Применение диодов в электронике и электротехнике: от выпрямления до оптоэлектроники

Какие основные области применения диодов в современной электронике и электротехнике. Как диоды используются для выпрямления тока, защиты цепей и создания источников света. Какие специальные типы диодов существуют и где они применяются.

Основные функции и применение диодов в электронных схемах

Диоды являются одними из самых распространенных и универсальных электронных компонентов. Благодаря своим уникальным свойствам, они нашли применение во множестве областей электроники и электротехники. Рассмотрим основные функции и варианты использования диодов в современных электронных устройствах и системах.

Выпрямление переменного тока

Одно из ключевых применений диодов — выпрямление переменного тока. Как это работает?

• Диод пропускает ток только в одном направлении
• При подаче переменного напряжения диод пропускает только положительные полуволны
• Отрицательные полуволны блокируются
• В результате на выходе получается пульсирующий постоянный ток

Выпрямители на диодах широко используются в блоках питания для преобразования сетевого переменного тока в постоянный, необходимый для питания электронных устройств.

Защита электрических цепей

Диоды часто применяются для защиты электронных схем от обратного тока и перенапряжения:

• Защитные диоды устанавливаются параллельно нагрузке
• При нормальной работе они закрыты и не влияют на схему
• При возникновении обратного напряжения диод открывается и шунтирует нагрузку
• Это защищает чувствительные компоненты от повреждения

Такая схема защиты особенно важна для цепей с индуктивной нагрузкой, где возможны большие броски напряжения.

Специальные типы диодов и их применение

Помимо обычных выпрямительных диодов существует ряд специальных типов, обладающих уникальными свойствами:

Стабилитроны

Стабилитроны используются для стабилизации напряжения в электронных схемах. Их основные особенности:

• Работают в режиме обратного пробоя при определенном напряжении
• Поддерживают постоянное напряжение на участке вольт-амперной характеристики
• Применяются в параметрических стабилизаторах напряжения
• Обеспечивают опорное напряжение в различных схемах

Светодиоды

Светодиоды — это полупроводниковые источники света, широко используемые в современной электронике и светотехнике. Их ключевые преимущества:

• Высокая энергоэффективность
• Долгий срок службы
• Компактные размеры
• Возможность получения различных цветов излучения

Светодиоды применяются для индикации, подсветки, в системах освещения и дисплеях.

Применение диодов в радиотехнике и телекоммуникациях

В радиотехнике и телекоммуникационных системах диоды выполняют ряд важных функций:

Детектирование сигналов

Диодные детекторы используются для выделения информационного сигнала из модулированного высокочастотного колебания. Принцип работы:

• Диод пропускает только положительные полуволны ВЧ сигнала
• Параллельно включенный конденсатор сглаживает пульсации
• На выходе формируется огибающая модулированного сигнала

Такие детекторы применяются в радиоприемниках для демодуляции амплитудно-модулированных сигналов.

Смесители частот

Диодные смесители используются для преобразования частоты сигналов в радиоприемниках и передатчиках. Их основные преимущества:

• Простота конструкции
• Широкий динамический диапазон
• Низкий уровень шумов
• Возможность работы на высоких частотах

Диодные смесители позволяют осуществлять перенос спектра сигналов с одной частоты на другую.

Диоды в силовой электронике

В силовой электронике диоды играют важную роль в преобразовании и коммутации больших токов и напряжений:

Выпрямители большой мощности

Мощные выпрямительные диоды применяются для создания источников питания промышленного оборудования и электротранспорта. Их особенности:

• Способность выдерживать большие прямые токи (сотни и тысячи ампер)
• Высокие обратные напряжения (до нескольких киловольт)
• Эффективный отвод тепла
• Высокая надежность

Такие диоды используются в мостовых и управляемых выпрямителях большой мощности.

Защита силовых цепей

Специальные защитные диоды применяются для ограничения перенапряжений в силовых преобразователях:

• Защищают силовые транзисторы и тиристоры от пробоя
• Ограничивают коммутационные выбросы напряжения
• Обеспечивают безопасное рассеивание энергии

Это позволяет повысить надежность и срок службы силовых электронных устройств.

Перспективные направления применения диодов

Развитие технологий открывает новые области применения диодов:

Фотодиоды

Фотодиоды используются для преобразования световых сигналов в электрические. Их основные применения:

• Оптические датчики и сенсоры
• Системы оптической связи
• Измерительное оборудование
• Фотоэлектрические преобразователи

Развитие фотодиодов открывает новые возможности в оптоэлектронике и фотонике.

Туннельные диоды

Туннельные диоды обладают уникальными свойствами, позволяющими создавать сверхбыстродействующие электронные устройства:

• Сверхмалое время переключения (пикосекунды)
• Отрицательное дифференциальное сопротивление
• Возможность работы на сверхвысоких частотах

Эти диоды перспективны для создания генераторов и усилителей СВЧ диапазона.

Заключение

Диоды остаются одними из самых универсальных и широко применяемых электронных компонентов. От простейших выпрямителей до сложных оптоэлектронных систем — диоды играют ключевую роль в работе множества современных устройств. Развитие технологий постоянно открывает новые области их применения, делая диоды незаменимыми элементами электроники будущего.

Применение диодов

Диоды являются одними из самых распространенных электронных компонентов. Они присутствуют практически во всех электронных приборах, которые мы ежедневно используем – от мобильного телефона до его зарядного устройства. В этой статье рассмотрим основные типы электронных схем, в которых диоды нашли свое применение.

1. Нелинейная обработка аналоговых сигналов

В связи с тем, что диоды относятся к элементам нелинейного типа, они применяются в детекторах, логарифматорах, экстрематорах, преобразователях частоты и в других устройствах, в которых предполагается нелинейная обработка аналоговых сигналов. В таких случаях диоды используют или как основные рабочие приборы – для обеспечения прохождения главного сигнала, или же в качестве косвенных элементов, например в цепях обратной связи. Указанные выше устройства значительно отличаются между собой и используются для разных целей, но применяемые диоды в каждом из них занимают очень важное место.

2. Выпрямители

Устройства, которые используются для получения постоянного тока из переменного называются выпрямителями. В большинстве случаев они включают в себя три главных элемента – это силовой трансформатор, непосредственно выпрямитель (вентиль) и фильтр для сглаживания. Диоды применяют в качестве вентилей, так как по своим свойствам они отлично подходят для этих целей.

3. Стабилизаторы

Устройства, которые служат для реализации стабильности напряжения на выходе источников питания, называются стабилизаторами. Они бывают разных видов, но каждый из них предполагает применение диодов. Эти элементы могут использоваться либо в цепях, отвечающих за опорные напряжения, либо в цепях, которые служат для коммутации накопительной индуктивности.

4. Ограничители

Ограничители – это специальные устройства, используемые для того, чтобы ограничивать возможный диапазон колебания различных сигналов. В цепях такого типа широко применяются диоды, которые имеют прекрасные ограничительные свойства. В сложных устройствах могут использоваться и другие элементы, но большинство ограничителей базируются на самых обычных диодных узлах стандартного типа.

5. Устройства коммутации

Диоды нашли применение и в устройствах коммутации, которые используются для того, чтобы переключать токи или напряжения. Диодные мосты дают возможность размыкать или замыкать цепь, которая служит для передачи сигнала. В работе применяется некоторое управляющее напряжение, под воздействием которого и происходит замыкание или размыкание. Иногда управляющим может быть сам входной сигнал, такое бывает в самых простых устройствах.

6.Логические цепи

В логических цепях диоды применяются для того, чтобы обеспечить прохождение тока в нужном направлении (элементы «И», «ИЛИ»). Подобные цепи используются в схемах аналогового и аналогово-цифрового типа. Здесь перечислены только основные устройства, в которых применяются диоды, но существует и много других, менее распространенных.

Светодиоды представляют собой полупроводниковые диоды, которые излучают свет при прохождении через них электрического тока. Они могут излучать разные цвета и делятся на такие типы — 3 мм, 5мм, 8мм, SMD 0603, Top type, мигающий диод, диод с резистором, Star PCB, Emitter. В сравнении с традиционными лампами светодиоды обладают многими преимуществами – это экономичность, прочность, яркость света, долговечность, низкий нагрев в процессе работы. Что касается недостатков, то главным из них является цена, так как подобные приборы стоят достаточно дорого. Рассмотрим различные виды светодиодных устройств, которые чаще всего применяются на практике.

1. Одиночные светодиоды

Подобные устройства широко используются в самой разной аппаратуре в качестве лампочек индикации, которые чаще всего свидетельствуют о том, включен или выключен прибор. Кроме того, они применяются для освещения различных небольших пространств, например в автомобилях.

2. 7’Segment

Технология Seven-Segment Display с использованием светодиодов применяется в электронных часах, в различных измерительных приборах и в других технических средствах, которые предполагают отображение цифровой информации на дисплее. В таких целях светодиоды используются еще с 1910 года, но они не потеряли своей актуальности и сейчас. 7’Segment позволяет отображать простейшие данные на дисплее самым простым способом и с низкими энергозатратами.

3. Матрица светодиодов

Светодиодная матрица представляет собой определенное количество светодиодов, которые размещаются на одной площадке. Главные характеристики таких устройств это яркость и размеры. Большое количество применяемых диодов позволяет добиться высоких показателей освещения. Устанавливаются подобные матрицы чаще всего в специальных плафонах, которые могут использоваться в различных местах, например в салоне автомобиля, в его бардачке или в багажнике.

4. LED телевизоры

LED телевизоры – это телевизоры, принцип работы которых основывается на использовании светодиодов. Они дают возможность добиться хорошего качества изображения и позволяют экономить на электроэнергии. Благодаря небольшим размерам таких диодов, телевизионные экраны имеют значительно меньшую толщину, чем у традиционных моделей. Кроме того, подобные устройства характеризуются надежностью и достаточно большим сроком службы. Все телевизоры, изготовленные по этой технологии, имеют боковую подсветку экрана и подсветку за матрицей.

Как видим, несмотря на свою простоту, диоды нашли применение в самых разнообразных технических областях, и без их использования работа многих устройств весьма проблематична. Следует заметить, что диоды находят и новые сферы применения.

Применение диодов данных в защищённых сегментах сети (data diode)

Data Diodes, или диоды данных, являются эффективным инструментом противодействия утечкам конфиденциальной информации. В отличие от межсетевых экранов, такие устройства на физическом уровне допускают передачу трафика только в одну сторону. Это делает однонаправленные шлюзы незаменимыми при доставке данных в защищённые системы — такие как сети АСУ ТП, хранилища информации составляющей государственную тайну или критически важные объекты инфраструктуры.

 

 

 

1. Введение
2. Функциональные возможности и варианты реализации диодов данных
   1. 2.1. Аппаратный диод
   2. 2.2. Однонаправленный шлюз
   3. 2.3. Программный диод данных
3. Сценарии применения диодов данных и однонаправленных шлюзов
4. Выводы

Введение

Проблема хранения конфиденциальных данных и недопущения их утечки рано или поздно возникает в любой организации, занимающейся обработкой информации. Степень актуальности и важности этого вопроса для компании определяется величиной ущерба, который будет нанесён ей в случае реализации такого риска. Чем выше потенциальные потери организации от утечки данных, тем более строгие меры приходится применять для их сохранности. Диапазон возможных действий варьируется от разработки организационных регламентов и установки систем противодействия утечкам (DLP, Data Leak Prevention) до принятия концепции «нулевого доверия» (Zero Trust) и создания «воздушного зазора» — физического отключения критически важных сегментов сети от внешнего мира.

Изоляция защищённых сетей от обмена данными с другими сегментами особенно актуальна для производственной инфраструктуры АСУ ТП, госкомпаний, работающих с данными подпадающими под регулирование со стороны государства, коммерческих организаций, занимающихся инновационными разработками. Однако «воздушный зазор» работает недостаточно эффективно, хотя бы потому, что даже полностью изолированная инфраструктура нуждается в обмене данными с внешним миром. Прошивки контроллеров требуют периодического обновления, данные, составляющие коммерческую или государственную тайну, пополняются, результаты продуктового дизайна должны быть представлены публике.

Проблема может быть решена передачей данных на физических носителях — USB-накопителях, картах памяти или жёстких дисках, однако такой подход таит в себе ряд серьёзных проблем, главная из которых — отсутствие гарантии обратного движения информации. Действительно, «флешка», при помощи которой данные были доставлены в изолированный сегмент сети, может стать хранилищем для конфиденциальных сведений, покидающих компанию. О проблемах с оперативностью и о небезопасности такого способа движения данных можно даже не упоминать.

Между тем уже около десятка лет существует гораздо более элегантное и высокотехнологичное решение проблемы односторонней передачи информации — диод данных (Data Diode). Этим термином обозначают устройство предназначенное для передачи пакетов необработанных данных в одном направлении. В отличие от других методов однонаправленного движения информации, большинство диодов данных физически неспособны передавать пакеты в две стороны. Безусловно, Data Diode не лишены определённых недостатков, однако по ряду показателей они определённо превосходят другие способы организации таких соединений.

Функциональные возможности и варианты реализации диодов данных

Аппаратный диод

Диод данных может представлять собой как отдельное сетевое устройство, так и программно-аппаратный комплекс, предоставляющий расширенные функциональные возможности для односторонней передачи данных. Аппаратный диод реализуется путём удаления передающего компонента с одной стороны и принимающего компонента с другой стороны двунаправленной системы связи. Чаще всего технически диод данных представляет собой устройство, где один из двух оптоволоконных кабелей, а также приёмники или передатчики для него отсутствуют. Реже встречаются устройства основанные на интерфейсе RS-232. Основным недостатком реализации RS-232 является то, что в дополнение к линиям передачи данных в стандарте определены линии управления, по которым данные потенциально могут поступать обратно в сеть-источник.

 

Рисунок 1. Диод данных компании Fibersystem

 

В минимальном исполнении корпус диода данных содержит интерфейсы для подключения к принимающей и передающей сетям, а также разъём питания. Производители могут оснащать диоды данных дополнительными сервисными надстройками — например, индикацией передаваемых пакетов или возможностью конфигурирования устройства через файл со списком разрешённых IP-адресов.

Однонаправленный шлюз

Аппаратный диод данных способен осуществлять однонаправленную передачу потоковых, необработанных данных — например, сигналов с видеокамер с использованием специализированных протоколов (RTP / UDP и другие). Однако большинство общеупотребимых транспортных протоколов, используемых для передачи файлов и других (обрабатываемых) пакетов данных, требуют двунаправленной связи. Поэтому диод данных не может напрямую работать с TCP, FTP, HTTP и другими распространёнными стандартами: все они используют обратный канал для получения сведений о доставке пакета и другой информации.

Передача файлов при помощи транспортных протоколов требует создания программно-аппаратного комплекса на базе диода данных и пары прокси-серверов, которые осуществляют преобразование пакетов, эмулируя работу TCP, SMB или других стандартов передачи информации. Однонаправленный шлюз, использующий прокси-серверы по обе стороны диода данных, позволяет реализовать гораздо больше сервисных функций, нежели исключительно аппаратные системы. Здесь речь может идти не только о передаче данных, но и об их защите, мониторинге и фильтрации — при помощи антивирусных систем и других инструментов.

Программный диод данных

Основным недостатком аппаратных диодов данных и основанных на них однонаправленных шлюзов является относительно невысокая скорость передачи информации. Большинство производителей заявляют в характеристиках своих устройств параметры от 10 до 100 Мбит/с, которые в ряде случаев могут стать «бутылочным горлышком» для защищённой сетевой инфраструктуры.

Увеличить пропускную способность однонаправленного канала позволяют программные диоды данных — сетевые устройства, в которых ограничения на передачу информации определяются логикой работы прошивки, а не аппаратными ограничениями. Как правило, такие системы реализуются на базе защищённого микроядра операционной системы, отвечающего за логическое разделение сетей без обратного канала. Подобные системы могут обладать пропускной способностью до 10 Гбит/с, поддерживают стандартные транспортные протоколы и предлагают дополнительные сервисные возможности, например поддержку кодов состояния HTTP.

Недостатки программных диодов данных очевидны: теоретическая возможность утечки информации через обратный канал и сложность сертификации подобных систем.

Сценарии применения диодов данных и однонаправленных шлюзов

Как уже отмечалось выше, чаще всего диоды данных используются при передаче данных из незащищённой (низкой, low) сети в защищённую (высокую, high). Как правило, защищённая сеть содержит данные более высокого уровня — секретную или конфиденциальную информацию, утечке которой и препятствует диод. Среди типовых сценариев использования однонаправленных сетевых устройств — получение обновлений для средств безопасности, репликация баз данных, трансляция видео- или аудиосигнала извне.

 

Рисунок 2. Простейшая схема применения диода данных

 

Важно помнить, что в общем случае диод данных не защищает «высокую» сеть от кибератак, а лишь препятствует утечке информации из неё. Если пакеты данных, передаваемые извне, содержат вредоносную нагрузку, она будет доставлена в целевую систему. Как и в случае с двунаправленным каналом, проходящий через диод данных трафик необходимо проверять и при необходимости очищать.

Возможно и обратное движение данных — из «высокой» сети в менее защищённую. Такая схема предполагает сбор строго ограниченного набора информации из закрытой системы без возможности управляющего воздействия на неё. Наиболее распространённым примером такого применения диодов данных является передача параметров с устройств АСУ ТП — логических контроллеров, датчиков и других средств мониторинга.

Существует и гибридная схема применения диодов данных. В этом случае организуются два независимых однонаправленных канала: первый отвечает за передачу информации в защищённую систему, а второй — из неё. Такой подход позволяет организовать полноценный обмен данными — например, передачу почтовых сообщений, обновлений, журналов работы — и существенно снижает возможности атаки с использованием обратной связи. По сути, злоумышленнику необходимо будет получить доступ ко двум отдельным каналам, обойдя средства защиты каждого из них.

Необходимо отметить, что средства однонаправленной передачи данных входят в состав регламентированных приказами ФСТЭК России инструментов для управления доступом и защиты виртуальных сред. В частности, системы на базе диодов данных могут применяться для защиты информации содержащейся в государственных информационных системах (приказ № 17) и для обеспечения безопасности персональных данных при их обработке (приказ № 21).

Диоды данных могут использоваться и для усиления защиты АСУ ТП путём строгого ограничения трафика в некоторых чувствительных точках. Одним из таких участков может быть сервер данных, установленный в «демилитаризованной зоне». Настройки брандмауэров часто позволяют таким «промежуточным» устройствам пропускать любой трафик, идущий в сторону технологической сети. Если перед сервером данных и сегментом АСУ ТП установлен диод данных, критически важные устройства управления смогут по-прежнему передавать в хранилище сведения о состоянии системы, в то время как обратный трафик не сможет поступать в защищённую сеть.

 

Рисунок 3. Обеспечение безопасности технологического сегмента сети при помощи пары диодов данных

 

Другой диод может быть размещён между сервером данных и корпоративной сетью, выполняя функцию защиты целостности архива. Обратим внимание, что в обоих случаях «верхний» конец диода подключён к менее важным компонентам. Это защищает сеть АСУ ТП от атак и из корпоративной сети, и через хранилище, при этом обеспечивая необходимую целостность и доступность информации.

Выводы

В заключение подчеркнём ключевые достоинства, а также отметим недостатки диодов данных и однонаправленных шлюзов.

Как уже упоминалось выше, наиболее важной особенностью большинства устройств класса Data Diode является физическая невозможность двусторонней передачи информации. Этот механизм, в отличие от межсетевых экранов, даже теоретически нельзя обойти или взломать. Аппаратный диод данных — весьма надёжное решение, обеспечивающее целостность конфиденциальной информации. При этом некоторые недостатки таких устройств являются прямым продолжением их достоинств:

• Диоды данных не поддерживают традиционные транспортные протоколы на аппаратном уровне. Для передачи файлов требуется надстройка в виде прокси-серверов, отвечающих за «конвертацию» трафика.
• В силу тех же особенностей маршрутизация и разбор трафика на диоде чаще всего также невозможны.
• Учитывая налагаемые ограничения и относительно небогатые функциональные возможности, стоимость подобных устройств можно назвать высокой.
• Пропускная способность большинства аппаратных систем ограничена.

Подводя итог, следует отметить, что диоды данных хорошо зарекомендовали себя как средства обеспечения реальной, а не бумажной безопасности конфиденциальных данных, недопущения утечки важной информации и передачи проверенного трафика в защищённые сегменты сети. Такие системы очень эффективны, когда надёжность является одним из ключевых факторов — при работе со сведениями составляющими государственную или коммерческую тайну, управлении производственными сетями, в военно-промышленном комплексе.

Применение диодов в электротехнике

Диод представляет собой полупроводниковый компонент, состоящий из комбинации двух слоев материала P-типа и N-типа. он широко используется в электронных устройствах и других электрических системах. Существует широкий спектр применений диодов, описанных ниже.

Статьи по теме:

• Что такое диод? Конструкция и работа диода PN-перехода
• Типы диодов и их применение – 24 типа диодов

Содержание

Основные области применения диодов

Ниже приведены различные варианты использования и применения диодов в электрических и электронных системах.

Выпрямление

Выпрямление – это метод преобразования переменного тока в однонаправленный постоянный ток. Диод используется для выпрямления в источниках питания для преобразования источников переменного тока из сети в постоянный для питания любого электронного оборудования.

Выпрямление также можно разделить на однополупериодное и двухполупериодное выпрямление.

Однополупериодное выпрямление

Когда выпрямляется или преобразуется в постоянный ток только половина периода переменного тока, т. е. положительный или отрицательный полупериод, такое выпрямление называется однополупериодным выпрямлением. В таких выпрямителях используется только один диод, и они имеют очень низкий КПД и номинальную мощность.

Двухполупериодное выпрямление

Когда двухполупериодные положительные и отрицательные полупериоды переменного тока преобразуются в постоянный, это называется двухполупериодным выпрямлением.

В таких выпрямителях используются 4 диода с максимальным КПД и номинальной мощностью. Он также известен как мостовой выпрямитель. Проще говоря, выпрямление является одним из лучших применений диодов.

Статьи по теме:

• Разница между диодом и транзистором
• Разница между диодом и SCR (тиристором)

Переключение

Диод представляет собой переключатель, который включается (проводит) при прямом смещении и выключается (не проводит) при обратном смещении. Другими словами, он пропускает ток только в одном направлении и блокирует его в другом направлении.

Такое переключающее свойство диода используется в логических элементах. Хотя диоды не используются в современных логических схемах из-за их низкой скорости переключения и потерь, но можно легко сделать основные логические элементы, используя диоды и резисторы.

Clipper

Clipper представляет собой схему, состоящую в основном из диодов. Он используется для формирования сигнала переменного тока или формы волны. Он используется для обрезки или вырезания части положительной, отрицательной или обеих половин сигнала выше или ниже порогового уровня.

Изменяет форму сигнала. Однако размах выходного сигнала изменяется, смещения по постоянному току нет.

Фиксатор

Фиксатор представляет собой схему, которая добавляет к сигналу положительный или отрицательный сдвиг постоянного тока. Форма волны выходного сигнала не искажается, и значение размаха остается прежним. Только осциллограмма поднимается выше или ниже опорной линии.

Умножитель напряжения

Умножитель напряжения, как следует из его названия, умножает входное напряжение на коэффициент, определяемый схемой. Схема чисто диодная с конденсаторами.

Коэффициент увеличения напряжения цепи зависит от количества ступеней. Каждый каскад состоит из пары диодов и конденсатора.

Изоляция источника

Изоляция источника означает отсутствие электрического контакта между источником питания и нагрузкой. Оптопара или оптоизолятор представляет собой устройство, состоящее из диода, известного как светодиод (светоизлучающий диод), в частности ЛАЗЕРНЫЙ или ИК-диод, и фотодатчика (диода, воспринимающего свет) для передачи сигнала между двумя цепями.

Нет электрического соединения между двумя цепями. Он используется для защиты цепи низкого напряжения от цепи высокого напряжения в случае скачка напряжения.

Похожие статьи:

• Биполярный переходной транзистор (BJT) | Строительство, работа, типы и применение
• Тиристорный и кремниевый выпрямитель (SCR) – типы и работа

Регулирование напряжения / опорное напряжение

Диод особого типа, известный как диод Зенера, используется в качестве источника опорного напряжения практически во всех электронных схемах. он также известен как регулятор напряжения из-за его способности регулировать напряжение, предлагая ток в широком диапазоне. Он работает при обратном смещении, чтобы обеспечить стабильное напряжение, которое можно использовать для смещения других электронных схем, чувствительных к колебаниям напряжения. Следовательно, регулирование напряжения имеет преимущество перед другими применениями диодов.

Ограничение тока

Диод специального типа, известный как диод постоянного тока или диод ограничения тока (CLD), используется для регулирования тока, протекающего через него.

Его функция состоит в том, чтобы пропускать через себя ток до заданного уровня, точно так же, как стабилитрон пропускает фиксированное напряжение.

Генератор

Генератор представляет собой схему, которая создает непрерывный повторяющийся сигнал. Диод, такой как варактор и диод Ганна, используется в качестве генератора для генерации формы волны.

Варакторный диод или верикаповый диод имеет переход с переменной емкостью. Эту емкость можно изменять обратным напряжением, которое можно использовать в схеме настройки ВЧ. Диод Ганна работает в области отрицательного сопротивления, где ток уменьшается с увеличением напряжения. Диод Ганна используется в микроволнах для генерации высокочастотных волн.

AM Детектор огибающей или демодулятор (диодный детектор)

AM или Амплитудная модуляция – это метод, используемый для хранения информации или сигнала сообщения в огибающей высокочастотного сигнала или несущего сигнала. Чтобы вернуть сигнал сообщения (огибающую) из сигнала AM, мы демодулируем сигнал.

Диодный детектор является самым дешевым и простым демодулятором АМ, который может легко извлекать сигнал сообщения, предоставляя огибающую модулированного АМ сигнала.

Связанные статьи:

• Типы микропроцессоров и их применение
• Типы микроконтроллеров и их применение

Смеситель частот

Смеситель частот представляет собой схему, выходной сигнал которой представляет собой сумму или разность любых двух частотных сигналов. Диоды можно использовать в качестве смесителя частоты для смещения частоты сигнала. Таким образом, мы можем модулировать или демодулировать любой сигнал.

Источник света

Специальный тип диода, известный как светодиод (светоизлучающий диод), используется для преобразования электрической энергии в световую. Внутри PN-перехода таких диодов при встрече электронов и дырок они испускают фотоны (частицы света). Есть отверстие, окно для выхода световых лучей.

Светодиоды являются наиболее часто используемыми источниками света, которые в настоящее время используются почти во всех электронных устройствах.

Датчик

Датчик — это электрический компонент, который преобразует любой другой вид энергии в электрическую. Диоды бывают разных типов. Некоторые из них могут использоваться в качестве датчиков, как указано ниже.

Датчик температуры

Согласно уравнению Шокли для диода прямой ток диода зависит от температуры. Согласно уравнению, если прямое напряжение остается постоянным, любое повышение температуры уменьшает прямой ток. Поэтому его можно использовать для измерения температуры.

Пельтье или термодиод используются для контроля температуры в микропроцессорах

Световой датчик

Как следует из названия, фотодатчик или световой датчик — это датчики, которые преобразуют световую энергию в электричество. Фотодиод — это датчик света, который преобразует фотоны (частицы света) в электричество. Фотодиод имеет открытое соединение с окном. Фотоны входят через окно и попадают в соединение; он высвобождает пару электрон-дырка. Эти электроны и дырки вытекают в цепь, создавая потенциал на клеммах диода.

Они используются в оптических коммуникациях, детекторах дыма, ИК-детекторах

Солнечная батарея Фотогальваническая батарея

Солнечная батарея или фотогальваническая батарея являются источником энергии, который преобразует солнечную энергию в электрическую. Каждый солнечный элемент состоит из диода, который вырабатывает напряжение, когда свет попадает на его соединение. Это источник зеленой энергии.

Защита цепи

Электронные схемы очень чувствительны к скачкам напряжения и требуют защиты для бесперебойной работы. Диоды предлагают такую ​​защиту в цепях из-за их различных функций. Некоторые из них приведены ниже.

Связанные статьи:

• Различные типы датчиков с приложениями
• Типы инверторов и их применение

Защита от обратного тока

Защита от обратного тока используется для предотвращения обратного тока, который может повредить источник или компоненты цепи. Блокировать такой ток очень важно, особенно в цепях постоянного тока.

Диод, который является однонаправленным компонентом, используется для блокировки любого обратного тока в цепи.

Рассеивание индуктивной нагрузки

Как известно, индуктивная нагрузка накапливает энергию внутри. Когда они выключаются, накопленная энергия высвобождается в виде всплесков высокого напряжения, вызывающих дуговые разряды на переключателях. Чтобы предотвратить возникновение таких дуг в цепи, индуктивная нагрузка должна рассеиваться внутри. Диоды используются в встречно-параллельной конфигурации, известной как «обратноходовая» конфигурация с индуктивной нагрузкой. Эта конфигурация позволяет возвращать накопленную энергию обратно в индуктор, чтобы безопасно рассеять ее, защищая при этом источник.

Обратная полярность

Поскольку постоянный или постоянный ток является однонаправленным, источник постоянного тока имеет полярность, то есть положительную и отрицательную клемму. Следовательно, в цепи постоянного тока (например, в батареях) полярность источника должна быть подключена в правильной конфигурации.

В случае обратной полярности компоненты постоянного тока внутри цепи могут быть повреждены из-за протекания тока в противоположном направлении.

Защита от перенапряжений

Перенапряжения — это скачки напряжения, которые иногда возникают в линии из-за любого неожиданного события (например, грозы или молнии). Эти скачки могут легко повредить любой компонент в одно мгновение. Диод специального типа, известный как диод TVS (подавление переходного напряжения), используется для подавления всплесков высокого напряжения.

Диод TVS не проводит ток в нормальных условиях, но проводит ток, когда напряжение превышает безопасный уровень. Диод TVS заземлен, поэтому он может безопасно отводить импульсное напряжение на землю через систему заземления/заземления.

Короче говоря, существуют дополнительные области применения диодов, но мы обсудили основные области применения диодов, которые часто и широко используются в электрических и электронных системах. Дайте нам знать в поле для комментариев ниже, если вы хотите повысить ценность темы.

Похожие сообщения:

• Символы диодов – электронные и электрические символы
• Диодные формулы и уравнения – Zenner, Schockley & Rectifier
• Как проверить диод с помощью цифрового и аналогового мультиметра — 4 способа.
• Калькулятор стабилитрона и стабилизатора напряжения
• Блокирующий диод и обходные диоды в распределительной коробке панели солнечных батарей
• Простая схема защиты от перенапряжения с использованием стабилитрона

URL-адрес скопирован

Применение диодов

В этом блоге вы узнаете о некоторых распространенных применениях диодов. Будучи основным полупроводниковым компонентом, диод имеет широкий спектр применения в электронных и электрических схемах для получения желаемых результатов. Диоды представляют собой полупроводниковые устройства с двумя выводами, которые проводят электрический ток только в одном направлении, когда разность потенциалов на двух выводах превышает определенный предел. Их нелинейные ВАХ делают их подходящими для различных электронных и электрических приложений.

Некоторые распространенные области применения диодов:

• Выпрямители
• Умножители напряжения
• Схема клипера
• Цепь зажима
• Схема защиты
• Логические ворота
• Цепи обратного хода
• Световое излучение
• Датчик света
• Детектор конверта AM
• Смеситель частот

Диод в качестве выпрямителя

Выпрямители используются в источниках питания переменного тока в постоянный; Диоды были впервые использованы в целях выпрямления для преобразования сигнала переменного тока в однонаправленный сигнал постоянного тока. Диод с PN-переходом пропускает электрический ток в условиях прямого смещения и блокирует электрический ток в условиях обратного смещения. Различные типы выпрямительных цепей могут быть построены с использованием диодов. Полупериодные, двухполупериодные двухполупериодные выпрямители и схемы мостовых выпрямителей являются наиболее распространенными типами. В большинстве приложений преобразования энергии используется один или комбинация четырех диодов.

Однополупериодный выпрямитель

В однополупериодном выпрямителе может проходить только один полупериод, а оставшийся полупериод блокируется. В результате однополупериодный выпрямитель теряет примерно половину входной мощности. Кроме того, выходной ток или напряжение полуволнового выпрямителя представляет собой пульсирующий постоянный ток, а не чистый постоянный ток.

 

Двухполупериодный выпрямитель с отводом от середины

Основным преимуществом двухполупериодного выпрямителя с отводом от середины является то, что он пропускает электрический ток во время положительных и отрицательных полупериодов входного сигнала переменного тока. В результате выход постоянного тока двухполупериодного выпрямителя с отводом от средней точки имеет двухполупериодный выход в одной фазе. Выход постоянного тока двухполупериодного выпрямителя с отводом от средней точки более плавный, чем у однополупериодного выпрямителя. Пиковое обратное напряжение диода (PIV) в двухполупериодном выпрямителе с отводом от средней точки в два раза превышает напряжение вторичной обмотки трансформатора, для которого требуются диоды с более высоким напряжением пробоя.

Мостовой выпрямитель

Мостовой выпрямитель представляет собой двухполупериодный выпрямитель, в котором используются четыре или более диодов в мостовой схеме для эффективного преобразования переменного тока (AC) в постоянный ток (DC). Эффективность мостового выпрямителя почти равна эффективности двухполупериодного выпрямителя с отводом от средней точки.
Вторичное напряжение трансформатора равно пиковому обратному напряжению диода PIV. В результате этот тип выпрямителя подходит для высоковольтных приложений. Трансформатор, используемый в схеме мостового выпрямителя, меньше, чем у мостового выпрямителя с отводом от середины.

Умножители напряжения

Умножители напряжения и выпрямители во многом похожи; они преобразуют переменное напряжение в постоянное для использования во многих электрических и электронных схемах, таких как микроволновые печи, катушки сильного электрического поля для электронно-лучевых трубок, электростатическое и высоковольтное испытательное оборудование и т. д., где требуется очень высокое постоянное напряжение. от относительно низкого источника переменного тока. Выходное напряжение постоянного тока (Vdc) выпрямителя обычно ограничивается пиковым значением его синусоидального входного напряжения. Однако, комбинируя выпрямительные диоды и конденсаторы, мы можем эффективно умножить это входное пиковое напряжение, чтобы получить выходное постоянное напряжение, равное нечетному или даже кратному входному напряжению переменного тока.

Выше показана базовая схема симметричного умножителя напряжения, состоящая из двух схем однополупериодного выпрямителя. Мы можем увеличить выходное напряжение обычного однополупериодного выпрямителя на фиксированную величину, добавив к его выходу второй диод и конденсатор. Поскольку один из диодов работает в каждом полупериоде, как и в схеме двухполупериодного выпрямителя, такая установка умножителя напряжения известна как умножитель серии Full Wave

Рабочий

входное напряжение положительное, а конденсатор С2 заряжается через диод D2, когда синусоидальное входное напряжение отрицательное. Выходное напряжение 2VIN измеряется на двух последовательно включенных конденсаторах.

Удвоитель напряжения постоянного тока

Итак, как это работает? На схеме показан однополупериодный удвоитель напряжения. Диод D1 смещен в прямом направлении и заряжает конденсатор накачки C1 до пикового значения входного напряжения во время отрицательного полупериода синусоидальной формы входного сигнала (Vp). Из-за отсутствия пути разряда для конденсатора С1 он остается полностью заряженным и действует как накопитель последовательно с источником напряжения. Одновременно диод D2 проводит через D1, заряжая конденсатор C2.

Диод D1 смещен в обратном направлении в течение положительного полупериода, предотвращая разряд конденсатора C1, а диод D2 смещен в прямом направлении, заряжая конденсатор C2. Поскольку напряжение на конденсаторе C1 уже равно пиковому входному напряжению, конденсатор C2 заряжается до удвоенного значения пикового напряжения входного сигнала. D1 заряжает C1 до Vp, а в положительный полупериод D2 добавляет пиковое напряжение переменного тока к Vp на C1 и передает все это на C2. Vвых — напряжение на конденсаторе С2 при разряде через нагрузку, равное 2Впик.

Диод в цепи ограничителя

Ограничитель представляет собой схему на основе диодов, которая используется для изменения формы волны сигнала путем ограничения или вырезания части положительной, отрицательной или обеих частей сигнала.