени может быть приложено к диоду, не вызывая изменение его параметров. Оно должно быть как минимум в два раза больше рабочего напряжения.
Для диодов, работающих на высоких частотах важен такой параметр как ёмкость PN перехода, так как с увеличением частоты сопротивление этой ёмкости уменьшается и диод теряет своё основное свойство — одностороннюю проводимость.
Для стабилитронов помимо перечисленных важны: напряжение стабилизации UСТ. и максимально допустимый постоянный ток стабилизации IСТ. МАКС..
Для варикапов важен диапазон изменения ёмкости и соответствующий ему диапазон изменения обратного напряжения.
Характеристики диодов — Диоды — Основы электроники
Диоды
Полупроводниковые диоды обладают свойствами, которые позволяют им выполнять множество различных электронных функций. Для выполнения своей работы инженеры и техники должны иметь данные об этих различных типах диодов. Представленная для этого информация называется характеристики диода . Эти характеристики приводятся производителями либо в их руководствах, либо в спецификациях (паспортах). Из-за множества производителей и множества типов диодов нецелесообразно давать вам спецификацию и называть ее типовой. Помимо различий между производителями, один производитель может даже поставлять листы спецификаций, которые отличаются как по формату, так и по содержанию.
Несмотря на эти различия, обычно требуется определенная информация о характеристиках и конструкции. Мы обсудим эту информацию в следующих нескольких параграфах.
Стандартный лист технических характеристик обычно содержит краткое описание диода. В это описание включен тип диода, основная область применения и любые особенности. Особый интерес представляет конкретное применение, для которого подходит диод. Изготовитель также предоставляет чертеж диода, на котором указаны размеры, вес и, при необходимости, любые идентификационные метки. В дополнение к вышеуказанным данным, также предоставляется следующая информация. Статический операционный стол на электрические характеристики (указание точечных значений параметров под
фиксированные условия), иногда характеристическая кривая , аналогичная той, что на этом рисунке (показывающая, как параметры изменяются во всем рабочем диапазоне), и номиналы диодов (это предельные значения рабочих условий, вне которых может произойти повреждение диода).
Электрические характеристики
Производители указывают различные характеристики и номиналы диодов с помощью «буквенных обозначений» в соответствии с фиксированными определениями. Ниже приводится список основных электрических характеристик выпрямителя и сигнальных диодов по буквенным обозначениям.
Выпрямительные диоды
Среднее прямое напряжение [В F(AV) ] — среднее прямое падение напряжения на выпрямителе при заданных прямом токе и температуре.
Прямое напряжение [В F ] — мгновенное прямое падение напряжения на выпрямителе, приведенное при заданные условия.
Средний обратный ток [I R(AV) ] — средний обратный ток при заданной температуре, обычно при 60 Гц.
Обратный ток [I R ] — мгновенное (или постоянное) значение обратного тока при заданных условиях, обычно при номинальном запирающем постоянном напряжении.
Сигнальные диоды
Прямое напряжение [V F ] — мгновенное прямое падение напряжения на диоде, приведенное при
заданные условия.
Обратный ток [I R ] — мгновенное (или постоянное) значение обратного тока при заданных условиях.
Reverse Recovery Time [t rr ] — максимальное время, необходимое диоду прямого смещения для восстановления обратного смещения.
Максимальная мощность
Максимальные номинальные значения диода (как указано ранее) являются предельными значениями условий эксплуатации, превышение которых может привести к повреждению диода либо из-за пробоя напряжения, либо из-за перегрева. Ниже приведен список основных номиналов выпрямителя и сигнальных диодов.
Пиковое повторяющееся обратное напряжение (V RRM , PRV или PIV) — максимально допустимое мгновенное значение обратного напряжения, которое может быть приложено к диоду повторно при заданных условиях.
DC Blocking Voltage [V R ] — максимальное обратное постоянное напряжение, которое диод может блокировать на
непрерывная основа.
Средний выпрямленный прямой ток [I F(AV) ] — максимальная величина среднего выпрямленного прямого тока при заданной температуре, обычно при частоте 60 Гц с резистивной нагрузкой.
Пиковый импульсный ток [I FSM ] — максимальный ток, разрешенный для протекания в прямом направлении в форма неповторяющихся импульсов, заданная для заданного количества циклов или части цикла.
Ниже приведен список некоторых других номиналов сигнальных диодов.
Повторяющийся пиковый прямой ток [I FRM ] — максимальный пиковый ток, который может протекать в прямом направлении в виде повторяющихся импульсов.
Прямой непрерывный ток [I F ] — максимальный постоянный ток, который может протекать в прямое направление.
Все вышеперечисленные характеристики могут изменяться при колебаниях температуры. Если, например, операционная
температура выше указанной для номиналов, то номиналы должны быть уменьшены.
led — Каковы различные «свойства» диода?
Диод постоянного тока, уровень 0
Аппроксимация уровня 0 диода — это просто предполагаемое падение напряжения на нем при прямом смещении и бесконечное полное сопротивление при обратном смещении. При обратном смещении никакое количество приложенного напряжения обратного смещения не может пробить устройство — оно может выдерживать бесконечное напряжение. (Для этого уровня и следующих уровней ниже я буду , а не обсуждает обратное смещение за пределами подхода уровня 0.)
Например, \$V_D=700\:\text{mV}\$. Сделанный. Это говорит вам все, что вам нужно знать о диоде уровня 0. (Для светодиода это может быть \$V_\text{LED}=3.2\:\text{V}\$.)
Диод постоянного тока уровня 1
означают разные напряжения на нем. Это распознается с помощью слегка улучшенной модели: \$V_D=V_\text{FWD}+I_D\cdot R_\text{ON}\$. Эта модель работает только вблизи некоторых указанных операционных \$I_D\$. Это НЕ работает, когда \$I_D\$ сильно отличается от спецификации.
Например, светодиод может быть смоделирован с \$V_\text{FWD}=1.6\:\text{V}\$ и \$R_\text{ON}=20\:\Omega\$, указанными в \$I_D=20\:\text{мА}\$. Это просто означает, что для \$15\:\text{мА}\le I_D\le 25\:\text{мА}\$ модель \$V_D=V_\text{FWD}+I_D\cdot R_\text {ON}\$ работает достаточно близко для большинства применений в этом диапазоне. Если \$I_D=20\:\text{мА}\$, то \$V_D=2.0\:\text{V}\$ и модель немного скорректирует \$V_D\$, если вы переместите \$I_D\$ немного в ту или иную сторону от указанного значения \$I_D=20\:\text{мА}\$. Но как только вы отойдете слишком далеко от этой точки, модель быстро выйдет из строя.
Диод постоянного тока уровня 2
До сих пор мы использовали модель постоянного тока, и я собираюсь продолжать использовать модель постоянного тока. Это означает, что я НЕ буду вводить концепции емкости на данном этапе. Я также НЕ собираюсь вводить температуру. Мы собираемся предположить, что рабочая температура волшебным образом остается на уровне температуры калибровки модели (обычно принимается равной \$300\:\text{K}\$.
)
Теперь нам нужна модель, которая будет хорошо работать на многих заказах. величины \$I_D\$. Итак, мы представляем вариант уравнения для диода Шокли. Пожалуйста, имейте в виду, что это НЕ включает что-либо в отношении отклонений из-за температуры, отличающейся от температуры калибровки, или дрейфа во времени, или множества других эффектов, и что это модель только для постоянного тока.
$$V_D=\eta\,V_T\,\operatorname{ln}\left(1+\frac{I_D}{I_\text{SAT}}\right)$$
Коэффициент эмиссии, \ $\eta\$ также называется коэффициентом идеальности и равен (надеюсь) всего 1. Но для диодов это часто не так. И особенно для светодиодов, где это почти 90 119, а не 90 120 1. Оно не может быть меньше 1, но легко может быть больше 1. В основном это связано с рекомбинацией носителей заряда, когда заряды пересекают область обеднения. Ясно, что это влияет на результирующее напряжение, если не точно 1,
Ток насыщения, \$I_\text{SAT}\$, собирается путем взятия большого количества точек данных, в которых ненулевые прямые напряжения для диода/светодиода и его рабочих токов измеряются и отображаются в журнале.
диаграмма. На самом деле вы не можете измерить ток насыщения при \$V_D=0\:\text{V}\$. Но если вы нанесете на график точки с \$V_D\gt 0\:\text{V}\$, вы можете экстраполировать назад, чтобы найти точку пересечения по оси Y (текущую), которая будет выше 0. Это это ток насыщения. (Он меняется в зависимости от температуры и дрейфует со временем.)
Вот пример диаграммы, показывающей измеренные значения и процесс экстраполяции, о котором я говорил выше. На следующей диаграмме предполагается, что \$\eta=1\$:
В этой модели есть несколько неявных деталей. \$T_\text{NOM}=300\:\text{K}\$ обычно предполагается, если не указано, например. А энергетическая щель кремния обычно принимается равной \$1,1\:\text{eV}\$. (Есть уравнение, описывающее движение тока насыщения в зависимости от температуры, и я покажу его пример ближе к концу, позже ниже.)
Тепловое напряжение, \$V_T\$, определяется статистической термодинамикой и будет примерно \$26\:\text{мВ}\$ около \$T_\text{NOM}=300\:\text{K} \$.
Вы можете вычислить его как \$V_T=\frac{k\,T}q\$, где \$k\$ — постоянная Больцмана, \$q\$ — заряд электрона, а \$T\$ температура (обычно в Кельвинах, но, конечно, она должна совпадать с выбранными вами единицами постоянной Больцмана). И может сложиться впечатление, что \$V_T\$ как-то связано с изменением напряжения в зависимости от температуры. Оно делает. Но не так, как вы себе представляете. \$V_T\$ увеличивается с ростом температуры. Но дело в том, что напряжение на диоде \$V_D\$ на самом деле будет снижение с повышением температуры. Причина в токе насыщения, который движется еще быстрее с температурой и в противоположном направлении (относительно того, как он влияет на \$V_D\$). Таким образом, это означает, что вам действительно нужно включить сложное уравнение тока насыщения в вышеприведенный уровень 2. версию до того, как она будет действительно полезна при рассмотрении температуры.
Так что модель уровня 2 хороша ТОЛЬКО на температуре калибровки и НИГДЕ больше, хотя вроде бы можно было вставить температуру и получить что-то полезное.
Вы не можете. Так что не пытайтесь. (Дождитесь сноски уровня 3 ниже.)
О, и обратите внимание, что я не включил омический резистор? Причина в том, что модель Уровня 2 использовала резистор для моделирования локального наклона приведенного выше уравнения Уровня 2. Поскольку модель уровня 2 включает в себя более широкое уравнение, в омическом резисторе нет необходимости. На самом деле, вы даже не можете видеть это сейчас. Это пример, когда что-то в более простой модели просто «уходит» и заменяется чем-то, что вы больше не можете распознать как сопротивление. Но преимущество в том, что модель теперь работоспособна на многих порядках.
Я также могу добавить, как появляется это «сопротивление»:
$$\begin{align*} D\left[V_D\right]&=D\left[\eta\,V_T\,\operatorname{ln}\left(1+\frac{I_D}{I_\text{SAT}}\right)\right] \\\\ \text{d}\,V_D&=\eta\,V_T\,D\left[\operatorname{ln}\left(1+\frac{I_D}{I_\text{SAT}}\right)\right]\ \\\ \text{d}\,V_D&=\eta\,V_T\,\frac{\text{d} \,I_D}{I_D+I_\text{SAT}}\\\\&\поэтому\\\\R_ \text{ON}=\frac{\text{d} \,V_D}{\text{d}\,I_D}&=\frac{\eta\,V_T}{I_D+I_\text{SAT}} \end{выравнивание*}$$
Вот откуда получается \$R_\text{ON}\$ модели уровня 1.
Это результат взятия неявной производной и определения мгновенного наклона (сопротивления).
Есть еще (на самом деле) некоторые другие омические сопротивления (выводы, соединение, объем), которых здесь нет. Но именно поэтому существует термин «омический». Чтобы отличить его от динамического сопротивления, \$R_\text{ON}\$. (Возможно, это должно быть \$r_{_\text{ON}}\$, но обычно его можно найти в документации Spice, как я показываю.)
Модель уровня 2 работает на много порядков величины \$I_D\$. Но это НЕ работает для всех возможных положительных значений. Как и любая «модель», она имеет свои ограничения. (Для очень малых токов к ним относятся ошибки, связанные, например, с формированием поверхностных каналов PN и рекомбинацией поверхностных носителей заряда, из-за чего эта модель требует дополнительной настройки. Для больших токов, безусловно, потребуется добавление этих омических сопротивлений. , и многое другое.)
AC & DC — The Deep End
Если вы хотите углубиться в суть вещей, взгляните на это руководство по компонентам нелинейных схем Agilent и см.
страницы 1-4ff. Это позволит получить более полную картину. Но читать тоже страшно.
Резюме по постоянному току
Теперь, оставаясь с постоянным током, мы можем представить, как ток насыщения сам по себе зависит от температуры, так что уравнение Шокли может использовать температуру, а также ток для определения напряжения на диоде. (См. ниже.) И затем мы можем добавить фактические омические паразитные сопротивления (выводы, соединение и объем). Это может быть «уровень 3 постоянного тока», а затем «уровень 4 постоянного тока».
Последующие дополнения могут начать включать эффекты переменного тока, а затем включать характеристики накопления заряда и различные другие паразитные эффекты.
Постоянный ток уровня 3, ток насыщения Сноска
Чтобы преобразовать постоянный ток уровня 2 в постоянный ток уровня 3, нам, вероятно, потребуется ввести формулу, позволяющую отслеживать ток насыщения в зависимости от температуры. Приблизительное уравнение, которое достигает этого, выглядит следующим образом: \left[\left(\frac{T}{T_\text{nom}}\right)^{3}\cdot e^{^{\frac{E_g}{k}\cdot\left(\frac{1 }{T_\text{nom}}-\frac{1}{T}\right)}}\right]$$
\$E_g\$ — эффективная энергетическая щель (в эВ) и обычно аппроксимируется для Si как ед.
