Къде се използват диоди? Как работи един диод?

Всички знаем много добре какво представлява полупроводниковият диод, но малко от нас знаят за принципа на работа на диода Днес, особено за начинаещи, ще обясня принципа на неговата работа. Както е известно, диодът пропуска ток добре от едната страна, но много слабо от другата посока. Диодът има два извода - анод и катод. Нито едно електронно устройство не може без използването на диоди. Диодът се използва за коригиране на променлив ток, с помощта на диоден мост, който се състои от четири диода, можете да превърнете променлив ток в постоянен ток или с помощта на шест диода можете да превърнете трифазното напрежение в еднофазно, диоди се използват в различни захранвания, в аудио-видео устройства, почти навсякъде. Тук можете да видите снимки на някои.

На изхода на диода можете да забележите спад в първоначалното ниво на напрежение с 0,5-0,7 волта. За захранващи устройства с по-ниско напрежение се използва диод на Шотки на такъв диод се наблюдава най-малък спад на напрежението - около 0,1V. Диодите на Шотки се използват главно в радиопредавателни и приемащи устройства и в други устройства, работещи главно на високи честоти. Принципът на работа на диода е доста прост на пръв поглед: диодът е полупроводниково устройство с еднопосочна проводимост на електрически ток.

Диодният извод, свързан към положителния полюс на източника на захранване, се нарича анод, а отрицателният извод се нарича катод. Диодният кристал е направен главно от германий или силиций, една област от които има n-тип електрическа проводимост, т.е. област с дупка, която съдържа изкуствено създадена липса на електрони, другата - n-тип проводимост, т.е. съдържа излишък от електрони, границата между тях се нарича n-n преход, n е първата буква от думата положителен на латински, n е първата буква от думата отрицателен. Ако положително напрежение се приложи към анода на диода и отрицателно напрежение се приложи към катода, тогава диодът ще премине ток, това се нарича директно свързване, в тази позиция диодът е отворен, ако се приложи обратно, диод няма да премине ток, в това положение диодът е затворен, това се нарича обратна връзка.

Обратното съпротивление на диода е много високо и във веригите се счита за диелектрик (изолатор). За да демонстрирате работата на полупроводников диод, можете да сглобите проста верига, която се състои от източник на захранване, товар (например лампа с нажежаема жичка или електрически двигател с ниска мощност) и самия полупроводников диод. Свързваме всички компоненти на веригата последователно, подаваме плюс от източника на захранване към анода на диода, последователно към диода, тоест свързваме единия край на електрическата крушка към катода на диода и свържете другия край на същата лампа към минуса на източника на захранване. Наблюдаваме светенето на лампата, сега обръщаме диода, лампата вече няма да свети, защото диодът е свързан обратно, преходът е затворен. Надявам се, че това ще ви помогне по някакъв начин в бъдеще, начинаещи - A. Kasyan (AKA).

Полупроводникови устройстваса били използвани в радиотехниката още преди изобретяването на вакуумните тръби. Изобретателят на радиото А. С. Попов първо използва кохерер (стъклена тръба с метални стружки) и след това контакт на стоманена игла с въглероден електрод за откриване на електромагнитни вълни.

Това беше първото полупроводников диод— детектор. По-късно са създадени детектори с помощта на естествени и изкуствени кристални полупроводници (галенит, цинкит, халкопирит и др.).

Такъв детектор се състои от полупроводников кристал, запоен в чаша на държача и стоманена или волфрамова пружина със заострен край (фиг. 1). Позицията на върха на кристала е установена експериментално, като се постига най-голям обем на предаване на радиостанцията.

Ориз. 1. Полупроводников диод - детектор.

През 1922 г. О. В. Лосев, служител на радиолабораторията в Нижни Новгород, открива забележително явление: кристален детектор, оказва се, може да генерира и усилва електрически трептения.

Това беше истинска сензация, но липсата на научни познания и липсата на необходимото експериментално оборудване не позволиха по това време да се изследва дълбоко същността на процесите, протичащи в полупроводника, и да се създадат полупроводникови устройства, способни да се конкурират с електронна тръба .

Полупроводников диод

Полупроводникови диодиобозначен със символ, който е запазен в общи линии от дните на първите радиостанции (фиг. 2.6).

Ориз. 2. Обозначение и структура на полупроводников диод.

Горната част на триъгълника в този символ показва посоката на най-голяма проводимост (триъгълникът символизира анода на диода, а късата линия, перпендикулярна на водещите линии, е неговият катод).

Същият символ означава полупроводникови токоизправители, състоящи се например от няколко диода, свързани последователно, паралелно или смесено (изправителни колони и др.).

Диодни мостове

Мостовите токоизправители често се използват за захранване на радио оборудване. Очертанията на една и съща схема на диодно свързване (квадрат, чиито страни са оформени от диодни символи) отдавна са общоприети, следователно, за обозначаване на такива токоизправители, започна да се използва опростен символ - квадрат със символа на един диод вътре (фиг. 3).

Ориз. 3. Обозначение на диодния мост.

В зависимост от стойността на изправеното напрежение всяко рамо на моста може да се състои от един, два или повече диода. Полярността на изправеното напрежение не е посочена на диаграмите, тъй като тя се определя ясно от символа на диода вътре в квадрата.

Мостовете са конструктивно обединени в един корпус и са изобразени отделно, което показва принадлежността им към един продукт в позиционно обозначение. До позиционното обозначение на диодите, като всички други полупроводникови устройства, обикновено се посочва техният тип.

На базата на диодния символ се изграждат символи за полупроводникови диоди със специални свойства. За получаване на желания символ се използват специални знаци, както върху самия основен символ, така и в непосредствена близост до него, като за да се фокусира вниманието върху някои от тях, основният символ се поставя в кръг - символ за тялото на полупроводниково устройство.

Тунелни диоди

Знак, наподобяващ права скоба, обозначава катода на тунелните диоди (фиг. 4а). Изработени са от полупроводникови материали с много високо съдържание на примеси, в резултат на което полупроводникът се превръща в полуметал. Поради необичайната форма на характеристиката ток-напрежение (има участък от отрицателно съпротивление), тунелните диоди се използват за усилване и генериране на електрически сигнали и в превключващи устройства. Важно предимство на тези диоди е, че могат да работят при много високи честоти.

Ориз. 4. Тунелен диод и неговото обозначение.

Разновидност на тунелните диоди са обратните диоди, при които при ниско напрежение на pn прехода проводимостта в обратна посока е по-голяма, отколкото в права посока.

Такива диоди се използват при обратна връзка. В символа за реверсиран диод катодната чертичка е изобразена с две чертички, които я докосват със средата си (фиг. 4.6).

Ценерови диоди

Полупроводниковите ценерови диоди, които също работят на обратния клон на характеристиката ток-напрежение, са спечелили силно място в захранващите устройства, особено тези с ниско напрежение.

Това са планарни силициеви диоди, произведени по специална технология. Когато се включат в обратна посока и при определено напрежение, преходът "пробива" и впоследствие, въпреки увеличаването на тока през прехода, напрежението върху него остава почти непроменено.

Ориз. 5. Ценеров диод и неговото обозначение на диаграмите.

Благодарение на това свойство ценеровите диоди се използват широко като независими стабилизиращи елементи, както и източници на референтни напрежения в транзисторни стабилизатори.

За да се получат малки референтни напрежения, ценеровите диоди се включват в права посока, като стабилизиращото напрежение на един ценерови диод е равно на 0,7... 0,8 V. Същите резултати се получават, когато конвенционалните силициеви диоди се включват в права посока .

За стабилизиране на ниско напрежение са разработени и широко използвани специални полупроводникови диоди - стабистори. Тяхната разлика от ценерови диоди е, че те работят по директния клон на характеристиката ток-напрежение, т.е. когато са включени в права (проводяща) посока.

За да се покаже ценеров диод в диаграмата, катодното тире на основния символ е допълнено с късо тире, насочено към символа на анода (фиг. 5а). Трябва да се отбележи, че местоположението на хода спрямо символа на анода трябва да бъде непроменено, независимо от позицията на символа на ценеров диод на диаграмата.

Това напълно се отнася за символа на двуаноден (двустранен) ценеров диод (фиг. 5.6), който може да бъде свързан към електрическа верига във всяка посока (всъщност това са два идентични ценерови диода, свързани гръб до гръб) .

Варикапи

Електронно-дупков преход, към който се прилага обратно напрежение, има свойствата на кондензатор. В този случай ролята на диелектрик играе самият pn преход, в който има малко свободни носители на заряд, а ролята на плочите играят съседните слоеве на полупроводника с електрически заряди с различни знаци - електрони и дупки. Чрез промяна на напрежението, приложено към pn прехода, можете да промените неговата дебелина и следователно капацитета между слоевете на полупроводника.

Ориз. 6. Варикапи и тяхното обозначение на електрически схеми.

Това явление се използва в специални полупроводникови устройства - варикапа[от английски думи вари(способен) - variable and шапка с козирка(acitor) - кондензатор]. Варикапите се използват широко за настройка на осцилаторни вериги, в устройства за автоматично регулиране на честотата, а също и като честотни модулатори в различни генератори.

Конвенционалното графично обозначение на варикап (виж фиг. 6, а) ясно отразява тяхната същност: паралелни линии в долната част се възприемат като символ на кондензатор. Ударни и променливи кондензатори, варикапи често се правят под формата на блокове (наричат ​​се матрици) с общ катод и отделни аноди. Например на фиг. 6.6 показва обозначението на матрица от два варикапа, а фиг. 6,в - от три.

Тиристори

Въз основа на основния символ на диода, условно обозначения на тиристора(от гръцки Тайра– врата и английски (resi) stor- резистор). Това са диоди, които са редуващи се слоеве от силиций с електропроводимост тип p и p. В тиристора има четири такива слоя, т.е. той има три pn прехода (pppp структура).

Тиристориса намерили широко приложение в различни регулатори на променливо напрежение, генератори за релаксация, превключващи устройства и др.

Ориз. 7. Тиристор и неговото обозначение на електрически схеми.

Тиристорите с изводи само от външните слоеве на структурата се наричат ​​dynstorimn и се обозначават с диоден символ, зачеркнат от линеен сегмент, успореден на линията на катода (Фигура 7, а). Същата техника е използвана при конструирането на обозначението на симетричен динистор (фиг. 7, b), провеждащ ток (след включване) в двете посоки.

Тиристори с допълнителен (трети) изход (от един от вътрешните слоеве на конструкцията) се наричат ​​тиристори. Контролът по дължината на катода в обозначението на тези устройства е показан с прекъсната линия, прикрепена към символа на катода (фиг. 7, c), по протежение на анода - чрез линия, продължаваща една от страните на триъгълника, символизиращ анода (фиг. 7, г).

Символът за симетричен (двупосочен) триистор се получава от символа за симетричен динистор чрез добавяне на трети извод (фиг. 7, (5).

Фотодиоди

Главна част фотодиоде кръстовище, работещо при обратно отклонение. Корпусът му има прозорец, през който се осветява кристалът на полупроводника. При липса на светлина токът през pn прехода е много малък - не надвишава обратния ток на конвенционален диод.

Ориз. 8. Фотодиоди и представянето им на диаграми.

При осветяване на кристала обратното съпротивление на прехода рязко пада, а токът през него се увеличава. За да се покаже на диаграма такъв полупроводников диод, основният символ на диода се поставя в кръг, а до него (горе вляво, независимо от позицията на символа) се изобразява знакът на фотоелектричния ефект - две наклонени успоредни стрелки, насочени към символа (фиг. 8а).

По подобен начин не е трудно да се конструира символ за всяко друго полупроводниково устройство, което променя свойствата си под въздействието на оптично излъчване. Като пример на фиг. 8.6 показва обозначението на фотодинистора.

Светодиоди и LED индикатори

Полупроводниковите диоди, които излъчват светлина, когато токът преминава през pn преход, се наричат ​​светодиоди. Такива диоди се включват в посока напред. Конвенционалният графичен символ на светодиод е подобен на символа на фотодиода и се различава от него по това, че стрелките, показващи оптичното излъчване, са разположени вдясно от кръга и са насочени в обратна посока (фиг. 9).

Ориз. 9. Светодиоди и представянето им на диаграми.

За показване на цифри, букви и други символи в оборудване с ниско напрежение често се използват светодиодни символни индикатори, които представляват комплекти от светлоизлъчващи кристали, подредени по определен начин и запълнени с прозрачна пластмаса.

Стандартите ESKD не предоставят символи за такива продукти, но на практика те често използват символи, подобни на тези, показани на фиг. 10 (седемсегментен индикаторен символ за извеждане на числа и запетая).

Ориз. 10. Обозначение на светодиодни сегментни индикатори.

Както можете да видите, такова графично обозначение ясно отразява действителното местоположение на светлоизлъчващите елементи (сегменти) в индикатора, въпреки че не е без недостатък: не носи информация за полярността на включването на индикаторните терминали в електрическата верига (индикаторите се произвеждат както с аноден извод, общ за всички сегменти, така и с общ катоден извод).

Това обаче обикновено не създава особени затруднения, тъй като връзката на общия изход на индикатора (както и микросхемите) е посочена в диаграмата.

Оптрони

Светоизлъчващите кристали намират широко приложение в оптроните - специални устройства, използвани за свързване на отделни части на електронни устройства в случаите, когато е необходимо тяхното галванично разделяне. На диаграмите оптроните са изобразени, както е показано на фиг. единадесет.

Оптичната връзка на светлинния излъчвател (LED) с фотодетектора е показана с две успоредни стрелки, перпендикулярни на водещите линии на оптрона. Фотодетекторът в оптрона може да бъде не само фотодиод (фиг. 11, а), но и фоторезистор (фиг. 11, 6), фотодинистор (фиг. 11, в) и др. Взаимната ориентация на символите на излъчвател и фотодетектор не се регулира.

Ориз. 11. Обозначение на оптрони (оптрони).

Ако е необходимо, компонентите на оптрона могат да бъдат изобразени отделно, но в този случай знакът за оптична връзка трябва да бъде заменен със знаци за оптично излъчване и фотоелектричен ефект, а принадлежността на частите към оптрона трябва да бъде показана в позицията обозначение (фиг. 11, d).

Литература: V.V. Фролов, Език на радиосхемите, Москва, 1998 г.

Диод- Това е елемент, който има различна проводимост. Това свойство се използва в различни електрически и електронни вериги. Въз основа на него се създават устройства, които се използват в различни области.

Видове диоди: вакуумни и полупроводникови. Последният тип в момента се използва в по-голямата част от случаите. Никога няма да е излишно да знаете как работи диодът, за какво е необходим, как е обозначен на диаграмата, какви видове диоди съществуват, използването на различни видове диоди.

Електровакуумни диоди

Устройствата от този тип са направени под формата на електронни тръби. Лампата изглежда като стъклен съд с два електрода, поставени вътре в него. Единият от тях е анод, другият е катод. Те са във вакуум. Структурно анодът е направен под формата на тънкостенен цилиндър. Катодът се намира вътре. Обикновено има цилиндрична форма. Вътре в катода е положена изолирана нишка. Всички елементи имат изводи, които са свързани към щифтовете (крачетата) на лампата. Краката на лампата се изнасят.

Принцип на действие

При преминаване на електрически ток през спиралата тя се нагрява и нагрява катода, вътре в който се намира. От повърхността на нагрятия катод електроните, които го напускат, без допълнително ускоряващо поле, се натрупват в непосредствена близост до него. След това някои от тях се връщат обратно към катода.

Когато към анода се приложи положително напрежение, електроните, излъчени от катода, се втурват към него, създавайки аноден електронен ток.

Катодът има ограничение за емисия на електрони. При достигане на тази граница анодният ток се стабилизира. Ако към анода се приложи малко отрицателно напрежение спрямо катода, електроните ще спрат да се движат.

Катодният материал, от който е изработен, е с висока степен на емисия.

Токово напрежение (CVC)

Характеристиката на напрежението на диодите от този тип показва графично зависимостта на анодния ток от напрежението в права посока, приложено към катодните и анодните клеми. Състои се от три раздела:

• Бавно нелинейно нарастване на тока;
• Работна част от характеристиките;
• Област на насищане на аноден ток.

Нелинейният участък започва след зоната на прекъсване на анодния ток. Нейната нелинейност се свързва с малкия положителен потенциал на катода, който електроните напускат, когато се нагрява от нишката.

Активният участък определя почти вертикална линия. Той характеризира зависимостта на анодния ток от нарастващото напрежение.

Секцията на насищане е линия на постоянен аноден ток с нарастващо напрежение между електродите на лампата. Електронната тръба в тази област може да се сравни с проводник на електрически ток. Катодната емисия достигна най-високата си стойност.

Полупроводникови диоди

Свойството на p-n преход да пропуска електрически ток в една посока е намерило приложение при създаването на устройства от този тип. Директната връзка е подаването на отрицателен потенциал към n-областта на прехода, по отношение на p-областта, чийто потенциал е положителен. Когато е включен по този начин, устройството е в отворено състояние. Когато поляритетът на приложеното напрежение се промени, той ще бъде в заключено състояние и през него няма да преминава ток.

Диодите могат да бъдат класифицирани според тяхното предназначение, производствени характеристики и вида на материала, използван при производството им.

По принцип за производството на полупроводникови устройства се използват силициеви или германиеви пластини, които имат n-тип електрическа проводимост. Те съдържат излишък от отрицателно заредени електрони.

Използвайки различни производствени технологии, е възможно да се получат точкови или пластинкови диоди на изхода.

При изработката на точкови устройства заострен проводник (игла) се заварява към плоча тип n. На повърхността му се нанася определен примес. За германиевите пластини иглата съдържа индий; за силициевите пластини иглата е покрита с алуминий. И в двата случая се създава област на p-n преход. Формата му наподобява полусфера (точка).

За равнинни устройства се използва методът на дифузия или синтез. Областта на преходите, получена чрез този метод, варира в широки граници. По-нататъшното предназначение на продукта зависи от неговия размер. Проводниците са запоени към зоните на преход p-n, които се използват под формата на проводници от тялото на крайния продукт при инсталиране на различни електрически вериги.

В диаграмите полупроводниковите диоди са обозначени под формата на равностранен триъгълник, към горния ъгъл на който е прикрепена вертикална линия, успоредна на основата му. Изводът на линията се нарича катод, а изводът на основата на триъгълника е анод.

Директно свързване е такова свързване, при което положителният полюс на източника на захранване е свързан към анода. Когато се включи отново, "плюсът" на източника е свързан към катода.

Волт-амперни характеристики

Характеристиката ток-напрежение определя зависимостта на тока, протичащ през полупроводниковия елемент, от големината и полярността на напрежението, приложено към неговите клеми.

В областта на предните напрежения се разграничават три области: малък прав ток и прав работен ток през диода. Преходът от една област към друга се случва, когато директното напрежение достигне прага на проводимостта. Тази стойност е от порядъка на 0,3 волта за германиеви диоди и 0,7 волта за базирани на силиций диоди.

Когато към клемите на диода се приложи обратно напрежение, токът през него е много малък и се нарича обратен ток или ток на утечка. Тази зависимост се наблюдава до определена стойност на обратното напрежение. Нарича се пробивно напрежение. При превишаването му обратният ток нараства лавинообразно.

Граници на параметрите

За полупроводникови диоди има стойности на параметрите, които не могат да бъдат превишени. Те включват:

• Максимален прав ток;
• Максимално обратно пробивно напрежение;
• Максимално разсейване на мощността.

Полупроводниковият елемент може да издържи на ограничено количество прав ток през него. Ако се превиши, pn преходът прегрява и се поврежда. Планарните устройства за захранване имат най-голям марж за този параметър. Големината на постоянния ток през тях може да достигне десетки ампери.

Превишаването на максималното напрежение на пробив може да превърне диод, който има еднопосочни свойства, в обикновен проводник на електрически ток. Повредата може да бъде необратима и варира в широки граници в зависимост от конкретното използвано устройство.

Мощност- това е количество, което пряко зависи от тока и напрежението, които се прилагат към клемите на диода. Подобно на превишаването на максималния постоянен ток, превишаването на максималната мощност на разсейване води до необратими последици. Диодът просто изгаря и престава да изпълнява предназначението си. За да се предотврати такава ситуация, захранващите устройства инсталират устройства на радиатори, които премахват (разсейват) излишната топлина в околната среда.

Видове полупроводникови диоди

Свойството на диода да пропуска ток в права посока и да не го пропуска в обратна посока е намерило приложение в електротехниката и радиотехниката. Разработени са и специални видове диоди за изпълнение на тесен кръг от задачи.

Токоизправители и техните свойства

Използването им се основава на коригиращите свойства на тези устройства. Те се използват за получаване на постоянно напрежение чрез коригиране на входния променлив сигнал.

Един токоизправителен диод ви позволява да получите пулсиращо напрежение с положителна полярност на изхода му. Използвайки комбинация от тях, може да се получи вълнообразна форма на вълната на изходното напрежение. При използване на допълнителни елементи в токоизправителни вериги, като електролитни кондензатори с голям капацитет и индуктори с електромагнитни сърцевини (дросели), на изхода на устройството може да се получи постоянно напрежение, напомнящо напрежението на галванична батерия, което е толкова необходимо за работата на повечето потребителско оборудване.

Полупроводникови ценерови диоди

Тези диоди имат I-V характеристика с обратен клон с висока стръмност. Тоест, чрез прилагане на напрежение, чийто поляритет е обърнат към клемите на ценеровия диод, можете да използвате ограничаващи резистори, за да го въведете в режим на лавинообразно контролирано разрушаване. Напрежението в точката на лавинообразно повреда има постоянна стойност със значителна промяна на тока през ценеровия диод, чиято стойност е ограничена в зависимост от устройството, използвано във веригата. Това води до стабилизиране на изходното напрежение на желаното ниво.

Технологичните операции при производството на ценерови диоди постигат различни стойности на напрежението на пробив (стабилизиращо напрежение). Обхватът на тези напрежения е (3−15) волта. Конкретната стойност зависи от избраното устройство от голямо семейство ценерови диоди.

Принцип на действие на детекторите

За откриване на високочестотни сигнали се използват диоди, направени по точкова технология. Задачата на детектора е да ограничи половината от модулирания сигнал. Това ви позволява впоследствие да използвате високочестотен филтър, за да оставите само модулиращия сигнал на изхода на устройството. Съдържа нискочестотна аудио информация. Този метод се използва в радиоприемници, които приемат амплитудно модулиран сигнал.

Характеристики на светодиодите

Тези диоди се характеризират с това, че когато през тях протича ток, кристалът излъчва поток от фотони, които са източник на светлина. В зависимост от вида на кристала, използван в светодиода, светлинният спектър може да бъде или във видимия за човешкото око диапазон, или в невидимия диапазон. Невидимата светлина е инфрачервено или ултравиолетово лъчение.

При избора на тези елементи е необходимо да си представите целта, която трябва да бъде постигната. Основните характеристики на светодиодите включват:

• Консумация на енергия;
• Номинално напрежение;
• Ток на консумация.

Консумацията на ток на светодиода, използван за индикация в широко използвани устройства, е не повече от 20 mA. При този ток светенето на светодиода е оптимално. Началото на луминесценцията започва при ток над 3 mA.

Номиналното напрежение се определя от вътрешното съпротивление на прехода, което не е постоянна стойност. Тъй като токът през светодиода се увеличава, съпротивлението постепенно намалява. Напрежението на източника на захранване, използван за захранване на светодиода, трябва да бъде използвано не по-малко от напрежението, посочено в неговия лист с данни.

Консумираната мощност е стойност, която зависи от консумацията на ток и номиналното напрежение. Тя нараства с увеличаване на количествата, които я определят. Трябва да се има предвид, че мощните светлинни диоди могат да съдържат 2 или дори 4 кристала.

Светодиодите имат неоспорими предимства пред другите осветителни устройства. Те могат да бъдат изброени дълго време. Основните са:

• Висока ефективност;
• Голяма издръжливост;
• Високо ниво на безопасност поради ниските захранващи напрежения.

Недостатък при работата им е необходимостта от допълнителен стабилизиран източник на постоянен ток, а това оскъпява.

Че не можем да си представим живота си без тях. Тези въртящи се кутии на нашите бюра са сглобени от много различни части от хардуер. Интересно е да се отбележи, че нито един от тези градивни елементи сам по себе си няма същите свойства като компютъра.

А събрани заедно, те са нещо напълно уникално!

Каквато и тухла да вземете, това е просто парче печена глина; Не е веднага ясно за каква цел той – сам по себе си – може да бъде адаптиран.

Това е като къща, построена от тухли.

Но няколко хиляди от тези парчета глина, събрани по определен начин, са жилище, което предпазва от лошо време и осигурява покрив над главата.

Разбира се, можете да използвате компютър (и да живеете в къща) и да нямате представа как работят тези неща.

Но ако искате да научите как да „лекувате“ компютрите си, ще трябва да разберете как работят техните компоненти.

Затова днес ще говорим малко по-подробно за един от „градивните елементи“ на компютъра. Ще се опитаме накратко да се запознаем с това какво представлява полупроводникови диодии защо са необходими.

Какво е диод?

Диодите се използват в компютрите за коригиране на променлив ток.

Токоизправителният диод е част, която съдържа два типа полупроводници, свързани заедно - тип p (положителен) и тип n (отрицателен).

Когато се свържат (слеят), се образува т. нар. p-n преход. Това съединение има различно съпротивление за различна полярност на приложеното напрежение.

Ако напрежението се прилага в посока напред (положителният извод на източника на напрежение е свързан към p-полупроводника - анода, а отрицателният извод е свързан към n-полупроводника - катода), тогава съпротивлението на диода е малък.

В този случай се казва, че диодът е отворен. Ако полярността на връзката е обърната, съпротивлението на диода ще бъде много високо. В този случай се казва, че диодът е затворен (заключен).

Когато диодът е отворен, малко напрежение пада върху него.

Този спад на напрежението се създава от така наречения прав ток, протичащ през диода, и зависи от големината на този ток.

Освен това тази зависимост нелинейни.

Конкретната стойност на спада на напрежението в зависимост от протичащия ток може да се определи от характеристиката ток-напрежение.

Тази характеристика трябва да бъде дадена в пълното техническо описание (технически листове, справочни листове).

Например, на обикновения диод 1N5408, използван в компютърно захранване, когато токът се промени от 0,2 на 3 A, спадът на напрежението се променя от 0,6 на 0,9 V. Колкото по-голям е токът, протичащ през диода, толкова по-голям е спадът на напрежението то и съответно мощността, разсейвана върху него (P = U * I). Колкото повече мощност се разсейва от диода, толкова повече той се нагрява.

В компютърните системи при изправяне на мрежовото напрежение обикновено се използва мостова изправителна схема - 4 диода, свързани по определен начин.

Ако клема 1 има положителен потенциал спрямо клема 2, токът ще тече през диода VD1, товара и диода VD3.

Ако клема 1 има отрицателен потенциал от клема 2, токът ще тече през диода VD2, товара и диода VD4. По този начин, въпреки че токът през товара варира по големина (при променливо напрежение), той винаги протича в една посока - от клема 3 към клема 4.

Това е изправящият ефект. Ако нямаше диоден мост, токът на натоварване щеше да тече в различни посоки. Тече в същата посока като моста. Този ток се нарича пулсиращ.

В курса по висша математика е доказано, че пулсиращото напрежение съдържа постоянен компонент и сумата от хармоници (честоти, кратни на основната честота на променливо напрежение от 50 Hertz). DC компонентът е изолиран чрез филтър (кондензатор с голям капацитет), който не позволява преминаването на хармоници.

В нисковолтовата част на захранването има и изправителни диоди. Само превключващата верига се състои не от 4 диода, а от два.

Внимателен читател може да попита: „Защо се използват различни превключващи вериги? Възможно ли е да се използва диоден мост в нисковолтовата част?“

Възможно е, но няма да е най-доброто решение. При диоден мост токът преминава през товара и два последователно свързани диода.

Ако се използват диоди 1N5408, общият спад на напрежението върху тях може да бъде 1,8 V. Това е много малко в сравнение с мрежовото напрежение 220 V.

Но ако такава верига се използва в частта с ниско напрежение, тогава този спад ще бъде много забележим в сравнение с напрежения от +3,3, +5 и +12 V. Използването на верига от два диода намалява загубите наполовина, тъй като един диодът е свързан последователно с товара, а не два.

Освен това токът във вторичните вериги на захранването е много по-голям (няколко пъти), отколкото в първичната верига.

Трябва да се отбележи, че за тази схема трансформаторът трябва да има две еднакви намотки, а не една. Двудиодната токоизправителна верига използва и двата полупериода на променливотоковото напрежение, точно като мостова верига.

Ако потенциалът на горния край на вторичната намотка на трансформатора (виж диаграмата) е положителен спрямо долния, тогава токът протича през клема 1, диод VD1, клема 3, товар, клема 4 и средната точка на намотката. Диод VD2 е заключен в този момент.

Ако потенциалът на долния край на вторичната намотка е положителен по отношение на горния край, токът протича през клема 2, диод VD2, клема 3, товар, клема 4 и средната точка на намотката. Диод VD1 е заключен в този момент. Резултатът е същият пулсиращ ток като при мостова верига.

Сега нека сложим край на скучната теория и да преминем към най-интересното - практиката.

Като начало нека кажем, че преди да започнете да проверявате диоди, би било добре да се запознаете с това как да работите с цифров тестер.

Това се обсъжда в съответните статии и.

Диод на електрически вериги е изобразен символично под формата на триъгълник (стрелка) и пръчка.

Пръчката е катод, стрелката (тя показва посоката на тока, т.е. движението на положителните заряди) е анодът.

Можете да проверите диодния мост с цифров тестер, като поставите работния превключвател в позиция за тестване на диода (стрелката на превключвателя на диапазона на тестера трябва да е срещу символичното изображение на диода).

Ако свържете червената сонда на тестера към анода, а черната към катода на отделен диод, тогава диодът ще се отвори от напрежението от тестера.

Дисплеят ще покаже стойност от 0,5 - 0,6 V.

Ако промените полярността на сондите, диодът ще бъде блокиран.

Дисплеят ще покаже едно в най-лявата цифра.

Диодният мост често има символично обозначение на вида напрежение върху тялото (~ променливо напрежение, +, - директно напрежение).

Диодният мост може да се провери чрез инсталиране на една сонда на един от клемите „~“, а втората - последователно на клемите „+“ и „-“.

В този случай единият диод ще бъде отворен, а другият ще бъде затворен.

Ако промените полярността на сондите, диодът, който е бил затворен, сега ще се отвори, а другият ще се затвори.

Трябва да се отбележи, че катодът е положителният извод на моста.

Ако някой от диодите е накъсо, тестерът ще покаже нулево (или много малко) напрежение.

Такъв мост е естествено неподходящ за работа.

Можете да проверите дали диодът е накъсо, ако тествате диодите в режим на измерване на съпротивлението.

При окъсен диод тестерът ще покаже леко съпротивление и в двете посоки.

Както вече беше споменато, във вторичните вериги се използва изправителна верига от два диода.

Но дори и на един диод напрежението пада доста в сравнение с изходните напрежения +12 V, +5 V, +3,3 V.

Консумационните токове могат да достигнат 20 A или повече и много мощност ще се разсейва върху диодите.

В резултат на това те ще станат много горещи.

Разсейването на мощността ще намалее, ако предното напрежение през диода е по-ниско.

Затова в такива случаи се използват така наречените диоди на Шотки, които имат по-малък спад на напрежението в права посока.

Шотки диоди

Диодът на Шотки не се състои от два различни полупроводника, а от метал и полупроводник.

Получената така наречена потенциална бариера ще бъде по-малка.

Компютърните захранвания използват двойни диоди на Шотки в пакет с три извода.

Типичен представител на такъв монтаж е SBL2040. Спадът на напрежението на всеки от неговите диоди при максимален ток няма да надвишава (според листа с данни) 0,55 V. Ако го проверите с тестер (в режим на тестване на диоди), той ще покаже стойност от около 0,17 V.

По-ниското напрежение се дължи на факта, че през диода протича много малък ток, далеч от максимума.

В заключение, нека кажем, че диодът има такъв параметър като максимално допустимото обратно напрежение. Ако диодът е заключен, към него се прилага обратно напрежение. При подмяна на диоди тази стойност трябва да се вземе предвид.

Ако в реална верига обратното напрежение надвиши максимално допустимото, диодът ще се повреди!

Диодът е важна част от хардуера в електрониката. Как иначе бихме могли да изгладим напрежението?

Можете да закупите диоди за експерименти

Ще се видим в блога!

Диодима два контакта, наречени анод и катод. Когато диодът е свързан към електрическа верига, токът протича от анода към катода. Способността да провежда ток само в една посока е основното свойство на диода.

Диодите принадлежат към класа на полупроводниците и се считат за активни електронни компоненти (резисторите и кондензаторите са пасивни).

При свързване на диодаВъв веригата трябва да се спазва правилната полярност. За да се улесни определянето на местоположението на катода и анода, върху тялото или един от изводите на диода се прилагат специални маркировки. Има различни начини за маркиране на диоди, но най-често пръстеновидната лента се прилага към страната на тялото, съответстваща на катода.

Ако диодна маркировкалипсва, тогава клемите на полупроводниковите диоди могат да се определят с помощта на измервателен уред - както беше споменато по-горе, диодът пропуска ток само в една посока. Ако нямате под ръка измервателен уред, можете да използвате батерия и електрическа крушка с ниска мощност, както е описано в експеримента по-долу.

Диодна работа

Работата на диод може да се визуализира с помощта на прост експеримент. Ако свържете батерия към диод през лампа с нажежаема жичка с ниска мощност, така че положителният извод на батерията да е свързан към анода, а отрицателният извод към катода на диода, тогава в получената електрическа верига ще тече ток и лампата ще светне. Максималната стойност на този ток зависи от съпротивлението на полупроводниковия преход на диода и приложеното към него постоянно напрежение. Това състояние на диода се нарича отворено, токът, протичащ през него, се нарича постоянен ток I pr, а напрежението, приложено към него, поради което диодът е отворен, се нарича изправено напрежение U pr.

Ако проводниците на диода се разменят, лампата няма да свети, тъй като диодът ще бъде в затворено състояние и ще осигури силно съпротивление на тока във веригата. Струва си да се отбележи, че малък ток все още ще тече през полупроводниковия преход на диода в обратна посока, но в сравнение с предния ток той ще бъде толкова малък, че електрическата крушка дори няма да реагира. Такъв ток се нарича обратен ток I обр., а напрежението, което го създава, се нарича обратно напрежение U обр.

В невронните вериги на роботите BEAM диодите често се използват за създаване на неврони, които моделират логическо добавяне (ИЛИ порти). Освен това веригите на роботи BEAM понякога използват капацитивните свойства на диодите.