Что делает диод: Страница не найдена — Slark Energy

Содержание

Полупроводниковый диод

Полупроводниковый диод — самый простой полупроводниковый прибор, состоящий из одного PN перехода. Основная его функция — это проводить электрический ток в одном направлении, и не пропускать его в обратном. Состоит диод из двух слоев полупроводника типов N и P.

На стыке соединения P и N образуется PN-переход (PN-junction). Электрод, подключенный к P, называется анод. Электрод, подключенный к N , называется катод. Диод проводит ток в направлении от анода к катоду, и не проводит обратно.

Диод в состоянии покоя

Посмотрим, что происходит внутри PN-перехода, когда полупроводниковый диод находится в состоянии покоя. То есть тогда, когда ни к аноду, ни к катоду не подключено напряжения.

Итак, в части N имеются в наличии свободные электроны – отрицательно заряженные частицы. В части P находятся положительно заряженные ионы – дырки.

В результате, в том месте, где есть частицы с зарядами разных знаков, возникает электрическое поле, притягивающее их друг к другу.

Под действием этого поля свободные электроны из части N дрейфуют через PN переход в часть P и заполняют некоторые дырки. В итоге получается очень слабый электрический ток, измеряемый в наноамперах. В результате, плотность вещества в P части повышается и возникает диффузия (стремление вещества к равномерной концентрации), толкающая частицы обратно на сторону N.


Обратное включение диода

Теперь посмотрим, как у полупроводникового диода получается выполнять свою основную функцию – проводить ток только в одном направлении. Подключим источник питания — плюс к катоду, минус к аноду.

В соответствии с силой притяжения, возникшей между зарядами разной полярности, электроны из N начнут движение к плюсу и отдалятся от PN перехода. Аналогично, дырки из P будут притягиваться к минусу, и также отдалятся от PN перехода. В результате, плотность вещества у электродов повышается. В действие приходит диффузия и начинает толкать частицы обратно, стремясь к равномерной плотности вещества.

Как мы видим, в этом состоянии диод не проводит ток. При повышении напряжения, в PN переходе будет все меньше и меньше заряженных частиц.

Прямое включение диода

Меняем полярность источника питания — плюс к аноду, минус к катоду. В таком положении, между зарядами одинаковой полярности возникает сила отталкивания. Отрицательно заряженные электроны отдаляются от минуса и двигаются сторону pn перехода. В свою очередь, положительно заряженные дырки отталкиваются от плюса и направляются навстречу электорнам. PN переход обогащается заряженными частицами с разной полярностью, между которыми возникает электрическое поле –

внутреннее электрическое поле PN перехода. Под его действием электроны начинают дрейфовать на сторону P. Часть из них рекомбинируют с дырками (заполняют место в атомах, где не хватает электрона). Остальные электроны устремляются к плюсу батарейки. Через диод пошел ток ID.

Чтобы не возникло путаницы, напомню, что направление тока на электрических схемах обратно направлению потока электронов.

Недостатки реального полупроводникового диода

На практике, в реальном диоде, при обратном подключении напряжения, возникает очень маленький ток, измеряемый в микро, или наноамперах ( в зависимости от модели прибора ). В следствии слишком высокого напряжения, может разрушиться кристаллическая структура полупроводника в диоде. В этом случае, прибор начнет хорошо проводить ток также и при обратном смещении. Такое напряжение называется напряжение пробоя. Процесс разрушения структуры полупроводника невосстановим, и прибор приходит в негодность.

При прямом подключении, напряжение между анодом и катодом должно достигнуть определенного значения Vϒ, для того чтобы диод начал хорошо проводить ток.

Для кремниевых приборов Vϒ — это примерно 0.7V, а для германиевых — около 0.3V. Более подробно об этом, и других характеристиках полупроводникового выпрямительного диода пойдет речь в статье ВАХ полупроводникового диода.

Идеальный диод

Представление реального диода в виде «идеального диода» равносильно модели идеального вентиля: полностью открыт (прямое включение), полностью закрыт (обратное включение). В закрытом положении ток равен нулю при любом отрицательном напряжении на диоде, в открытом положении напряжение равно нулю при любом токе. Таким образом дифференциальные сопротивления в закрытом и открытом состоянии равны соответственно бесконечности и нулю. На рис.2.2. представлены ВАХ «идеального диода»(жирно) и его схемы замещения в открытом и закрытом состяниях.

Рис. 2.2

Такое представление реального диода часто удобно использовать для анализа схем выпрямителей с большими значениями амплитуд выпрямляемых напряжений, когда нелинейностью начального участка прямой ветви ВАХ и наличием небольшого обратного тока можно пренебречь.

Рассмотрим пример работы простейшей выпрямительной схемы с «идеальным диодом» при гармоническом входном напряжении и нулевом постоянном смещении (Рис.2.3). Величина сопротивления нагрузки

R , с которого снимается выпрямленное напряжение, значительно больше дифференциального сопротивления в открытом состоянии реального диода, и меньше дифференциального сопротивления закрытого перехода.

Рис. 2.3

Пусть , причем амплитуда Еm такова, что можно использовать модель «идеального диода». При положительных значениях входного напряжения диод обладает нулевым дифференциальным сопротивлением, и ток в цепи равен

а при отрицательных значениях е(t) ток равен нулю. Осциллограммы тока и напряжений в схеме показаны на рис.2.4.

Рис. 2.4

Поскольку напряжение на нагрузке R несинусоидально, его можно разложить в ряд Фурье по гармоникам частоты входного напряжения. Выпрямленным напряжением является постоянная составляющая напряжения uR (t) :

Из рисунка 2.4 видно, что напряжение на нагрузке отнюдь не постоянно, а пульсирует относительно постоянного напряжения UR,0.

При наличии дополнительного постоянного напряжения Есм (смещение) изменится уровень положительных и отрицательных напряжений на диоде, т.к. входное напряжение выпрямителя будет равно

На рис.2.5 показаны осциллограммы тока и напряжений для отрицательного смещения. На рисунке положительные уровни сигналов отмечены штриховкой.

Рис. 2.5

Как видим, обратное напряжение на диоде здесь увеличилось на величину смещения, а выпрямленное напряжение уменьшилось не только за счет уменьшения амплитуды тока, но и за счет уменьшения длительности импульсов тока.

В данной схеме выпрямителя выходное напряжение не постоянно, а имеет форму усеченных косинусоидальных импульсов, что свидетельствует о наличии в спектре тока и напряжения гармоник частоты выпрямляемого напряжения.

Для уменьшения амплитуды гармоник на нагрузке выпрямителя ставят специальные фильтры нижних частот. Простейшим вариантом такого фильтра является параллельная цепочка RC вместо одного сопротивления R (см.рис.2.6).

Рис. 2.6

Величину емкости определяют исходя из заданного коэффициента подавления амплитуды первой гармоники, как наибольшей в спектре тока или из неравенства:

При выполнении этого неравенства постоянная составляющая тока протекает через резистор R , а все переменные составляющие – через конденсатор С , так как его сопротивление переменным токам будет значительно меньше сопротивления резистора.

Можно рассмотреть работу выпрямителя и во временной области. Осциллограммы токов и напряжений в установившемся режиме показаны на рис. 2.7, причем входное и выходное напряжения здесь совмещены на одном графике.

Рис. 2.7

Напряжение на диоде определяется разностью входного и выходного напряжений:

Напряжение же на выходе можно представить в виде процессов заряда и разряда конденсатора С . При положительных напряжениях на диоде сопротивление последнего равно нулю (или мало в реальном диоде в прямом режиме) конденсатор быстро (практически мгновенно) заряжается до напряжения, примерно равному

е(t1); в следующие моменты времени напряжение на диоде становится отрицательным, диод закрывается, и емкость медленно разряжается через сопротивление R достаточно большой величины. При правильном выборе С и R постоянная времени разряда емкости значительно больше постоянной времени заряда, так что при разряде напряжение на выходе почти не меняется. В установившемся режиме выходное напряжение колеблется около некоторого среднего значения Uвых,0 , близком по величине к амплитуде входного напряжения. Пульсации выпрямленного напряжения здесь значительно меньшие, чем в схеме без конденсатора.

Принцип работы диода Шоттки, что такое диод Шоттки

Что такое диод Шоттки? Это полупроводниковый элемент, название которого соответствует фамилии знаменитого физика и изобретателя, работавшего в Германии. Специфика диода Шоттки заключается в минимальном снижении напряжения. Эта низкая динамика наблюдается при прямом введении компонента в цепь. На практике используется при обратном напряжении с небольшими значениями (в среднем 3-10В), при возможности применять в промышленности с гораздо большими величинами значение может достигать до 1200В.

Внешний вид

Разновидности диодов Шоттки

Все полупроводниковые элементы, работающие по принципу барьера Шоттки, делятся по мощности на:

  • высокой;
  • средней;
  • малой мощности.

Сдвоенный диод

На рисунке показан сдвоенный элемент, являющий собой по сути два элемента. Они расположены в едином корпусе, в одно целое соединены катодом или анодом. В этом случае чаще всего имеется три вывода диода. При идентичных параметрах собранных таким образом элементов обеспечивается надежность работы всего устройства, в первую очередь, за счет единой температуры.

Особенности и принцип работы диода Шоттки

Как работает диод Шоттки? В чем принципиальные отличия его работы от аналогов с другим барьерным переходом?

Устройство диода Шоттки имеет отличие от других элементов того же назначения использованием барьером в виде перехода между металлом и полупроводником. У аналогов обычно работает с этой же целью p-n переход. Так в первом случае имеется односторонняя электропроводность. В зависимости от того, какой конкретно металл выбран для перехода в элементе, различаются и характеристики элемента. Чаще всего выбирается кремний, возможно применение арсенида галлия. Реже могут применяться сплавы вольфрама, платины и других материалов.

Кремний — самый распространенный и надежный элемент в диодах Шоттки, с ним конструкция надежно работает в условиях высокой мощности. Изделие стабильнее в работе, чем другие полупроводниковые аналоги, а простота изготовления и устройства диода Шоттки делают его очень доступным вариантом.

Металл-полупроводник: принцип работы перехода

Структура элемента

Принцип работы диода Шоттки основан на особенностях барьера. Эффект Шоттки при контакте компонентов, из которых выполнен непосредственно полупроводник и металл заключается в образовании бедного электронами участка. Последний имеет вентильные характеристики, аналогичные p-n взаимодействию. Контактный слой останавливает носителей заряда. По сравнению с другими типами полупроводниковых вентилей такое решение обладает:

  • минимальным обратным током;
  • стремящейся к нулю собственной емкостью;
  • обратным напряжением самой низкой допустимой величины;
  • при прямом включении — меньшим снижением напряжения (до 0.5 В в сравнении с 2-3 В в случае аналога).

В переходной зоне нет лишних носителей заряда. Благодаря этому там не возникают диффузии и рекомбинации, что наблюдается в контактных слоях p-n перехода. Так обеспечивается минимальная собственная емкость диода Шоттки, что делает возможным с большей эффективностью использовать его в устройствах с высокими и сверхчастотами.

Преимущества и недостатки диода Шоттки

Несомненными преимуществами подобных полупроводниковых изделий являются:

  • надежное удерживание электротока;
  • минимальная емкость барьера обеспечивает длительную эксплуатацию;
  • быстродействие.

Высокие показатели обратного тока — основной недостаток устройств с диодом Шоттки. Из-за этого при скачке обратного тока диод может выйти из строя.

Важно! При внедрении подобных диодов в цепи с высокой мощностью электротока создается риск теплового пробоя.

Маркировка и схема диода Шоттки

На схеме преподносится почти как стандартный полупроводниковый диод, но имеются и отличия.

Обозначения диодов

В маркировке используется набор символов, они всегда обозначаются сбоку изделия. Используются международные стандарты, но в зависимости от производителя маркировка может отличаться.

Сочетание цифр и букв на корпусе не всегда понятно, но в радиотехнических справочниках всегда можно найти точную расшифровку.

Работа в ИБП

Подобные элементы очень широко используются в импульсных схемах, в приборах для стабилизации напряжения, а также в блоках питания. Преимущественно выбираются сдвоенные элементы, имеющие в одном корпусе общий катод.

Использование в ИБП сдвоенного диода Шоттки с общим катодом является признаком высокого качества и надежности блока питания.

При этом сгоревший элемент относится к частым и типовым неисправностям импульсного устройства. Нерабочее состояние возникает при:

  • утечке на корпус;
  • электроприборе.

Встроенная защита приводит к блокировке ИБП в обоих случаях. При утечке возможно присутствие незначительных нестабильных пульсаций напряжения на выходе, а также слабые «подергивания» вентилятора. В случае пробоя напряжения в блоке питания полностью исключены. Так можно определить вероятную причину нерабочего состояния диода Шоттки, но для окончательного решения понадобится диагностика.

Для диагностики следует выполнить шаги:

  1. Выпаять элемент и схемы.
  2. Осмотреть на предмет механических повреждений, присутствия следов разрушительных химических реакций.
  3. Выполнить проверку мультиметром.

Проверка мультиметром

Отличие процедуры от диагностики обычных диодов заключается в необходимости демонтажа сборки или элемента, иначе проверить его состояние будет очень сложно. Утечку диагностировать сложнее. При использовании типичного мультиметра может отображаться полная работоспособность элемента при работе прибора в режиме «диод». Потому лучше устанавливать режим «омметр» и заменить элемент при демонстрации сопротивления. Показатель 5 кОм не устанавливает точно неисправность диода, но лучше считать его подозрительным и выполнить замену. Доступная стоимость диодов Шоттки позволяет сделать это практически в любой момент без особых трат.

Важно! Если для проверки работоспособности диода Шоттки используется типовой мультиметр, нужно учитывать указанный сбоку показатель электротока.

Применение

Отличительные особенности и принцип работы диода Шоттки обусловливают его широкое применение в быту и в промышленности. Кроме блоков питания компьютера, его часто можно встретить в схемах:

  • бытовых электроприборов;
  • стабилизаторов напряжения;
  • во всем спектре радио- и телеаппаратуры;
  • в другой электронике.

Подобные элементы используются в современных батареях и транзисторах, работа которых обеспечивается сенечной энергией.

Такое универсальное использование элемента связано с способностью полупроводникового диода с эффектом Шоттки во много раз усиливать работоспособность любого прибора и увеличивать его эффективность. Обратное сопротивление электротока восстанавливается, за счет чего он сохраняется в электрической сети. Потери динамики напряжения минимизируются. Также диод Шоттки вбирает несколько видов излучений.

Диод с барьером Шоттки — неприхотливый и простой элемент, обеспечивающий бесперебойную работу множества современных приборов. Доступный, надежный, отличается широкой сферой применения благодаря особенностям в своей конструкции.

Понравилась статья? Расскажите друзьям: Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 8 чел.
Средний рейтинг: 4.9 из 5.

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 (рис. 12). В цепь, составленную из батареи 3336Л и лампочки от карманного фонаря (3,5 В X 0,26 А), включи любой плоскостной диод (на рис. 12 он обозначен латинской буквой V), 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.

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.

Как устроен и работает диод? У него 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 — 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 (рис. 14).

К свежему элементу 332 или 343 подключи проволочный переменный резистор 7?р сопротивлением 50. .. 100 Ом, а между его движком и нижним (по схеме) крайним выводом включи последовательно соединенные германиевый плоскостной диод (например, серии Д7 с любым буквенным индексом), миллиамперметр РА2 и резистор Rогр сопротивлением 10…20 Ом, ограничивающий ток в цепи до 100… 150 мА.

Диод должен быть включен в пропускном направлении, то есть анодом в сторону положительного полюса элемента. Параллельно диоду подсоединены вольтметр постоянного тока PU1, включенный на предел измерений до 1 В и фиксирующий напряжение, подаваемое на электроды диода.

Движок переменного резистора, выполняющего роль делителя напряжения, поставь в крайнее нижнее (по схеме) положение а затем, внимательно следя за стрелками приборов, очень медленно перемещай его в сторону верхнего положения. Запиши показания миллиамперметра при напряжениях на диоде 0,05, 0,1, 0,15 В и т, д до напряжения 0,4…0,5 В через каждые 0,ОЗ В, а затем по этим данным построй на миллиметровой бумаге график (рис. 15).

По горизонтальной оси вправо откладывай пря-мые напряжения на диоде (Uпр), а по вертикальной оси вверх — соответствующие им прямые токи в цепи (Iпр). Соединив точки пересечения значений электрических величин, ты таким образом построишь прямую ветвь вольт-амперной характеристики диода (на рис. 15 — сплошная линия). Она, правда, не совсем точная, особенно в начальной части, так как небольшой ток течет и через вольтметр, но все же близка к реальной.

О чем может рассказать этот график? При нулевом напряжений на диоде и ток в цепи, в которую он включен, равен нулю. При появлении прямого напряжения диод открывается и пропускает через себя прямой ток.

При напряжении 0,05 В прямой ток не превышает 0,1…0,2 мА, при напряжении 0,1 В — 0,6…0,8 мА, а при напряжении 0,2…0,3 В, когда вольтамперная характеристика начинает круто идти вверх, ток достигает уже 40…50 мА. Небольшой прирост напряжения, а как резко увеличивается ток!

Но значительно повышать напряжение на диоде и тем самым увеличивать ток через него нельзя: из-за чрезмерно большого тока наступает тепловой пробой, и~диод утрачивает свойство односторонней проводимости. Чтобы не случилось этого во время опыта, в цепь был включен ограничивающий резистор R0гр.

Теперь измени полярность включения диода на обратную и точно так же увеличивай напряжение на нем. Что показывает миллиамперметр? Его стрелка стоит возле нулевой отметки. Замени элемент на батарею 3336Л, соедини последовательно две-три таких батареи. Напряжение на диоде растет. Но оно обратное. Диод закрыт, поэтому и тока в цепи практически нет.

Обратная ветвь вольтамперной характеристики на £ис. 15 изображена штриховой линией. Она идет почти параллельно оси Uобр. Но при каком-то достаточно большом обратном напряжении она круто поворачивает и идет вниз. Это предел, при котором диод пробивается обратным напряжением и, как при тепловом пробое, выходит из строя.

Из построенной вольтамперной характеристики видно, что ток Iпр диода в сотни и тысячи раз больше тока Iобр. Так, например, у диода, имеющего такую вольтам-перную характеристику, при прямом напряжении 0,3 В ток IПр равен примерно 70 мА, а при обратном напряжении в 100 В ток Iобр не превышает 200 мкА. Именно по этой причине во второй части первого опыта лампочка не горела.

Если пренебречь малым обратным током (что и делают на практике), который у исправных плоскостных дио-дов не превышает десятые доли миллиампера, а у точечных еще меньше, то можно считать, что диод является односторонним проводником тока.

Вольтамперную характеристику, подобную той, что изображена на рис. 15, имеет и кремниевый диод, например, серии Д226, но прямая ветвь его характеристики как бы сдвинута вправо. Объясняется это тем, что кремниевый диод открывается при прямом напряжении около 0,5 В, а не при 0,1…0,15 В, как германиевый. При меньшем напряжении на нем диод закрыт-и ток через него практически не течет. Проверь это опытным путем.

Но помни — диод, будь он германиевым или кремниевым, плоскостным или точечным, нельзя включать в прямом направлении без нагрузки: он быстро выйдет из строя из-за недопустимо большого тока, который будет течь через него.

А если диод включить в цепь переменного тока? Он будет работать как выпрямитель, что может подтвердить следующий опыт.

Прежде чем начать этот опыт, хочется напомнить тебе, что электроосветительная сеть, с которой тебе придется иметь дело, таит в себе скрытые опасности. Пренебрежительное отношение к ним может обернуться тяжелыми последствиями.

Как предотвратить неприятности, которые может причинить электросеть? Прежде всего не надо забывать, что она находится под высоким, опасным для тебя напряжением. Никогда не касайся рукой или инструментом оголенных проводов и контактных гнезд штепсельной розетки.

А если потребуется изолировать поврежденный участок провода или подтянуть винты в штепсельной розетке, попроси старших или сам осторожно выверни плавкие предохранители («пробки») на распределительном щите, чтобы обесточить сеть. Только после этого устраняй дефекты или неисправности.

Прежде чем вставить в штепсельную розетку вилку электропаяльника или трансформатора, необходимого для питания от сети приемника или другого радиотехнического устройства, внимательно осмотри их — нет ли оголенных участков, замкнутых проводов, ослабленных или разболтанных контактов. Если все в порядке — включай, но опять-таки осторожно, не касаясь штырьков вилки.

Рекомендуем обзавестись переносной распределительной колодкой с несколькими штепсельными розетками и через нее подключать приборы к сети. Продолжим опыты с диодом (рис. 16).

В цепь вторичной (II) обмотки трансформатора Т, понижающего напряжение электроосветительной сети до 3…5 В, включи диод Д226 или Д7 с любым буквенным индексом или какой-либо аналогичный им плоскостной диод, а последовательно с ним — лампочку от карманного фонаря. Подключи первичную (I) обмотку трансформатора к сети (через плавкий предохранитель F на ток 0,25 А).

Если лампочка горит со значительным перекалом нити, то .включи в цепь резистор, ограничивающий ток в ней до 0,2…0,3 А. Сопротивление этого резистора рассчитай по закону Ома.

Как узнать, какой ток течет через нить накала лампочки — переменный или постоянный? Это можно сделать с помощью вольтметра постоянного тока. Подключи вольтметр параллельно лампочке (на рис. 16 — PU1), но так, чтобы его плюсовой щуп был соединен с проводником, идущим к катоду диода. Прибор покажет какое-то напряжение. Если же прибор подключить к лампочке в другой полярности, его стрелка отклонится в обратную сторону. Уже этот опыт подтверждает, что через лампочку течет ток одного направления, то есть постоянный.

О роде тока можно также судить по его магнитному полю. На катушку из-под ниток намотай 300…350 витков провода диаметром 0,2…0,3 мм в эмалевой, шелковой или бумажной изоляции (ПЭВ, ПЭЛ, ПЭЛШО 0,2…0,3), сделав отвод от 120…150-го витка (отвод нужен будет для опытов на пятом практикуме). У тебя получится катушка индуктивности (рис. 17,а) с каркасом из древесины.

Включи ее в цепь вторичной обмотки того же понижающего трансформатора (на рис. 17,6 — катушка L) последовательно с диодом и лампочкой накаливания. Как и в предыдущем опыте, лампочка должна гореть.

Поднеси к катушке магнитную чстрелку (компас) — она сразу же расположится вдоль оси катушки, указывая на ее магнитные полюсы. Значит, через катушку течет постоянный ток, иначе магнитная стрелка оставалась бы сориентированной на магнитные полюсы Земли.

Поменяй местами включение выводов диода — магнитная стрелка тут же повернется на 180°. Следовательно, при изменении полярности включения диода ток в цепи, в которую он включен, тоже изменяет свое направление.

Что же произошло во внешней цепи вторичной обмотки трансформатора при включении в нее диода? Хорошо пропуская ток одного направления, диод тем самым выпрямляет переменный ток.

В результате ток в цепи стал пульсирующим (см. график на рис. 16) — постоянным по направлению, но изменяющимся по величине с частотой переменного тока. Постоянным, но также пульсирующим, стало и его магнитное поле. Изменив включение диода, ты тем самым изменил направление тока в катушке и расположение ее магнитных полюсов.

Какова в этом опыте роль лампочки? Она, во-первых, служит индикатором включения питания, а во-вторых, ограничивает ток во внешней цепи, оберегая диод от перегрузки.

Если есть радиоприемник, включи его. Независимо от настройки в моменты отключения катушки из цепи вторичной обмотки трансформатора в громкоговорителе приемника раздается характерный треск. Его создают электромагнитные колебания, возбуждаемые слабой электрической искрой, возникающей в цепи с катушкой % момент выключения тока.

Оставь в цепи вторичной обмотки трансформатора только диод и лампочку (как на рис. 16). Лампочка продолжает гореть. Измерь вольтметром переменного тока (на рис. 16 — вольтметр PU2) напряжение на обмотке, а вольтметром постоянного тока PU1 — напряжение на лампочке. На лампочке напряжение почти наполовину меньше, чем на обмотке.

Преобразование переменного тока диодом происходит следующим образом. Во вторичной обмотке трансформатора индуцируется переменное напряжение с частотой 50 Гц. При положительных полупериодах на ее верхнем выводе (на рис. 16 показано знаком «+»)диод открывается. В эти моменты времени через диод и его нагрузку (лампочку) течет прямой ток диода Iпр.

При отрицательных полупериодах на аноде диод закрывается, и в цепи течет лишь незначительный обратный ток Iобр. Диод как бы отсекает большую часть отрицательных полуволн переменного тока (на графике рис. 16 показано штриховыми линиями), в результате через нагрузку выпрямителя течет пульсирующий ток — ток одного направления, но изменяющийся по силе с частотой 50 Гц. График такого тока можно увидеть только на экране осциллографа.

Проводник, соединенный с катодом диода, является выводом положительного полюса выпрямителя, а свободный конец вторичной обмотки трансформатора — выводом отрицательного полюса выпрямителя.

Получился простейший выпрямитель переменного тока, нагрузкой которого служит лампочка накаливания. А постоянное напряжение на нагрузке меньше напряжения переменного тока на вторичной обмотке, потому что ток через нее идет полуволнами.

В связи с тем что во внешнем участке цепи выпрямителя (в нашем опыте — лампочке) ток течет в основном только при положительных полупериодах напряжения на аноде диода, выпрямитель называют однополу-Периодным.

Такой выпрямитель может найти практическое применение, например, для питания микроэлектродвигателя постоянного тока, для зарядки малогабаритных аккумуляторов (типа Д~0,06, Д-0,2). Попробуй в порядке эксперимента подключить к нему (одноименными полюсами) полностью разрядившуюся батарею 3336Л. Через 30…40 мин отключи батарею от выпрямителя и подключи к ней лампочку от карманного фонаря. Лампочка будет гореть, но недолго: электрический заряд, принятый батареей, быстро израсходуется.

Еще один опыт с однополупериодным выпрямителем. Подключи к выходу выпрямителя, нагруженному лампочкой, головные телефоны (на рис. 18 — В). В телефонах услышишь звук низкого тона, соответствующий частоте пульсаций выпрямленного тока (50 Гц).

Его называют фоном переменного тока. Затем, не отключая телефоны, подключи к выходу выпрямителя конденсатор емкостью 5…10 мкФ (на рис. 18™ конденсатор С).

Если этот конденсатор электролитический, его положительная обкладка-должна быть соединена с плюсом, а отрицательная — с минусом выпрямителя. Лампочка при этом будет гореть чуть ярче, потому что напряжение на выходе выпрямителя увеличилось (проверь вольтметром), а уровень фона станет меньше. Тональность же прослушиваемого звука в телефонах остается прежней.

Какова в этом опыте роль конденсатора? В моменты времени, когда диод открыт, конденсатор заряжается до максимального (амплитудного) значения импульсов выпрямленного напряжения, а когда диод закрыт, то -разряжается через нагрузку выпрямителя.

Происходит «сглаживание» пульсаций выпрямленного напряжения, в результате среднее значение тока во внешней цепи несколько возрастает, а фон переменного тока снижается.

Увеличение емкости конденсатора улучшает сглаживание пульсаций выпрямленного тока, и фон ослабевает. Но при однополупериодном выпрямителе полезно используется только один полупериод переменного тока. Чтобы при том же понижающем трансформаторе использовать оба полупериода переменного тока, в выпрямителе должны работать два или четыре однотипных диода.

Проведи опыт с выпрямителем на четырех диодах, включенных по так называемой мостовой схеме. Диоды могут быть серий Д226, Д7 с любым буквенным индексом. Соедини их между собой и подключи к вторичной обмотке того же понижающего трансформатора точно по схеме, показанной на рис. 19.

Если полярность или последовательность включения диодов будет неправильна, опыт не удастся, а некоторые из диодов могут испортиться. Диоды, включенные таким способом, образуют выпрямительный мост, а каждый из диодов — плечо моста. Между точками А и Б включи лампочку Я от карманного фонаря, а последовательно с ней — резистор Rorp, ограничивающий ток & этой диагонали моста до 0,25…0,3 А.

Включи питание. Горит лампочка? Должна гореть. Измерь вольтметром переменного тока напряжение на вторичной обмотке трансформатора, а вольтметром постоянного тока — между точками А и Б, являющимися выходными контактами выпрямителя. По сравнению с однополупериоднвтм выпрямителем выходное напряжение увеличилось почти вдвое.

В таком выпрямителе в течение каждого полупериода переменного напряжения работают поочередно два диода противоположных плеч, включенных между собой последовательно, но встречно по отношению ко второй паре диодов.

Когда на верхнем (по схеме) выводе вторичной обмотки трансформатора Т положительный полупериод, ток пойдет через диод VI, нагрузку Н, резистор Rorp и диод V3 к нижнему выводу вторичной обмотки. Диоды VI и V4 в это время закрыты. В течение другого полупериода переменного напряжения ток в нагрузке выпрямителя идет в том же направлении, а в самом выпрямителе — через открытые в это время диоды V4 и VI.

Таким образом, здесь используются оба полупериода переменного тока, поэтому подобные выпрямители называют двухполупериодными. Напряжение постоянного тока на их выходе равно примерно переменному напряжению, действующему во всей вторичной обмотке трансформатора,

Литература:  Борисов В. Г. Практикум начинающего радиолюбителя.2-е изд., перераб. и доп. 1984.

Выпрямительные диоды. Назначение, характеристики, виды

Основное назначение полупроводниковых диодов выпрямление переменного тока. Существуют диоды других назначений, о которых будем говорить позже.

Итак,  диоды  —  это  буквально  двухэлектродные  компоненты.  Электроды имеют названия:  анод  и  катод.  Типовая графема диода, дополненная графическими пояснениями  показана на рисунке  2.1.   

Если к диоду приложено  прямое напряжение  (т.е. анод имеет положительный потенциал относительно катода), то говорят, что диод открыт  и через него течёт прямой ток. Если к диоду приложено обратное напряжение  (катод имеет положительный потенциал относительно анода), то диод закрыт  и в этом режиме протекает обратный  ток  малого значения.

Основные технические характеристики выпрямительных диодов

В  сравнении  с  рассмотренными  ранее  пассивными  компонентами  диод имеет более сложное поведение  в электрической цепи. Это поведение описывается  вольтамперной  характеристикой  диода. Рассмотрим ВАХ, справедливую для маломощных диодов (показано на рисунке 2.2).

Из рисунка мы видим, что свойства диода далеки от наших предварительных представлениях о диоде как об идеальном ключе.

При открытом состоянии (правая область оси Х) на диоде выделяется небольшое  напряжение,  которое  не  превышает  нескольких  сотен  милливольт  и нелинейно зависит от протекающего через диод тока. Ток через открытый диод должен быть ограничен допустимыми значениями.

При  подаче  на  диод  обратного  напряжения,  через  него  протекает  ток, меньший 1 мкА, и он лавинообразно возрастает при значениях в несколько десятков вольт. Это лавинообразное нарастание обратного тока называют  тепловым пробоем, состояние, при котором диод выходит из строя – «сгорает».

Таким  образом,  выпрямительные  диоды  принято  выбирать  по  двум  основным характеристикам:  предельному  значению  прямого  тока  и  предельному значению обратного напряжения.

Значение при расчётах имеет также  прямое падение напряжения  на диоде. Это напряжение может отличаться на несколько сотен милливольт у разных разновидностей диодов.

Так, например,  при прочих равных условиях германиевые  диоды  (сегодня  не  выпускаются)  имеют  меньшее  прямое  напряжение  в сравнении  с  кремниевыми  диодами  милливольт  на  400.  Современные  диоды Шотки  имеют малое падение напряжение даже при относительно больших токах.

Конструктивные  варианты

Конструктивные  варианты  диодов  представлены  на  рисунке  2.3,  таблице 2.1.

Таблица  2.1 – Таблица характеристик выпрямительного диода BAS70

 

Параметр

Значение

Тип корпуса

SOT23-3

Предельный  прямой  постоянный ток, мА

200

Предельный  прямой  ток,  амплитудное значение, мА

300

Предельное обратное напряжение, В

70

Рабочий диапазон температур, ºС

-55 … +150

 

Примеры применения выпрямительных диодов

Использование  выпрямительных диодов  при создании  резервированного источника питания

Типовая схема резервированного питания нагрузки показана на рисунке 2.4.

Схема  содержит  источник  основного  питания  от  сети  переменного  тока (АС/DC-преобразователь)  и  резервную  батарею.  Два  навстречу  включённых диода (VD1,  VD2)  запрещают протекание тока от одного источника к другому.

Недостаток схемы проявляется в том случае, когда основной источник энергии отключается и нагрузка питается от резервной батареи. Дело в том, что часть энергии, потребляемой схемой от батареи, рассеивается на диоде. Чем больше падение напряжения на диоде, тем больше потери.

В нашем  примере мы предположили,  что  Uд=0,5В и тогда  потери  составят  10%  мощности,  отдаваемой батареей:

Рбат = (Uд+Uнагр)*Iнагр ,      (2.1)

Рд= Uд*Iнагр ,            (2.2)

т.е. при Uд=0,5 В  Рбат= (0,5+4,5)*Iнагр = 5*Iнагр

Рд=  0,5*Iнагр

100%*(Рд / Рбат) = 100*0,5/5 = 10%.

В том случае, когда в нашем распоряжении имеется ВАХ выбранного диода,  мы  можем  получить  значение  Uд графически.  Для  этого  достаточно  построить нагрузочную прямую для рассматриваемой схемы:

Uд= Е-I*Rнагр    (2.3)

Требуемое для расчёта напряжение мы получим в точке пересечения прямой  Е-I*Rнагр и ВАХ диода на совмещённом графике (показано на рисунке  2.5).

Эту точку принято называть рабочей точкой выбранного режима работы диода.

Справедливости ради укажем, что большого выигрыша в точности определения  Uд мы здесь не получим, т.к. ВАХ представлена в технических описаниях как усреднённая характеристика с некоторым разбросом, да к тому же эта характеристика сильно зависит от температуры окружающей среды. Этот способ  определения  Uд мы  рассматриваем  как  вспомогательный  и  более  наглядный. Им мы будем пользоваться и при описании других нелинейных компонентов.

Двухполупериодный выпрямитель

Частая  схемотехническая  задача  –  создание  из  переменного  напряжения постоянного для питания электронных схем. Эта задача может быть решена за два  этапа:  этап  выпрямления  и  этап  фильтрации  исходного  напряжения.  

Использование  двухполупериодного выпрямителя  и  емкостного  фильтра  показано на рисунке  2.6. На схемах показано протекание токов в разные  полупериодывходного синусоидального напряжения и формы выходного напряжения как в отсутствии, так и при наличии емкостного фильтра (Cф).

Как мы уже знаем, конденсатор является накопителем энергии, он это делает во время нарастания полуволны входного напряжения и отдаёт энергию в промежутке  между  соседними  выпрямленными  полуволнами,  когда  напряжение спадает до недопустимого по расчёту значения. Форма исходно пульсирующего напряжения при этом несколько сглаживается, однако небольшие пульсации всегда сохраняются. Они возрастают при возрастании тока нагрузки. Для снижения пульсаций необходимо увеличивать ёмкость Cф.

Измерение характеристик диодов

Обычно  на  практике  решаются  две  задачи:  проверяется  работоспособность диода (не пробит ли  pn-переход) и измеряется напряжение на диоде при некотором (типовом) значении тока через него.

Наиболее удобно это делать с помощью цифрового мультиметра: все современные мультиметры реализуют несложную функцию «измерения прямого напряжения диодов» («прозвонка» диода) (показано на рисунке  2.7).

При этом на дисплее мультиметра высвечивается значение прямого напряжения при некотором тестовом токе, заложенным в схемотехнику мультиметра.

Измерение осуществляется в следующей последовательности: секторный переключатель  режимов мультиметра переводится в положение  « » и за-тем  с соблюдением полярности ко входам мультиметра подключается испытуемый диод.

Примечание   –   Упрощённая схема измерения прямого напряжения будет показана в подразделе с операционными усилителями.

назначение, характеристики данного полупроводникового элемента, достоинства и аналоги

Диод IN4007 является очень мощным полупроводниковым устройством , которое чаще всего используется в блоках питания, а именно в их выпрямительной части, то есть в диодном мосту. Основная задача таких полупроводниковых элементов заключается в том, что они участвуют в преобразовании переменного напряжения в постоянное, так как именно на этом напряжении сейчас работают почти все микроэлектронные компоненты.

Принцип работы такого диода довольно прост и заключается в следующем: он открыт в одном направлении, что позволяет сигналу проходить по нему, но в случае смены полярности диод закрывается, что делает невозможным прохождение через него любого импульса.

Такой диод производится компаниями, которые базируются на Тайване. При производстве задействуют производственные мощности таких компаний, как Rectron Semicondactor и Diodes. Конечно же, можно встретить на рынке диоды, которые были произведены и другими компаниями, но они встречаются уж очень редко.

Характеристики диода IN4007

После того как были замолвлены пару словечек о назначении и о самом предмете, который может быть интересен пользователю, можно перейти непосредственно к самим характеристикам вышеназванного диода. Знание его характеристик поможет любому мастеру грамотнее и продуктивнее использовать диод по его прямому назначению.

Итак, диод IN4007 обладает следующими характеристиками:

  • вес этого элемента, используемого в блоках питания, составляет всего 0,35 грамма;
  • 250 градусов по Цельсию — такова температура пайки устройства и это при условии, что не будет превышен временной лимит в 10 секунд;
  • катод на данных элементах обозначается специальным кольцом, которое можно наблюдать на корпусе;
  • напряжение, максимальное для элемента (также называемое «пиковым»), не может превышать значение более 1000 В;
  • элемент имеет свой диапазон рабочих температур, который заключается между следующими температурными показателями: от -55 до 125 градусов по Цельсию;
  • также требуется следить за максимальным значением тока, которое может проходить через данное устройство. Данный показатель не должен превышать 1 А;
  • при открытом p-n переходе максимальное падение напряжения не может равняться более 1 В при силе тока в 1 А.

При более внимательном рассмотрении приложенных характеристик этого диода, можно заметить, тот факт, что это довольно мощный элемент, который будет способен осуществлять работу с 220 В и с 380 В. Поэтому анализируя именно эти показатели, можно понять, что данные диоды создавались именно для блоков питания. Наиболее часто эту деталь можно встретить в выпрямительной части схемы.

Видео: Диоды IN4007 1.0A 1000V с Aliexpress

Назначение

После рассмотрения основных характеристик этого диода, можно подробнее обозначить назначения данного элемента, чтобы пользователь, ещё не знакомый с ним, смог лучше разобраться, как применять его в будущем.

Основная сфера, в которой применяются указанные устройства — это, конечно же, диодные мосты. Это было указано ещё в начале статьи. Далее, в качестве другой сферы их применения, но уже менее востребованной, можно указать силовую электронику. В данной сфере они используются в качестве различных аналоговых усилителей. В случае внедрения таких диодов в определённое устройство, можно значительно улучшить имеющиеся характеристики.

Также диоды IN4007 отлично себя зарекомендовали в случае их встраивания в регулируемые источники питания. По свидетельству специалистов, именно данные диоды являются наиболее предпочтительным вариантом для устройств такого типа, поэтому рекомендуется использовать именно их.

 

 

Серия устройств IN4001-IN4007

Следует помнить, что представленный элемент IN4007 является лишь одним из представителей довольно большого семейства устройств такого класса. Кроме этой модели, существуют и другие, наименования которых варьируются от модели IN4001 до IN4006. Какие ещё модели находятся в представленном диапазоне можно легко догадаться, так как во всей этой серии меняется только последний индекс. По нему, кстати, можно узнать больше и о самом устройстве. Дело в том, что чем меньше последний индекс в названии диода, тем меньше полупроводниковый элемент, использующийся в устройстве.

Представители этого семейства устройств, в процессе их эксплуатации продемонстрировали интересное свойство, которое заключается в том, что они способны изменять свою ёмкость. Данный показатель напрямую зависит от величины обратного напряжения, которое было приложено к устройству. Исходя из этого интересного качества, мастера пришли к выводу, что данные элементы можно применять в качестве временных заменителей варикапов.

Кстати, между прочим, IN4007 может быть использован в качестве заменителя всех предыдущих устройств данной серии, так как является самым мощным из них, что можно определить по самому высокому последнему индексу. Поэтому в случае отсутствия диодов этой серии, но с другим индексом, можно с лёгкостью выйти из ситуации, заменив их диодом IN4007, который является наиболее универсальным.

 

Аналоги диода IN4007

Можно, кстати, упомянуть и об аналогах, которые существуют на рынке и которые способны заменить данный элемент в случае необходимости, и в случае его отсутствия под рукой.

Если пользователю чужды все иностранные разработки и сердцем он с отечественным производителем, то у него есть повод для радости, так как существует отечественный аналог диоду IN4007, который полностью соответствует ему по всем характеристикам — модель КД258Д. Они ничем не уступает иностранному аналогу, так что в случае приобретения, пользователь не рискует потерять в производительности.

Кроме этого, похожими характеристиками обладают следующие модели различных производителей:

  • Diotec Semiconductor — модели IN3549, IN2070 и 10D4;
  • Thomson — BYW27-1000, BY156;
  • Philips — BYW43;
  • Motorola — HEPR0056RT.

Тут следует указать тот факт, что это далеко не все существующие аналоги рассматриваемого устройства, но они уж точно являются самыми популярными.

Видео: Питание светодиода от 220 вольт

Выводы

Диод IN4007 очень часто используется для различных версий блоков питания. Этот полупроводниковый элемент можно назвать просто незаменимым, если требуется создание или ремонт таких устройств. К тому же в силу своей универсальности, IN4007 может заменить собой любую модель из своего семейства.

Диод IN4007 зарекомендовал себя устройством весьма надёжным, универсальным, да и стоит он относительно недорого, что делает его довольно доступным для любого пользователя. При учёте всех вышеуказанных достоинств, неудивительно почему данный полупроводниковый элемент столь популярен.

Видео: Диоды 1N4007 из Китая

 

Как из переменного напряжения получить постоянное или как работает диод.

Для того чтобы понять как из переменного напряжения получить постоянное нам необходимо разобраться, чем отличается переменный ток от постоянного и как работает диод.
Переме́нный ток (англ. alternating current) —  электрический ток, который с течением времени изменяется по величине и направлению или, в частном случае, изменяется по величине, сохраняя своё направление в электрической цепи неизменным.

Диод — это электронный элемент, который пропускает ток в одном направлении и не пропускает в другом. На рисунке ниже видно как течёт ток через диод.

У диода есть два вывода катод и анод, существует простой способ запомнить, что подключать к катоду плюс или минус. В слове «анод» столько же букв сколько в слове «плюс», соответственно к аноду подключаем плюс, а в слове «катод» столько же букв сколько в слове «минус», то есть к катоду подключаем минус. Давайте посмотрим как изменится переменное напряжение, после того как оно пройдёт через диод.

На осциллограмме видно, что диод не пропускает отрицательные полупериоды переменного напряжения, такой процесс называют выпрямлением переменного тока. Также надо учитывать, что амплитуда положительной полуволны стала меньше после выпрямления на падение напряжения на диоде.

Падение напряжения на диоде зависит от тока, температуры, и материала из которого он изготовлен и для германиевых диодов составляет около 0,7V. Давайте рассмотрим, что будет если подать на диод отрицательное напряжение или напряжение меньше 0,7V. Картинку можно увеличить кликнув по ней.

Если на диод подать отрицательное напряжение, то ток через него не потечёт. Если подать напряжение меньше 0,7V, то диод не откроется и ток через него тоже не потечёт. Если подать напряжение больше 0,7V, то падение напряжения на диоде всегда будет равно примерно 0,7V для кремневого диода.
Важным параметром диода является максимальный ток, который он может через себя пропустить, а, следовательно, максимальная рассеиваемая мощность. На картинке ниже изображена формула, которая связывает силу тока и мощность диода.

При силе тока 0,001А и падении напряжения 0,7V на диоде будет выделяться мощность равная 0,7mW.
Также есть одна интересная особенность при параллельном соединении диодов, если соединить параллельно 5 штук, максимальный ток каждого диода при этом равен 1А, то максимальный ток через все диоды не будет равен 5А.

Они начнут сгорать друг за другом, связано это с тем, что при одинаковом напряжении, так как двух одинаковых диодов не бывает, то при одном и том же напряжении, ток через них будет отличаться, то есть через какие-то будет течь ток меньше 1А, а через какие-то или какой-то больше, что и станет причиной выхода из строя первого диода, следовательно когда он сгорит тот же ток распределится уже на 4 диода и снова один из диодов или несколько, выйдут из строя и так будет происходить пока все не сгорят.
В заключение хотелось бы сказать про скорость открытия диода. Возьмём обычный выпрямительный диод(1N4007), который применяется там, где частота не превышает 50 – 60Hz и подадим на него, синусоиду частотой 15KHz.

На осциллограмме видно, что на такой частоте диод начинает пропускать часть отрицательной полуволны, объясняется это следующим образом, во время протекания тока возникает накопление неосновных носителей в обеих областях диода. После того как полярность напряжения приложенного к диоду изменяется на противоположную, движение навстречу друг другу неосновных носителей вызовет короткий импульс обратного тока. Длительность описанного выше процесса называют временем восстановления обратного сопротивления базы диода, его можно посмотреть в даташите. Время восстановления обратного сопротивления зависит от емкости p-n перехода. Диоды, работающие на более высоких частотах, обладают меньшей ёмкостью p-n перехода и следовательно меньшим временем восстановления обратного сопротивления.

Давайте возьмём импульсный диод с маркировкой 1N4148 и подадим на него синусоиду частотой 100Khz.

На осциллограмме видно, что отрицательные выбросы отсутствуют.
Пожалуй, это все, что хотелось рассказать про диод.Ток

— что именно делает диод?

Другой вопрос касается того факта, что ток течет по замкнутым цепям — нет тока без полного контура, через который протекает ток. Некоторые ответы пошли по касательной, обсуждая разницу между электронным током и обычным током. При проектировании схем вы можете спокойно игнорировать электронный ток и всегда думать в терминах обычного тока. Но направление тока абсолютно не имеет значения.

Что касается диодов, в идеале диод позволяет току течь через него только в одном направлении, от анода к катоду. В частности, выше определенного «порогового» напряжения требуется лишь очень небольшое увеличение напряжения, чтобы увеличить ток до астрономических уровней:

(изображение CC с openwetware.org)

Обратный пробой (большой обратный ток при большом обратном смещении) обычно считается неидеальным, а не частью идеального поведения диода.

Некоторые диоды имеют другие эффекты, например светодиоды, которые излучают свет, когда через них протекает ток; или стабилитроны, которые обычно используются в области обратного пробоя.

Редактировать

какова цель включения в схему диода (а не светодиода) разнообразного сорта?

Обычно вы используете их, когда хотите убедиться, что ток может течь только в одном направлении. Например,

  • Для защиты цепи от аккумулятора, установленного в обратном порядке.
  • Для формирования схемы полномостового выпрямителя (с использованием 4 диодов) для преобразования переменного тока в постоянный.
  • В цепи детектора пиков .

В схемах, использующих сигналы переменного тока, правильное управление точкой смещения постоянного тока диода позволяет использовать его в качестве переключателя для маршрутизации этих сигналов.

Вы также можете увидеть диод, используемый в тех случаях, когда разработчик знает, что ток будет течь в правильном направлении, чтобы создать приблизительное «фиксированное» падение напряжения около 0.7 В.

Еще одно применение — это использование способности (правильно спроектированного) диода пропускать большой ток (в прямом направлении) для защиты более чувствительных цепей от перегрузки или электростатических разрядов, или в демпфирующей цепи для уменьшения кольца линии передачи.

Другое использование заключается в том, что, помимо свойств постоянного тока, диод с обратным смещением имеет переменную емкость, зависящую от величины смещения. Эта переменная емкость может использоваться для настройки генераторов или фильтров.Диоды, специально разработанные для этого использования, называются варикапами , .

arduino — Назначение диода и конденсатора в схеме мотора

Диод должен обеспечивать безопасный путь для индуктивной отдачи двигателя. Если вы попытаетесь внезапно отключить ток в катушке индуктивности, она создаст необходимое напряжение для кратковременного протекания тока. Другими словами, ток через катушку индуктивности никогда не может измениться мгновенно. Всегда будет какой-то конечный уклон.

Двигатель частично представляет собой индуктор. Если транзистор отключается быстро, то ток, который должен еще некоторое время протекать через катушку индуктивности, будет проходить через диод и не причинит вреда. Без диода напряжение на двигателе стало бы настолько большим, насколько это необходимо для поддержания протекания тока, что, вероятно, потребовало бы поджаривания транзистора.

Небольшой конденсатор на двигателе снижает скорость, возможно, быстрых переходов напряжения, что вызывает меньшее излучение и ограничивает dV / dt, которому подвергается транзистор.100 нФ для этого слишком много и помешает эффективной работе на всех частотах ШИМ, кроме низких. Я бы использовал 100 пФ или около того, возможно, до 1 нФ.

Резистор предназначен для ограничения тока, который должен подавать цифровой выход, а база транзистора должна выдерживать. Транзистор B-E для внешней цепи выглядит как диод. Поэтому напряжение будет ограничено до 750 мВ или около того. Удерживание цифрового выхода на уровне 750 мВ, когда он пытается перейти на 5 В или 3,3 В, не соответствует спецификации. Это может повредить цифровой выход.Или, если цифровой выход может давать большой ток, это может привести к повреждению транзистора.

1 кОм снова сомнительное значение. Даже с цифровым выходом 5 В через базу будет подаваться только 4,3 мА или около того: падение напряжения на переходе B-E («диод») составляет 0,7 В, а на резисторе остается 4,3 В. Вы не указываете спецификации транзистора, поэтому давайте предположим, что он имеет минимальный гарантированный коэффициент усиления 50. Это означает, что вы можете рассчитывать только на транзистор, поддерживающий 4,3 мА x 50 = 215 мА тока двигателя.Звучит низко, особенно для запуска, если только это не очень маленький двигатель. Я бы посмотрел, что можно безопасно использовать с цифрового выхода, и отрегулировал R1, чтобы получить большую часть этого.

Другая проблема заключается в том, что диод 1N4004 здесь неуместен, тем более, что вы будете быстро включать и выключать двигатель, что подразумевается «ШИМ». Этот диод представляет собой силовой выпрямитель, предназначенный для работы с нормальными частотами сети питания, такими как 50-60 Гц. У него очень медленное восстановление. Вместо этого используйте диод Шоттки. Любой обычный диод Шоттки на 1 А 30 В подойдет и будет лучше, чем 1N4004.

Я вижу, как эта схема может работать, но она явно не была разработана кем-то, кто действительно знал, что они делают. В общем, если вы видите Arduino в цепи, которую вы найдете где-нибудь в сети, особенно в простой, предположите, что она была опубликована, потому что автор считает это большим достижением. Те, кто знает, что делают, и рисуют такую ​​схему за минуту, не считают, что стоит писать на ней веб-страницу. Это оставляет тех, кому потребовалось две недели, чтобы заставить двигатель вращаться без взрыва транзистора, и они не совсем уверены, что все делает для написания этих веб-страниц.

Что делает диод

Ну, чтобы продолжить то, что начал говорить Джайел, диод используется для включения контрольной лампы тормозных накладок при запуске двигателя в качестве проверки лампы контрольной лампы тормозных накладок. Если диода не было, то если бы у вас была низкая тормозная накладка и он замыкал выключатель предупреждения о низком уровне тормозной накладки, это запустило бы двигатель. Очень сложный. Вероятно, причина того, что Yamaha прекратила всю эту ерунду в следующем году.

Не понимаю, почему Yamaha посчитала, что предупреждение о низкой тормозной колодке так чертовски важно.Но всякий раз, когда случается что-то действительно глупое, например предупреждение о низком уровне тормозных накладок, я всегда предполагаю, что замешаны один или два юриста. В этом случае Yamaha, вероятно, пострадал от судебного иска от какого-то полного идиота, который попал в аварию из-за того, что его задняя тормозная накладка была низкой, например, он был слишком глуп, чтобы чувствовать, что байк не останавливается, как когда он был новым, и он врезался во что-то и получил травму, поэтому юристы Yamaha стали инженерами и установили сигнальную лампу о низком уровне тормозных накладок, чтобы предотвратить будущие судебные иски.Затем они пришли к выводу, что могут произойти некоторые действительно плохие вещи, если передние тормоза не будут работать слишком хорошо из-за износа колодок дисковых тормозов, поэтому теперь им придется включить сигнальную лампу и для этого, и если гонщик побежит. из-за отсутствия газа при проезде полувагона на двухполосной дороге он может получить травму, поэтому нам лучше установить сигнальную лампу низкого уровня топлива, и если шины были низкими, и у него был выброс, он действительно мог получить травму, поэтому нам нужно предупреждение свет для низкого давления в шинах, и если генератор вышел из строя и двигатель не вовремя, это действительно могло быть беспорядочно, но если мы собираемся включить сигнальную лампу для системы зарядки, она должна быть собственный аккумулятор, потому что если система зарядки вышла из строя, не будет достаточно энергии для работы индикатора отказа системы зарядки, но тогда нам понадобится еще один индикатор, чтобы сообщить гонщику, когда резервная батарея для индикатора отказа системы зарядки вышла из строя….

Охладители преобладали, и они просто убрали сигнальную лампу о низком уровне тормозных накладок и уволили юристов.

Это стало причиной того, что рейс 447 Air France AirBus 330 совершил погружение в океан по пути в Париж из Рио-де-Жанейро. Юристы и подростки-программисты просто установили сигнальную лампу и устройство громкого шума для любой проблемы, которую они не могли решить, потому что они не были пилотами. В результате три пилота были полностью сбиты с толку из-за шума и ярких мигающих огней, которые исходили от программы, которая не могла понять, что происходит.Это называется прикрыть задницу, и юристы и подростки-программисты все еще собирают свою зарплату, за исключением того, что подростки-программисты уже достаточно взрослые, чтобы пить, так что держитесь подальше от AirBus A380 …..

Использование диода, входящего в комплект видеодомофона Ring Video (1-е поколение) — Ring Help

Существует две версии видеодомофона Ring Video. Видеодомофон Ring Video (выпуск 2020 г.) не требует диода . Если в коробке нет диода, скорее всего, у вас есть видеодомофон Ring Video Doorbell (выпуск 2020 года), в который встроен диод.Чтобы узнать, есть ли у вас видеодомофон Ring Video (1-го поколения) или Ring Video Doorbell (выпуск 2020 г.), нажмите здесь.

Диод, входящий в комплект вашего видеодомофона Ring Video (1-го поколения), соединяет ваш видеодомофон с цифровым звонком существующего дверного звонка. Диод не следует использовать с механическим звонком или если вы используете видеодомофон Ring Video Doorbell (1-го поколения) только с батареей, а не проводкой ее. Также не используйте диод с видеодомофоном Ring Video (выпуск 2020 г.).Видео ниже дает более подробную информацию о том, когда следует и не следует использовать диод. Если вы не уверены, какой у вас видеодомофон: видеодомофон (1-го поколения) или видеодомофон (выпуск 2020), прокрутите страницу вниз, чтобы увидеть изображения обоих.

Чтобы узнать, является ли ваш дверной звонок механическим или цифровым, самый простой метод — это послушать звук, который издает ваш звонок, когда вы в него звоните. Если он издает традиционный звук «Динг Донг», скорее всего, это механический звонок, и диод не следует использовать.Вы также можете снять крышку с колокольчика и заглянуть внутрь. Если вы видите механический ударник, как показано на рисунке ниже, значит, у вас механический звонок.

Если, с другой стороны, ваш звонок состоит из динамика, который воспроизводит мелодию, это цифровой звонок, и вы должны использовать диод (изображенный ниже), входящий в комплект.

Если у вас есть цифровой звонок, подключить ваш дверной звонок с видеодомофоном (1-го поколения) к электронному звонку — несложный процесс.Щелкните здесь для получения пошаговых инструкций.

Видеодомофон Ring Video (1-го поколения) имеет два небольших датчика вверху рядом с оранжевой кнопкой. Монтажная пластина (фото справа) имеет три датчика.

Видеодомофон Ring Video (выпуск 2020 г.) имеет два маленьких винта рядом с оранжевой кнопкой. Монтажная пластина (фото справа) не имеет датчиков.

Что такое генераторные диоды и для чего они нужны?

пользователя chris @ pkwydigital.ком 20. ноября 2018 04:14

Диоды — небольшая, но важная часть вашего дизельного генератора. Генератор работает путем преобразования механической энергии в электрическую в генераторе переменного тока. Внутри генератора переменного тока магнитное поле (перемещаемое механической энергией) преобразует механическую энергию в электрическую.

Что такое генераторные диоды?

Диоды — это устройства, помещенные в электрическую цепь постоянного тока. Они позволяют току легко двигаться в одном направлении, но не в другом.Когда диод вставлен в цепь таким образом, что позволяет току течь через цепь, он смещен в прямом направлении, а когда диод блокирует ток от завершения цепи, он смещается в обратном направлении. Как объясняет All About Circuits, «диод можно рассматривать как переключатель:« замкнут »при прямом смещении и« разомкнут »при обратном смещении».

Что делают диоды в генераторе переменного тока?

Диоды используются в процессе выпрямления или преобразования переменного тока в постоянный. Это возможно, потому что диоды пропускают ток только в одном направлении.Переменный ток, или переменный ток, включает ток, текущий как вперед, так и назад, создавая полную синусоидальную волну. Постоянный или постоянный ток движется только в одном направлении. Блокируя половину синусоидальной волны переменного тока, диоды эффективно преобразовывают ток в постоянный ток.

Этот процесс необходим для работы генератора переменного тока, поскольку магнитное поле зависит от мощности постоянного тока. Выход переменного тока возбудителя должен быть преобразован в мощность постоянного тока, прежде чем его можно будет использовать для выработки электроэнергии. Этот процесс происходит в автоматическом регуляторе напряжения генераторной установки.Регулятор согласовывает выходную мощность возбудителя с необходимой выходной мощностью, поэтому генератор не вырабатывает больше мощности, чем необходимо в данный момент. Это помогает предотвратить износ компонентов, в том числе диодов генератора.

Диоды в автоматическом стабилизаторе напряжения собраны в группу, называемую выпрямительными диодами. Имеется равное количество диодов с прямым и обратным смещением. Это позволяет генераторам использовать обе половины синусоидальной волны переменного тока. Когда мощность течет в одном направлении, она проходит через диоды с прямым смещением.Другая половина синусоидальной волны тока проходит через диоды с обратной связью. Вместе выпрямительные диоды позволяют магнитному полю использовать всю мощность переменного тока для выработки электричества, а не только половину мощности переменного тока.

60b9269c-6c8c-4dee-b6e3-dc934808d90b | 2 | 4,5

Теги:

Генератор

Все, что вы хотели знать и многое другое

Добро пожаловать в мир диодов. В этом руководстве я расскажу вам обо всех основных моментах, от диодов до их использования в электронике.

Это часть нашей серии статей о диодах и транзисторах.

Что такое диод?

Самый простой способ определить диод — это:

Определение диода

= электрический компонент, который проводит ток в основном в одном направлении.

Эта уникальная возможность делает диоды очень полезными в электронике. Они похожи на дороги с односторонним движением в городе. По этой аналогии они позволяют вам направлять поток так, как вы хотите.

# 1 Урок для диодов заключается в том, что они похожи на односторонние вентили, которые позволяют вам контролировать направление тока, протекающего через вашу схему.

Как работает диод?

Чтобы увидеть, как работает диод, давайте посмотрим на поведение диода.

Идеальный диод

Диод выполняет две функции:

  1. позволяет току течь в одном направлении, называемом прямым направлением
  2. блокирует ток в другом направлении, называемом обратным направлением

Он идеален в том смысле, что он делает и то, и другое отлично. Если мы построим график зависимости тока через диод от напряжения, это будет выглядеть следующим образом: идеальная ВАХ диода.

Реальные диоды не так совершенны из-за процесса изготовления. Мы обсудим, почему, по мере продолжения.

Символ диода

Оказывается, есть простой способ представить диоды посредством символов на схеме. Вот они:

Обратите внимание, что существует множество различных символов диодов для типов диодов. Это небольшие отклонения от штатной диодной схемы.

Например, символ стабилитрона просто имеет две дополнительные линии, направленные в противоположные стороны.

Полярность диода

Теперь, когда у нас есть хорошая основа, мы должны обсудить полярность диода. Оказывается, направление диода играет ключевую роль в его поведении.

Почему?

Ну это тут физика в диоде. Давайте разберем два конца диода следующим образом:

Анод диода: положительный конец диода, когда напряжение здесь выше, чем на катоде, и достаточно высокое, чтобы включить диод, через него будет протекать ток

Диод Катод: отрицательный конец диода, он не будет пропускать ток через этот конец, если напряжение не станет достаточно высоким, чтобы диод не мог с ним справиться, что известно как пробой.

PN Junction Diode

Физика твердого тела, лежащая в основе работы PN-диода, связана с манипуляциями с электронами.

Оказывается, мы можем изготавливать материалы с избытком электронов, N-тип, а также без электронов, или P-тип.

Когда мы помещаем материал N-типа рядом с материалом P-типа, мы получаем аккуратное поведение.

Секция P-типа, не имеющая электронов, действует как «дырки», которые создают положительные носители заряда.

Секция N-типа имеет избыток электронов.

Так почему бы электронам не присоединиться к дыркам и не уравновесить все в материале? электроны, потому что они сдвинуты по отношению друг к другу.

Когда на диод подается прямое напряжение, что означает, что на анод подается более положительное напряжение, то сдвиг между электронами и отверстиями перемещается намного ближе друг к другу, обеспечивая хорошее движение электронов (тока) через устройство.

Так создается ваша улица с односторонним движением.

Когда применяется обратное напряжение смещения, сдвиг между электронами и дырками, который уже существует, перемещается еще больше, что затрудняет прохождение электронов через диод.

Дорожная преграда для тока создана.

Что делает диод

Как мы уже говорили, диоды похожи на улицу с односторонним движением. Мы можем использовать их, чтобы помочь направить ток определенными путями и предотвратить его возвращение определенными путями.

Мы более подробно рассмотрим различные способы использования диодов позже, в разделе «Использование диодов».

Во-первых, давайте обсудим еще несколько ключевых понятий о диодах.

Диод с прямым смещением

Что означает наличие диода с прямым смещением? Ответ довольно прост, если посмотреть на него правильно.

Видите ли, диод сам по себе состоит из материала N-типа и P-типа, зажатого вместе, как мы уже обсуждали ранее.

Объединяя эти два материала и их поведение, мы получаем то, что называется областью истощения, которая препятствует легкому протеканию тока через устройство.

Однако, если мы приложим прямое напряжение, которое обычно составляет 0,7 В для общего диода, между анодом и катодом, мы можем заставить исчезнуть область обеднения, что позволит току легко течь через диод.

Мы можем видеть этот эффект на изображении выше. Обратите внимание, как на анод подается 0,7 Вольт по сравнению с катодом в нижнем примере, и теперь ток свободно течет через устройство, потому что область истощения теперь исчезла.

Диод обратного смещения

Точно так же, как прямое напряжение может удалить область истощения, напряжение обратного смещения может сделать область истощения еще больше.

Это дает эффект усиления блокирующей способности диода, не позволяя току течь от катода к аноду через устройство.

Типичный диод имеет диапазон напряжения обратного смещения до 50 вольт. Конечно, вы можете получить диоды, которые идут намного выше этого. Иногда в технических данных эту переменную называют напряжением блокировки постоянного тока.

Как вы можете видеть на изображении выше, приложив напряжение к катодному концу диода в нижнем примере, вы можете еще больше увеличить область обеднения, блокируя протекание любого тока через устройство.

Утечка обратного смещения

Настоящие диоды не идеальны, так как некоторый ток утечки будет проходить от катода к аноду. Однако это количество обычно невелико, но если это является проблемой для вашей конструкции, важен правильный выбор диода.

Напряжение пробоя

Что произойдет, если мы продолжим увеличивать напряжение на катоде и превысим номинальное значение обратного смещения на диод?

Авария — вот что происходит. Это происходит тогда, когда диод выходит за рамки ожидаемого расчетного поведения, и теперь диод начинает пропускать ток через него от катода к аноду.

Большинство диодов обычно повреждаются, когда это происходит

Характеристики диода

Чтобы наглядно представить себе то, что мы только что узнали, давайте посмотрим на график, который показывает различные режимы работы диода. Это ВАХ реального диода.

Обратите внимание, как ток по оси Y протекает через диод при прямом напряжении 0,7 В для типичного диода. Напряжение пробоя — это когда ток начинает течь в противоположном направлении, что составляет -50 Вольт для типичного диода.

Все настоящие диоды также будут иметь ток утечки, в котором ток будет течь от катода к аноду без прямого смещения.

Иногда есть другие характеристики, которые вам могут понадобиться, например, сопротивление диода. Для многих схем этот фактор не имеет значения.

Однако для более чувствительных схем одним из способов определения сопротивления диода в режиме прямого смещения является использование классического уравнения сопротивления = напряжение / ток.

В этом случае вы можете измерить падение напряжения на диоде для различных режимов схемы, которые вам интересны, в зависимости от тока через диод.

Уравнение диода

Полезным упражнением для понимания поведения диода является изучение уравнения тока диода.

Давайте сначала рассмотрим уравнение идеального диода, а затем посмотрим, как эффекты реального мира меняют его поведение. Это выглядит следующим образом:

где:

  • Is = ток темнового насыщения
  • q = значение заряда электрона
  • Vd = напряжение на диоде
  • n = идеальный коэффициент, n = 1 для идеальных диодов и n = 1-2 для реальных диоды
  • k = постоянная Больцмана, 1.38064852E-23 Джоуль / Кельвин
  • T = температура (Кельвин)

Чтобы уменьшить уравнение, мы знаем, что kT / q — это то, что называется тепловым напряжением, или Vt. Мы можем изменить уравнение следующим образом:

Здесь Vt = 0,026 В при нормальной температуре.

Как видите, уравнение нелинейное, что затрудняет моделирование поведения диодов. Это просто означает, что настоящие диоды в основном делают то же, что и идеальные, но не идеально.

Если вас интересует моделирование диодов, здесь есть отличная статья.

Типы диодов

Лавинные диоды

Лавинные диоды — это диоды, которые специально предназначены для работы в режиме пробивного напряжения. Следовательно, они не повреждаются при переходе в режим пробоя, потому что их конструкция более равномерно распределяет плотность тока.

Эти диоды обычно используются как форма защиты от нежелательных или неожиданных напряжений. Они могут переходить в режим пробоя и отводить избыточную энергию в землю, сохраняя цепь, которая не предназначена для работы с этими напряжениями.

Германиевый диод

Обычные диоды изготовлены из кремния, который обладает особыми свойствами, благодаря которым его прямое напряжение составляет 0,7 Вольт. Но что, если вам нужен диод с более низким напряжением?

Вот тут и пригодится германиевый диод. Учитывая свойства материала, эти диоды имеют типичное прямое напряжение 0,3 В.

Низкое напряжение делает этот тип диодов удобным в аудио- и FM-схемах. Раньше это был популярный диод еще до того, как кремниевые диоды стали мейнстримом.

Диод Ганна

Диод Ганна также известен как устройство с переносом электронов (TED). Он отличается от других диодов тем, что имеет только материал N-типа (в нем нет материала P-типа).

Он имеет две секции материала N-типа, соединенные тонкой секцией материала N-типа. Что происходит, так это то, что по мере увеличения напряжения на устройстве ток увеличивается до определенной точки, в которой ток начинает уменьшаться.

Это заставляет устройство работать так, как будто оно имеет отрицательное сопротивление.Он также может проводить ток в обоих направлениях из-за отсутствия материала P-типа.

Они обычно используются в схемах электронных генераторов для создания микроволн, в том числе радарных стрелок и автоматических открывателей дверей.

Светодиодный диод

Светодиодный диод обозначает светоизлучающий диод. Диодный светодиод — это устройство, которое излучает фотоны, когда через него проходит ток.

Светодиоды в наши дни чрезвычайно распространены и их можно найти повсюду в электронике. Цена снизилась до такой степени, что они даже используются в схемах для обозначения функций на уровне платы.

Новые технологии работают над снижением стоимости органических светодиодов, которые предлагают еще больше преимуществ, включая гибкие дисплеи.

Фотодиод

Фотодиод — это устройство, которое генерирует ток, когда поглощает фотоны. Следовательно, эти устройства удобны для обнаружения фотонов на многих различных длинах волн.

Фактически, все технологии цифровых фотоаппаратов работают с использованием массива фотодиодов, где каждый диод считается пикселем.

Есть даже такие вещи, которые называются детекторами с диодной матрицей, которые имеют массив фотодиодов, которые работают при обнаружении различных длин волн света, так что можно собирать информацию в широком спектральном диапазоне.

PIN-диод

PIN-диод, как следует из названия, — это место, где нелегированный материал помещается между материалами P-типа и N-типа. Нелегированный материал создает так называемую внутреннюю область.

Эти диоды удобны в высокочастотных цепях. Из них получаются отличные ВЧ- и СВЧ-аттенюаторы и переключатели.

Диод Шоттки

Диод Шоттки — это диод, в котором удаляется материал P-типа, а вместо материала N-типа используется металл для создания диода.

Преимущество — более низкое прямое напряжение, которое помогает увеличить частоту коммутации в определенных приложениях. Это в сочетании с более быстрым временем восстановления делает их полезными в схемах, таких как импульсные источники питания.

Диод Шокли

Диод Шокли — один из первых, изобретенных Уильямом Шокли.Он состоял из четырех слоев материала PNPN.

Эти диоды больше не производятся, но их поведение можно имитировать с помощью динисторов.

Кремниевый диод

Кремниевые диоды — это повседневные диоды, которые вы найдете в схемах. Они являются наиболее распространенными и обычно имеют прямое напряжение около 0,7 В.

Изображение 1N914 можно увидеть ниже.

Туннельный диод

Туннельный диод использует эффект, называемый квантовым туннелированием.

В этих устройствах замечательно то, что сначала ток очень легко проходит от анода к катоду. Затем, когда прямое напряжение увеличивается, ток, протекающий через устройство, уменьшается, создавая отрицательное сопротивление.

Затем по мере увеличения напряжения он начинает работать как обычный диод. Однако диод желателен из-за его области отрицательного сопротивления. Они полезны в схемах преобразователя частоты и детектора.

Варакторный диод

Назначение варакторного диода — использовать зависящую от напряжения емкость диода в режиме обратного смещения.

Фактически, они могут использоваться в качестве конденсаторов с регулируемым напряжением и удобны в схемах генератора и умножителя частоты.

Стабилитрон

Стабилитроны имеют гораздо более резкую кривую тока, чем другие диоды в области пробоя.

Это означает, что, хотя они работают как другие обычные диоды (от анода к катоду), они также могут пропускать ток в обратном направлении (от катода к аноду) при достижении напряжения обратного смещения.

Другие диоды не предназначены для работы в режим пробивного напряжения, тогда как стабилитроны предназначены для работы именно там.

Общие диоды

Серия 1N400X

Отличным диодом общего назначения для многих различных приложений является серия 1N400X. Их часто можно найти в цепях питания постоянного тока для защиты. Изображение диода 1N4001 можно увидеть ниже.

Вот почему они так хороши:

  • низкая стоимость
  • низкая обратная утечка
  • высокий прямой импульсный ток
  • максимальный прямой ток макс = 1 А
  • максимальное прямое напряжение при максимальном токе = 1,1 В
  • максимальное обратное напряжение смещения меняется на выбранной части X, от 50 В до 1000 В

Некоторые конкретные примеры:

  1. Диод 1N4001 — обратное смещение = 50 В, перемычка
  2. Диод 1N4004 — обратное смещение = 400 В, перемычка
  3. 1N4007 диод — обратное смещение = 1000 В, ссылка

1N540X Series

Если вам нужен больший прямой ток, то серия 1N540X — отличный вариант.Они очень похожи на серию 1N400X, за исключением:

  • максимальный прямой ток = 3 А
  • импульсный ток намного выше

Пример:

1N5408 диод — обратное смещение = 1000 вольт, л чернил

Малый сигнал

Для других типов схем, включая приложения для слабых сигналов, доступны более подходящие диоды.

Эти диоды пригодятся, когда вы имеете дело с более низкими токами и напряжениями.

Вот несколько отличных примеров:

  1. 1N914 диод — обратное смещение = 100 В, прямой ток = 0.2 А, ссылка
  2. Диод 1N4148 — обратное смещение = 100 В, прямой ток = 0,2 А, ссылка

Упаковка диода

Диоды поставляются во многих различных вариантах комплектации, включая сквозное отверстие, поверхностный монтаж и подобные корпуса большего размера используется в ВЧ-устройствах и приложениях с высокой мощностью

В зависимости от технических характеристик диода его размер может быть разным. Например, высоковольтные диоды будут иметь гораздо больший размер, чем низковольтные.

Маркировка диодов

Диоды будут иметь определенную маркировку, обозначающую номер детали, а также полярность устройства.

Например, диоды со сквозным отверстием будут иметь цифры, напечатанные на детали, а также будут иметь тонкую полосу на одном конце диода, обозначающую катод.

Техническое описание детали покажет вам, из чего состоит маркировка и что они означают.

Пример германиевого диода со сквозным отверстием можно увидеть ниже.

Использование диодов

Давайте рассмотрим некоторые из самых популярных диодных схем, чтобы лучше понять, как использовать диоды.

Выпрямительный диод

Диодный выпрямитель — один из наиболее распространенных способов использования диода.Давайте теперь рассмотрим некоторые конкретные примеры.

Диодный мост

Здесь стоит упомянуть две разновидности: полуволновые и двухполупериодные выпрямители.

Полуволновой выпрямитель

Скажем, например, у вас есть сигнал переменного тока (AC), и вам нужна только часть сигнал выше 0 В. Для этого можно использовать диод.

Обычно схемы этого типа используются для выпрямителя переменного тока на 120 В. Как показано ниже, это называется полуволновым выпрямителем.

Обратите внимание, как передаются только положительные компоненты входного сигнала, а отрицательные — нет.

Проблема в том, что в этом примере вы получаете только половину сигнала, положительную половину. Во многих ситуациях это может быть все, что вам нужно.

В ситуациях, когда вам нужны оба компонента, вам понадобится полная волна, которую мы рассмотрим далее.

Полнополупериодный выпрямитель

Полнополупериодный выпрямитель представляет собой комбинацию из 4 диодов вместе, чтобы преобразовать как положительную, так и отрицательную составляющие сигнала в положительный выход.

Диоды расположены таким образом, что входной сигнал всегда проходит через диоды, независимо от его положительного или отрицательного напряжения. Такое расположение диодов можно увидеть ниже.

Входной сигнал преобразуется во все положительные, как показано ниже (входной и выходной сигнал согласован по цвету с приведенной выше диаграммой.

Двухполупериодные выпрямители

поставляются в готовой упаковке с более высокими предельными значениями тока. Пример можно увидеть ниже.

Вы также можете расположить свои собственные диоды индивидуально, чтобы создать свой собственный двухполупериодный мост.Вы можете выбрать хорошие силовые диоды или диоды с более высоким прямым током и более высоким напряжением пробоя для вашего приложения.

Детали 1N4007 и 1N5408 — отличный выбор для прямого выпрямления 120 В переменного тока, в зависимости от ваших требований к максимальному току. Обратите внимание, что максимальное обратное смещение здесь имеет решающее значение, и номинальное напряжение в 1000 вольт на этих деталях дает вам большой запас прочности.

Если вы используете понижающий трансформатор между 120 В переменного тока и двухполупериодным мостом, определите максимальное напряжение и убедитесь, что выбранные вами диоды имеют достаточный запас (в 2-3 раза выше) для обратного смещения.

Если вы заинтересованы в сглаживании пульсаций, вы можете использовать конденсатор на выходе, который подходит для вашего тока в вашей цепи, и получить хорошее постоянное напряжение на выходе.

Обратный диод

Есть много названий для того же типа диодов, включая демпферный диод, диод свободного хода и ограничительный диод.

Обратный диод — удобный способ использования диода для уменьшения внезапных скачков напряжения, возникающих при внезапном изменении тока через индуктивную нагрузку .

Как мы обсуждали в статье об индукторах, всякий раз, когда индуктор видит изменение тока, проходящего через него, он создает всплеск напряжения ЭДС, чтобы попытаться стабилизировать изменение тока.

Во многих схемах эта генерируемая ЭДС обычно нежелательна и иногда может вызывать повреждение других частей схемы.

Во избежание повреждения диод можно разместить так, чтобы в случае скачка напряжения ЭДС через диод протекал ток, а не через другие компоненты схемы, которые могут быть повреждены.

Распространенной схемой, где это полезно, является управление маленьким вентилятором или релейным индуктором. Как правило, большинство цифровых выводов могут давать ток менее 20 мА, поэтому это необходимо для усилителя тока. См. Пример схемы диода ниже.

Здесь хорошо работает NPN-транзистор, потому что цифровой вывод может подавать 10 миллиампер для включения NPN-транзистора, а транзистор может обрабатывать примерно ампер тока, необходимого для вентилятора или катушки индуктивности реле.

Каждый раз, когда транзистор выключается, в катушке индуктивности происходит резкое падение тока и возникает всплеск обратной ЭДС.

Без диода пик будет проходить через транзистор, обычно повреждая его. При размещении диода параллельно катушке индуктивности скачок напряжения ЭДС включает диод и позволяет току течь через диод и обратно в катушку индуктивности, где он рассеивается.

Этот обратный ток обратно в катушку индуктивности является источником названия этого типа диода.

Для диода D1 в приведенной выше схеме обычно выбирается 1N4001, который имеет прямой ток 1 А. , высокий импульсный ток и обратное смещение 50 Вольт.Это хорошо работает в цепях с напряжением 12 В. Если у вас напряжение выше, вам может понадобиться более способная деталь.

Стабилитрон напряжения

Как мы обсуждали ранее, стабилитроны предназначены для работы в режиме напряжения пробоя.

Одним из способов воспользоваться этим преимуществом является стабилитрон. Нам просто нужен резистор и стабилитрон, правильно подобранные, чтобы дать нам желаемое выходное напряжение

Пример схемы стабилитрона можно увидеть ниже.

Стабилитрон будет ограничивать входное напряжение до напряжения пробоя диода в этой цепи для выхода.Для этого он должен пропускать ток через диод, который будет рассеиваться в виде тепла, но только тогда, когда входное напряжение выше напряжения пробоя.

Требуемое выходное напряжение будет определять стабилитрон, поскольку вы выбираете диод на основе его напряжения пробоя, чтобы соответствовать выходному напряжению. Вы должны получить диод, способный выдержать рассеиваемую мощность.

Резистор необходимо тщательно выбирать в зависимости от силы тока цепи. Отличный калькулятор для выбора этих деталей здесь.

Блокирующий диод

Такое использование диода — это просто название ситуации, когда диод используется для управления током, протекающим только в одном направлении.

Отличным примером является схема с солнечной панелью и зарядным устройством. Когда солнце не светит и солнечные панели вырабатывают ток, они обычно имеют более высокое напряжение, чем батарея, которую заряжает цепь, поэтому ток будет течь от панелей в батарею.

Однако в ночное время солнечный свет не попадает на солнечные панели, поэтому они не будут вырабатывать ток.Батарея в этот момент будет иметь более высокое напряжение, и без блокирующего диода ток будет течь от батареи к панелям, тратя энергию.

Когда диод помещается между солнечными панелями и батареей, он позволяет току течь от панелей к батарее, но не позволяет току течь от батареи к панелям.

Следовательно, он «блокирует» протекание тока нежелательным образом

Другое место, где это полезно, — это батареи в цепи.Каждый раз, когда есть вероятность, что кто-то может вставить батареи задом наперед или подключить питание постоянного тока наоборот, отличный способ защитить цепь — это использовать блокирующий диод.

Диод гарантирует, что только правильная полярность напряжения позволит току течь в цепи, защищая их от отрицательного напряжения.

Загвоздка в том, что вы должны выбрать диод, который может выдерживать максимальный прямой ток, который будут тянуть цепи. Кроме того, напряжение в цепи будет уменьшено прямым напряжением диода.

Ограничивающий диод

Ограничивающий диод — это просто способ использования конденсатора и диода для управления уровнем постоянного тока сигнала.

В приведенном ниже примере схемы конденсатор и диод создают смещение постоянного тока на входном сигнале переменного тока.

Если мы хотим изменить направление смещения постоянного тока, мы просто меняем направление диода, как показано ниже.

Вы можете пойти еще дальше, если поместите источник напряжения между диодом и землей, чтобы можно было добавить дополнительное смещение постоянного тока в желаемом направлении.

Клипирующий диод

В отличие от зажимного диод. Здесь вы можете использовать последовательный резистор и диод, чтобы отсечь нежелательную часть входного сигнала.

Для положительного ограничения диод расположен так, что он включен, когда сигнал выше прямого напряжения, и, следовательно, диод проводит ток, ограничивая верхнее напряжение на уровне около 0,7 В.

Пример можно увидеть ниже. R2 — это просто пример резистора и не требуется.

В приведенном выше примере обратите внимание на то, что максимальное верхнее напряжение ограничено 0,7 В, что является прямым напряжением диода.

Если требуется отрицательное ограничение, вы можете просто перевернуть диод. В этом случае, когда входной сигнал отрицателен за пределами прямого напряжения, диод будет включаться и проводить ток, ограничивая отрицательный сигнал на уровне -0,7 вольт.

Пример ниже. Опять же, R2 не требуется.

Обратите внимание на то, что в приведенном выше примере отрицательная часть сигнала обрезается до -0.7 Вольт.

Чтобы пойти еще дальше, вы можете добавить напряжение между диодом и землей, чтобы сместить место ограничения входного сигнала.

Вы также можете выполнить как положительное, так и отрицательное ограничение вместе, разместив два диода параллельно с противоположными полярностями, чтобы ограничить верхнюю и нижнюю части сигнала.

Вам понравилась эта статья или у вас есть интересный опыт работы с диодами? Сообщите нам об этом в комментариях ниже!

Введение в диоды — что это и как работает

Если вы знакомы с конденсаторами и резисторами, то знаете, что диод — это, по сути, простейший полупроводник, который может выполнять множество функций, поэтому они также бывают разных форм.Сегодня мы рассмотрим все, что вам нужно знать о диодах.

Однако, прежде чем мы перейдем непосредственно к нашей основной теме дня, давайте рассмотрим основные концепции, которые вы должны знать, которые помогут вам лучше понять диоды:

  • Напряжение : Разница в электрическом потенциале между двумя точками.
  • Резистор : Пассивный двухконтактный электрический компонент, который реализует электрическое сопротивление как элемент схемы.
  • Конденсатор : пассивный компонент, накапливающий электрическую энергию в электрическом поле.
  • Транзистор : полупроводниковое устройство, состоящее из трех выводов для усиления или переключения электронных сигналов и электроэнергии.

Если вам нужна дополнительная информация об этих концепциях, обязательно загляните в эти блоги, чтобы узнать:


С учетом сказанного, давайте посмотрим, что будет освещено в этом блоге:

  • Обзор диодов
  • Варианты диодов
  • Символы и расчеты диодов
  • Применение диодов
  • Проекты диодов

Обзор диодов

Что такое диод?

Диод — это полупроводниковый прибор с двумя выводами, который позволяет току течь только в одном направлении.Он в основном имеет незначительное сопротивление на одном конце и высокое сопротивление на другом, чтобы предотвратить протекание тока в обоих направлениях. Таким образом, диод подобен вентилю в электрической цепи.

Конструкция диода

На самом деле существует много типов диодов, но здесь мы будем говорить о конструкции основного полупроводникового диода.

Как мы уже упоминали, диод — это полупроводник, поэтому он сделан либо из кремния, либо из герани. На изображении выше вы также можете видеть, что диод имеет два вывода: анод и катод, P-переход и N-переход.В то время как область обеднения предназначена для прохождения электронов.

Как работает диод?

Принцип работы диода зависит от взаимодействия между P- и N-переходами. В нормальном сценарии P имеет высокую концентрацию дырок и низкую концентрацию свободных электронов, в то время как N имеет более низкую концентрацию дырок и более высокую концентрацию свободных электронов, электроны будут двигаться в направлении P и позволить току течь только через P. .

Приведенное выше объяснение применимо только к тому, что обычно происходит, теперь давайте рассмотрим некоторые из особых сценариев:

Диод с прямым смещением

Это может произойти, когда положительный вывод источника подключен к P-переходу, а отрицательный вывод источника подключен к N-переходу диода при медленном увеличении напряжения от нуля.

Из-за потенциального барьера вначале не будет протекать ток. Однако, если внешнее напряжение, приложенное к диоду, больше, чем прямой потенциальный барьер, диод будет действовать как короткозамкнутый путь, в то время как ток будет ограничиваться только внешними резисторами.

Диод с обратным смещением

Это может произойти, когда источник напряжения подключен к отрицательной клемме P-перехода, а источник напряжения подключен к положительной клемме N-перехода.

Как вы уже могли заметить, это имеет противоположный эффект, чем диод с прямым смещением. Из-за электростатического притяжения дырки в P-переходе будут смещаться дальше от обедненной области, оставляя больше открытых отрицательных ионов в этой области. Когда это происходит, ток будет заблокирован, что не позволит току течь через цепь.

Несмещенный диод

Когда P- и N-переходы соприкасаются друг с другом, отверстия начнут диффундировать от P-перехода к N-переходу и наоборот.Это связано с разницей в концентрации дырок, как упоминалось ранее. В конце концов, электроны будут рекомбинированы в области обеднения, и диффузия зарядов больше не будет.


Варианты диода

Как известно, вариантов диодов на рынке очень много. Но сегодня мы будем говорить только о трех общих типах, чтобы облегчить понимание.

Стабилитрон

Стабилитроны

— это специальные сильно легированные полупроводниковые диоды, которые позволяют току течь в противоположном направлении при достаточном напряжении, в отличие от обычных диодов.Он специально разработан для неразрушающего пробоя напряжения. Из-за сильно легированного полупроводникового материала он позволяет сделать обедненную область очень тонкой для увеличения напряженности электрического поля.

Конструкция:

Выпрямительный диод

Выпрямительные диоды

— это двухпроводные полупроводники, которые, как и другие диоды, пропускают ток только в одном направлении. Они сделаны из кремния и могут преобразовывать переменный ток (AC) в постоянный (DC), что называется выпрямлением.

Популярные выпрямительные диоды:
2 2
Диод Максимальный ток Максимальный обратный ток
1N4001 1A 50V
50V
1 1000V
1N5401 3A 100V
1N5408 3A 1000v

Ref: Electronicsclub1, наиболее подходящее для низкого напряжения, с

Диод Шоттки

Диоды Шоттки — это металлические полупроводниковые диоды, также известные как диоды с барьером Шоттки (SBD). Хотя они выглядят довольно похоже на выпрямительные диоды, но SBC обычно больше и в них не используется полупроводниковый переход P-N.

Конструкция:

Другие варианты диодов:

  • Сигнальные диоды
  • Лазерные диоды
  • Светодиоды
  • Фотодиоды
  • Испытательные диоды

Обозначения и расчеты диодов

Узнав немного больше о вариантах диода и его справочной информации, давайте посмотрим на символы и расчеты.

Условное обозначение базовой схемы

Вот как будет выглядеть типичное схематическое обозначение диода с P-N переходом и представлено в принципиальной схеме, а вот схематические обозначения других диодов для справки:

Уравнение тока диода

Уравнение тока Didoe показывает взаимосвязь между током, протекающим через диод, в зависимости от приложенного к нему напряжения.

Где,

  • I = ток, протекающий через диод
  • I 0 = ток темнового насыщения (относится к плотности тока утечки, протекающего через диод в отсутствие света)
  • q = заряд электрона
  • V = приложенное напряжение через диод
  • η = экспоненциальный в идеале множитель (рассматривается как 1, если его гераневые диоды, 2, если кремниевые диоды)
  • T = абсолютная температура (в Кельвинах)
  • Постоянная Больцмана:

Если это условие прямого смещения , уравнение тока диода будет:

Если это перевернутое состояние , уравнение тока диода будет:


Применение диодов

Выпрямительные схемы

Как мы уже упоминали в разделе выпрямительных диодов, наиболее распространенным использованием диодов является выпрямление переменного тока в постоянный и построение выпрямительных цепей.Они используются в полуволновых и полноволновых выпрямителях. В типичных приложениях преобразования мощности используются один или комбинация из четырех диодов.

Защита от обратного тока

В случае, если пользователь изменил полярность питания постоянного тока или неправильно подключил батарею, когда через цепь протекает большой ток, можно последовательно подключить защитный диод, чтобы предотвратить проблему обратного подключения.


Проекты диодов

Пройдя всю теоретическую часть диодов, мы можем теперь наконец перейти к некоторым интересным проектам, которые вы можете делать с диодами!

Сделайте солнечную панель, используя диоды!

Ссылка: Instructables

Заинтересованы в создании собственной солнечной панели? Этот проект показывает вам, как вы можете построить его, используя диод 1N4148, который проводит ток, когда индуцируется светом! Хотя это всего лишь прототип для экспериментов, вы можете приступить к его доработке и использовать свои солнечные батареи на самом деле!

Что вам понадобится :

  • Много кремниевого диода
  • Макетная плата
  • Вольтметр
  • Провода
  • Фонарик или свет для проверки

Продолжайте и нажмите здесь, если зеленая энергия вас вдохновляет!

Лазерная ручка для выжигания по дереву

Вы хотите поэкспериментировать с чем-то немного опасным? Вы сможете построить свою лазерную ручку для выжигания по дереву, используя только лазерный диод высокой мощности и механический карандаш! Не забывайте надевать защиту для глаз во время экспериментов!

Что вам понадобится :

  • Мощный волоконный лазерный диод
  • Механический карандаш.
  • Радиатор и немного термической смазки
  • 2 батарейки AA или D или «чистый» блок питания
  • Лазерная защита глаз (очень важно!)

Похоже на то, что вам нравится? Посмотрите этот проект здесь!


Сводка

И все на диодах! Вы узнали что-то новое о диодах? Мы надеемся, что с этими знаниями вы сможете экспериментировать и использовать диоды в своих будущих проектах!

Следите за нами и ставьте лайки:

Продолжить чтение

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *