Схема диода: Диоды и их разновидности

Содержание

Принцип работы диодов для чайников

Диод является одной из разновидностей приборов, сконструированных на полупроводниковой основе. Обладает одним p-n переходом, а также анодным и катодным выводом. В большинстве случаев он предназначен для модуляции, выпрямления, преобразования и иных действий с поступающими электрическими сигналами.

диод

Принцип работы:

  1. Электрический ток воздействует на катод, подогреватель начинает накаливаться, а электрод испускать электроны.
  2. Между двумя электродами происходит образование электрического поля.
  3. Если анод обладает положительным потенциалом, то он начинает притягивать электроны к себе, а возникшее поле является катализатором данного процесса. При этом, происходит образование эмиссионного тока.
  4. Между электродами происходит образование пространственного отрицательного заряда, способного помешать движению электронов. Это происходит, если потенциал анода оказывается слишком слабым. В таком случае, частям электронов не удается преодолеть воздействие отрицательного заряда, и они начинают двигаться в обратном направлении, снова возвращаясь к катоду.
  5. Все электроны, которые достигли анода и не вернулись к катоду, определяют параметры катодного тока. Поэтому данный показатель напрямую зависит от положительного анодного потенциала.
  6. Поток всех электронов, которые смогли попасть на анод, имеет название анодный ток, показатели которого в диоде всегда соответствуют параметрам катодного тока. Иногда оба показателя могут быть нулевыми, это происходит в ситуациях, когда анод обладает отрицательным зарядом. В таком случае, возникшее между электродами поле не ускоряет частицы, а, наоборот, тормозит их и возвращает на катод. Диод в таком случае остается в запертом состоянии, что приводит к размыканию цепи.

принцип работы диода

Устройство

устройство диода

Ниже приводится подробное описание устройства диода, изучение этих сведений необходимо для дальнейшего понимания принципов действия этих элементов:

  1. Корпус представляет собой вакуумный баллон, который может быть изготовлен из стекла, металла или прочных керамических разновидностей материала.
  2. Внутри баллона имеется 2 электрода. Первый является накаленным катодом, который предназначен для обеспечения процесса эмиссии электронов. Самый простейший по конструкции катод представляет собой нить с небольшим диаметром, которая накаливается в процессе функционирования, но на сегодняшний день более распространены электроды косвенного накала. Они представляют собой цилиндры, изготовленные из металла, и обладающие особым активным слоем, способным испускать электроны.
  3. Внутри катода косвенного накала имеется специфический элемент – проволока, которая накаливается под воздействием электрического тока, она называется подогреватель.
  4. Второй электрод является анодом, он необходим для приема электронов, которые были выпущены катодом. Для этого он должен обладать положительным относительно второго электрода потенциалом. В большинстве случаев анод также имеет цилиндрическую форму.
  5. Оба электрода вакуумных приборов полностью идентичны эмиттеру и базе полупроводниковой разновидности элементов.
  6. Для изготовления диодного кристалла чаще всего используется кремний или германий. Одна из его частей является электропроводимой по p-типу и имеет недостаток электронов, который образован искусственным методом. Противоположная сторона кристалла также имеет проводимость, но n-типа и обладает избытком электронов. Между двумя областями имеется граница, которая и называется p-n переходом.

Такие особенности внутреннего устройства наделяют диоды их главным свойством – возможностью проведения электрического тока только в одном направлении.

Назначение

диодНиже приводятся основные области применения диодов, на примере которых становится понятно их основное назначение:

  1. Диодные мосты представляют собой 4, 6 или 12 диодов, соединенных между собой, их количество зависит от типа схемы, которая может быть однофазной, трехфазной полумостовой или трехфазной полномостовой. Они выполняют функции выпрямителей, такой вариант чаще всего используется в автомобильных генераторах, поскольку внедрение подобных мостов, а также использование вместе с ними щеточно-коллекторных узлов, позволило в значительной степени сократить размеры данного устройства и увеличить степень его надежности. Если соединение выполнено последовательно и в одну сторону, то это повышает минимальные показатели напряжения, которое потребуется для отпирания всего диодного моста.
  2. Диодные детекторы получаются при комбинированном использовании данных приборов с конденсаторами. Это необходимо для того, чтобы было можно выделить модуляцию с низкими частотами из различных модулированных сигналов, в том числе амплитудно-модулированной разновидности радиосигнала. Такие детекторы являются частью конструкции многих бытовых потребителей, например, телевизоров или радиоприемников.
  3. Обеспечение защиты потребителей от неверной полярности при включении схемных входов от возникающих перегрузок или ключей от пробоя электродвижущей силой, возникающей при самоиндукции, которая происходит при отключении индуктивной нагрузки. Для обеспечения безопасности схем от возникающих перегрузок, применяется цепочка, состоящая из нескольких диодов, имеющих подключение к питающим шинам в обратном направлении. При этом, вход, которому обеспечивается защита, должен подключаться к середине этой цепочки. Во время обычного функционирования схемы, все диоды находятся в закрытом состоянии, но если ими было зафиксировано, что потенциал входа ушел за допустимые пределы напряжения, происходит активация одного из защитных элементов. Благодаря этому, данный допустимый потенциал получает ограничение в рамках допустимого питающего напряжения в сумме с прямым падением показателей напряжение на защитном приборе.
  4. Переключатели, созданные на основе диодов, используются для осуществления коммутации сигналов с высокими частотами. Управление такой системой осуществляется при помощи постоянного электрического тока, разделения высоких частот и подачи управляющего сигнала, которое происходит благодаря индуктивности и конденсаторам.
  5. Создание диодной искрозащиты. Используются шунт-диодные барьеры, которые обеспечивают безопасность путем ограничения напряжения в соответствующей электрической цепи. В совокупности с ними применяются токоограничительные резисторы, которые необходимы для ограничения показателей электрического тока, проходящего через сеть, и увеличения степени защиты.

Использование диодов в электронике на сегодняшний день весьма широко, поскольку фактически ни одна современная разновидность электронного оборудования не обходится без этих элементов.

Прямое включение диода

прямое включение диода

На p-n-переход диода может оказывать воздействие напряжение, подаваемое с внешних источников. Такие показатели, как величина и полярность, будут сказываться на его поведении и проводимом через него электрическом токе.

Ниже подробно рассмотрен вариант, при котором происходит подключение плюса к области p-типа, а отрицательного полюса к области n-типа. В этом случае произойдет прямое включение:

  1. Под воздействием напряжения от внешнего источника, в p-n-переходе сформируется электрическое поле, при этом его направление будет противоположным относительно внутреннего диффузионного поля.
  2. Напряжение поля значительно снизится, что вызовет резкое сужение запирающего слоя.
  3. Под воздействием этих процессов значительное количество электронов обретет возможность свободно переходить из p-области в n-область, а также в обратном направлении.
  4. Показатели тока дрейфа во время этого процесса остаются прежними, поскольку они напрямую зависят только от числа неосновных заряженных носителей, находящихся в области p-n-перехода.
  5. Электроны обладают повышенным уровнем диффузии, что приводит к инжекции неосновных носителей. Иными словами, в n-области произойдет повышение количества дырок, а в p-области будет зафиксирована повышенная концентрация электронов.
  6. Отсутствие равновесия и повышенное число неосновных носителей заставляет их уходить вглубь полупроводника и смешиваться с его структурой, что в итоге приводит к разрушению его свойств электронейтральности.
  7. Полупроводник при этом способен восстановить свое нейтральное состояние, это происходит благодаря получению зарядов от подключенного внешнего источника, что способствует появлению прямого тока во внешней электрической цепи.

Обратное включение диода

обратное включение диода

Теперь будет рассмотрен другой способ включения, во время которого изменяется полярность внешнего источника, от которого происходит передача напряжения:

  1. Главное отличие от прямого включения заключается в том, что создаваемое электрическое поле будет обладать направлением, полностью совпадающим с направлением внутреннего диффузионного поля. Соответственно, запирающий слой будет уже не сужаться, а, наоборот, расширяться.
  2. Поле, находящееся в p-n-переходе, будет оказывать ускоряющий эффект на целый ряд неосновных носителей заряда, по этой причине, показатели дрейфового тока останутся без изменений. Он будет определять параметры результирующего тока, который проходит через p-n-переход.
  3. По мере роста обратного напряжения, электрический ток, протекающий через переход, будет стремиться достичь максимальных показателей. Он имеет специальное название – ток насыщения.
  4. В соответствии с экспоненциальным законом, с постепенным увеличением температуры будут увеличиваться и показатели тока насыщения.

Прямое и обратное напряжение

напряжения диода

Напряжение, которое оказывает воздействие на диод, разделяют по двум критериям:

  1. Прямое напряжение – это то, при котором происходит открытие диода и начинается прохождение через него прямого тока, при этом показатели сопротивления прибора являются крайне низкими.
  2. Обратное напряжение – это то, которое обладает обратной полярностью и обеспечивает закрытие диода с прохождением через него обратного тока. Показатели сопротивления прибора при этом начинают резко и значительно расти.

Сопротивление p-n-перехода является постоянно меняющимся показателем, в первую очередь на него оказывает влияние прямое напряжение, подающееся непосредственно на диод. Если напряжение увеличивается, то показатели сопротивления перехода будут пропорционально уменьшаться.

Это приводит к росту параметров прямого тока, проходящего через диод. Когда данный прибор закрыт, то на него воздействует фактически все напряжение, по этой причине показатели проходящего через диод обратного тока являются незначительными, а сопротивление перехода при этом достигает пиковых параметров.

Работа диода и его вольт-амперная характеристика

вольт-амперная характеристика диода

Под вольт-амперной характеристикой данных приборов понимается кривая линия, которая показывает то, в какой зависимости находится электрический ток, протекающий через p-n-переход, от объемов и полярности напряжения, воздействующего на него.

Подобный график можно описать следующим образом:

  1. Ось, расположенная по вертикали: верхняя область соответствует значениям прямого тока, нижняя область параметрам обратного тока.
  2. Ось, расположенная по горизонтали: область, находящаяся справа, предназначена для значений прямого напряжения; область слева для параметров обратного напряжения.
  3. Прямая ветвь вольт-амперной характеристики отражает пропускной электрический ток через диод. Она направлена вверх и проходит в непосредственной близости от вертикальной оси, поскольку отображает увеличение прямого электрического тока, которое происходит при увеличении соответствующего напряжения.
  4. Вторая (обратная) ветвь соответствует и отображает состояние закрытого электрического тока, который также проходит через прибор. Положение у нее такое, что она проходит фактически параллельно относительно горизонтальной оси. Чем круче эта ветвь подходит к вертикали, тем выше выпрямительные возможности конкретного диода.
  5. По графику можно наблюдать, что после роста прямого напряжения, протекающего через p-n-переход, происходит медленное увеличение показателей электрического тока. Однако постепенно, кривая достигает области, в которой заметен скачок, после которого происходит ускоренное нарастание его показателей. Это объясняется открытием диода и проведением тока при прямом напряжении. Для приборов, изготовленных из германия, это происходит при напряжении равном от 0,1В до 0,2В (максимальное значение 1В), а для кремниевых элементов требуется более высокий показатель от 0,5В до 0,6В (максимальное значение 1,5В).
  6. Показанное увеличение показателей тока может привести к перегреву полупроводниковых молекул. Если отведение тепла, происходящее благодаря естественным процессам и работе радиаторов, будет меньше уровня его выделения, то структура молекул может быть разрушена, и этот процесс будет иметь уже необратимый характер. По этой причине, необходимо ограничивать параметры прямого тока, чтобы не допустить перегрева полупроводникового материала. Для этого, в схему добавляются специальные резисторы, имеющие последовательное подключение с диодами.
  7. Исследуя обратную ветвь можно заметить, что если начинает увеличиваться обратное напряжение, которое приложено к p-n-переходу, то фактически незаметен рост параметров тока. Однако в случаях, когда напряжение достигает параметров, превосходящих допустимые нормы, может произойти внезапный скачок показателей обратного тока, что перегреет полупроводник и будет способствовать последующему пробою p-n-перехода.

Основные неисправности диодов

диод

Иногда приборы подобного типа выходят из строя, это может происходить из-за естественной амортизации и старения данных элементов или по иным причинам.

Всего выделяют 3 основных типа распространенных неисправностей:

  1. Пробой перехода приводит к тому, что диод вместо полупроводникового прибора становится по своей сути самым обычным проводником. В таком состоянии он лишается своих основных свойств и начинает пропускать электрический ток в абсолютно любом направлении. Подобная поломка легко выявляется при помощи стандартного мультиметра, который начинает подавать звуковой сигнал и показывать низкий уровень сопротивления в диоде.
  2. При обрыве происходит обратный процесс – прибор вообще перестает пропускать электрический ток в каком-либо направлении, то есть он становится по своей сути изолятором. Для точности определения обрыва, необходимо использовать тестеры с качественными и исправными щупами, в противном случае, они могут иногда ложно диагностировать данную неисправность. У сплавных полупроводниковых разновидностей такая поломка встречается крайне редко.
  3. Утечка, во время которой нарушается герметичность корпуса прибора, вследствие чего он не может исправно функционировать.

Пробой p-n-перехода

пробой p-n перехода диода

Подобные пробои происходят в ситуациях, когда показатели обратного электрического тока начинают внезапно и резко расти, происходит это из-за того, что напряжение соответствующего типа достигает недопустимых высоких значений.

Обычно различается несколько видов:

  1. Тепловые пробои, которые вызваны резким повышением температуры и последующим перегревом.
  2. Электрические пробои, возникающие под воздействием тока на переход.

График вольт-амперной характеристики позволяет наглядно изучать эти процессы и разницу между ними.

Электрический пробой

Последствия, вызываемые электрическими пробоями, не носят необратимого характера, поскольку при них не происходит разрушение самого кристалла. Поэтому при постепенном понижении напряжения можно восстановить всей свойства и рабочие параметры диода.

При этом, пробои такого типа делятся на две разновидности:

  1. Туннельные пробои происходят при прохождении высокого напряжения через узкие переходы, что дает возможность отдельно взятым электронам проскочить через него. Обычно они возникают, если в полупроводниковых молекулах имеется большое количество разных примесей. Во время такого пробоя, обратный ток начинает резко и стремительно расти, а соответствующее напряжение находится на низком уровне.
  2. Лавинные разновидности пробоев возможны благодаря воздействию сильных полей, способных разогнать носителей заряда до предельного уровня из-за чего они вышибают из атомов ряд валентных электронов, которые после этого вылетают в проводимую область. Это явление носит лавинообразный характер, благодаря чему данный вид пробоев и получил такое название.

Тепловой пробой

Возникновение такого пробоя может произойти по двум основным причинам: недостаточный теплоотвод и перегрев p-n-перехода, который происходит из-за протекания через него электрического тока со слишком высокими показателями.

Повышение температурного режима в переходе и соседних областях вызывает следующие последствия:

  1. Рост колебания атомов, входящих в состав кристалла.
  2. Попадание электронов в проводимую зону.
  3. Резкое повышение температуры.
  4. Разрушение и деформация структуры кристалла.
  5. Полный выход из строя и поломка всего радиокомпонента.

Статья была полезна?

0,00 (оценок: 0)

общие сведения и принцип работы, способы подключения к электрической цепи, возможные неисправности

Схема диодаДиод — это электронный элемент, который обладает различной проводимостью. Он изготовлен на полупроводниковой основе и предназначен для выполнения разнообразных действий с поступающими электрическими сигналами. Применяется это приспособление не только в промышленности, электронике, но и в повседневной жизни. Большинство современного оборудования имеет в своём составе несколько таких элементов.

Общие сведения

Прежде чем рассматривать, как работает диод, необходимо подробно изучить его устройство, разновидности и узнать, зачем он применяется. Это поможет лучше понять принцип действия и выбрать максимально эффективное приспособление для определённого оборудования.

Устройство диода

Диод (от англ. diode) выглядит просто и имеет конструкцию, состоящую из небольшого количества элементов. Это позволяет мастерам не приобретать дорогостоящие изделия, а изготавливать их своими руками. Самодельные приспособления хоть и стоят намного дешевле, но выполняют те же функции, что и покупные.

Так как диоды часто изображаются на электросхемах, то определение их параметров считается довольно важным мероприятием. Обозначением для этих элементов служит комбинация символов VD1, VD2 и так далее.

Схема диода предусматривает наличие следующих элементов:

  1. Где используются диодыКорпус. Он представляет собой стеклянный, керамический или металлический вакуумный баллон.
  2. Два электрода (катод и анод). Они располагаются внутри баллона и используются для обеспечения эмиссии электронов. Чаще всего применяются электроды косвенного накала, которые имеют цилиндрическую форму, и обладают специальным слоем, испускающим электроны. В некоторых старых конструкциях можно встретить эти элементы в виде тонкой нити, накаливающейся в процессе работы приспособления.
  3. Подогреватель. Он находится внутри катода и устроен в виде проволоки, которая накаливается из-за прохождения электрического тока.
  4. Диодный кристалл. Для изготовления этого элемента применяется германий или кремний. Одна его часть проводит электричество и имеет недостаточное количество электронов, а вторая — избыток.
  5. P-n переход — область между первой и второй частью диодного кристалла.

Принцип действия

Принцип работы диода довольно простой и разобраться в нём сможет не только профессионал, но и новичок. Для этого не нужно иметь специальное образование или навыки работы с таким приспособлением, а достаточно обладать общим представлением об устройстве.

Принцип действия диода:

  1. Принцип работы дидовЭлектрический ток проходит через устройство и воздействует на катод диода.
  2. Из-за этого подогреватель постепенно накаляется, а электрод начинает испускать электроны.
  3. Следствием этого становится образование электрического поля между двумя электродами, которое является катализатором процесса притяжения электронов к аноду, обладающему положительным зарядом. Благодаря этому образуется эмиссионный ток.
  4. Пространственный отрицательный заряд, который появляется между двумя электродами, препятствует движению электронов к аноду. Из-за этого часть их меняет своё направление, и начинает двигаться к катоду.
  5. Попавшие на анод электроны образуют анодный ток, параметры которого соответствуют катодному.
  6. Если электрическое поле, возникшее между электродами, препятствует возвращению частиц на катод, то электродиод остаётся в запертом состоянии. Всё это приводит к размыканию цепи.

Разновидности приспособлений

Производители электронных элементов делают несколько типов диодов. Все они немного отличаются друг от друга, имеют различные свойства, а также используются для достижения определённых целей.

Диоды бывают:

  1. Как применяются диодыВыпрямительные. Это наиболее распространённый тип приспособлений, который используется в устройствах, способствующих преобразованию переменного тока промышленной частоты в постоянный.
  2. Высокочастотные. Большинство моделей современного оборудования функционируют при рабочей частоте в несколько гигагерц. В таких конструкциях применяются специальные диоды, рассчитанные на высокую частоту.
  3. Переключающие. Эти приспособления используются в тех схемах, где диод должен работать в различных режимах. В одном из них он оказывается смещённым в прямом направлении, а в другом — в обратном.
  4. Стабилитроны. Такие элементы применяются только в конструкциях, помогающих стабилизировать напряжение, поступающее к оборудованию.
  5. Варикапы. Они используются в параметрических усилителях и прочих подобных устройствах. С их помощью происходит коррекция частотной модуляции и автоматическая подстройка частоты.
  6. Диоды Шоттки. Назначение этого приспособления — малое падение напряжения при прямом включении. Область их применения ограничивается низковольтными электрическими цепями.
  7. Тиристоры (управляемые диоды). Они часто применяются в схемах, которые предназначены для плавного пуска двигателя, регулировки мощности или включения лампочки.
  8. Симисторы. Эта разновидность диодов используется для обеспечения работы систем, питающихся от переменного напряжения, так как способна пропускать электричество в обоих направлениях. Они представляют собой 2 тиристора, соединённые между собой.

Область применения

Диоды широко применяются по всему миру и входят в состав различных приспособлений. В большинстве случаев несколько таких элементов объединяются в общую конструкцию. Их количество выбирается исходя из типа и особенностей каждой схемы.

Использование диодов в электротехнике:

  1. Виды диодовДиодные мосты. В их составе может находиться от 4 до 12 диодов, которые последовательно соединены друг с другом. Они применяются для однофазных и трёхфазных схем, где выполняют функцию выпрямителей. В большинстве случаев такие диодные мосты устанавливаются на генераторах автомобилей. Благодаря им не только увеличивается надёжность устройства, но и уменьшаются его размеры.
  2. Диодные детекторы. Они представляют собой конструкцию, которая сочетает в себе не только несколько диодов, но и конденсаторы. Благодаря этому достигается способность выделять модуляцию с низкими частотами из соответствующих сигналов. Такие детекторы часто используются при изготовлении радиоприёмников и телевизоров.
  3. Диодная искрозащита. Для её создания применяются специальные диодные барьеры, которые ограничивают напряжение в имеющейся электрической цепи. Вместе с ними используются специальные токоограничительные резисторы, необходимые для контроля за величиной параметров проходящего электрического тока.
  4. Переключатели на основе диодов. Эти устройства дополняются конденсаторами и коммутируют высокочастотные сигналы. При этом контроль за работой осуществляется с помощью подачи управляющего сигнала, разделения высоких частот и применения постоянного тока.

Способы подключения

Существует несколько стандартных вариантов подключения диода в электрическую цепь. Все они используются в определённых схемах и позволяют достичь требуемого результата.

Прямой вариант

Этот способ включения диода в электрическую цепь называют наиболее простым и часто используемым. В его основе лежит подсоединение положительного полюса к области p-типа, а отрицательного — к n-типа.

Описание работы диода при прямом подключении:

  1. Какие бывают диодыНа устройство подаётся электрический ток, под воздействием которого образуется электрическое поле в области между двумя электродами. Его направление будет противоположным по отношению к внутреннему диффузионному полю.
  2. Затем происходит резкое сужение запирающего слоя, которое получается из-за значительного снижения напряжения электрического поля.
  3. Следствием этого станет способность большинства электронов свободно перемещаться из одной области (n-типа) в другую (p-типа).
  4. Во время этого процесса показатели дрейфового тока не изменятся, так как они зависят только от количества заряженных частиц, находящихся в области p-n перехода.
  5. Электроны способны перемещаться из n-области в p-область, что приводит к дисбалансу их концентрации. В одной из областей будет недостаток частиц, а в другой — избыток.
  6. Из-за этого часть электронов перемещается вглубь полупроводника, что становится причиной разрушения его электронейтральности.
  7. В этом случае полупроводник стремится к восстановлению своей нейтральности и начинает получать заряд от подключённого источника питания. Всё это приводит к образованию тока во внешней электроцепи.

Обратный метод

Этот способ подключения диода к общей схеме используется гораздо реже. В его основе лежит изменение полярности внешнего источника питания, который участвует в процессе передачи напряжения.

Особенности функционирования диода при обратном включении:

  1. Сфера применения диодовПосле включения источника питания в области p-n перехода образуется электрическое поле. Его направление будет одинаковым с внутренним диффузионным полем.
  2. Из-за этого будет происходить расширение запирающего слоя.
  3. Находящееся в области p-n перехода поле будет ускорять движение электронов, но оставлять неизменными показатели дрейфующего тока.
  4. Из-за всех этих действий будет постепенно нарастать обратное напряжение, которое поспособствует стремлению электрического тока к максимальным значениям.

Возможные неисправности

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

Специалисты по ремонту различают 4 вида неисправностей.

Среди них такие:

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

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

Полупроводниковый диод. Принцип его работы, параметры и разновидности.

Устройство, параметры и разновидности диодов

В самом начале радиотехники первым активным элементом была электронная лампа. Но уже в двадцатые годы прошлого века появились первые приборы доступные для повторения радиолюбителями и ставшие очень популярными. Это детекторные приёмники. Более того они выпускались в промышленном масштабе, стоили недорого и обеспечивали приём двух-трёх отечественных радиостанций работавших в диапазонах средних и длинных волн.

Именно в детекторных приёмниках впервые стал использоваться простейший полупроводниковый прибор, называемый вначале детектором и лишь позже получивший современное название – диод.

Диод это прибор, состоящий всего из двух слоёв полупроводника. Это слой “p”- позитив и слой “n”- негатив. На границе двух слоёв полупроводника образуется “p-n” переход. Анодом является область “p”, а катодом зона “n”. Любой диод способен проводить ток только от анода к катоду. На принципиальных схемах он обозначается так.

Условное графическое обозначение диода

Как работает полупроводниковый диод.

В полупроводнике “n” типа имеются свободные электроны, частицы со знаком минус, а в полупроводнике типа “p” наличествуют ионы с положительным зарядом, их принято называть «дырки». Подключим диод к источнику питания в обратном включении, то есть на анод подадим минус, а на катод плюс. Между зарядами разной полярности возникает притяжение и положительно заряженные ионы тянутся к минусу, а отрицательные электроны дрейфуют к плюсу источника питания. В “p-n” переходе нет носителей зарядов, и отсутствует движение электронов. Нет движения электронов – нет электрического тока. Диод закрыт.

Диод закрыт

При прямом включении диода происходит обратный процесс. В результате отталкивания однополярных зарядов все носители группируются в зоне перехода между двумя полупроводниковыми структурами. Между частицами возникает электрическое поле перехода и рекомбинация электронов и дырок. Через “p-n” переход начинает протекать электрический ток. Сам процесс носит название «электронно-дырочная проводимость». При этом диод открыт.

Диод открыт

Возникает вполне естественный вопрос, как из одного полупроводникового материала удаётся получить структуры, обладающие различными свойствами, то есть полупроводник “n” типа и полупроводник “p” типа. Этого удаётся добиться с помощью электрохимического процесса называемого легированием, то есть внесением в полупроводник примесей других металлов, которые и обеспечивают нужный тип проводимости. В электронике используются в основном три полупроводника. Это германий (Ge), кремний (Si) и арсенид галлия (GaAs). Наибольшее распространение получил, конечно, кремний, так как запасы его в земной коре поистине огромны, поэтому стоимость полупроводниковых приборов на основе кремния весьма невысока.

При добавлении в расплав кремния ничтожно малого количества мышьяка (As) мы получаем полупроводник “n” типа, а легируя кремний редкоземельным элементом индием (In), мы получаем полупроводник “p” типа. Присадок для легирования полупроводниковых материалов достаточно много. Например, внедрение атомов золота в структуру полупроводника увеличивает быстродействие диодов, транзисторов и интегральных схем, а добавление небольшого числа различных примесей в кристалл арсенида галлия определяет цвет свечения светодиода.

Типы диодов и область их применения.

Семейство полупроводниковых диодов очень большое. Внешне они очень похожи за исключением некоторых групп, которые отличаются конструктивно и по ряду параметров. Наиболее распространены следующие модификации полупроводниковых диодов:

  • Выпрямительные диоды. Предназначены для выпрямления переменного тока.

    Быстровосстанавливающийся диод RU4Am

  • Стабилитроны. Обеспечивают стабилизацию выходного напряжения.

  • Диоды Шоттки. Предназначены для работы в импульсных преобразователях и стабилизаторах напряжения. Например, в блоках питания персональных компьютеров.

  • Импульсные диоды отличаются очень высоким быстродействием и малым временем восстановления. Они применяются в импульсных блоках питания и в другой импульсной технике. К этой группе можно отнести и туннельные диоды.

    Быстрый диод RGP30J

  • СВЧ диоды имеют определённые конструктивные особенности и работают в устройствах на высоких и сверхвысоких частотах.

  • Диоды Ганна. Они предназначены для генерирования частот до десятков гигагерц.

  • Лавинно-пролётные диоды генерируют частоты до 180 ГГц.

  • Фотодиоды имеют миниатюрную линзу и управляются световым излучением. В зависимости от типа могут работать как в инфракрасном, так и в ультрафиолетовом диапазоне спектра.

  • Светодиоды. Излучают видимый свет практически любой длины волны. Спектр применения очень широк. Рассматриваются как альтернатива электрическим лампам накаливания и других осветительных приборов.

    Мощный светодиод

  • Твёрдотельный лазер так же представляет собой полупроводниковый диод. Спектр применения очень широк. От приборов военного назначения до обычных лазерных указок, которые легко купить в магазине. Его можно обнаружить в лазерных считывателях CD/DVD-плееров, а также лазерных уровнях (нивелирах), используемых в строительстве. Чтобы не говорили сторонники лазерной техники, как ни крути, лазер опасен для зрения. Так что, будьте внимательны при обращении с ним.

Также стоит отметить, что у каждого типа диодов есть и подгруппы. Так, например, среди выпрямительных есть и ультрабыстрые диоды. Могут называться как Ultra-Fast Rectifier, HyperFast Rectifier и т.п. Пример – ультрабыстрый диод с малым падением напряжения STTH6003TV/CW (аналог VS-60CPH03). Это узкоспециализированный диод, который применяется, например, в сварочных аппаратах инверторного типа. Диоды Шоттки являются быстродействующими, но не способны выдерживать больших обратных напряжений, поэтому вместо них применяются ультрабыстрые выпрямительные диоды, которые способны выдерживать большие обратные напряжения и огромные прямые токи. При этом их быстродействие сравнимо с быстродействием диодов Шоттки.

Мощные выпрямительные ультрабыстрые диоды

Параметры полупроводниковых диодов.

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

В импульсных и переключающих диодах важна скорость переключения и время восстановления, то есть скорость полного открытия и полного закрытия. В мощных силовых диодах важна рассеиваемая мощность. Для этого их монтируют на специальные радиаторы. А вот диоды, работающие в слаботочных устройствах, ни в каких радиаторах не нуждаются.

Но есть параметры, которые считаются важными для всех типов диодов, перечислим их:

  • U пр. – допустимое напряжение на диоде при протекании через него тока в прямом направлении. Превышать это напряжение не стоит, так как это приведёт к его порче.

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

    Очень чувствительны к превышению обратного напряжения диоды Шоттки, которые очень часто выходят из строя по этой причине. Обычные диоды, например, выпрямительные кремниевые более устойчивы к превышению обратного напряжения. При незначительном его превышении они переходят в режим обратимого пробоя. Если кристалл диода не успевает перегреться из-за чрезмерного выделения тепла, то изделие может работать ещё долгое время.

  • I пр. – прямой ток диода. Это очень важный параметр, который стоит учитывать при замене диодов аналогами или при конструировании самодельных устройств. Величина прямого тока для разных модификаций может достигать величин десятков и сотен ампер. Особо мощные диоды устанавливают на радиатор для отвода тепла, который образуется из-за теплового действия тока. P-N переход в прямом включении также обладает небольшим сопротивлением. На небольших рабочих токах его действие не заметно, но вот при токах в единицы-десятки ампер кристалл диода ощутимо нагревается. Так, например, выпрямительный диодный мост в сварочном инверторном аппарате обязательно устанавливают на радиатор.

  • I обр. – обратный ток диода. Обратный ток – это так называемый ток неосновных носителей. Он образуется, когда диод закрыт. Величина обратного тока очень мала и его в подавляющем числе случаев не учитывают.

  • U стаб. – напряжение стабилизации (для стабилитронов). Подробнее об этом параметре читайте в статье про стабилитрон.

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

Главная &raquo Радиоэлектроника для начинающих &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

 

Диоды выпрямительные, принцип работы, характеристики, схемы подключения


Электрика »
Схемотехника »
Схемы подключения »
Диоды »
Выпрямительные


Принцип работы, основные характеристики полупроводниковых выпрямительных диодов можно рассмотреть используя их вольтамперную характеристику (ВАХ), которая схематично представлена на рисунке 1.

ВАХ диода
Она имеет две ветви, соответствующие прямому и обратному включению диода.

При прямом включении выпрямительного диода ощутимый ток через него начинает протекать при достижении на диоде определенного напряжения Uоткр. Этот ток называется прямым Iпр. Его изменения на напряжение Uоткр влияют слабо, поэтому для большинства расчетов можно принять его значение:

  • 0,7 Вольт для кремниевых диодов,
  • 0,3 Вольт — для германиевых.

Естественно, прямой ток диода до бесконечности увеличивать нельзя, при его определенном значении Iпр.макс этот полупроводниковый прибор выйдет из строя. Кстати, существуют две основные неисправности полупроводниковых диодов:

  • пробой — диод начинает проводить ток в любом направлении, то есть станет обычным проводником. Причем, сначала наступает тепловой пробой (это состояние обратимо), затем электрический (после этого диод можно смело выбрасывать),
  • обрыв — здесь, думаю, пояснения излишни.

Если диод подключить в обратном направлении, через него будет протекать незначительный обратный ток Iобр, которым, как правило, можно пренебречь. При достижении определенного значения обратного напряжения Uобр обратный ток резко увеличивается, прибор, опять же, выходит из строя.

Числовые значения рассмотренных параметров для каждого типа диода индивидуальны и являются его основными электрическими характеристиками. Должен заметить, что существует ряд других параметров (собственная емкость, различные температурные коэффициенты и пр.), но для начала хватит перечисленных.

Здесь предлагаю закончить с чистой теорией и рассмотреть некоторые практические схемы.

СХЕМЫ ПОДКЛЮЧЕНИЯ ДИОДОВ

Для начала давайте рассмотрим как работает диод в цепи постоянного (рис.2) и переменного (рис.3) тока, что следует учитывать при том или ином включении диодов.

Подключение диода

При подаче на диод прямого постоянного напряжения через него начинает протекать ток, определяемый сопротивлением нагрузки Rн. Поскольку он не должен превышать предельно допустимого значения следует определить его величину, после чего выбрать тип диода:

Iпр=Uн/Rн — все просто — это закон Ома.

Uн=U-Uоткр — см. начало статьи. Иногда величиной Uоткр можно пренебречь, бывают случаи, когда ее необходимо учитывать, например при расчете схемы подключения светодиода.

При включении диода в цепь переменного тока, помимо прочего, на нем периодически возникает обратное напряжение Uобр. Имейте в виду, следует учитывать его амплитудное значение (Для Uпр, кстати, тоже). Например, для бытовой электрической сети привычное всем напряжение 220В является действующим, а его амплитудное значение составляет 380В. Подробнее про это можно посмотреть на этой странице.

Это самое основное, про что надо помнить.

Теперь — несколько схем подключения диодов, часто встречающихся на практике.

Мостовая схема диодов

Вне всякого сомнения, лидером здесь является мостовая схема диодов, используемая во всевозможных выпрямителях (рисунок 4). Выглядеть она может по разному, принцип действия одинаков, думаю из рисунка все ясно. Кстати, последний вариант — условное обозначение диодного моста в целом. Применяется для упрощения обозначения двух предыдущих схем.

Далее несколько менее очевидных схем (для постоянного тока):

Схемы включения диодов

  1. Диоды могут выступать как «развязывающие» элементы. Управляющие сигналы Упр1 и Упр2 объединяются в точке А, причем взаимное влияние их источников друг на друга отсутствует. Кстати, это простейший вариант реализации логической схемы «или».
  2. Защита от переполюсовки (жаргонное — «защита от дураков»). Если существует возможность неправильного подключения полярности напряжения питания эта схема защищает устройство от выхода из строя.
  3. Автоматический переход на питание от внешнего источника. Поскольку диод «открывается», когда напряжение на нем достигнет Uоткр, то при Uвнеш <Uвн+Uоткр питание осуществляется от внутреннего источника, иначе — подключается внешний.

© 2012-2020 г. Все права защищены.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

Диоды. Устройство и работа. Характеристики и особенности

Самым простым по конструкции в семействе полупроводников являются диоды, имеющие в конструкции всего два электрода, между которыми существует проводимость электрического тока в одну сторону. Такой вид проводимости в полупроводниках создается благодаря их внутреннему устройству.

Особенности устройства

Не зная конструктивных особенностей диода, нельзя понять его принципа действия. Структура диода состоит из двух слоев с проводимостью различного вида.

Диод состоит из следующих основных элементов:
  • Корпус. Выполняется в виде вакуумного баллона, материалом которого может быть керамика, металл, стекло и другие прочные материалы.
  • Катод. Он расположен внутри баллона, служит для образования эмиссии электронов. Наиболее простым устройством катода является тонкая нить, раскаляющаяся в процессе действия. Современные диоды оснащены косвенно накаляющимися электродами, которые выполнены в виде металлических цилиндров со свойством активного слоя, имеющего возможность испускать электроны.
  • Подогреватель. Это особый элемент в виде нити, раскаляющейся от электрического тока. Подогреватель расположен внутри косвенно накаляющегося катода.
  • Анод. Это второй электрод диода, служащий для приема электронов, вылетевших от катода. Анод имеет положительный потенциал, по сравнению с катодом. Форма анода чаще всего так же, как и катода, цилиндрическая. Оба электрода аналогичны эмиттеру и базе полупроводников.
  • Кристалл. Его материалом изготовления является германий или кремний. Одна часть кристалла имеет р-тип с недостатком электронов. Другая часть кристалла имеет n-тип проводимости с избытком электронов. Граница, расположенная между этими двумя частями кристалла, называется р-n переходом.

Эти особенности конструкции диода позволяют ему проводить ток в одном направлении.

Принцип действия

Работа диода характеризуется его различными состояниями, и свойствами полупроводника при нахождении в этих состояниях. Рассмотрим подробнее основные виды подключений диодов, и какие процессы происходят внутри полупроводника.

Диоды в состоянии покоя

Если диод не подключен к цепи, то внутри него все равно происходят своеобразные процессы. В районе «n» есть излишек электронов, что создает отрицательный потенциал. В области «р» сконцентрирован положительный заряд. Совместно такие заряды создают электрическое поле.

Так как заряды с разными знаками притягиваются, то электроны из «n» проходят в «р», при этом заполняют дырки. В итоге таких процессов в полупроводнике появляется очень слабый ток, увеличивается плотность вещества в области «р» до определенного значения. При этом частицы расходятся по объему пространства равномерно, то есть, происходит медленная диффузия. Вследствие этого электроны возвращаются в область «n».

Для многих электрических устройств направление тока не имеет особого значения, все работает нормально. Для диода же, большое значение имеет направление протекания тока. Основной задачей диода является пропускание тока в одном направлении, чему благоприятствует переход р-n.

Обратное включение

Если диоды подсоединять к питанию по изображенной схеме, то ток не будет проходить через р-n переход. К области «n» подсоединен положительный полюс питания, а к «р» — минусовой. В итоге электроны от области «n» переходят к плюсовому полюсу питания. Дырки притягиваются минусовым полюсом. На переходе возникает пустота, носители заряда отсутствуют.

При повышении напряжения дырки и электроны осуществляют притягивание сильнее, и на переходе нет носителей заряда. При обратной схеме включения диода ток не проходит.

Повышение плотности вещества возле полюсов создает диффузию, то есть, стремление к распределению вещества по объему. Это возникает при выключении питания.

Обратный ток

Вспомним о работе неосновных переносчиков заряда. При запертом диоде, через него проходит малая величина обратного тока. Он и образуется от неосновных носителей, двигающихся в обратном направлении. Такое движение возникает при обратной полярности питания. Обратный ток обычно незначительный, так как число неосновных носителей очень мало.

При возрастании температуры кристалла их число повышается и обуславливает повышение обратного тока, что обычно приводит к повреждению перехода. Для того, чтобы ограничить температуру работы полупроводников, их корпус монтируют на теплоотводящие радиаторы охлаждения.

Прямое включение

Поменяем местами полюса питания между катодом и анодом. На стороне «n» электроны будут отходить от отрицательного полюса, и проходить к переходу. На стороне «р» дырки, имеющие положительный заряд, оттолкнутся от положительного вывода питания. Поэтому электроны и дырки начнут стремительное движение друг к другу.

Частицы с разными зарядами скапливаются возле перехода, и между ними образуется электрическое поле. Электроны проходят через р-n переход и двигаются в область «р». Часть электронов рекомбинирует с дырками, а остальные проходят к положительному полюсу питания. Возникает прямой ток диода, который имеет ограничения его свойствами. При превышении этой величины диод может выйти из строя.

При прямой схеме диода, его сопротивление незначительное, в отличие от обратной схемы. Считается, что обратно ток по диоду не проходит. В результате мы выяснили, что диоды работают по принципу вентиля: повернул ручку влево – вода течет, вправо – нет воды. Поэтому их еще называют полупроводниковыми вентилями.

Прямое и обратное напряжение

Во время открытия диода, на нем имеется прямое напряжение. Обратным напряжением считается величина во время закрытия диода и прохождения через него обратного тока. Сопротивление диода при прямом напряжении очень мало, в отличие от обратного напряжения, возрастающего до тысяч кОм. В этом можно убедиться путем измерения мультиметром.

Сопротивление полупроводникового кристалла может изменяться в зависимости от напряжения. При увеличении этого значения сопротивление снижается, и наоборот.

Если диоды использовать в работе с переменным током, то при плюсовой полуволне синуса напряжения он будет открыт, а при минусовой – закрыт. Такое свойство диодов применяют для выпрямления напряжения. Поэтому такие устройства называются выпрямителями.

Характеристика диодов

Характеристика диода выражается графиком, на котором видна зависимость тока, напряжения и его полярности. Вертикальная ось координат в верхней части определяет прямой ток, в нижней части – обратный.

Горизонтальная ось справа обозначает прямое напряжение, слева – обратное. Прямая ветка графика выражает ток пропускания диода, проходит рядом с вертикальной осью, так как выражает повышение прямого тока.

Вторая ветка графика показывает ток при закрытом диоде, и проходит параллельно горизонтальной оси. Чем круче график, тем лучше диод выпрямляет ток. После возрастания прямого напряжения, медленно повышается ток. Достигнув области скачка, его величина резко нарастает.

На обратной ветви графика видно, что при повышении обратного напряжения, величина тока практически не возрастает. Но, при достижении границ допустимых норм происходит резкий скачок обратного тока. Вследствие этого диод перегреется и выйдет из строя.

Похожие темы:

устройство и принцип действия разных видов, работа в схемах

Понятие диода и его особенности Диод — это элемент, имеющий различную проводимость. Такое его свойство имеет применение в различных электротехнических и радиоэлектронных схемах. На его основе создаются устройства, имеющие применение в различных областях.

Типы диодов: электровакуумные и полупроводниковые. Последний тип в настоящее время применяется в подавляющем большинстве случаев. Никогда не будет лишним знать о том, как работает диод, для чего он нужен, как обозначается на схеме, какие существуют типы диодов, применение диодов разных видов.

Электровакуумные диоды

Приборы этого типа выполнены в виде электронных ламп. Лампа выглядит как стеклянный баллон, внутрь которого помещены два электрода. Один из них анод, другой катод. Они находятся в вакууме. Конструктивно анод выполнен в виде тонкостенного цилиндра. Внутри расположен катод. Он имеет обычно цилиндрическую форму. Изолированная нить накала проложена внутри катода. Все элементы имеют выводы, которые соединены со штырьками (ножками) лампы. Ножки лампы выведены наружу.

Принцип работы

При прохождении электрического тока по спирали она нагревается и разогревает катод, внутри которого находится. С поверхности разогретого катода электроны, покинувшие его, без дополнительного ускоряющего поля накапливаются в непосредственной близости от него. Часть из них затем обратно возвращается на катод.

При подаче на анод положительного напряжения электроны, испускаемые катодом, устремляются к нему, создавая анодный ток электронов.

Катод обладает пределом эмиссии электронов. При достижении этого предела анодный ток стабилизируется. Если на анод подать небольшое отрицательное напряжение по отношению к катоду, то электроны прекратят своё движение.

Материал катода, из которого он изготовлен, обладает высокой степенью эмиссии.

Вольт- амперная характеристика (ВАХ)

ВАХ диодов этого типа графически показывает зависимость тока анода от прямого напряжения, приложенного к выводам катода и анода. Она состоит из трёх участков:

  • Медленное нелинейное нарастание тока;
  • Рабочая часть характеристики;
  • Область насыщения тока анода.

Нелинейный участок начинается после области отсечки анодного тока. Его нелинейность связана с небольшим положительным потенциалом катода, который покинули электроны при его разогреве нитью накала.

Активный участок определяет из себя почти вертикальную линию. Он характеризует зависимость анодного тока от возрастающего напряжения.

Участок насыщения представляет собой линию постоянного значения тока анода при увеличивающемся напряжении между электродами лампы. Электронную лампу на этом участке можно сравнить с проводником электрического тока. Эмиссия катода достигла своего наивысшего значения.

Полупроводниковые диоды

Однофазный выпрямительСвойство p — n перехода пропускать электрический ток одного направления нашло применение при создании приборов этого типа. Прямое включение — это подача на n -область перехода отрицательного потенциала, по отношению к p -области, потенциал которой положительный. При таком включении прибор находится в открытом состоянии. При изменении полярности приложенного напряжения он окажется в запертом состоянии, и ток сквозь него не проходит.

Классификацию диодов можно вести по их назначению, по особенностям изготовления, по типу материала, используемого при его изготовлении.

В основном для изготовления полупроводниковых приборов используются пластины кремния или германия, которые имеют электропроводность n -типа. В них присутствует избыток отрицательно заряженных электронов.

Применяя разные технологии изготовления, можно на выходе получить точечные или пластинчатые диоды.

При изготовлении точечных приборов к пластинке n -типа приваривают заострённый проводник (иглу). На его поверхность нанесена определённая примесь. Для германиевых пластин игла содержит индий, для кремниевых пластин игла покрыта алюминием. В обоих случаях создаётся область p — n перехода. Её форма напоминает полусферу (точку).

Для плоскостных приборов применяют метод диффузии или сплавления. Площадь переходов, получаемых таким методом, варьируется в широких пределах. От её величины зависит в дальнейшем назначение изделия. К областям p — n перехода припаивают проволочки, которые в виде выводов из корпуса готового изделия используют при монтаже различных электрических схем.

На схемах полупроводниковые диоды обозначаются в виде равностороннего треугольника, к верхнему углу которого присоединена вертикальная черта, параллельная его основанию. Вывод черты называется катодом, а вывод основания треугольника анодом.

Прямым называется такое включение, при котором положительный полюс источника питания соединён с анодом. При обратном включении «плюс» источника подключается к катоду.

Вольт- амперная характеристика

ВАХ определяет зависимость тока, протекающего через полупроводниковый элемент, от величины и полярности напряжения, которое приложено к его выводам.

В области прямых напряжений выделяют три области: небольшого прямого тока и прямого рабочего тока через диод. Переход из одной области в другую происходит при достижении прямым напряжением порога проводимости. Эта величина составляет порядка 0,3 вольт для германиевых диодов и 0,7 вольт для диодов на основе кремния.

При приложении к выводам диода обратного напряжения ток через него имеет очень незначительную величину и называется обратным током или током утечки. Такая зависимость наблюдается до определённого значения величины обратного напряжения. Оно называется напряжением пробоя. При его превышении обратный ток нарастает лавинообразно.

Предельные значения параметров

Для полупроводниковых диодов существуют величины их параметров, которые нельзя превышать. К ним относятся:

  • Максимальный прямой ток;
  • Максимальное обратное напряжение пробоя;
  • Максимальная мощность рассеивания.

Полупроводниковый элемент может выдержать прямой ток через него ограниченной величины. При его превышении происходит перегревание p-n перехода и выход его из строя. Наибольший запас по этому параметру имеют плоскостные силовые приборы. Величина прямого тока через них может достигать десятков ампер.

Превышение максимального значения напряжения пробоя может превратить диод, имеющий однонаправленные свойства, в обычный проводник электрического тока. Пробой может иметь необратимый характер и варьируется в широких пределах, в зависимости от конкретного используемого прибора.

Мощность — это величина, напрямую зависящая от тока и напряжения, которое приложено при этом к выводам диода. Как и превышение максимального прямого тока, превышение предельной мощности рассеивания приводит к необратимым последствиям. Диод просто выгорает и перестаёт выполнять своё предназначение. Для предотвращения такой ситуации силовые приборы устанавливают приборы на радиаторы, которые отводят (рассеивают) избыток тепла в окружающую среду.

Виды полупроводниковых диодов

Свойство диода пропускать ток в прямом направлении и не пропускать его в обратном нашло применение в электротехнике и радиотехнике. Разработаны и специальные виды диодов для выполнения узкого круга задач.

Выпрямители и их свойства

Что такое диод Их применение основано на выпрямительных свойствах этих приборов. Их используют для получения постоянного напряжения путём выпрямления входного переменного сигнала.

Одиночный выпрямительный диод позволяет получить на его выходе пульсирующее напряжение положительной полярности. Используя их комбинацию, можно получить форму выходного напряжения, напоминающую волну. При использовании в схемах выпрямителей дополнительных элементов, таких как электролитические конденсаторы большой емкости и катушки индуктивности с электромагнитными сердечниками (дроссели), на выходе устройства можно получить постоянное напряжение, напоминающее напряжение гальванической батареи, столь необходимое для работы большинства аппаратуры потребителя.

Полупроводниковые стабилитроны

Эти диоды имеют ВАХ с обратной ветвью большой крутизны. То есть, приложив к выводам стабилитрона напряжение, полярность которого обратная, можно с помощью ограничительных резисторов ввести его в режим управляемого лавин пробоя. Напряжение в точке лавинного пробоя имеет постоянное значение при значительном изменении тока через стабилитрон, величину которого ограничивают в зависимости от применённого в схеме прибора. Так получают эффект стабилизации выходного напряжения на нужном уровне.

Технологическими операциями при изготовлении стабилитронов добиваются различных величин напряжения пробоя (напряжения стабилизации). Диапазон этих напряжений (3−15) вольт. Конкретное значение зависит от выбранного прибора из большого семейства стабилитронов.

Принцип работы детекторов

Для детектирования высокочастотных сигналов применяют диоды, изготовленные по точечной технологии. Задача детектора состоит в том, чтобы ограничить одну половину модулированного сигнала. Это позволяет в последующем с помощью высокочастотного фильтра оставить на выходе устройства только модулирующий сигнал. Он содержит звуковую информацию низкой частоты. Этот метод используется в радиоприёмных устройствах, принимающих сигнал, модулированный по амплитуде.

Особенности светодиодов

Эти диоды характеризуются тем, что при протекании через них тока прямого направления кристалл испускает поток фотонов, которые являются источником света. В зависимости от типа кристалла, применённого в светодиоде, спектр света может находиться как в видимом человеческим глазом диапазоне, так и в невидимом. Невидимый свет — это инфракрасное или ультрафиолетовое излучение.

При выборе этих элементов необходимо представлять цель, которую необходимо достигнуть. К основным характеристикам светодиодов относятся:

  • Потребляемая мощность;
  • Номинальное напряжение;
  • Ток потребления.

Ток потребления светодиода, применяемого для индикации в устройствах широкого применения, не более 20 мА. При таком токе свечение светодиода является оптимальным. Начало свечения начинается при токе, превышающем 3 мА.

Номинальное напряжение определяется внутренним сопротивлением перехода, которое является величиной непостоянной. При увеличении тока через светодиод сопротивление постепенно уменьшается. Напряжение источника питания, используемое для питания светодиода, необходимо применять не меньше напряжения, указанного в паспорте на него.

Потребляемая мощность — это величина, зависящая от тока потребления и номинального напряжения. Она увеличивается при увеличении величин, её определяющих. Следует учесть, что мощные световые диоды могут иметь в своём составе 2 и даже 4 кристалла.

Перед другими осветительными приборами светодиоды имеют неоспоримые преимущества. Их можно перечислять долго. Основными из них являются:

  • Высокая экономичность;
  • Большая долговечность;
  • Высокий уровень безопасности из-за низких питающих напряжений.

К недостатку их эксплуатации относится необходимость наличия дополнительного стабилизированного источника питания постоянного тока, а это увеличивает стоимость.

Виды и классификация диодов по типам, назначению, конструкции, материалам


Диод – электронный прибор с двумя (иногда тремя) электродами, обладающий односторонней проводимостью. Электрод, подключенный к положительному полюсу прибора, называют анодом, к отрицательному – катодом. Если к прибору приложено прямое напряжение, то он находится в открытом состоянии, при котором сопротивление мало, а ток протекает беспрепятственно. Если прикладывается обратное напряжение, прибор, благодаря высокому сопротивлению, является закрытым. Обратный ток присутствует, но он настолько мал, что условно принимается равным нулю.

Содержание статьи

Общая классификация


Диоды делятся на большие группы – неполупроводниковые и полупроводниковые.

Неполупроводниковые


Одной из наиболее давних разновидностей являются ламповые (электровакуумные) диоды. Они представляют собой радиолампы с двумя электродами, один из которых нагревается нитью накала. В открытом состоянии с поверхности нагреваемого катода заряды движутся к аноду. При противоположном направлении поля прибор переходит в закрытую позицию и ток практически не пропускает.


Еще одни вид неполупроводниковых приборов – газонаполненные, из которых сегодня используются только модели с дуговым разрядом. Газотроны (приборы с термокатодами) наполняются инертными газами, ртутными парами или парами других металлов. Специальные оксидные аноды, используемые в газонаполненных диодах, способны выдерживать высокие нагрузки по току.

Полупроводниковые



В основе полупроводниковых приборов лежит принцип p-n перехода. Существует два типа полупроводников – p-типа и n-типа. Для полупроводников p-типа характерен избыток положительных зарядов, n-типа – избыток отрицательных зарядов (электронов). Если полупроводники этих двух типов находятся рядом, то возле разделяющей их границы располагаются две узкие заряженные области, которые называются p-n переходом. Такой прибор с двумя типами полупроводников с разной примесной проводимостью (или полупроводника и металла) и p-n-переходом называется полупроводниковым диодом. Именно полупроводниковые диодные устройства наиболее востребованы в современных аппаратах различного назначения. Для разных областей применения разработано множество модификаций таких приборов.



Маркировка полупроводниковых диодов

Полупроводниковые диоды

Виды диодов по размеру перехода


По размерам и характеру p-n перехода различают три вида приборов – плоскостные, точечные и микросплавные.


Плоскостные детали представляют одну полупроводниковую пластину, в которой имеются две области с различной примесной проводимостью. Наиболее популярны изделия из германия и кремния. Преимущества таких моделей – возможность эксплуатации при значительных прямых токах, в условиях высокой влажности. Из-за высокой барьерной емкости они могут работать только с низкими частотами. Их главные области применения – выпрямители переменного тока, устанавливаемые в блоках питания. Эти модели называются выпрямительными.


Точечные диоды имеют крайне малую площадь p-n перехода и приспособлены для работы с малыми токами. Называются высокочастотными, поскольку используются в основном для преобразования модулированных колебаний значительной частоты.


Микросплавные модели получают путем сплавления монокристаллов полупроводников p-типа и n-типа. По принципу действия такие приборы – плоскостные, но по характеристикам они аналогичны точечным.

Материалы для изготовления диодов


При производстве диодов используются кремний, германий, арсенид галлия, фосфид индия, селен. Наиболее распространенными являются первые три материала.


Очищенный кремний – относительно недорогой и простой в обработке материал, имеющий наиболее широкое распространение. Кремниевые диоды являются прекрасными моделями общего назначения. Их напряжение смещения – 0,7 В. В германиевых диодах эта величина составляет 0,3 В. Германий – более редкий и дорогой материал. Поэтому германиевые приборы используются в тех случаях, когда кремниевые устройства не могут эффективно справиться с технической задачей, например в маломощных и прецизионных электроцепях.

Виды диодов по частотному диапазону


По рабочей частоте диоды делятся на:

  • Низкочастотные – до 1 кГц.
  • Высокочастотные и сверхвысокочастотные – до 600 мГц. На таких частотах в основном используются устройства точечного исполнения. Емкость перехода должна быть невысокой – не более 1-2 пФ. Эффективны в широком диапазоне частот, в том числе низкочастотном, поэтому являются универсальными.
  • Импульсные диоды используются в цепях, в которых принципиальным фактором является высокое быстродействие. По технологии изготовления такие модели разделяют на точечные, сплавные, сварные, диффузные.

Области применения диодов


Современные производители предлагают широкий ассортимент диодов, адаптированных для конкретных областей применения.

Выпрямительные диоды


Эти устройства служат для выпрямления синусоиды переменного тока. Их принцип действия основывается на свойстве устройства переходить в закрытое состояние при обратном смещении. В результате работы диодного прибора происходит срезание отрицательных полуволн синусоиды тока. По мощности рассеивания, которая зависит от наибольшего разрешенного прямого тока, выпрямительные диоды делят на три типа – маломощные, средней мощности, мощные.

  • Слаботочные диоды могут использоваться в цепях, в которых величина тока не превышает 0,3 А. Изделия отличаются малой массой и компактными габаритами, поскольку их корпус изготавливается из полимерных материалов.
  • Диоды средней мощности могут работать в диапазоне токов 0,3-10,0 А. В большинстве случаев они имеют металлический корпус и жесткие выводы. Производят их в основном из очищенного кремния. Со стороны катода изготавливается резьба для фиксации на теплоотводящем радиаторе.
  • Мощные (силовые) диоды работают в цепях с током более 10 А. Их корпусы изготавливают из металлокерамики и металлостекла. Конструктивное исполнение – штыревое или таблеточное. Производители предлагают модели, рассчитанные на токи до 100 000 А и напряжение до 6 кВ. Изготавливаются в основном из кремния.

Диодные детекторы


Такие устройства получают комбинацией в схеме диодов с конденсаторами. Они предназначены для выделения низких частот из модулированных сигналов. Присутствуют в большинстве аппаратов бытового применения – радиоприемниках и телевизорах. В качестве детекторов излучения используются фотодиоды, преобразующие свет, попадающий на светочувствительную область, в электрический сигнал.

Ограничительные устройства


Защиту от перегруза обеспечивает цепочка из нескольких диодов, которые подключают к питающим шинам в обратном направлении. При соблюдении стандартного рабочего режима все диоды закрыты. Однако при выходе напряжения сверх допустимого назначения срабатывает один из защитных элементов.

Диодные переключатели


Переключатели, представляющие собой комбинацию диодов, которые применяются для мгновенного изменения высокочастотных сигналов. Такая система управляется постоянным электрическим током. Высокочастотный и управляющие сигналы разделяют с помощью конденсаторов и индуктивностей.

Диодная искрозащита


Эффективную искрозащиту создают с помощью комбинирования шунт-диодного барьера, ограничивающего напряжение, с токоограничительными резисторами.

Параметрические диоды


Используются в параметрических усилителях, которые являются подвидом резонансных регенеративных усилителей. Принцип работы основан на физическом эффекте, который заключается в том, что при поступлении на нелинейную емкость разночастотных сигналов часть мощности одного сигнала можно направить на рост мощности другого сигнала. Элементом, предназначенным для содержания нелинейной емкости, и является параметрический диод.

Смесительные диоды


Смесительные устройства используются для трансформации сверхвысокочастотных сигналов в сигналы промежуточной частоты. Трансформация сигналов осуществляется, благодаря нелинейности параметров смесительного диода. В качестве смесительных СВЧ-диодов используются приборы с барьером Шоттки, варикапы, обращенные диоды, диоды Мотта.

Умножительные диоды


Эти СВЧ устройства используются в умножителях частоты. Они могут работать в дециметровом, сантиметровом, миллиметровом диапазонах длин волн. Как правило, в качестве умножительных приборов используются кремниевые и арсенид-галлиевые устройства, часто – с эффектом Шоттки.

Настроечные диоды


Принцип работы настроечных диодов основан на зависимости барьерной емкости p-n перехода от величины обратного напряжения. В качестве настроечных используются приборы кремниевые и арсенид-галлиевые. Эти детали применяют в устройствах перестройки частоты в сверхчастотном диапазоне.

Генераторные диоды


Для генерации сигналов в сверхвысокочастотном диапазоне востребованы устройства двух основных типов – лавинно-пролетные и диоды Ганна. Некоторые генераторные диоды при условии включения в определенном режиме могут выполнять функции умножительных устройств.

Виды диодов по типу конструкции

Стабилитроны (диоды Зенера)


Эти устройства способны сохранять рабочие характеристики в режиме электрического пробоя. В низковольтных устройствах (напряжение до 5,7 В) используется туннельный пробой, в высоковольтных – лавинный. Стабилизацию невысоких напряжений обеспечивают стабисторы.

Стабисторы


Стабиистор, или нормистор, — это полупроводниковый диод, в котором для стабилизации напряжения используется прямая ветвь вольт-амперной характеристики (то есть в области прямого смещения напряжение на стабисторе слабо зависит от тока). Отличительной особенностью стабисторов по сравнению со стабилитронами является меньшее напряжение стабилизации (примерно 0,7-2 V).

Диоды Шоттки


Устройства, применяемые в качестве выпрямительных, умножительных, настроечных, работают на базе контакта металл-полупроводник. Конструктивно они представляют собой пластины из низкоомного кремния, на которые наносится высокоомная пленка с тем же типом проводимости. На пленку вакуумным способом напыляется металлический слой.

Варикапы


Варикапы выполняют функции емкости, величина которой меняется с изменением напряжения. Основная характеристика этого прибора – вольт-фарадная.

Туннельные диоды


Эти полупроводниковые диоды имеют падающий участок на вольтамперной характеристике, возникающий из-за туннельного эффекта. Модификация туннельного устройства – обращенный диод, в котором ветвь отрицательного сопротивления выражена мало или отсутствует. Обратная ветвь обращенного диода соответствует прямой ветви традиционного диодного устройства.

Тиристоры


В отличие от обычного диода, тиристор, кроме анода и катода, имеет третий управляющий электрод. Для этих моделей характерны два устойчивых состояния – открытое и закрытое. По устройству эти детали разделяют на динисторы, тринисторы, симисторы. При производстве этих изделий в основном используется кремний.

Симисторы


Симисторы (симметричные тиристоры) – это разновидность тиристора, используется для коммутации в цепях переменного тока. В отличие от тиристора, имеющего катод и анод, основные (силовые) выводы симистора называть катодом или анодом некорректно, так как в силу структуры симистора они являются тем и другим одновременно. Симистор остаётся открытым, пока протекающий через основные выводы ток превышает некоторую величину, называемую током удержания.

Динисторы


Динистором, или диодным тиристором, называется устройство, не содержащее управляющих электродов. Вместо этого они управляются напряжением, приложенным между основными электродами. Их основное применение – управление мощной нагрузкой при помощи слабых сигналов. Также динисторы используют при изготовлении переключающих устройств.

Диодные мосты


Это 4, 6 или 12 диодов, которые соединяются между собой. Число диодных элементов определяется типом схемы, которая бывает – однофазной, трехфазной, полно- или полумостовой. Мосты выполняют функцию выпрямления тока. Часто используются в автомобильных генераторах.

Фотодиоды


Предназначены для преобразования световой энергии в электрический сигнал. По принципу работы аналогичны солнечным батареям.

Светодиоды


Эти устройства при подключении к электрическому току излучают свет. Светодиоды, имеющие широкую цветовую гамму свечения и мощность, применяются в качестве индикаторов в различных приборах, излучателей света в оптронах, используются в мобильных телефонах для подсветки клавиатуры. Приборы высокой мощности востребованы в качестве современных источников света в фонарях.

Инфракрасные диоды


Это разновидность светодиодов, излучающая свет в инфракрасном диапазоне. Применяется в бескабельных линиях связи, КИП, аппаратах дистанционного управления, в камерах видеонаблюдения для обзора территории в ночное время суток. Инфракрасные излучающие устройства генерируют свет в диапазоне, который не доступен человеческому взгляду. Обнаружить его можно с помощью фотокамеры мобильного телефона.

Диоды Ганна


Эта разновидность сверхчастотных диодов изготавливается из полупроводникового материала со сложной структурой зоны проводимости. Обычно при производстве этих устройств используется арсенид галлия электронной проводимости. В этом приборе нет p-n перехода, то есть характеристики устройства являются собственными, а не возникающими на границе соединения двух разных полупроводников.

Магнитодиоды


В таких приборах ВАХ изменяется под действием магнитного поля. Устройства используются в бесконтактных кнопках, предназначенных для ввода информации, датчиках движения, приборах контроля и измерения неэлектрических величин.

Лазерные диоды


Эти устройства, имеющие сложную структуру кристалла и сложный принцип действия, дают редкую возможность генерировать лазерный луч в бытовых условиях. Благодаря высокой оптической мощности и широким функциональным возможностям, приборы эффективны в высокоточных измерительных приборах бытового, медицинского, научного применения.

Лавинные и лавинно-пролетные диоды


Принцип действия устройств заключается в лавинном размножении носителей заряда при обратном смещении p-n перехода и их преодолении пролетного пространства за определенный временной промежуток. В качестве исходных материалов используются арсенид галлия или кремний. Приборы в основном предназначаются для получения сверхвысокочастотных колебаний.

PIN-диоды


PIN-устройства между p- и n-областями имеют собственный нелегированный полупроводник (i-область). Широкая нелегированная область не позволяет использовать этот прибор в качестве выпрямителя. Однако зато PIN-диоды широко применяются в качестве смесительных, детекторных, параметрических, переключательных, ограничительных, настроечных, генераторных.

Триоды


Триоды – это электронные лампы. Он имеет три электрода: термоэлектронный катод (прямого или косвенного накала), анод и управляющую сетку. Сегодня триоды практически полностью вытеснены полупроводниковыми транзисторами. Исключение составляют области, где требуется преобразование сигналов с частотой порядка сотен МГц — ГГц высокой мощности при маленьком числе активных компонентов, а габариты и масса не имеют большого значения.

Маркировка диодов


Маркировка полупроводниковых диодных устройств включает цифры и буквы:

  • Первая буква характеризует исходный материал. Например, К – кремний, Г – германий, А – арсенид галлия, И – фосфид индия.
  • Вторая буква – класс или группа диода.
  • Третий элемент, обычно цифровой, обозначает применение и электрические свойства модели.
  • Четвертый элемент – буквенный (от А до Я), обозначающий вариант разработки.


Пример: КД202К – кремниевый выпрямительный диффузионный диод.


Была ли статья полезна?

Да

Нет

Оцените статью

Что вам не понравилось?


Другие материалы по теме




Маркировка полупроводниковых диодов


Анатолий Мельник


Специалист в области радиоэлектроники и электронных компонентов. Консультант по подбору деталей в компании РадиоЭлемент.












Диодные выпрямительные схемы

»Электроника

Цепи диодного выпрямителя

бывают разных форм: от простых диодов до полуволновых, двухполупериодных выпрямителей, схем с мостовыми выпрямителями, удвоителей напряжения и многого другого.


Цепи диодного выпрямителя Включают: Цепи диодного выпрямителя
Полуволновой выпрямитель
Двухполупериодный выпрямитель
Двухдиодный двухполупериодный выпрямитель
Двухполупериодный мостовой выпрямитель
Синхронный выпрямитель


Диодные выпрямительные схемы — одна из ключевых схем, используемых в электронном оборудовании.Их можно использовать в импульсных источниках питания и линейных источниках питания, в демодуляции радиочастотных сигналов, измерении мощности радиочастот и во многом другом.

Существует несколько различных типов схем диодного выпрямителя, каждая из которых имеет свои преимущества и недостатки. Решение о том, какой тип диодной схемы использовать, зависит от конкретной ситуации.

Основы схемы диодного выпрямителя

Ключевым компонентом любой схемы выпрямителя, естественно, является используемый диод или диоды. Эти устройства уникальны тем, что пропускают ток только в одном направлении.Интересно, что Амброуз Флеминг, который изобрел первую форму диода, назвал свою версию клапаном из-за его одностороннего действия. Полупроводниковые диоды теперь выполняют ту же функцию, но занимают небольшую часть места и обычно составляют лишь небольшую часть стоимости.

Полупроводниковый диод имеет характеристики, похожие на показанные ниже. В прямом направлении требуется небольшое напряжение на диоде, прежде чем он начнет проводить — это называется напряжением включения. Фактическое напряжение зависит от типа диодного выпрямителя и используемого материала.Для стандартного выпрямителя с кремниевым диодом это напряжение включения составляет около 0,6 В. Германиевые диоды имеют напряжение включения около 0,2 — 0,3 В, а кремниевые диоды Шоттки имеют аналогичное напряжение включения в диапазоне 0,2 — 0,3 В

PN диод VI характеристика

В обратном направлении диодный выпрямитель окончательно выйдет из строя. Напряжение пробоя обычно значительно превышает напряжение включения — шкалы на диаграмме были изменены (сжаты) в обратном направлении, чтобы показать, что происходит обратный пробой.

Примечание о типах диодов:

Хотя основная функция диода остается прежней, существует много разных типов с немного разными характеристиками. Некоторые из них оптимизированы для выпрямления мощности, другие — для выпрямления сигналов, третьи используют диодный переход для излучения света или имеют переменную емкость и т. Д.

Подробнее о типах полупроводниковых диодов .

Для выпрямления мощности обычно используются силовые диоды или диоды Шоттки.Для выпрямления сигналов можно использовать мелкоконтактные диоды, сигнальные диоды или диоды Шоттки. Преимущество диода Шоттки в том, что для прямой проводимости требуется только прямое напряжение около 0,2 — 0,3 вольт. Это особенно полезно при обнаружении слабых радиосигналов, а при использовании в качестве выпрямителя мощности потери мощности снижаются. Однако характеристики обратной утечки не так хороши, как у обычных кремниевых диодов.

Символ диода и упаковка

Обозначение диодной цепи широко известно.Диоды также поставляются в различных упаковках, хотя некоторые из наиболее распространенных форматов показаны на диаграмме ниже.

Обозначение диодной цепи

Действие диодного выпрямителя

Действие диода — пропускать ток только в одном направлении. Поэтому на диод подается переменная форма волны, тогда это позволит проводить только половину формы волны. Оставшаяся половина заблокирована.

Выпрямляющее действие диода

Конфигурация схемы диодного выпрямителя

Существует ряд различных конфигураций схемы диодного выпрямителя, которые можно использовать.Каждая из этих различных конфигураций имеет свои преимущества и недостатки и поэтому применима к различным приложениям.

  • Схема однополупериодного выпрямителя: Это самая простая форма выпрямителя. Часто использование только одного диода блокирует половину цикла и пропускает другой. Таким образом, используется только половина формы волны.

    Хотя преимуществом этой схемы является ее простота, недостатком является тот факт, что между последовательными пиками выпрямленного сигнала больше времени.Это делает сглаживание менее эффективным и затрудняет подавление пульсаций высокого уровня.

    Эта схема не используется для каких-либо источников питания — она ​​чаще используется для обнаружения сигналов и определения уровня.

  • Двухполупериодная схема выпрямителя: Эта форма выпрямительной схемы использует обе половины формы волны. Это делает эту форму выпрямителя более эффективной, а поскольку проводимость присутствует на обеих половинах цикла, сглаживание становится намного проще и эффективнее.Есть два типа выпрямителей с полным выпрямителем.

    • Двухдиодный двухдиодный двухполупериодный выпрямитель с ленточным трансформатором: Для двухдиодной версии двухполупериодной схемы выпрямителя требуется центральный отвод в трансформаторе. Когда использовались вакуумные трубки / термоэлектронные клапаны, этот вариант широко использовался ввиду стоимости клапанов. Однако в случае с полупроводниками четырехдиодная мостовая схема позволяет сэкономить на стоимости трансформатора с центральным ответвлением и является столь же эффективной.

    • Мостовая схема полного выпрямителя: Это особая форма двухполупериодного выпрямителя, в котором используются четыре диода в мостовой топологии. Мостовые выпрямители широко используются, особенно для выпрямления мощности, и их можно получить как один компонент, содержащий четыре диода, соединенных в виде моста.

      В этом формате используются четыре диода, по два проводящих в каждой половине цикла. Это означает, что есть два падения напряжения на диодах, которые могут рассеивать некоторую мощность, но это экономит потребность в трансформаторе с центральным ответвлением, что дает значительную экономию средств.Кроме того, диоды не обязательно должны иметь такое высокое номинальное обратное напряжение, как те, которые используются в конфигурации с двумя диодами.

      Ввиду того, что есть два падения напряжения на диодах, эта схема редко используется для обнаружения сигналов. Однако он очень подходит для использования в линейных источниках питания, а также во многих случаях в импульсных источниках питания.

  • Схема синхронного выпрямителя: В синхронных или активных выпрямителях для обеспечения переключения вместо диодов используются активные элементы.Это позволяет избежать потерь в диодах и значительно повысить КПД.

    Ввиду более высокого уровня эффективности, которую могут обеспечить синхронные выпрямители, они очень широко используются в высокоэффективных импульсных источниках питания. Их сложность более чем перевешивается достижимым гораздо более высоким уровнем эффективности.

Принимая во внимание разнообразие различных типов выпрямительных схем, существует хороший выбор того, какой тип использовать.Во многих случаях это продиктовано требуемым уровнем производительности, и в большинстве случаев требуется двухполупериодный выпрямитель. Благодаря доступности и невысокой стоимости мостовых выпрямителей, это, как правило, самый дешевый вариант, а не экономия на диодах и необходимость в центральном ленточном трансформаторе.

Из-за современных источников питания, требующих еще более высокого уровня эффективности, многие разработчики обращаются к использованию синхронных выпрямителей. Хотя они более сложные и поэтому стоят дороже, эти затраты часто окупаются окупаемостью, которую они дают при повышении уровня эффективности.

Другие схемы и схемотехника:
Основы операционных усилителей
Схемы операционных усилителей
Цепи питания
Конструкция транзистора
Транзистор Дарлингтона
Транзисторные схемы
Схемы на полевых транзисторах
Условные обозначения схем

Вернуться в меню «Конструкция схемы». , ,

.Цепи диодного ограничителя

: разработка и демонстрация

Как следует из названия, схема ограничителя частоты используется для «ограничения» части входного сигнала без искажения остальной части сигнала. Это схема формирования волны. Это может быть очень полезно в схемах, где входной сигнал достигает более высокого значения напряжения, чем ожидаемое. Эти схемы могут быть реализованы различными способами в зависимости от конфигурации или функции диода.

Ограничение выполняется либо положительного, либо отрицательного цикла путем изменения конфигурации диода.Таким образом, есть положительные или отрицательные клиперы в зависимости от того, какой цикл обрезается. Здесь мы объясним и продемонстрируем различных типов клипсаторов с помощью осциллографа.

Основными видами машинок для стрижки являются:

    Положительный клипсатор серии

  1. Положительный клиппер серии

  2. с напряжением смещения
  3. Негативная машинка для стрижки

  4. серии
  5. Отрицательный клиппер серии

  6. с напряжением смещения
  7. Ограничитель положительного шунта
  8. Шунтирующий положительный клиппер с напряжением смещения
  9. Шунтирующий отрицательный клипер
  10. Шунтирующий отрицательный клиппер с напряжением смещения
  11. Машинка для стрижки комбинированная

1.Клиппер позитивный серии

Как следует из названия, эта схема отсекает положительный полупериод входного сигнала . Диод подключен последовательно с выходом, как показано на рисунке ниже:

Series Positive Clipper Waveform

Series Positive Clipper Circuit Diagram

Для проектирования схемы следуйте приведенной выше схеме. Сначала подключите клемму 12 В трансформатора к отрицательному концу диода и подключите резистор 10 кОм к положительному концу диода, а затем подключите клемму 0 В трансформатора к другому концу резистора.Теперь подключите первый канал осциллографа к стороне входа, а второй канал — к стороне выхода. Включите трансформатор и осциллограф. И вы увидите, что положительный полупериод выходного сигнала обрезан.

Series Positive Clipper Waveform on Oscilloscope

Во время положительного полупериода диод находится в обратном смещении, поэтому выходное напряжение отсутствует, а во время отрицательного полупериода диод переходит в прямое смещение, и на выходе происходит падение напряжения. Следовательно, мы видим, что положительный полупериод обрезается.

2. Серия положительных клипсаторов с напряжением смещения

Часто нам нужно обрезать только небольшую часть сигнала. Для этого используется напряжение смещения. Итак, когда мы соединяем напряжение смещения с сопротивлением, выходное напряжение представляет собой разницу между входным напряжением и напряжением смещения. Вот как положительная половина зажимается до желаемого уровня напряжения. Если вы подаете отрицательное напряжение (рис. 2), он будет отсекать часть отрицательного цикла, как показано ниже, потому что отрицательное напряжение будет складываться с входным напряжением.

Series Positive Clipper with Positive Bias Voltage

Series Positive Clipper with Negative Bias Voltage

3. Негативный клипсатор серии

Как следует из названия, эта схема отсекает отрицательный полупериод входного сигнала . Диод подключен последовательно с выходом, как показано на рисунке ниже:

Series Negative Clipper Waveform Series Negative Clipper Circuit Diagram

Для проектирования схемы следуйте приведенной выше схеме. Сначала подключите клемму 12 В трансформатора к положительному концу диода и подключите резистор 10 кОм к отрицательному концу диода, а затем подключите клемму 0 В трансформатора к другому концу резистора.Теперь подключите первый канал осциллографа к стороне входа, а второй канал — к стороне выхода. Включите трансформатор и осциллограф. И вы увидите, что отрицательный полупериод выходного сигнала обрезан.

Series Negative Clipper Waveform on Oscilloscope

Во время положительного полупериода диод находится в прямом смещении, поэтому на выходе происходит падение напряжения, а в течение отрицательного полупериода диод переключается в обратное смещение, и выходное напряжение на выходе отсутствует. Следовательно, мы видим, что отрицательный полупериод обрезается.

4. Серия отрицательных клипсаторов с напряжением смещения

Работает по тому же принципу, что и машинка для стрижки с положительным смещением. Но здесь отрицательное напряжение смещения используется для ограничения отрицательной части сигнала, потому что положительное напряжение смещения будет добавлено к входному напряжению.

Series Negative Clipper with Negative Bias Voltage

5. Ограничитель положительного шунта

В Shunt / Parallel Clipper диод подключен к выходной стороне, а сопротивление подключено к входной стороне.Он называется параллельным, потому что вывод развернут параллельно диоду. Принципиальная схема показана ниже:

Shunt Positive Clipper waveform Shunt Positive Clipper

Чтобы разработать схему, следуйте схеме, показанной выше. Сначала подключите клемму 12 В трансформатора к резистору 10 кОм и подключите положительный конец диода к этому резистору, а затем подключите клемму 0 В трансформатора к отрицательному концу диода. Теперь подключите первый канал осциллографа к стороне входа, а второй канал — к стороне выхода.Включите трансформатор и осциллограф. И вы увидите, что положительный полупериод выходного сигнала отсечен от .

Shunt Positive Clipper waveform on Oscilloscope

Во время положительного полупериода диод находится в прямом смещении, поэтому он действует как короткое замыкание, и в случае короткого замыкания отсутствует выходное напряжение. Теперь во время отрицательного полупериода диод имеет обратное смещение и действует как разомкнутая цепь, и выходное напряжение становится равным входному напряжению. Следовательно, мы видим, что положительный полупериод отсечен от .

6. Шунтирующий положительный клиппер с напряжением смещения

Ограничители этого типа также работают так же, как ограничители смещения, описанные ранее, но на этот раз напряжение смещения связано с диодом. Таким образом, при положительном смещении он отсекает только положительную часть, но при отрицательном смещении он также отсекает некоторую часть отрицательного полупериода, как показано на диаграмме ниже.

Shunt Positive Clipper with Positive Bias Voltage Shunt Positive Clipper with Negative Bias Voltage

7. Шунтирующий отрицательный клипер

Этот фильтр сконструирован так же, как и ограничитель положительного полюса, только диод подключен в обратном направлении.Принципиальная схема приведена ниже:

Shunt Negative Clipper

Сначала подключите клемму 12 В трансформатора к резистору 10 кОм и подключите отрицательный конец диода к этому резистору, а затем подключите клемму 0 В трансформатора к положительному концу диода. Теперь подключите первый канал осциллографа к стороне входа, а второй канал — к стороне выхода. Включите трансформатор и осциллограф. И вы увидите, что отрицательный полупериод выходного сигнала отсечен от .

Shunt Negative Clipper on Oscilloscope

Во время положительного полупериода диод находится в обратном смещении, поэтому он действует как разомкнутая цепь, и выходное напряжение становится равным входному. Теперь во время отрицательного полупериода диод переходит в прямое смещение и действует как короткое замыкание, и в случае короткого замыкания выходное напряжение отсутствует. Следовательно, мы видим, что отрицательный полупериод отсечен от .

8. Шунтирующий отрицательный клиппер с напряжением смещения

Они также похожи на последовательные ограничители с отрицательным смещением, но на этот раз напряжение подается на диод.Вы должны использовать отрицательное напряжение смещения для ограничения отрицательного цикла и положительное смещение для ограничения положительного цикла.

Shunt Negative Clipper with Negative Bias Voltage

9. Машинки для стрижки комбинированные

Эти клиперы используются для отсечения как положительных, так и отрицательных циклов до некоторого уровня . Для этого используются два диода в противоположных направлениях. Для регулирования ограничения может применяться напряжение смещения, так что ограничение выполняется для разности напряжений между входным напряжением и напряжением смещения.Принципиальная схема приведена ниже:

Combinational Clippers Circuit Diagram

Просто следуйте схеме, показанной выше. Эта схема такая же, как и вышеупомянутые параллельные / шунтирующие схемы, но здесь мы использовали два диода. Мы создали схему без использования напряжения смещения, поэтому на выходе оба цикла будут отключены.

Во время положительного полупериода D2 смещен в прямом направлении, а D1 — в обратном. Таким образом, D2 станет коротким замыканием, а D1 будет разомкнутым. Точно так же для отрицательного полупериода произойдет противоположное вышеуказанному условию.Но выход будет на уровне разности напряжений, и, поскольку мы не использовали напряжение смещения, оба цикла будут обрезаны.

,

Типы диодов »Электроника

Существует множество различных типов диодов, различающихся не только технологией, но и силовыми диодами, диодами для поверхностного монтажа и многим другим.


Diode Tutorial Включает:
Типы диодов
Характеристики и рейтинг диодов
PN переходный диод
СВЕТОДИОД
PIN-диод
Диод с барьером Шоттки
Варактор / варикап
Стабилитрон


Полупроводниковый диод — это широко используемый компонент электроники, который сегодня встречается во многих конструкциях электронных схем.

Несмотря на то, что существует много разных типов диодов, которые используют одну и ту же базовую структуру области материала p-типа, встречающейся с областью материала n-типа, разные типы оптимизированы для обеспечения различных характеристик, которые могут использоваться различными способами. во многих конструкциях электронных схем.

Независимо от типа диода, основная идея диода важна сегодня в электронной промышленности, будь то использование для производства коммерческого или промышленного оборудования, для использования любителями или для тех, кто изучает электронику.

Диоды используются в самых разных областях. Они могут быть для простого исправления сигнала; они могут использоваться в качестве силовых диодов для выпрямления мощности, обнаружения сигналов, различных форм радиочастотного проектирования, генерации света, генерации лазерного излучения, обнаружения света и многого другого.

Диоды также могут иметь множество различных корпусов: диоды для поверхностного монтажа, диоды с обычными выводами и некоторые силовые диоды могут даже быть прикреплены болтами к радиатору. Диоды бывают всех форм и размеров.

Диоды поверхностного монтажа на печатной плате

История создания полупроводниковых диодов

Первые диоды, которые будут использоваться, были обнаружены еще в начале 1900-х годов, когда технология беспроводной связи только зарождалась. The Cat’s Whisker был одним из первых диодов, которые начали использовать. Он состоял из очень тонкого куска проволоки (сам кошачий ус), который можно было поместить на кусок материала полупроводникового типа (обычно минеральный кристалл), чтобы получился диод точечного контакта. Это широко использовалось до середины и конца 1920-х годов, когда термоэлектронная или вентильная технология стала достаточно дешевой, чтобы ее можно было широко использовать в радиоприемниках.

Примерно во время Второй мировой войны для разрабатываемых радаров потребовались новые диоды. Полупроводниковые диоды предоставили один вариант, поскольку их размер означал, что они могли лучше работать на частотах, необходимых для радара.

Обозначение диодной цепи

Как и все электронные компоненты, диоды имеют обозначение цепи, которое используется на электронных схемах. Базовое обозначение диода представляет собой треугольник, острием которого соприкасается короткая линия, перпендикулярная проводу на принципиальной схеме.

Иногда треугольник и даже линия показаны просто очертаниями, а в других случаях они показаны как закрашенные черные фигуры.

Обозначение базовой диодной цепи

Иногда символ диодной цепи отображается только в виде контура и без закрашенных фигур. Форма контура также приемлема.

Альтернативный символ схемы диода

Существует много различных типов диодов, и некоторые из них используют символы схемы, которые немного изменены по сравнению с символом основного диода для обозначения их функции: диод Шоттки, варакторный диод и ряд других попадают в эту категорию.

Устройства для поверхностного монтажа или с выводами

Диоды бывают всех форм и размеров. Традиционно многие из этих электронных компонентов помещались в небольшую стеклянную трубку, в которой заключался сам полупроводниковый диод. Сейчас диоды содержатся в самых разных корпусах.

Все еще существуют свинцовые корпуса и стеклянные диоды, но есть также много пластиковых корпусов. Они могут различаться по размеру в зависимости от требуемой рассеиваемой мощности.

В наши дни, когда большая часть печатных плат собирается с использованием технологии поверхностного монтажа, существует целый ряд диодов, доступных в качестве компонентов для поверхностного монтажа, диодов SMD. Существует множество стандартных корпусов для SMD-диодов, включая корпус SOT-23, который используется для многих небольших дискретных диодов. Используются только два из трех имеющихся контактов, что позволяет правильно сориентировать диод.

Поскольку эти SMD-диоды малы, на диоде нет места для включения полного номера детали, и используется сокращенный номер, чтобы их можно было различить.

Хотя в большинстве сборок печатных плат используется технология поверхностного монтажа, существуют и другие области производства электроники, которые нуждаются в диодах с гораздо более высоким током. Эти диоды могут содержаться в корпусах, которые крепятся болтами к радиаторам.

Типы диодов

Существует множество различных типов диодов, которые производятся и используются в различных конструкциях электронных схем, ВЧ-схемах, а также часто и в цифровых схемах. Каждый тип имеет разные свойства, что делает их подходящими для разных схем.

  • Обратный диод: Этот тип диода иногда также называют обратным диодом. Хотя этот диод не получил широкого распространения, он представляет собой диод с PN-переходом, который очень похож на туннельный диод по своей работе. Он находит несколько специализированных приложений, где могут быть использованы его особые свойства, обычно на микроволновых частотах.

    Обратный диод — это, по сути, разновидность туннельного диода, в котором одна сторона перехода менее легирована, чем другая.

  • Диод BARITT: Эта форма диода получила свое название от слов «диод времени прохождения через барьер». Он используется в микроволновых приложениях и имеет много общего с более широко используемым диодом IMPATT.

  • Диод Ганна: Хотя этот тип диода не является диодом в форме PN перехода, он представляет собой полупроводниковое устройство с двумя выводами.Обычно он используется для генерации микроволновых сигналов и использовался во многих радиочастотных конструкциях в качестве простой и эффективной формы микроволнового генератора.

    Диоды Ганна

    также известны как устройства с переносом электронов или TED. Хотя этот электронный компонент называется диодом, он не имеет PN перехода и технически не является диодом в том смысле, в котором он используется в полупроводниковой технологии. Вместо этого устройство использует эффект, известный как эффект Ганна (названный в честь первооткрывателя Дж. Б. Ганна).

    Хотя диод Ганна обычно используется для генерации микроволновых радиочастотных сигналов, этот электронный компонент также может использоваться в качестве усилителя в том, что иногда называют усилителем с переносом электронов или TEA.

  • Кошачий ус: Как уже упоминалось, этот тип диодов был первым типом, получившим широкое распространение. Он состоял из небольшой проволоки, помещенной на кусок минерального кристалла. Это создало небольшой диод с точечным контактом, который, хотя и ненадежный, был достаточно хорош, чтобы можно было слышать радиопередачи при использовании в «кристаллическом наборе».«

    Image of a typical Cat Типичный кристаллический детектор / детектор кошачьих усов

    Хотя детекторы Cat Whisker не были особенно надежными, они были первой формой полупроводниковых диодов и указали путь к более поздним диодам. , , и принцип светодиода был даже соблюден Х. Дж. Раундом в 1908 году на одном из них.

  • Диод IMPATT: Диод IMPATT или СВЧ-диод IMPact Avalanche с ионизацией и временем прохождения используется в некоторых радиочастотных схемах, где для микроволновых сигналов требуется простой генератор.

    Технология диодов IMPATT не так широко используется в наши дни, но этот электронный компонент способен генерировать сигналы обычно от 3 до 100 ГГц или более. Одним из основных преимуществ этого микроволнового диода является относительно высокая мощность (часто десять ватт и более), которая намного выше, чем у многих других типов микроволновых диодов. Его выходная мощность намного выше, чем у диода Ганна.

  • Лазерный диод: Этот тип диода отличается от обычного светоизлучающего диода тем, что излучает лазерный (когерентный) свет.Эти электронные компоненты используются во многих приложениях, включая приводы компакт-дисков и DVD-дисков. Хотя эти диоды намного дешевле, чем другие формы лазерных генераторов, они дороже обычных светодиодов.

  • Светодиоды: Светодиод или светодиод — это один из самых популярных типов диодов. При прямом смещении и токе, протекающем через переход, возникает свет. Первоначальный цвет этих диодов был красным, но сейчас доступно большинство цветов.Это достигается за счет использования различных смесей полупроводников по обе стороны от PN перехода.

  • Фотодиод: Когда свет попадает на PN-переход, он может создавать электроны и дырки, вызывая протекание тока. В результате можно использовать полупроводники для обнаружения света. Эти типы диодов также могут использоваться для выработки электроэнергии. Для некоторых приложений PIN-диоды очень хорошо работают как фотодетекторы.

  • PIN-диод: Этот тип диода имеет области кремния P-типа и N-типа, но между ними есть область собственного полупроводника (т.е.е. без допинга). Это увеличивает размер так называемой области истощения. Этот тип диодов используется в ряде приложений, включая радиочастотные переключатели и фотодиоды.

  • Диод с точечным контактом: Этот тип диода работает так же, как и простой диод с PN переходом, но его конструкция намного проще. Они состоят из куска полупроводника n-типа, на который помещается острый конец металлической проволоки определенного типа (металл III группы для химиков).Часть металла мигрирует в полупроводник и образует PN-переход.

    Эти диоды имеют очень низкий уровень емкости и идеально подходят для многих радиочастотных (RF) приложений. У них также есть то преимущество, что они очень дешевы в производстве, хотя их характеристики не особенно воспроизводимы.

  • PN-переход: Стандартный PN-переход можно рассматривать как обычный или стандартный тип диода, который используется сегодня.Этот электронный компонент встроен во многие конструкции электронных схем, а также используется во многих конструкциях радиочастотных схем. Эти диоды могут быть малосигнальными для использования в радиочастотах или других слаботочных приложениях, или другие типы могут быть сильноточными и высоковольтными, которые могут использоваться для силовых приложений.

  • Диоды Шоттки: Этот тип диодов имеет меньшее прямое падение напряжения, чем обычные кремниевые диоды с PN переходом.При низких токах падение может быть где-то между 0,15 и 0,4 вольт по сравнению с 0,6 вольт для кремниевого диода.

    Для достижения этих характеристик они сконструированы иначе, чем обычные диоды, имеющие контакт металл-полупроводник. Они широко используются в качестве ограничивающих диодов и в ВЧ конструкциях, часто как детекторы сигналов. Они также используются в качестве силовых диодов для выпрямления переменного тока в источниках питания и т.п. Меньшие потери, вызванные меньшим падением, имеют большое значение для повышения эффективности.

  • Ступенчатый восстанавливающий диод: Форма микроволнового диода, используемого для генерации и формирования импульсов на очень высоких частотах. Для работы этих диодов требуется очень быстрое отключение диода.

  • TRAPATT-диод: Этот тип диода во многом похож на IMPATT и фактически принадлежит к тому же семейству. Он предлагает более низкий уровень шума, но не достигает таких высоких частот.

  • Туннельный диод: Хотя сегодня туннельный диод не получил широкого распространения, он использовался в микроволновых приложениях, где его характеристики превосходили характеристики других устройств того времени.

  • Варикапные или варакторные диоды: Этот тип диодов используется в радиочастотных (RF) приложениях. На диод помещено обратное смещение, поэтому ток через переход не протекает.Однако ширина обедненного слоя варьируется в зависимости от приложенного к нему смещения.

    Диод можно представить себе как две обкладки конденсатора с обедненным слоем между ними. Поскольку емкость изменяется в соответствии с шириной обедненного слоя, и это можно изменять, изменяя обратное смещение на диоде, можно управлять емкостью диода.

  • Зенера опорный диод / напряжение диода: Стабилитрон очень полезный тип диода.Он работает под обратным смещением и при достижении определенного напряжения выходит из строя. Если ток ограничен резистором, это позволяет получить стабильное напряжение. Этот тип диода поэтому широко используется для обеспечения опорного напряжения в регулируемых источниках питания.

Существует очень много разных типов диодов, каждый из которых подходит для своего применения. Мало того, что технология различается для разных типов диодов, они также могут содержаться в разных корпусах: некоторые могут быть свинцовыми, а другие могут крепиться болтами на радиаторах, а в зависимости от количества сборки печатной платы, в которой используются автоматизированные методы производства, диоды для поверхностного монтажа сейчас используется в огромных количествах.

Другие электронные компоненты:
Резисторы
Конденсаторы
Индукторы
Кристаллы кварца
Диоды
транзистор
Фототранзистор
FET
Типы памяти
тиристор
Соединители
Разъемы RF
Клапаны / трубки
батареи
Выключатели
Реле

Вернуться в меню «Компоненты». , ,

.

Что такое стабилитрон? Принцип работы, типы и применение стабилитрона в качестве регулятора напряжения, ограничителя формы сигнала и переключателя напряжения

Введение

Диоды обычно известны как устройства, которые позволяют протекать току в одном направлении (с прямым смещением) и оказывают сопротивление потоку тока при использовании с обратным смещением. Стабилитрон (названный в честь американского ученого Ч. Зенера, который первым объяснил его принципы работы), с другой стороны, не только пропускает ток при прямом смещении, но и пропускает ток при использовании в обратное смещение, пока приложенное напряжение превышает напряжение пробоя , известное как напряжение пробоя стабилитрона .Или другими словами Напряжение пробоя — это напряжение, при котором стабилитрон начинает проводить в обратном направлении.

Принцип работы стабилитрона:

Zener Diode Symbol Generic Diode Symbol

В обычных диодах напряжение пробоя очень высокое и диод полностью выходит из строя, если приложено напряжение выше пробивного диода, но в стабилитронах напряжение пробоя не такое высокое и не приводит к необратимому повреждению стабилитрона. если напряжение приложено.

Когда обратное напряжение, приложенное к стабилитрону, увеличивается до заданного значения Напряжение пробоя (Vz), через диод начинает течь ток, известный как ток стабилитрона , и этот процесс известен как Лавинный пробой . Ток увеличивается до максимума и стабилизируется. Этот ток остается постоянным в более широком диапазоне приложенного напряжения и позволяет стабилитрону выдерживать более высокое напряжение без повреждения.Этот ток определяется последовательным резистором.

Рассмотрим изображения ниже нормального диода в действии .

Diode operation in forward biased condition Diode operation in reversed biased condition

Чтобы продемонстрировать операций стабилитрона , рассмотрим два эксперимента (A и B) ниже.

12v Zener diode operation 6v Zener diode operation

В эксперименте A стабилитрон 12 В подключен с обратным смещением, как показано на изображении, и можно видеть, что стабилитрон эффективно блокирует напряжение, потому что оно было меньше / равно напряжению пробоя конкретного стабилитрона и лампа при этом осталась выключенной.

В эксперименте B используется стабилитрон на 6 В с обратным смещением (лампа загорается), потому что приложенное напряжение больше, чем его напряжение пробоя, и, таким образом, показывает, что область пробоя является областью работы стабилитрона. .

Кривая ВАХ стабилитрона показана ниже.

Zener diode V-I characteristics

Из графика можно сделать вывод, что стабилитрон, работающий в режиме обратного смещения, будет иметь довольно постоянное напряжение независимо от величины подаваемого тока.

Применение стабилитрона:

Стабилитроны

используются в трех основных приложениях в электронных схемах;

1. Регулирование напряжения

2. Ограничитель формы сигнала

3. Переключатель напряжения

1. Стабилитрон как регулятор напряжения

Возможно, это наиболее распространенное применение стабилитронов.

Это применение стабилитронов в значительной степени зависит от способности стабилитронов поддерживать постоянное напряжение независимо от изменений тока питания или нагрузки.Общая функция устройства регулирования напряжения заключается в том, чтобы обеспечивать постоянное выходное напряжение на нагрузку, подключенную параллельно к нему, независимо от изменений энергии, потребляемой нагрузкой (ток нагрузки), или изменений и нестабильности напряжения питания.

Стабилитрон будет обеспечивать постоянное напряжение при условии, что ток остается в диапазоне максимального и минимального обратного тока.

Принципиальная схема стабилитрона , используемого в качестве стабилизатора напряжения , показана ниже.

Zener Diode as Voltage Regulator

Резистор R1 соединен последовательно с стабилитроном для ограничения количества тока, протекающего через диод, и входного напряжения Vin (которое должно быть больше, чем напряжение стабилитрона). подключается параллельно, как показано на изображении, и выходное напряжение Vout снимается на стабилитроне с Vout = Vz (напряжение стабилитрона). Поскольку характеристики обратного смещения стабилитрона — это то, что необходимо для регулирования напряжения, он подключается в режиме обратного смещения, причем катод подключается к положительной шине цепи.

Следует проявлять осторожность при выборе номинала резистора R1 , так как резистор небольшого номинала приведет к большому току диода при подключении нагрузки, и это увеличит требования к рассеиваемой мощности диода, которые могут стать выше максимума. номинальной мощности стабилитрона и может повредить его.

Номинал используемого резистора можно определить по формуле, приведенной ниже.

R  1  = (V  в  - V  Z ) / I  Z 

Куда;
R1 - значение последовательного сопротивления.Vin - входное напряжение.
Vz, который совпадает с Vout, является напряжением Зенера.
И Iz - это стабилитрон. 

Используя эту формулу, легко убедиться, что номинал выбранного резистора не приводит к протеканию тока выше, чем может выдержать стабилитрон.

Одна небольшая проблема, с которой сталкиваются схемы стабилизаторов на основе стабилитронов, заключается в том, что стабилитрон иногда генерирует электрический шум на шине питания, пытаясь регулировать входное напряжение.Хотя это не может быть проблемой для большинства приложений, эту проблему можно решить, добавив к диоду развязывающий конденсатор большой емкости. Это помогает стабилизировать выход стабилитрона.

Stabilizing the output of the Zener diode voltage regulator by adding Capacitor

2. Стабилитрон как ограничитель формы сигнала

Одно из применений нормальных диодов заключается в применении схем ограничения и ограничения , которые представляют собой схемы, которые используются для формирования или изменения формы входного переменного тока или сигнала , создавая выходной сигнал другой формы в зависимости от технических характеристик машинка для стрижки или кламмера.

Схемы ограничителей обычно представляют собой схемы, которые используются для предотвращения выхода выходного сигнала схемы за пределы предварительно определенного значения напряжения без изменения какой-либо другой части входного сигнала или формы волны.

Эти схемы вместе с фиксаторами широко используются в аналоговых телевизионных и FM-радиопередатчиках для устранения помех (схемы ограничения) и ограничения шумовых пиков путем отсечения высоких пиков.

Поскольку стабилитроны обычно ведут себя как обычные диоды , когда приложенное напряжение не равно напряжению пробоя, они также используются в схемах ограничения.

Схемы ограничения могут быть разработаны для ограничения сигнала в положительной, отрицательной или обеих областях . Хотя диод, естественно, отсекает другую область при 0,7 В, независимо от того, был ли он разработан как положительный или отрицательный.

Например, рассмотрим схему ниже.

Zener Diode in as Clipper Circuit

Схема ограничителя предназначена для ограничения выходного сигнала при 6,2 В, поэтому использовался стабилитрон на 6,2 В. Стабилитрон предотвращает выход выходного сигнала за пределы напряжения стабилитрона независимо от формы входного сигнала.Для этого конкретного примера использовалось входное напряжение 20 В, а выходное напряжение при положительном размахе составляло 6,2 В, что соответствовало напряжению стабилитрона. Однако во время отрицательного колебания напряжения переменного тока стабилитрон ведет себя так же, как и обычный диод, и ограничивает выходное напряжение на уровне 0,7 В, как и обычные силиконовые диоды.

Generated Waveforms of Zener diode Clipper Circuit

Чтобы реализовать схему ограничения для отрицательного размаха цепи переменного тока, а также для положительного размаха таким образом, чтобы напряжение ограничивалось на разных уровнях при положительном и отрицательном размахе, используется схема ограничения с двойным стабилитроном.Принципиальная схема цепи ограничения двойного стабилитрона показана ниже.

Generated Waveforms of Double Zener diode Clipper Circuit

В приведенной выше схеме ограничения напряжение Vz2 представляет собой напряжение на отрицательном размахе источника переменного тока, при котором выходной сигнал желательно ограничить, в то время как напряжение Vz1 представляет собой напряжение на положительном размахе источника переменного тока, при котором выходной сигнал напряжение желательно ограничить.

3. Стабилитрон в качестве переключателя напряжения

Сдвигатель напряжения — одно из самых простых, но интересных применений стабилитрона.Если у вас был опыт, особенно с подключением датчика 3,3 В к MCU 5 В, и вы воочию видели ошибки в показаниях и т. Д., Которые могут привести к ним, вы оцените важность переключателей напряжения. Сдвигатели напряжения помогают преобразовывать сигнал из одного напряжения в другое. и способность стабилитрона поддерживать постоянное выходное напряжение в области пробоя делает их идеальным компонентом для работы.

В стабилизаторе на основе стабилитрона схема понижает выходное напряжение на величину, равную напряжению пробоя конкретного используемого стабилитрона.Принципиальная схема переключателя напряжения показана ниже.

Zener Diode as Voltage Shifter

Рассмотрим эксперимент ниже,

Getting 3.3v Zener diode based voltage shifter

Схема описывает стабилизатор напряжения на стабилитроне 3,3 В. Выходное напряжение (3,72 В) схемы определяется путем вычитания напряжения пробоя (3,3 В) стабилитрона из входного напряжения (7 В).

Vout = Vin –Vz

Vout = 7 — 3,3 = 3,7 В

Переключатель напряжения, описанный ранее, имеет несколько применений в проектировании современных электронных схем, так как инженеру-конструктору, возможно, придется время от времени работать с тремя различными уровнями напряжения в процессе проектирования.

Типы стабилитронов:

Стабилитроны

подразделяются на типы на основе нескольких параметров, в том числе:

  1. Номинальное напряжение
  2. Рассеиваемая мощность
  3. Ток прямого привода
  4. Прямое напряжение
  5. Тип упаковки
  6. Максимальный обратный ток

Номинальное напряжение

Номинальное рабочее напряжение стабилитрона также известно как напряжение пробоя стабилитрона, в зависимости от области применения, для которой диод будет использоваться, это часто является наиболее важным критерием при выборе стабилитрона.

Рассеиваемая мощность

Это максимальная мощность, которую может рассеять ток стабилитрона. Превышение этой номинальной мощности приводит к чрезмерному повышению температуры стабилитрона, что может повредить его и привести к выходу из строя устройств, подключенных к нему в цепи. Таким образом, этот фактор следует учитывать при выборе диода с учетом его использования.

Максимальный ток стабилитрона

Это максимальный ток, который может пройти через стабилитрон при напряжении стабилитрона без повреждения устройства.

Минимальный ток стабилитрона

Это относится к минимальному току, необходимому для начала работы стабилитрона в области пробоя.

Все остальные параметры, которые служат спецификацией диода, должны быть полностью рассмотрены, прежде чем будет принято решение о типе стабилитрона, необходимого для этой специфической конструкции.

Заключение:

Вот 5 моментов, которые нельзя забывать о стабилитроне.

  1. Стабилитрон похож на обычный диод только тем, что он имеет резкое пробивное напряжение.
  2. Стабилитрон поддерживает стабильное выходное напряжение независимо от входного напряжения, если не превышается максимальный ток стабилитрона.
  3. При прямом смещении стабилитрон ведет себя точно так же, как обычный силиконовый диод. Он проводит с тем же падением напряжения 0,7 В, что и при использовании обычного диода.
  4. Рабочее состояние стабилитрона по умолчанию находится в области пробоя (обратное смещение).Это означает, что он фактически начинает работать, когда приложенное напряжение выше, чем напряжение стабилитрона при обратном смещении.
  5. Стабилитрон в основном используется в приложениях, связанных с регулированием напряжения, схемами ограничения и переключателями напряжения.

.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о