Катод у диода на схеме: Катод у диода на схеме — БилдоМан

Содержание

Диод на схеме где плюс. Основные способы определения полярности у светодиода. Другие способы определения полярности

Все диоды обязательно имеют положительный и отрицательный выводы. Эти выводы получили специальные названия: положительный называется анодом , а отрицательный — катодом . Катод диода легко опознать по полоске красного или черного цвета, расположенной у этого вывода на корпусе.

На рис. 4.8 как раз показан диод с подобной маркировкой полярности . Полоска, таким образом, соответствует вертикальной линии схемотехнического символа данного элемента. Важно, чтобы, «читая» принципиальную схему какого-либо устройства, вы правильно трактовали расположение в ней диода и направление протекающего тока

Рис. 4.8. Используя диоды, всегда помните об их полярности. Полоска на одном из концов корпуса диода указывает его

Внимание
Как уже говорилось в самом начале этого раздела, диоды позволяют проходить через них току в прямом направлении и блокируют ток, протекающий в обратном.

Таким образом, если вставить диод в схему неправильно, схема или не заработает, или некоторые элементы рискуют выйти из строя. Всегда внимательно проверяйте полярность диодов в схеме — лучше дважды перепроверить, чем один раз устранять последствия!

Диоды относятся к категории электронных приборов, работающих по принципу полупроводника, который особым образом реагирует на приложенное к нему напряжение. С внешним видом и схемным обозначением этого полупроводникового изделия можно ознакомиться на рисунке, размещённом ниже.

Особенностью включения этого элемента в электронную схему является необходимость соблюдения полярности диода.

Дополнительное пояснение.

Под полярностью подразумевается строго установленный порядок включения, при котором учитывается, где плюс, а где минус у данного изделия.

Эти два условных обозначения привязываются к его выводам, называемым анодом и катодом, соответственно.

Особенности функционирования

Известно, что любой полупроводниковый диод при подаче на него постоянного или переменного напряжения пропускает ток только в одном направлении. В случае обратного его включения постоянный ток не протекает, так как n-p переход будет смещён в непроводящем направлении. Из рисунка видно, что минус полупроводника располагается со стороны его катода, а плюс – с противоположного конца.

Особенно наглядно эффект односторонней проводимости может быть подтверждён на примере полупроводниковых изделий, называемых светодиодами и работающих лишь при условии правильного включения.

На практике нередки ситуации, когда на корпусе изделия нет явных признаков, позволяющих сразу же сказать, где у него какой полюс. Именно поэтому важно знать особые приметы, по которым можно научиться различать их.

Способы определения полярности

Для определения полярности диодного изделия можно воспользоваться различными приёмами, каждый из которых подходит для определённых ситуаций и будет рассмотрен отдельно.

Эти методы условно делятся на следующие группы:

Метод визуального осмотра, позволяющий определиться с полярностью по имеющейся маркировке или характерным признакам;
Проверка посредством мультиметра, включённого в режим прозвонки;
Выяснение, где плюс, а где минус путём сборки несложной схемы с миниатюрной лампочкой.

Рассмотрим каждый из перечисленных подходов отдельно.

Визуальный осмотр

Этот способ позволяет расшифровать полярность по имеющимся на полупроводниковом изделии специальным меткам. У некоторых диодов это может быть точка или кольцевая полоска, смещённая в сторону анода. Некоторые образцы старой марки (КД226, например) имеют характерную заострённую с одной стороны форму, которая соответствует плюсу. С другого, совершенно плоского конца, соответственно, располагается минус.

Обратите внимание! При визуальном обследовании светодиодов, например, обнаруживается, что на одной из их ножек имеется характерный выступ.

По этому признаку обычно определяют, где у такого диода плюс, а где противоположный ему контакт.

Применение измерительного прибора

Самый простой и надёжный способ определения полярности – использование измерительного устройства типа «мультиметр», включённого в режим «Прозвонка». При измерении всегда нужно помнить, что на шнур в изоляции красного цвета от встроенной батарейки подаётся плюс, а на шнур в чёрной изоляции – минус.

После произвольного подсоединения этих «концов» к выводам диода с неизвестной полярностью нужно следить за показаниями на дисплее прибора. Если индикатор покажет напряжение порядка 0,5-0.7 Вольт – это значит, что он включён в прямом направлении, и та ножка, к которой подсоединён щуп в красной изоляции, является плюсовой.

В случае если индикатор показывает «единицу» (бесконечность), можно сказать, что диод включён в обратном направлении, и на основании этого можно будет судить о его полярности.

Дополнительная информация. Некоторые радиолюбители для проверки светодиодов используют панельку, предназначенную для измерения параметров транзисторов.

Диод в этом случае включается как один из переходов транзисторного прибора, а его полярность определяется по тому, светится он или нет.

Включение в схему

В крайнем случае, когда визуально определить расположение выводов не удаётся, а измерительного прибора под рукой не имеется, можно воспользоваться методом включения диода в несложную схему, изображённую на рисунке ниже.

При его включении в такую цепь лампочка либо загорится (это значит, что полупроводник пропускает через себя ток), либо нет. В первом случае плюс батарейки будет подключён к положительному выводу изделия (аноду), а во втором – наоборот, к его катоду.

В заключение отметим, что способов, как определить полярность диода, существует довольно много. При этом выбор конкретного приёма ее выявления зависит от условий проведения эксперимента и возможностей пользователя.

Видео

Определить полярность прибора по схеме не составит труда.

Светодиод обозначают треугольником в кружке. Треугольник упирается всегда в катод (знак «−», поперечная черточка, минус), положительный анод находится с противоположной стороны.
Но как определить полярность, если вы держите в руках сам прибор? Вот перед вами маленькая лампочка с двумя выводами-проводками. К какому проводку подключать плюс источника, а к какому минус, чтобы схема заработала? Как правильно установить сопротивление где плюс?

Определяем зрительно

Первый способ – визуальный. Предположим, вам необходимо определить полярность абсолютно нового светодиода с двумя выводами. Посмотрите на его ножки, то есть выводы. Один из них будет короче другого. Это и есть катод. Запомнить, что это катод можно по слову «короткий», поскольку оба слова начинаются на буквы «к». Плюс будет соответствовать тому выводу, который длиннее. Иногда, правда, на глаз определить полярность сложновато, особенно когда ножки согнуты или поменяли свои размеры в результате предыдущего монтажа.

Глядя в прозрачный корпус, можно увидеть сам кристаллик. Он расположен как будто в маленькой чашечке на подставке. Вывод этой подставки и будет катодом. Со стороны катода также можно увидеть небольшую засечку, как бы срез.

Но не всегда эти особенности заметны у светодиода, поскольку некоторые производители отходят от стандартов. К тому же есть много моделей, изготовленных по другому принципу. На сложных конструкциях сегодня производитель ставит значки «+» и «−», делают отметку катода точкой или зеленой линией, чтобы все было предельно понятно. Но если таких отметок нет по каким-то причинам, то на помощь приходит электрическое тестирование.

Применяем источник питания

Более эффективный способ определить полярность – подключить светодиод к источнику питания. Внимание! Выбирать надо источник, напряжение которого не превышает допустимое напряжение светодиода. Можно соорудить самодельный тестер, используя обычную батарейку и резистор. Это требование связано с тем, что при обратном подключении светодиод может перегореть или ухудшить свои световые характеристики.

Некоторые говорят, что подключали светодиод и так и сяк, и он от этого не портился. Но все дело в предельном значении обратного напряжения. К тому же, лампочка может сразу и не погаснуть, но срок ее работы уменьшится, и тогда ваш светодиод проработает не 30-50 тысяч часов, как указано в его характеристиках, а в несколько раз меньше.

Если мощности элемента питания для светодиода не хватает, и прибор не светится, как вы его не подключаете, то можно соединить несколько элементов в батарею. Напоминаем, сто элементы соединяются последовательно плюс к минусу, а минус к плюсу.

Применение мультиметра

Существуют прибор, который называется мультиметром. Его с успехом можно использовать, чтобы узнать, куда подключать плюс, а куда минус. На это уходит ровным счетом одна минута. В мультиметре выбирают режим измерения сопротивления и прикасаются щупами к контактам светодиода. Красный провод указывает на подключение к плюсу, а черный – к минусу. Желательно, чтобы касание было кратковременным. При обратном включении прибор ничего не покажет, а при прямом включении (плюс к плюсу, а минус к минусу) прибор покажет значение в районе 1,7 кОм.

Можно также включать мультиметр на режим проверки диода. В этом случае при прямом включении светодиодная лампочка будет светиться.

Данный способ самый эффективный для лампочек, излучающих красный и зеленый свет. Светодиод, дающий синий или белый свет рассчитан на напряжение, большее 3 вольт, поэтому не всегда при подключении к мультиметру он будет светиться даже при правильной полярности. Из этой ситуации можно легко выйти, если использовать режим определения характеристик транзисторов. На современных моделях, таких как DT830 или 831, он присутствует.

Диод вставляют в пазы специальной колодки для транзисторов, которая обычно расположена в нижней части прибора. Используется часть PNP (как для транзисторов соответствующей структуры). Одну ножку светодиода засовывают в разъем С, который соответствует коллектору, вторую ножку – в разъем Е, соответствующий эмиттеру. Лампочка засветится, если катод (минус), будет подключен к коллектору. Таким образом, полярность определена.

где плюс и минус на светодиоде (анод и катод)

Светодиоды довольно часто используют в электротехнике, например, в качестве индикаторов. Для того чтобы диод работал и излучал свет, необходимо его правильно включить в электрическую цепь. А для этого нужно определить полярность светодиода. Рассмотрим способы, которые помогут это сделать.

Использование технической документации. Обозначение светодиода на схеме.

При покупке крупной партии LED устройств стоит запросить у продавца техническую документацию. Это поможет точно узнать многие характеристики изделия, не исключая полярность. На небольшое количество светодиодов паспорт обычно не дают. Но по точному названию марки элемента найти в интернете технические характеристики не составит труда.

На электрической схеме светодиоды изображают двумя способами.

Треугольником обозначают анод, вертикальной чертой – катод. Две стрелочки символизируют свечение.

Визуальное определение.

Если техническая документация недоступна, то для начала элемент стоит внимательно рассмотреть. Часто это помогает понять, где плюс у светодиода. У наиболее распространенного типа LED устройств – цилиндрического диода размером не менее 3,5 мм – один контакт длиннее. Такое конструктивное решение придумано для индикации полярности. Длинный вывод является положительным анодом.

Распознать плюс и минус можно, если удастся рассмотреть, что у светодиода внутри. Сквозь прозрачную оболочку заметно, что площадь анода (положительного контакта) меньше, чем у катода (отрицательного).

Если на корпусе светодиода имеется скос, то это признак катода.

Чем выше типоразмер и мощность LED изделия, тем больше шансы определить полярность «на глаз».

Находим анод и катод у LED элементов мощностью свыше 1Вт.

Мощные светодиоды используются в электротехнике. Как быстро определить их полярность? Довольно просто. Достаточно внимательно рассмотреть диод. При изготовлении контакты элементов мощностью свыше 0,5 Вт маркируют. Анод помечается знаком «+».

Распознаем полярность у светодиода в корпусе SMD.

Если светодиод выполнен в корпусе SMD, то рассмотреть, что же у него внутри невозможно. Как правило, производители заботятся об электротехниках и делают определенные пометки. Полярность можно распознать по срезу на корпусе, теплоотводу или пиктограмме. Первые два способа больше подходят для больших типоразмеров.

На корпусе таких диодов можно найти конструктивный срез. Именно он указывает на отрицательный контакт (катод). С противоположной стороны, соответственно, будет расположен положительный анод.

Теплоотвод с обратной стороны корпуса также подсказывает полярность. Он смещен к аноду.

На небольшие SMD диоды (например, типоразмер 1206) в качестве подсказки наносят специальные пиктограммы. Они имеют форму треугольника, буквы П или Т. Выступ обозначает катод.

Распознавание с помощью мультиметра.

Самый надежный способ распознания полярности − использование специальных приборов. При помощи обычного мультиметра можно обозначить контакты у диодов с высокой степенью точности. Попутно обнаружится исправность элемента и цвет свечения. Воспользоваться тестером можно 3-мя путями.

Во-первых, проверить LED устройство на режиме «проверка сопротивления – 2 кОм». При этом следует прикоснуться щупами мультиметра к контактам светодиода. Если красный положительный щуп тестера коснется анода диода, а черный отрицательный – катода, то экран покажет значение 1600-1800 Ом. В противоположном случае тестер выдаст единицу. Значит, щупы нужно поменять местами. Если и это не помогло, значит, элемент неисправен. Узнать цвет свечения таким методом не получится.

Во-вторых, можно установить мультиметр в режим «прозвонка, проверка диода». Если красный провод дотронется до анода, а черный – до катода, то элемент будет светиться. Экран покажет число от 500 до 1200 мВ.

В-третьих, многие тестеры позволяют проводить измерения вовсе без щупов. Мультиметр должен обладать специальным отделом для проверки PNP и NPN транзисторов. В них есть разъемы, обозначенные буквами «Е» и «С». При проверке элемента в PNP-зоне, если катод вставить в гнездо «С», а анод − в «Е», то светодиод начнет излучать свет. Следовательно, полярность определена верно. При работе в NPN-отсеке свечение появится при противоположном размещении контактов: катод в «Е», а анод в «С». Пожалуй, это самый скорый способ определения распиновки. Кстати, если у изучаемого светодиода нет длинных выводов, то можно в разъемы поместить иголки, и LED элемент аккуратно присоединять к ним.

Распознавание полярности источником питания.

Следующим наглядным методом для распознания катода и анода будет присоединение к источнику питания. Данный способ, как и предыдущий, позволяет узнать еще и исправность LED элемента.

Естественно, что для опыта необходим источник напряжения. Отлично подойдет блок питания с плавной регулировкой. Светодиод следует присоединить и постепенно увеличивать напряжение. Если при подаче 3-4 В элемент еще не светится, значит, с полярностью не угадали.

Если такого блока питания под рукой нет, то можно применить батарейку или аккумулятор от мобильного телефона. Поскольку напряжение на них может достигать 12 В, то напрямую светодиод присоединять нельзя. Для предупреждения поломки следует включить в цепь резистор. Выбрать подходящее по величине сопротивление вам поможет статья «Расчет резистора (сопротивления) для светодиода».

Резистор стоит подпаять к одному из контактов LED элемента. Полученной конструкцией коснуться выводов источника питания. Если полярность предположена верно, то диод начнет излучать свет. В ином случае, надо поменять контакты местами.

Если под рукой есть плоская севшая батарейка от часов или с материнской платы (тип CR2032), то можно обойтись без резистора. Напряжением таких источников питания не превышает 6 В, что безопасно для светодиода. Батарейку зажимают между выводами диода и по свечению или его отсутствию определяют полярность.

Итоги.

Описанные методы имеют свои сильные и слабые стороны. По технической документации и визуально невозможно проверить работоспособность светодиода. Проверка с помощью подачи напряжения требует особенной осторожности. А мощный светодиод не всегда удастся прозвонить мультиметром. Для успешной работы электротехнику стоит освоить все методы и применять их по необходимости.

где плюс, а где минус (анод, катод)

Хотя диодами называют радиоэлектронные устройства, имеющие всего два вывода, их нельзя подключать как придется. Полярность диода должна обязательно соблюдаться. Если этого не сделать, в лучшем случае схема не будет работать, в худшем диод может выйти из строя.

Для опытных радиолюбителей определить полярность прибора не составит труда, поэтому статья написана для малознакомых с радиотехникой людей. Поэтому прежде чем научиться определять полярность диода, разберем его устройство и принцип действия.

Устройство диода

Назначение диода пропускать ток в одном направлении и задерживать его в обратном. Чтобы этого добиться используют полупроводниковые материалы с разной проводимостью. Всего есть два способа передачи энергии:

с помощью электронов;
с помощью дырок.

Про электроны многие знают. У атома любой материи есть ядро и электроны. В металлах основным носителем энергии служат электроны, поскольку их достаточно легко можно оторвать от ядер. В диодах применяется другой материал — полупроводник.

До полупроводников применялись вакуумные лампы, где основным носителем также были электроны.

Этот материал отличается от металлов и диэлектриков тем, что в обычном состоянии он является диэлектриком – почти не пропускает через себя ток. При нагревании появляются освободившиеся электроны, которые могут участвовать в переносе заряда, то есть принимают свойства металлов, хотя и не в полной мере.

Хотя для создания диода могут использоваться разные материалы, например, металл, диэлектрик и подобные, мы поговорим о широко используемых диодах, состоящих из двух полупроводников. Материалом может служить:

кремний;
германий;
соединения галлия и индия.

Это лишь некоторые материалы, но их чаще всего используют. Далее к полупроводнику добавляют другой химический элемент, который при соединении с полупроводником либо отдает ему электрон (в этом случае говорят, что примесь донорная), либо забирает (тогда примесь называется акцепторной.).

В первом случае в полупроводнике наблюдается избыток электронов, во втором случае их недостает. Чтобы определить полярность диода, важно знать, какой тип полупроводника находится с одной и с другой стороны.

Всего существует два типа:

N-тип называют полупроводник с примесью, в котором основными носителями служат электроны, поскольку в этом материале их избыток. P-тип – полупроводник с недостатком электронов. Такую проводимость называют дырочной. Если эти два типа соединить вместе, то получим диод.

Как работает диод

Основа работы диода заключается в разной проводимости двух полупроводников (в этой статье речь только о них), соединенных вместе.

Полупроводник типа n пропускает электроны, а p-типа – дырки. Если полярность диода соблюдена, то есть на n-тип подается минус, а на p-тип – плюс, то на каждый тип подается прямое напряжение и диод открыт. Если знаки питания поменять местами, то есть подать обратное напряжение, то диод будет закрыт. Почему такое происходит?

В месте соединения двух полупроводников разной проводимостью образуется небольшая область смещения. Это когда электроны с n-типа частично переходят в область p-типа. В этом месте нет свободных электронов и дырок. Во время подключения прямого напряжения недостаток электронов и дырок восполняется источником питания, то есть закрытая для перехода носителей заряда зона почти исчезает.

Электроны, под действием электродвижущей силы, действующей в источнике питания, перепрыгивая из дырки в дырку, проходят участок p-типа и попадают на проводник.

Что будет, если поменять полярность питания: к участку n-типа подключить плюс, а к p-типа – минус? В этом случае электроны на участке n-типа отодвинутся к источнику питания, расширяя закрытую зону, тем самым увеличив внутреннее сопротивление диода. В этом случае диод будет закрыт.

Конечно, если повысить напряжение на диоде, то электроны смогут проскочить насыщенную область и через диод пойдет ток. Некоторые диоды работают именно в таком режиме, их называют стабилитронами.

Но выпрямительные диоды не «любят» такие условия и могут выйти из строя. Да и для стабилитронов оговаривается не только обратное напряжение, но и ток, при котором они могут работать. Если превысить указанные значения, то может произойти необратимый процесс – тепловой пробой и прибор выйдет из строя.

Катод и анод: где плюс и минус

Хотя у прибора всего два вывода необходимо знать, как определить полярность диода, чтобы не поставить его в обратном направлении? У диода имеется:

Слово, переведенное с греческого как анод, может означать вверх или от него. Вакуумные диоды на схемах изображаются в виде вытянутого круга, вверху которого располагается анод в виде перевернутой буквы «Т». Катод располагается внизу и обозначается горизонтальной круглой скобкой с отводом.

Электроны отрываются от катода и летят вверх, в сторону анода. Попадая на анод, они выходят во внешнюю цепь «от него». В этом случае анод должен быть подключен к положительному полюсу источника питания, а катод – к отрицательному. Про диод говорят, что он открыт и пропускает ток через себя. Когда полярность меняется, то есть на анод подается отрицательное напряжение, а на катод положительное – диод закрывается.

В полупроводниковых диодах анодом называется вывод от полупроводника p-типа, а катодом – вывод от полупроводника n-типа. В остальном принцип работы остается тем же самым.

Способы определения полярности диодов

Чтобы определить полярность диода, существует несколько способов:

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

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

Как узнать полярность диода по маркировке

Обычно производители дают подсказку, делая маркировку полярности диода. На крупных приборах могут быть проставлены значки диода – треугольник, упирающийся вершиной в короткий отрезок.

Вывод со стороны основания треугольника является анодом, он должен быть подключен к плюсу питания. Другой вывод, расположенный со стороны вершины треугольника с отрезком, будет катодом. К нему, соответственно, нужно будет подключить минус питания.

Если это выпрямительный диод, то он ставится в схему с переменным током. В этом случае на его аноде будет отрицательное напряжение, а на катоде — положительное. Помним, что электроны движутся относительно цепи питания от анода к катоду, а знак диода показывает направление движение дырок.

Это вызывает у новичков путаницу. Дело в том, что когда только начинали познавать электрический ток, считали, что заряд имеет положительный знак, значит, ток идет от положительно заряженного электрода к отрицательному.

Позднее разобрались, что основными носителями заряда являются электроны, а они имеют знак «—», но чтобы не переделывать схемы, которых к тому времени набралось немалое количество, оставили все как есть.

В большинстве случаев не имеет значения, каким способом переносится заряд.

Что касается мелких деталей, то на их корпусе со стороны вывода катода рисуется круговая полоска или ставится точка. На прямоугольных диодах обозначение полярности диода осуществляется полоской, которая может быть нарисована только на одной стороне прибора.

Как определить полярность диода мультиметром или тестером

Иногда бывает из-за старения или долгого хранения маркировка стирается и невозможно на вид определить, где анод, а где катод.

Совет. Не будет лишним даже новые диоды проверять на полярность. Это поможет сохранить полярность диода, даже если на заводе произошла ошибка с маркировкой.

Проверить полярность можно с помощью мультиметра. В новых конструкциях часто встречается режим проверки диода. Отыскать его можно с помощью значка диода, нарисованного на панели прибора.

Прежде чем приступать к измерениям, проверяют правильность подключения щупов: черный должен быть подключен к земле или общему проводу – это будет минус. Красный подключают к другому зажиму, возле него должно быть нарисовано несколько символов. По красному проводу будет идти «плюс» питания.

Включают прибор, устанавливают галетный переключатель на знак проверки диода. Щупами касаются двух выводов диода. Если слышен звуковой сигнал или прибор показывает небольшое сопротивление, значит, диод находится в открытом состоянии.

Это означает, что красный провод с положительным питанием подключен к аноду, а черный к катоду. Если звукового сигнала нет, а прибор показывает большое сопротивление, значит, диод закрыт. В этом случае на анод подается отрицательное напряжение (черный провод), а на катод положительное (красный провод).

Внимание! Некоторые диоды имеют малое обратное сопротивление, как правило, это мощные диоды. Поэтому чтобы определить полярность диода, нужно опираться на показания прибора. В том случае, когда сопротивление минимальное, это указывает на открытое состояние диода, в противном случае он закрыт. Если прямое и обратное сопротивления равны или бесконечно большие, это говорит о неисправности прибора.

При отсутствии режима проверки диода пользуются режимом проверки сопротивления. В этом случае показания снимаются только визуально.

С помощью источника питания (батарейки)

При отсутствии прибора можно воспользоваться источником постоянного тока с небольшим напряжением. Обычно это батарейка. Собирают следующую схему:

источник питания;
диод;
лампочка, рассчитанная на напряжение немного меньше выбранного питания;
переменный резистор с небольшим сопротивлением, зависит от напряжения питания и составляет от десятков Ом до 1 кОм.

Вместо лампочки можно выбрать светодиод, но это для тех, кто имеет опыт в таких проверках.

Собирают схему с помощью проводов. Лампочку удобнее использовать в патроне. К диоду и резистору провода припаивают, причем к резистору припаивают один провод к одному крайнему выводу, вторым замыкают средний и другой крайний вывод.

При пайке маломощных диодов, выполненных в небольшом стеклянном или пластиковом корпусе, необходимо пользоваться теплоотводом. В качестве теплоотвода могут подойти небольшие плоскогубцы, круглогубцы и подобные инструменты. Кто может работать паяльником, обходятся без теплоотвода.

Провода к источнику питания прижимают пальцами одной руки, второй рукой вращают ручку резистора.

Первоначально резистор устанавливают в положение, соответствующее максимальному сопротивлению. Постепенно уменьшая сопротивление, добиваются появления накала на нити лампочки. Если этого не происходит, меняют провода на источнике питания.

При появлении накала источник питания отключают, предварительно отмечая, к какому выводу диода поступает положительное питание, это и будет анодом.

Осторожно! Таким способом можно проверять мощные диоды, способные выдерживать большой прямой ток. Маломощные диоды можно проверять с помощью светодиодов или, лучше всего, с помощью прибора.

По технической документации

К сожалению, по внешнему виду некоторые диоды похожи на стабилитроны, работающие в обратном направлении. Чтобы не ошибиться с полярностью диода на схеме, необходимо удостовериться с помощью справочников, таблиц или прилагаемых к партии поясняющих документов.

В любом случае прежде чем устанавливать диод на схему, необходимо точно определить полярность диода.

Похожие материалы на сайте:

Понравилась статья — поделись с друзьями!

как определить где плюс, а где минус?

Известно, что светодиод в рабочем состоянии пропускает ток только в одном направлении. Если его подключить инверсионно, то постоянный ток через цепь не пройдет, и прибор не засветится. Происходит это потому, что по своей сущности прибор является диодом, просто не каждый диод способен светиться. Получается, что существует полярность светодиода, то есть он чувствует направление движения тока и работает только при определенном его направлении.
Определить полярность прибора по схеме не составит труда. Светодиод обозначают треугольником в кружке. Треугольник упирается всегда в катод (знак «−», поперечная черточка, минус), положительный анод находится с противоположной стороны.
Но как определить полярность, если вы держите в руках сам прибор? Вот перед вами маленькая лампочка с двумя выводами-проводками. К какому проводку подключать плюс источника, а к какому минус, чтобы схема заработала? Как правильно установить сопротивление где плюс?

Определяем зрительно

Применяем источник питания

Применение мультиметра

Как определить полярность светодиода?

Светодиод, как и обычный диод, имеет два вывода: анод и катод.

Выводы светодиода на схеме указываются таким образом, что стрелка диода обозначает прямое направление тока, от анода (+) к катоду (-), следовательно, анод подключается к положительному полюсу, а катод к отрицательному.

Как определить где катод, а где анод? Это можно сделать несколькими способами, самый простой – визуально. Обычно длинная ножка светодиода указывает на то, что это анод, его подключаем к “+” источника питания.

Если же это SMD светодиод, то метка указывает на сторону, где расположен катод светодиода. Зачастую в SMD светодиодах расположено несколько кристаллов, поэтому вывод может быть не один, а к примеру 3 как на светодиоде 5050.

С помощью батарейки

Если светодиод не новый, по ножкам определить уже нельзя, но есть еще один простой способ — воспользоваться батарейкой CR2032, которую можно найти в брелоке от сигнализации или материнской плате компьютера. Ее напряжение 3 В, этого вполне хватит практически для всех маломощных светодиодов.

Необходимо поочередно приложить выводы диода к полюсам батарейки, в том положении, в котором он засветится к “+” батарейки приложен анод, соответственно к “-“ – катод.

С помощью мультиметра

Определить полярность светодиода можно также с помощью мультиметра. Необходимо просто поставить в режим прозвонки диодов (или измерения сопротивления) и поочередно приложить к выводам. Когда красный щуп мультиметра будет приложен к аноду, диод начнет светиться.

Этот способ крайне полезен, когда светодиод имеет очень малые размеры (SMD) или смонтирован на плате. Также с помощью мультиметра можно проверить исправность светодиода, если он не начнет светиться при любом положении щупов, вероятно, он вышел из строя.

Просмотров:

Как запомнить полярность диода в символе? (Самообеспечение ответил)

Две мнемонические техники я упомяну. Обе техники я выучил у кого-то еще много лет назад.

Мы можем легко вспомнить, что анод сокращенно обозначен как А, а катод — как К. Это стандартно и легко запомнить.

Теперь напишите K

Теперь просто заполните пробелы, чтобы сделать его диодным.

Теперь сторона диода, на которой нарисован K , — это катод (K).

По умолчанию противоположной стороной является анод (A).

Теперь, если однажды мы научимся распознавать K , если диод будет ориентироваться в другом направлении на диаграмме, мы можем легко идентифицировать анод и катод.

————————————————— —————

Треугольник внутри диода, делает знак стрелки . Это говорит о направлении разрешенного направления тока.

Из второго метода мы легко запоминаем направление тока.

И вл. Выбранный участок схемы (интересующий участок) (здесь диодный) катод — это электрод, из которого вырывается положительный заряд;

и анод интересующей части схемы (здесь диод) является электродом, который всасывает положительный заряд.

Таблица выше: анод-катод против плюс-минус

Это применимо не только для диодов. Это применимо для любых компонентов, таких как электрохимическая (батарея) -элемент, электролитическая ячейка, катодно-лучевая трубка ( ЭЛТ ) и т. Д.

Анод, представляющий интерес для цепи (здесь диод), должен быть присоединен с катодом цепи (здесь батарея).

И катод, представляющий интерес для схемы (здесь диод), который должен быть присоединен к аноду аналога цепи (здесь аккумулятор).

В интересующей части схемы (здесь это диод) ток течет в направлении от анода к катоду.

В аналоге этой выбранной части или внешней части пути ток течет от анода (выбранной части, здесь диода) к катоду (выбранной части, здесь диода).

Диоды: описание, подключение, схема, характеристики

Содержание

Принцип работы
Разновидности, назначения и примеры использования
Вывод
FAQ

Принцип работы

Диод — один из элементарных “кирпичиков”, который несмотря на свою принципиальную простоту, настолько разнообразен в исполнении и широте применения, что без него не обходится ни одно из электронных устройств, даже радикально отличающихся друг от друга. А профессия у него самая понятная: пропускать ток в одном направлении и не пропускать в обратном, на этом все. Широкими мазками устройство диода можно объяснить и изобразить так:

Внутри корпуса находятся два электрода из разных материалов, один из них имеет недостаток электронов (так называемый P-тип), другой избыток (P-тип). Между ними имеется граница (P-N переход). Граница эта становится либо проводником, когда плюс напряжения подается на анод диода, либо диэлектриком, когда плюс подается, соответственно, на катод. Вот и все что нам нужно пока знать, если не хотим вдаваться в подробности конструкции и химического состава электродов.

Разновидности и назначения

Простота принципа работы вовсе не значит, что диод — узкоспециализированное устройство, годное лишь показать пару трюков. Вот не самая полная таблица разновидностей диодов по конструктивному типу.

Кратко рассмотрим лишь некоторые из них, которые чаще всего используются в DIY-изделиях.

Диод универсальный. Он же диод выпрямительный. Исполняет титульные диодные обязанности: пропускает сквозь себя ток только в одном направлении. В современном виде для маломощной электроники выглядит как одноцветный (чаще — черный) цилиндр с поперечной полосой со стороны катода.

В SMD исполнении они еще компактнее. Полоска присутствует тоже со стороны катода.

Силовые же диоды, рассчитанные на большие токи, особенно советского производства, выглядят намного суровее и запросто могут быть использованы в качестве холодного оружия. Анод, в данном случае, расположен со стороны “хвоста”.

Одно из частых применений: “выпрямление” тока, то есть его преобразование из переменного в постоянный. Для этого четыре диода собираются в несложную схему, называемую в народе “диодный мост”.

Диоды отправляют на плюс только положительные фазы напряжения каждого из входящих электродов, на выходе получается постоянный ток, остается лишь его немного сгладить и привести к нужному вольтажу.

Защитная функция. Тут все понятно, не допускает случайной переполюсовки, то есть при подключении питания “наоборот” дальнейшая схема не пострадает.

Защита от индуктивности. Многие потребители тока грешат наличием так называемой индуктивности, то есть в случае отключения питания некоторое время “тормозят”, продолжая по инерции вырабатывать ток самостоятельно, причем в обратном направлении. Ярким примером считается электромотор, будучи раскрученным и отключенным, он превращается в генератор, и пока ротор вращается, в сеть отправляется вполне ощутимый ток. Индуктивностью обладают очень многие устройства и элементы, даже не имеющие механически подвижных частей. Если не принять мер, индуктивный ток способен навредить элементам электрической схемы, особенно таким чувствительным, как, например, транзисторы. В роли защитника проще всего использовать наш диод, подключая его параллельно индуктивной нагрузке, но в обратном направлении.

Таким образом он пропускает только “правильный” ток, но отсекает вредный индуктивный. На заметку: диод обязателен к использованию с любыми индуктивными элементами в вашей схеме.

Диодный детектор. В симбиозе с конденсатором способен выделить сигналы определенной частоты из общей массы, что позволяет принимать амплитудно-модулированные данные. Нашел широкое применение в аналоговых радиоприемниках и телевизорах.

Одним из побочных свойств диода является падение напряжения при его использовании. Для универсального типа оно составляет порядка 0,7-0,8 В, что очень важно учитывать при проектировании. Кроме очевидных минусов, в этом можно заметить и некоторые возможности. Часть особо капризных электронных модулей требует нестандартное питание, к примеру широко известный SIMM800L, способный превратить Ардуино в сотовый телефон. Согласно даташиту напряжение на входе должно составлять от 3,4 до 4,4 В, при меньшем его работа будет нестабильна, при большем начнет перегреваться и, в конечном итоге, сгорит. Проще всего, хоть и не лучше, уменьшить вольтаж добавлением в цепь питания диода или двух, что обеспечит безопасное напряжение. То же самое рекомендуется сделать с сигнальным входом RX.

Стабилитрон. Он же диод Зенера, по фамилии изобретателя.

В отличие от универсального диода способен пропускать обратный ток, если тот превышает некоторое заранее установленное в стабилитроне значение. Будучи умышленно подключеным в обратном направлении, выполняет таким образом функцию “перепускного клапана”, сбрасывая “излишки” напряжения на минус.

В результате — при напряжении на входе выше заданного — на выходе получаем стабильное напряжение с номиналом, который установлен в стабилитроне. Это один из самых простых способов понизить напряжение до заданного, при правильном расчете мощности стабилитрона и токоограничивающего резистора. Кроме того, схема является одной из самых точных, часто используется для калибровки измерительных приборов. В продаже имеется широкий ряд диодов Зенера, отличающихся по рабочему напряжению и мощности, можно подобрать практически под любую задачу. Но необходимо помнить, что стабилитрон только ограничивает напряжение, то есть отсекает лишнее, поднять его до номинала он, конечно же, не сможет.

Для приведенного выше примера с SIMM800L данный способ добывания правильного вольтажа предпочтительней, так как напряжение будет гораздо стабильнее и точнее.

Диод Шоттки. Еще одна авторская разновидность, известная также как диод сигнальный. Внешне от универсального ничем не отличается, а на схемах изображается с характерными завитками.

В отличие от обычного универсального полупроводникового диода, Шоттке имеет два преимущества: очень высокое быстродействие и малое падение напряжения, всего 0,2-0,3 В. К недостаткам, относительно универсального, можно отнести малый максимальный вольтаж и неспособность самовосстанавливаться после пробоя.

Благодаря своим свойствам диоды Шоттке успешно используются в блоках питания, импульсных стабилизаторах напряжения, в передатчиках и приемниках цифровых сигналов, и прочих устройствах, где важна скорость и нежелательна большая потеря вольтажа.

Светодиод. Очень популярный электронный компонент. Применяется как источник света (в том числе в невидимых диапазонах), так и для индикации чего угодно. Может похвастаться очень большим количеством разновидностей по форме, размеру, мощности, яркости, цвету и так далее.

Не следует использовать светодиод для ограничения направления тока, как обычный диод, в неправильной полярности он способен молча, но быстро выйти из строя. Кроме того, он имеет очень малое внутреннее сопротивление и при прямом подключении к источнику питания даже в правильной полярности сгорит тоже быстро, правда уже со спецэффектом. Для подключения в цепь обязательно добавляется токоограничивающий резистор, номинал которого следует рассчитать в зависимости от типа светодиода и вольтажа питания. Например так.

Популярный трехцветный светодиод, это три обычных светодиода, заточенных в один корпус. И для каждого из них обязательно нужен свой резистор.

Пример подключения трехцветного светодиода с общим катодом.

Знаменитый же за последние годы адресный светодиод отличается от многоцветного лишь встроенным в него собственным микроконтроллером (ШИМ-драйвером) и пресловутыми обязательными резисторами. Все в одном микроскопическом корпусе.

Фотодиод. Как светодиод, только наоборот. Работает в двух режимах: как генератор тока и как детектор освещенности.

В первом случае, как правило, преобразует солнечный свет в электричество, правда, с небольшим КПД, в районе 20%. Во втором случае подключается в обратной полярности и способен улавливать даже очень слабые отблески света, что в ряде случае может быть полезнее, чем использование для этой цели фоторезистора.

Вывод

Диод — многоликий и многофункциональный элемент электроники, решающий ряд разнообразных задач — от защиты электронных схем до генерации тока из солнечного света. Здесь мы рассмотрели лишь малую часть разновидностей диодов и их назначений. Знание возможностей и различий этих простых, но важных устройств и умение применять их в реальных электронных схемах незаменимо для каждого DIY-мастера.

FAQ

Вопрос: можно ли использовать стабилитрон в качестве обычного диода?
Можно, если напряжение заведомо не превышает установленного в этом стабилитроне, но лучше использовать его по назначению.

Вопрос: если светодиод может сгореть при неправильной полярности, как можно заранее определить где у него плюс, где минус?
У нового светодиода ножки разной длины, длинная — это плюс (анод). Если же кто-то заранее откусил ножки, можно определить полярность по внешнему виду внутренних электродов, анод намного меньше катода. Также, по слухам, корпус светодиода со стороны анода имеет более выступающую “юбочку”, но это не точно.

Вопрос: Как проверить работоспособность универсального диода?
С помощью любого мультиметра. Включаем его в режиме омметра, соединяем красный щуп с анодом, черный с катодом, прибор должен показывать ноль. Если перекинуть щупы наоборот, прибор покажет разрыв цепи (OL в цифровых мультиметрах). Если покажет как-то иначе, значит диод испорчен.

Вопрос: какова скорость “включения” и “выключения” светодиодов?
Зависит от типа светодиода. Для обычных, которые чаще всего используются в DIY-проектах, это время составляет сотню-другую наносекунд, то есть довольно быстро, может использоваться, к примеру, для анимации и передачи данных.

Полярность

— learn.sparkfun.com

Добавлено в избранное Любимый 45

Полярность диодов и светодиодов

Примечание: Мы будем иметь в виду поток тока относительно положительных зарядов (т. Е. Обычного тока) в цепи.

Диоды позволяют току течь только в одном направлении, и они всегда поляризованы . У диода два вывода. Положительная сторона называется анодом , а отрицательная — катодом .

Обозначение диодной цепи с маркировкой анода и катода.

Ток через диод может течь только от анода к катоду, что объясняет, почему важно, чтобы диод был подключен в правильном направлении. Физически каждый диод должен иметь какую-то индикацию анода или катода. Обычно диод имеет линию рядом с выводом катода , которая совпадает с вертикальной линией в символе цепи диода.

Ниже приведены несколько примеров диодов. Верхний диод, выпрямитель 1N4001, имеет серое кольцо возле катода. Ниже на сигнальном диоде 1N4148 используется черное кольцо для маркировки катода. Внизу находится пара диодов для поверхностного монтажа, каждый из которых использует линию, чтобы отметить, какой вывод является катодом.

Обратите внимание на линии на каждом устройстве, обозначающие сторону катода, которые совпадают с линией на изображении выше.

Светодиоды

LED означает светоизлучающий диод , что означает, что, как и их диодные собратья, они поляризованы.Есть несколько идентификаторов для поиска положительных и отрицательных контактов на светодиодах. Вы можете попробовать найти более длинную ногу , которая должна указывать на положительный анодный штифт.

Или, если кто-то подрезал ножки, попробуйте найти плоский край на внешнем корпусе светодиода. Штифт, ближайший к плоскому краю , будет отрицательным катодным штифтом.

Могут быть и другие индикаторы. SMD-диоды имеют ряд идентификаторов анода / катода. Иногда проще всего проверить полярность с помощью мультиметра.Установите мультиметр в положение диода (обычно обозначается символом диода) и прикоснитесь каждым щупом к одной из клемм светодиода. Если светодиод горит, положительный датчик касается анода, а отрицательный датчик касается катода. Если он не загорается, попробуйте поменять местами зонды.

Полярность крошечного желтого светодиода для поверхностного монтажа проверяется с помощью мультиметра. Если положительный вывод касается анода, а отрицательный — катода, светодиод должен загореться.

Диоды, безусловно, не единственный поляризованный компонент. Есть масса деталей, которые не будут работать при неправильном подключении. Далее мы обсудим некоторые другие распространенные поляризованные компоненты, начиная с интегральных схем.

← Предыдущая страница
Что такое полярность?

Работа диода — Energy Education

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

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

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

Смещение

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

Обратное смещение

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

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

Прямое смещение

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

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

Прямое напряжение и напряжение пробоя

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

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

Для дальнейшего чтения

Для получения дополнительной информации см. Соответствующие страницы ниже:

Список литературы

Подключение светодиодов

Полярность светодиода

Светодиоды — это диоды, которые представляют собой электронные устройства, пропускающие ток только в одном направлении.Это означает, что светодиоды (и другие диоды) имеют положительную (+) и отрицательную (-) стороны. Для работы светодиода его необходимо подключить к источнику напряжения правильной стороной. Сторона подачи напряжения диода является положительной (+) стороной, она называется анодом . Отрицательная сторона называется катодом .

Поскольку диоды изготовлены из полупроводникового материала, они имеют очень определенное напряжение, при котором они будут включаться. Если напряжение питания, которое вы используете, больше, чем напряжение включения, вам понадобится резистор между одним из выводов светодиода и подключением к GND или к напряжению питания.

Светодиодный резистор

Чтобы убедиться, что светодиод не повреждается слишком большим током, соединение между ним и источником напряжения требует резистора. Величина необходимого сопротивления зависит от того, какой ток будет использовать светодиод, чтобы он был достаточно ярким, чтобы видеть, но не настолько, чтобы он перегорел. Обычно это около 20 мА для большинства одноцветных светодиодов. Чтобы выбрать правильное значение сопротивления для светодиода, вам также необходимо знать, какое у него напряжение включения (Vf).Красный светодиод использует наименьшее количество напряжения для включения, около 1,8 В, в то время как некоторые синие светодиоды требуют более 3,0 В.

Чтобы решить, какое сопротивление вам нужно, вам нужно использовать закон Ома для тока через резистор. Этот ток равен той же величине, что течет к светодиоду, но напряжение на резисторе другое, потому что светодиод имеет напряжение включения, которое вы вычитаете из напряжения питания:

Напряжение резистора = напряжение питания - напряжение включения светодиода (Vf)

Для расчета сопротивления, необходимого при токе 20 мА для красного светодиода с Vf, равным 2.0 в:

R = (3,3 В - 2,0 В) / 0,02 А = 65 Ом

Вот небольшая таблица с несколькими вариантами резисторов для красных светодиодов с разными значениями Vf:

Поставка	Vf	R
3.3 v	1.8 v	75 Ом
3.3 v	2.0 v	65 Ом
3.3 v	2.2 v	55 Ом

Все о светодиодах

Диод

Обзор

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

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

Типовой диод и обозначение его принципиальной схемы

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

Диод позволяет току течь только в одном направлении.

Свойства полупроводниковых материалов

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

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

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

Ковалентные связи в кристаллической решетке

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

Кристаллическая решетка кремния со свободными электронами и дырками

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

Ток в собственном полупроводнике

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

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

Структура кристаллической решетки кремния n-типа

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

Основными носителями заряда в материале n-типа являются электроны.

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

Структура кристаллической решетки кремния p-типа

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

Основными носителями заряда в материале p-типа являются дырки.

P-n переход

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

Электроны и дырки рядом с переходом мигрируют через него.

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

Слой обеднения создается миграцией носителей заряда.

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

Показанный здесь переход имеет обратное смещение.

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

Прямое смещение

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

Секция через кремниевый диод

Характеристики диодов

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

Характеристики кремниевых и германиевых диодов.

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

Преобразование мощности

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

Базовый однополупериодный выпрямитель

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

Двухполупериодный мостовой выпрямитель

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

Обычный ток в положительном полупериоде

Обычный ток в отрицательном полупериоде

Точечный диод

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

Конструкция точечного диода

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

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

Стабилитрон

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

Условное обозначение принципиальной схемы стабилитрона

Характеристическая кривая напряжения и тока стабилитрона

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

куда:

I _MAX = максимальный обратный ток

P = номинальная мощность диода

В = напряжение стабилитрона

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

Простая схема регулятора питания

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

В _Z × I _MAX = 8,2 В × 0,110 A = 0,902 Вт

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

В _R	=	3,8 В	= 34,545 Ом
I _MAX		0,110 A

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

В _R × I _MAX = 3,8 В × 0,110 A = 0,418 Вт

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

Вакуумная трубка »Электроника

Диодный клапан или вакуумная трубка могут использоваться в качестве выпрямителя, и в дополнение к этому его работа составляет основу работы, на которой построены другие формы клапана или трубки.

Вакуумные трубки / термоэлектронные клапаны Включает:
Основы Как работает трубка Электроды для вакуумных трубок Диодный клапан / трубка Триод Тетроде Луч Тетрод Пентод Эквиваленты Штыревые соединения Системы нумерации Патрубки / основания клапанов Лампа бегущей волны

Диодный вентиль или трубка до сих пор широко используются, и в минувшие годы использовалось огромное количество этих устройств.

Диодный элемент является самым основным из всех термоэмиссионных или вакуумных ламповых устройств, имеющих только два активных электрода, тем не менее, он по-прежнему является важным компонентом, работу которого необходимо понимать, если нужно понимать другие формы вакуумных ламп или термоэмиссионных клапанов.

Современный ламповый усилитель

Основы диодного клапана

Самая обычная форма диодного клапана или вакуумной лампы — это диод. Он состоит из двух проводящих электродов, помещенных в вакуумированную стеклянную колбу.Они называются катодом и анодом.

Катод нагревается, и обнаруживается, что электроны «выкипают» из электрода в результате энергии, которую они получают в результате нагрева.

Отрицательно заряженные электроны оставляют на катоде положительный заряд, который имеет тенденцию втягивать их обратно, и в результате вокруг катода существует облако электронов, интенсивность которого уменьшается по мере увеличения расстояния от катода. Те электроны, которые путешествуют дальше всего, обладают наибольшей энергией.

Тем не менее обнаружено, что если резистор помещен между катодом и анодом, будет видно, что ток действительно течет в результате электронов, испускаемых катодом.

Если резистор помещен между анодом и катодом диодного клапана, тогда будет течь ток.

Если электрон имеет достаточно энергии, чтобы достичь анода, он останется там, если у него не будет достаточно энергии для выхода, но они могут течь обратно в катод через внешний резистор.

Можно видеть, что электронный ток может течь от катода к аноду в результате выхода электронов с катода, но электроны не могут покинуть анод.

В результате ток может течь только в одном направлении. Следовательно, если на диодный клапан или диодную трубку подается переменный сигнал, то он пропускает только половину цикла, тем самым выпрямляя сигнал.

Если схему немного изменить и на анод будет приложен положительный потенциал, то он будет притягивать дополнительные электроны, и ток будет протекать через батарею.И снова ток может течь только в одном направлении.

Основные операции диодного клапана или трубки

Эта функция может использоваться для выпрямления входной мощности линии или сети, позволяя создавать постоянный ток, мощность постоянного тока, создаваемую из переменного тока, вход переменного тока. Его также можно использовать для обнаружения радиосигналов, и фактически он был первым, который использовали для термоэмиссионных клапанов или электронных ламп. Именно Амброуз Флеминг из Университетского колледжа Лондона первым придумал обнаруживать сигналы с помощью диодного клапана.

Выпрямительный клапан Early Marconi U5

Диодный клапан косвенного нагрева

В ранних диодных клапанах использовался катод с прямым нагревом. Он состоял из нагревательного элемента, который также действовал как катод. Это существенно ограничивало работу этих устройств. Использование переменного тока для обогревателей позволило трансформатору обеспечить питание обогревателя непосредственно от входящей сети, что снизило эксплуатационные расходы, так как батареи прослужили недолго и были дорогими:

Индуцированный фон: Когда переменный ток использовался для питания клапанов с прямым нагревом, было обнаружено, что переменный ток влияет на работу клапана, и некоторое количество переменного тока может накладываться на выходной сигнал.
Катод с прямым нагревом подключен к источнику питания нагревателя: Катод с прямым нагревом означает, что катод подключен к напряжению нагревателя, и это предотвращает использование общего источника питания нагревателя для нескольких клапанов, которым могут потребоваться разные катодные напряжения.

Решением обеих проблем было использование электрически разделенного нагревательного элемента, который использовался для нагрева катода. Этот метод, известный как косвенный нагрев, почти повсеместно используется для всех вентилей, будь то диодные вентили, триоды или что-то еще.

Полупериодный диодный вентильный выпрямитель

Простейшей формой выпрямителя с диодным вентилем является однополупериодный выпрямитель. Это требует только использования выпрямителя с одним диодным вентилем. Однако он не так эффективен, как некоторые другие формы выпрямителя.

Клапан / ламповый полупериодный выпрямитель

Можно видеть, что если переменная форма волны приложена к диодному клапану или диодной лампе, она проводит больше половины формы волны, а не другую. Это означает, что при выпрямлении сигналов переменного тока эффективность составляет только 50%, так как половина сигнала используется, а другая половина отбрасывается.

Двухполупериодный диодный вентильный выпрямитель

Чтобы использовать обе половины цикла альтернативной формы сигнала, можно использовать двухполупериодный выпрямитель. Точно так же, как это может быть реализовано с полупроводниковыми диодами, то же самое может быть достигнуто с помощью диодных вентилей. Фактически, двухполупериодные выпрямительные диодные клапаны доступны с одним устройством, содержащим два выпрямителя.

Двухполупериодный выпрямитель с клапаном / лампой

В схеме двухполупериодного выпрямителя разные диоды в выпрямителе обрабатывают разные половины формы волны.Таким образом используются обе половины формы волны. Кроме того, тот факт, что время между пиками короче, означает, что сглаживание формы волны намного проще.

Как видно на схеме, в наличии имеются двухполупериодные выпрямительные клапаны / лампы. Они содержали два анода и один катод, что позволяло выполнять двухполупериодное выпрямление с помощью одного клапана.

Также следует отметить, что диоды выпрямителя источника питания часто используют отдельный источник питания 5 В, тогда как общий стандарт для нагревателей, используемых для самого оборудования, составлял 6.3 вольта, хотя часто использовались и другие напряжения.

Детектор сигнала диодного клапана

Амброуз Флеминг изобрел первый диодный клапан, исследуя обнаружение или демодуляцию радиосигналов. Фактически детектор с диодным вентилем может использоваться для сигналов с амплитудной модуляцией.

Действие выпрямителя с диодным вентилем можно увидеть ниже, где демодулируется амплитудно-модулированный сигнал, состоящий из несущей переменной амплитуды. Чтобы восстановить модуляцию, сигнал выпрямляется, а затем несущая удаляется с использованием конденсатора в качестве высокочастотного фильтра.

Обнаружение / демодуляция сигнала

Это очень простая, но эффективная форма демодуляции AM, хотя у нее есть свои недостатки. Уровни искажения могут быть высокими, потому что характеристика диода не будет полностью линейной, и этот вид диодного детектора также подвержен искажениям в результате избирательного замирания — проблема, которая очевидна в полосах частот, обычно используемых для передачи с амплитудной модуляцией.

Другие электронные компоненты:
Резисторы Конденсаторы Индукторы Кристаллы кварца Диоды Транзистор Фототранзистор Полевой транзистор Типы памяти Тиристор Разъемы ВЧ разъемы Клапаны / трубки Аккумуляторы Переключатели Реле
Вернуться в меню «Компоненты».. .

Введение в диоды

Раздел 2.0 Введение в диоды.
• Обозначения диодных цепей.
• Ток через диоды.
• Конструкция диода.
• PN-переход.
• Прямое и обратное смещение.
• Характеристики диода.
Раздел 2.1 Кремниевые выпрямители.
• Маркировка полярности.
• Параметры выпрямителя.
Раздел 2.2 Диоды Шоттки.
• Конструкция диода Шоттки.
• Потенциал соединения Шоттки.
• Высокоскоростное переключение.
• Выпрямители мощности Шоттки.
• Ограничения по току Шоттки.
• Защита от перенапряжения.
Раздел 2.3 слабосигнальных диода.
• Конструкция малосигнального диода.
• Формирование волны.
• Обрезка.
• Зажим / восстановление постоянного тока.
• Приложения HF.
• Защитные диоды.
Раздел 2.4 Стабилитроны.
• Конструкция стабилитрона.
• Обозначения схем Зенера.
• Эффект Зенера.
• Эффект лавины.
• Практичные стабилитроны.
Раздел 2.5. Светодиоды.
• Работа светодиода.
• Световое излучение.
• Цвета светодиодов.
• Расчеты цепей светодиодов.
• Светодиодные матрицы.
• Тестирование светодиодов.
Раздел 2.6 Лазерные диоды.
• Лазерный свет.
• Основы атома.
• Конструкция лазерного диода.
• Лазерная накачка.
• Управление лазерным диодом.
• Лазерные модули.
• Лазерная оптика.
• Классы лазерных диодов.
Раздел 2.7 Фотодиоды.
• Основы фотодиодов.
• Приложения.
• Конструкция лазерного диода.
• Лазерная накачка.
• Управление лазерным диодом.
• Лазерные модули.
• Лазерная оптика.
• Классы лазерных диодов.
Раздел 2.8 Проверка диодов.
• Неисправности диодов.
• Проверка диодов с помощью омметра.
• Определение соединений диодов.
• Выявление неисправных диодов.
Раздел 2.9 Тест диодов.
• Проверьте свои знания о диодах.

Рисунок 2.0.1.Диоды

Введение

Диоды — одни из самых простых, но наиболее полезных из всех полупроводниковых устройств. Многие типы диодов используются в широком диапазоне приложений. Выпрямительные диоды — жизненно важный компонент в источниках питания, где они используются для преобразования сетевого напряжения переменного тока в постоянное. Стабилитроны используются для стабилизации напряжения, предотвращения нежелательных изменений в подаче постоянного тока в цепи и для подачи точных опорных напряжений для многих схем. Диоды также можно использовать для предотвращения катастрофического повреждения оборудования с батарейным питанием, когда батареи подключены с неправильной полярностью.

Сигнальные диоды также широко используются при обработке сигналов в электронном оборудовании; они используются для получения аудио- и видеосигналов из передаваемых радиочастотных сигналов (демодуляция), а также могут использоваться для формирования и изменения форм сигналов переменного тока (ограничение, ограничение и восстановление постоянного тока). Диоды также встроены во многие цифровые интегральные схемы, чтобы защитить их от опасных скачков напряжения.

Рис. 2.0.2 Обозначения диодных цепей

Светодиоды

излучают многоцветный свет в очень широком спектре оборудования от простых индикаторных ламп до огромных и сложных видеодисплеев.Фотодиоды также производят электрический ток из света.

Диоды изготавливаются из полупроводниковых материалов, в основном кремния, с добавлением различных соединений (комбинаций более чем одного элемента) и металлов в зависимости от функции диода. Ранние типы полупроводниковых диодов были сделаны из селена и германия, но эти типы диодов были почти полностью заменены более современными конструкциями кремния.

На рис. 2.0.1 показаны следующие диоды с общим проводом на концах:

1.Три силовых выпрямителя (мостовой выпрямитель для работы с сетевым (линейным) напряжением и два выпрямительных диода сетевого напряжения).

2. Точечный диод (в стеклянной капсуле) и диод Шоттки.

3. Кремниевый малосигнальный диод.

4. Стабилитроны в корпусе из стекла или черной смолы.

5. Подборка светодиодов. Против часовой стрелки от красного: желтый и зеленый светодиоды, инфракрасный фотодиод, теплый белый светодиод 5 мм и синий светодиод высокой яркости 10 мм.

Обозначения диодных цепей

Диод — односторонний провод. Он имеет два вывода: анод или положительный вывод и катод или отрицательный вывод. В идеале диод будет пропускать ток, когда его анод сделан более положительным, чем его катод, но предотвращать протекание тока, когда его анод более отрицательный, чем его катод. В условных обозначениях схем, показанных на рис. 2.0.2, катод показан в виде стержня, а анод — в виде треугольника. На некоторых принципиальных схемах анод диода может также обозначаться буквой «а», а катод — буквой «к».

В каком направлении течет диодный ток?

Обратите внимание на рис. 2.0.2, что обычный ток течет от положительной (анодной) клеммы к отрицательной (катодной) клемме, хотя движение электронов (электронный поток) происходит в противоположном направлении, от катода к аноду.

Конструкция кремниевого диода

Рис. 2.0.3 Кремниевый планарный диод

Современные кремниевые диоды обычно производятся с использованием одной из различных версий планарного процесса, который также используется для изготовления транзисторов и интегральных схем.Многослойная конструкция, используемая в методах Silicon Planar, дает ряд преимуществ, таких как предсказуемые характеристики и надежность, а также является преимуществом для массового производства.

Упрощенный планарный кремниевый диод показан на рис. 2.0.3. Использование этого процесса для кремниевых диодов позволяет получить два слоя кремния с различным легированием, которые образуют «PN переход». Нелегированный или «собственный» кремний имеет решеточную структуру из атомов, каждый из которых имеет четыре валентных электрона, но кремний P-типа и кремний N-типа легируют путем добавления относительно очень небольшого количества материала, имеющего атомную структуру с тремя валентными электронами (например,г. Бор или алюминий), чтобы получить P-тип, или пять валентных электронов (например, мышьяк или фосфор), чтобы получить кремний N-типа. Эти легированные версии кремния известны как «примесный» кремний. Кремний P-типа теперь имеет нехватку валентных электронов в своей структуре, что также можно рассматривать как избыток «дырок» или носителей положительного заряда, тогда как слой N-типа легирован атомами, имеющими пять электронов в его валентной оболочке и поэтому имеет избыток электронов, которые являются носителями отрицательного заряда.

Диод PN Junction

Рис. 2.0.4 Слой истощения диода

Когда кремний P- и N-типа объединяются во время производства, создается переход, где встречаются материалы P-типа и N-типа, и отверстия, расположенные рядом с переходом в кремнии P-типа, притягиваются к отрицательно заряженному материалу N-типа на другой стороне. перехода. Кроме того, электроны, расположенные рядом с переходом в кремнии N-типа, притягиваются к положительно заряженному кремнию P-типа. Следовательно, вдоль перехода между кремнием P- и N-типа создается небольшой естественный потенциал между полупроводниковым материалом P и N с отрицательно заряженными электронами, которые теперь находятся на стороне P-типа перехода, и положительно заряженными дырками на стороне N. соединение.Этот слой носителей заряда противоположной полярности накапливается до тех пор, пока его не станет достаточно, чтобы предотвратить свободное движение любых дальнейших дырок или электронов. Из-за этого естественного электрического потенциала в переходе между слоями P и N в PN-переходе образовался очень тонкий слой, который теперь обеднен носителями заряда и поэтому называется обедненным слоем. Поэтому, когда диод подключен к цепи, ток не может течь между анодом и катодом, пока анод не станет более положительным, чем катод, с помощью прямого потенциала или напряжения (V _F), по крайней мере, достаточного для преодоления естественного обратного потенциала соединение.Это значение зависит в основном от материалов, из которых сделаны слои P и N диода, и от количества используемого легирования. Различные типы диодов имеют естественный обратный потенциал в диапазоне примерно от 0,1 В до 2 или 3 В. Кремниевые диоды с PN-переходом имеют потенциал перехода от 0,6 до 0,7 В.

Диод прямой проводимости

Рис. 2.0.5 Диод вперед

Проводимость

Когда напряжение, приложенное к аноду, становится более положительным, чем на катоде, на величину, превышающую потенциал обедненного слоя, начинается прямая проводимость от анода к обычному катоду, как показано на рис.2.0.5.

Когда напряжение, приложенное между анодом и катодом, увеличивается, прямой ток сначала увеличивается медленно, поскольку носители заряда начинают пересекать обедненный слой, а затем быстро возрастает примерно по экспоненте. Следовательно, сопротивление диода, когда он «включен» или проводит в режиме «прямого смещения», не равно нулю, а очень мало. Поскольку прямая проводимость увеличивается после преодоления потенциала истощения по примерно следующей экспоненциальной кривой, прямое сопротивление (V / I) незначительно изменяется в зависимости от приложенного напряжения.

Диод с обратным смещением

Рис. 2.0.6 Обратный диод

Смещенный

Когда диод смещен в обратном направлении (анод подключен к отрицательному напряжению, а катод — к положительному), как показано на рис. 2.0.6, положительные отверстия притягиваются к отрицательному напряжению на аноде и от перехода. Точно так же отрицательные электроны притягиваются от перехода к положительному напряжению, приложенному к катоду. Это действие оставляет большую площадь на стыке без каких-либо носителей заряда (положительных дырок или отрицательных электронов) по мере расширения обедненного слоя.Поскольку область перехода теперь обеднена носителями заряда, она действует как изолятор, и по мере того, как более высокие напряжения прикладываются с обратной полярностью, обедненный слой становится еще шире, чем больше носителей заряда удаляется от перехода. Диод не будет проводить при приложенном обратном напряжении (обратном смещении), за исключением очень небольшого «обратного тока утечки» (I _R), который в кремниевых диодах обычно меньше 25 нА. Однако, если приложенное напряжение достигает значения, называемого «обратным напряжением пробоя» (V _RRM), ток в обратном направлении резко возрастает до точки, где, если ток не ограничен каким-либо образом, диод будет разрушен.

Вольт-амперные характеристики диода

Рис 2.0.7. Типичный диод I / V

Характеристика

Работа диодов, описанная выше, также может быть описана специальным графиком, называемым «характеристической кривой». Эти графики показывают взаимосвязь между фактическими токами и напряжениями, связанными с различными клеммами устройства. Понимание этих графиков помогает понять, как работает устройство.

Для диодов характеристическая кривая называется ВАХ, потому что она показывает взаимосвязь между напряжением, приложенным между анодом и катодом, и результирующим током, протекающим через диод.Типичная ВАХ показана на рис. 2.0.7.

Оси графика показывают как положительные, так и отрицательные значения и поэтому пересекаются в центре. Пересечение имеет нулевое значение как для тока (ось Y), так и для напряжения (ось X). Оси + I и + V (верхняя правая область графика) показывают круто возрастающий ток после области начального нулевого тока. Это прямая проводимость диода, когда анод положительный, а катод отрицательный. Первоначально ток не течет, пока приложенное напряжение не превысит потенциал прямого перехода.После этого ток резко возрастает примерно по экспоненте.

Оси -V и -I показывают состояние обратного смещения (нижняя левая область графика). Здесь можно увидеть, что очень небольшой ток утечки увеличивается с увеличением обратного напряжения. Однако, как только достигается обратное напряжение пробоя, обратный ток (-I) резко возрастает.

Начало страницы

NSDEMN11XV6T1

% PDF-1.4 % 1 0 объект > эндобдж 5 0 obj > эндобдж 2 0 obj > эндобдж 3 0 obj > ручей Акробат Дистиллятор 7.0.5 (Windows) 2006-05-05T19: 18: 12-07: 00BroadVision, Inc.2020-11-20T17: 19: 56 + 08: 002020-11-20T17: 19: 56 + 08: 00application / pdf

ON Semiconductor

NSDEMN11XV6T1

uuid: cb9f91ce-b8cc-4861-b0e2-85346859a81fuuid: 3a4ed82d-e066-432e-b557-d880cd6fe55d конечный поток эндобдж 4 0 obj > эндобдж 6 0 obj > эндобдж 7 0 объект > эндобдж 8 0 объект > эндобдж 9 0 объект > эндобдж 10 0 obj > эндобдж 11 0 объект > эндобдж 12 0 объект > эндобдж 13 0 объект > эндобдж 14 0 объект > эндобдж 15 0 объект > эндобдж 16 0 объект > эндобдж 17 0 объект > эндобдж 18 0 объект > эндобдж 19 0 объект > эндобдж 20 0 объект > ручей HVKoFz = 9RU ׎ XLɁhD $ 5va4y | 37DKx1x’4aFnPXDǯf4) D [HJFhFw? ‘!’ = sg? Mүǃ # TiYD z # b ^ j8 ֛˶ YEpJU) BH 㡘 7DjK! K} 2> њ8p hN