Kde sa používajú diódy? Ako funguje dióda?

Všetci veľmi dobre vieme, čo je to polovodičová dióda, no málokto z nás vie o princípe fungovania diódy Dnes, najmä pre začiatočníkov, vysvetlím princíp jej fungovania. Ako je známe, dióda prechádza prúdom dobre na jednej strane, ale veľmi zle na opačnom smere. Dióda má dva vývody - anódu a katódu. Bez použitia diód sa nezaobíde ani jedno elektronické zariadenie. Dióda slúži na usmernenie striedavého prúdu, pomocou diódového mostíka, ktorý tvoria štyri diódy, môžete striedavý prúd premeniť na jednosmerný prúd, alebo pomocou šiestich diód môžete zmeniť trojfázové napätie na jednofázové, používajú sa diódy v rôznych napájacích zdrojoch, v audio-video zariadeniach, takmer všade. Tu si môžete pozrieť fotky niektorých.

Na výstupe diódy si môžete všimnúť pokles počiatočnej úrovne napätia o 0,5-0,7 voltov. Pre napájacie zariadenia s nižším napätím sa používa Schottkyho dióda na takejto dióde je pozorovaný najmenší pokles napätia - asi 0,1 V. Schottkyho diódy sa používajú hlavne v rádiových vysielacích a prijímacích zariadeniach a v iných zariadeniach pracujúcich hlavne pri vysokých frekvenciách. Princíp činnosti diódy je na prvý pohľad pomerne jednoduchý: dióda je polovodičové zariadenie s jednosmernou vodivosťou elektrického prúdu.

Svorka diódy pripojená ku kladnému pólu zdroja energie sa nazýva anóda a záporná svorka sa nazýva katóda. Diódový kryštál je vyrobený hlavne z germánia alebo kremíka, ktorého jedna oblasť má elektrickú vodivosť typu n, to znamená oblasť dier, ktorá obsahuje umelo vytvorený nedostatok elektrónov, druhá - vodivosť typu n, to znamená, že obsahuje prebytok elektrónov, hranica medzi nimi sa nazýva n-n prechod , n je prvé písmeno slova pozitívny v latinčine, n je prvé písmeno slova negatívne. Ak je na anódu diódy privedené kladné napätie a na katódu je privedené záporné napätie, dióda prejde prúdom, nazýva sa to priame spojenie, v tejto polohe je dióda otvorená, ak sa použije spätný chod, diódou neprejde prúd, v tejto polohe je dióda zatvorená, nazýva sa to spätné zapojenie.

Spätný odpor diódy je veľmi vysoký a v obvodoch sa považuje za dielektrikum (izolátor). Na demonštráciu činnosti polovodičovej diódy môžete zostaviť jednoduchý obvod, ktorý pozostáva zo zdroja energie, záťaže (napríklad žiarovky alebo elektromotora s nízkym výkonom) a samotnej polovodičovej diódy. Všetky súčiastky obvodu zapojíme do série, zo zdroja napájame plus k anóde diódy, sériovo k dióde, to znamená, že jeden koniec žiarovky pripojíme na katódu diódy a pripojte druhý koniec tej istej lampy k mínus zdroju energie. Pozorujeme žiaru lampy, teraz otočíme diódu, lampa už nebude svietiť, pretože dióda je zapojená späť, prechod je uzavretý. Dúfam, že vám to v budúcnosti nejakým spôsobom pomôže, nováčikovia - A. Kasyan (AKA).

Polovodičové zariadenia sa používali v rádiotechnike ešte pred vynálezom vákuových elektrónok. Vynálezca rádia A. S. Popov použil na detekciu elektromagnetických vĺn najskôr koherer (sklenenú trubicu s kovovými pilinami) a potom kontakt oceľovej ihly s uhlíkovou elektródou.

Toto bolo prvé polovodičová dióda— detektor. Neskôr boli vytvorené detektory využívajúce prírodné a umelé kryštalické polovodiče (galenit, zincit, chalkopyrit a pod.).

Takýto detektor pozostával z polovodičového kryštálu zaletovaného do misky držiaka a oceľovej alebo volfrámovej pružiny so zahroteným koncom (obr. 1). Poloha hrotu na kryštáli bola zistená experimentálne, čím sa dosiahla najväčšia hlasitosť vysielania rádiostanice.

Ryža. 1. Polovodičová dióda - detektor.

V roku 1922 O. V. Losev, zamestnanec rozhlasového laboratória v Nižnom Novgorode, objavil pozoruhodný jav: kryštálový detektor, ako sa ukázalo, môže generovať a zosilňovať elektrické oscilácie.

Bola to skutočná senzácia, ale nedostatok vedeckých poznatkov a nedostatok potrebného experimentálneho vybavenia v tom čase neumožňovali hlbšie preskúmať podstatu procesov prebiehajúcich v polovodiči a vytvoriť polovodičové zariadenia schopné konkurovať elektrónke. .

Polovodičová dióda

Polovodičové diódy označené symbolom, ktorý sa vo všeobecnosti zachoval ešte z čias prvých rádií (obr. 2.6).

Ryža. 2. Označenie a štruktúra polovodičovej diódy.

Vrchná časť trojuholníka v tomto symbole označuje smer najväčšej vodivosti (trojuholník symbolizuje anódu diódy a krátka čiara kolmá na olovené čiary je jej katóda).

Rovnaký symbol označuje polovodičové usmerňovače, ktoré pozostávajú napríklad z niekoľkých diód zapojených do série, paralelne alebo zmiešane (stĺpce usmerňovačov atď.).

Diódové mostíky

Mostové usmerňovače sa často používajú na napájanie rádiových zariadení. Náčrt tej istej schémy zapojenia diód (štvorec, ktorého strany sú tvorené symbolmi diód) sa už dlho stal všeobecne akceptovaným, preto sa na označenie takýchto usmerňovačov začal používať zjednodušený symbol - štvorec so symbolom jedného. dióda vo vnútri (obr. 3).

Ryža. 3. Označenie diódového mostíka.

V závislosti od hodnoty usmerneného napätia môže každé rameno mostíka pozostávať z jednej, dvoch alebo viacerých diód. Polarita usmerneného napätia nie je na diagramoch vyznačená, pretože je jasne určená symbolom diódy vo vnútri štvorca.

Mosty sú konštrukčne spojené v jednom kryte a sú zobrazené samostatne, čo ukazuje, že patria k jednému produktu v pozičnom označení. Vedľa pozičného označenia diód, rovnako ako všetky ostatné polovodičové zariadenia, je zvyčajne uvedený ich typ.

Na základe symbolu diódy sú postavené symboly pre polovodičové diódy so špeciálnymi vlastnosťami. Na získanie požadovaného symbolu sa používajú špeciálne znaky, či už na samotnom základnom symbole alebo v jeho bezprostrednej blízkosti, a aby sa na niektoré z nich upriamila pozornosť, základný symbol je umiestnený v kruhu - symbol pre telo polovodičového zariadenia.

Tunelové diódy

Znak pripomínajúci rovnú konzolu označuje katódu tunelových diód (obr. 4a). Sú vyrobené z polovodičových materiálov s veľmi vysokým obsahom nečistôt, v dôsledku čoho sa polovodič mení na polokov. Kvôli neobvyklému tvaru prúdovo-napäťovej charakteristiky (má úsek so záporným odporom) sa tunelové diódy používajú na zosilnenie a generovanie elektrických signálov a v spínacích zariadeniach. Dôležitou výhodou týchto diód je, že môžu pracovať pri veľmi vysokých frekvenciách.

Ryža. 4. Tunelová dióda a jej označenie.

Typom tunelových diód sú reverzné diódy, pri ktorých pri nízkom napätí na pn prechode je vodivosť v spätnom smere väčšia ako v priepustnom smere.

Takéto diódy sa používajú v reverznom zapojení. V symbole pre reverznú diódu je katódová pomlčka znázornená tak, že dve pomlčky sa jej dotýkajú stredom (obr. 4.6).

Zenerove diódy

V napájacích zdrojoch, najmä nízkonapäťových, si pevné miesto vydobyli polovodičové zenerove diódy, ktoré pracujú aj na spätnej vetve prúdovo-napäťovej charakteristiky.

Ide o planárne kremíkové diódy vyrábané špeciálnou technológiou. Keď sú zapnuté v opačnom smere a pri určitom napätí, prechod „prerazí“ a následne, napriek zvýšeniu prúdu cez prechod, napätie na ňom zostáva takmer nezmenené.

Ryža. 5. Zenerova dióda a jej označenie na schémach.

Vďaka tejto vlastnosti sú zenerové diódy široko používané ako nezávislé stabilizačné prvky, ako aj zdroje referenčných napätí v tranzistorových stabilizátoroch.

Na získanie malých referenčných napätí sa zenerove diódy zapnú v priepustnom smere, pričom stabilizačné napätie jednej zenerovej diódy sa rovná 0,7... 0,8 V. Rovnaké výsledky sa dosiahnu, keď sú konvenčné kremíkové diódy zapnuté v priepustnom smere. .

Na stabilizáciu nízkych napätí boli vyvinuté a široko používané špeciálne polovodičové diódy - stabistory. Ich rozdiel od zenerových diód je v tom, že pracujú na priamej vetve prúdovo-napäťovej charakteristiky, t.j. pri zapnutí v priepustnom (vodivom) smere.

Na znázornenie zenerovej diódy v schéme je katódová pomlčka základného symbolu doplnená krátkou pomlčkou smerujúcou k symbolu anódy (obr. 5a). Je potrebné poznamenať, že umiestnenie zdvihu vzhľadom na symbol anódy by malo byť nezmenené bez ohľadu na polohu symbolu zenerovej diódy na diagrame.

Plne to platí pre symbol dvojanódovej (obojstrannej) zenerovej diódy (obr. 5.6), ktorú je možné zapojiť do elektrického obvodu v ľubovoľnom smere (v skutočnosti ide o dve rovnaké zenerove diódy zapojené chrbtom k sebe) .

Varicaps

Prechod elektrón-diera, na ktorý sa aplikuje spätné napätie, má vlastnosti kondenzátora. V tomto prípade zohráva úlohu dielektrika samotný pn prechod, v ktorom je málo voľných nosičov náboja, a úlohu dosiek zohrávajú susedné vrstvy polovodiča s elektrickými nábojmi rôznych značiek - elektróny a diery. Zmenou napätia aplikovaného na pn prechod môžete zmeniť jeho hrúbku, a teda aj kapacitu medzi vrstvami polovodiča.

Ryža. 6. Varikapy a ich označenie na schémach zapojenia.

Tento jav sa využíva v špeciálnych polovodičových zariadeniach - varicapah[z anglických slov vari(schopný) - variabilný a čiapka(acitor) - kondenzátor]. Varikapy sa široko používajú na ladenie oscilačných obvodov, v zariadeniach na automatické riadenie frekvencie a tiež ako frekvenčné modulátory v rôznych generátoroch.

Konvenčné grafické označenie varikapu (pozri obr. 6, a) jasne odráža ich podstatu: paralelné čiary v spodnej časti sú vnímané ako symbol kondenzátora. Kick a variabilné kondenzátory, varikapy sa často vyrábajú vo forme blokov (nazývajú sa matrice) so spoločnou katódou a samostatnými anódami. Napríklad na obr. 6.6 je znázornené označenie matrice dvoch varikapov a Obr. 6,c - z troch.

Tyristory

Na základe základného symbolu diódy, podmienené označenie tyristorov(z gréčtiny Thyra– dvere a angličtina (resi) stor- rezistor). Ide o diódy, ktoré sú striedajúcimi sa vrstvami kremíka s elektrickou vodivosťou typu p a p. V tyristore sú štyri takéto vrstvy, t.j. má tri pn prechody (štruktúra pppp).

Tyristory našli široké uplatnenie v rôznych regulátoroch striedavého napätia, relaxačných generátoroch, spínacích zariadeniach atď.

Ryža. 7. Tyristor a jeho označenie na schémach zapojenia.

Tyristory s vývodmi iba z vonkajších vrstiev konštrukcie sa nazývajú dynistorim a sú označené symbolom diódy preškrtnutým úsečkou rovnobežnou s katódovou čiarou (obrázok 7, a). Rovnaká technika bola použitá pri konštrukcii označenia symetrického dinistora (obr. 7, b), vedúceho prúd (po zapnutí) v oboch smeroch.

Tyristory s prídavným (tretím) výstupom (z jednej z vnútorných vrstiev konštrukcie) sa nazývajú tyristory. Ovládanie pozdĺž katódy v označení týchto zariadení je znázornené prerušovanou čiarou pripojenou k symbolu katódy (obr. 7, c), pozdĺž anódy - čiarou predlžujúcou jednu zo strán trojuholníka symbolizujúceho anódu (obr. 7, d).

Symbol pre symetrický (obojsmerný) triistor získame zo symbolu pre symetrický dinistor pridaním tretej svorky (obr. 7, (5).

Fotodiódy

Hlavná časť fotodióda je križovatka fungujúca pod spätným predpätím. Jeho telo má okienko, cez ktoré je osvetlený polovodičový kryštál. Pri nedostatku svetla je prúd cez pn prechod veľmi malý - nepresahuje spätný prúd konvenčnej diódy.

Ryža. 8. Fotodiódy a ich znázornenie na diagramoch.

Keď je kryštál osvetlený, spätný odpor prechodu prudko klesá a prúd cez neho sa zvyšuje. Na znázornenie takejto polovodičovej diódy v schéme je základný symbol diódy umiestnený v kruhu a vedľa neho (vľavo hore, bez ohľadu na polohu symbolu) je znázornený znak fotoelektrického javu - dva šikmé rovnobežné šípky smerujúce k symbolu (obr. 8a).

Podobným spôsobom nie je ťažké skonštruovať symbol pre akékoľvek iné polovodičové zariadenie, ktoré mení svoje vlastnosti vplyvom optického žiarenia. Ako príklad na obr. 8.6 je uvedené označenie fotodinistora.

LED a LED indikátory

Polovodičové diódy, ktoré vyžarujú svetlo, keď prúd prechádza cez pn prechod, sa nazývajú LED. Takéto diódy sú zapnuté v smere dopredu. Bežný grafický symbol LED je podobný symbolu fotodiódy a líši sa od neho tým, že šípky označujúce optické žiarenie sú umiestnené vpravo od kruhu a smerujú opačným smerom (obr. 9).

Ryža. 9. LED diódy a ich znázornenie na schémach.

Na zobrazovanie čísel, písmen a iných znakov v nízkonapäťových zariadeniach sa často používajú LED indikátory znakov, čo sú sady kryštálov vyžarujúcich svetlo usporiadané určitým spôsobom a vyplnené priehľadným plastom.

Normy ESKD neposkytujú symboly pre takéto produkty, ale v praxi často používajú symboly podobné tým, ktoré sú znázornené na obr. 10 (sedemsegmentový symbol indikátora na zobrazenie číslic a čiarky).

Ryža. 10. Označenie segmentových LED indikátorov.

Ako vidíte, takéto grafické označenie jasne odráža skutočné umiestnenie prvkov (segmentov) vyžarujúcich svetlo v indikátore, aj keď nie je bez nevýhod: nenesie informáciu o polarite zahrnutia svoriek indikátora. v elektrickom obvode (indikátory sa vyrábajú ako s anódovou svorkou spoločnou pre všetky segmenty, tak aj so spoločnou katódovou svorkou).

To však zvyčajne nespôsobuje žiadne zvláštne ťažkosti, pretože pripojenie spoločného výstupu indikátora (ako aj mikroobvodov) je uvedené v schéme.

Optočleny

Svetlo vyžarujúce kryštály sú široko používané v optočlenoch - špeciálnych zariadeniach používaných na spojenie jednotlivých častí elektronických zariadení v prípadoch, keď je potrebné ich galvanické oddelenie. Na schémach sú optočleny znázornené tak, ako je znázornené na obr. jedenásť.

Optické spojenie svetelného žiariča (LED) s fotodetektorom je znázornené dvoma rovnobežnými šípkami kolmými na zvodové čiary optočlena. Fotodetektorom v optočlene môže byť nielen fotodióda (obr. 11,a), ale aj fotorezistor (obr. 11,6), fotodinistor (obr. 11,c) atď. Vzájomná orientácia symbolov žiarič a fotodetektor nie je regulovaný.

Ryža. 11. Označenie optočlenov (optočlenov).

V prípade potreby môžu byť komponenty optočlena znázornené samostatne, ale v tomto prípade by sa mal znak optického spojenia nahradiť znakmi optického žiarenia a fotoelektrického efektu a príslušnosť častí k optočlenu by mala byť znázornená v polohovom označenie (obr. 11, d).

Literatúra: V.V. Frolov, Jazyk rádiových okruhov, Moskva, 1998.

Dióda- Ide o prvok, ktorý má rozdielnu vodivosť. Táto vlastnosť sa využíva v rôznych elektrických a elektronických obvodoch. Na jej základe vznikajú zariadenia, ktoré sa využívajú v rôznych oblastiach.

Typy diód: vákuové a polovodičové. Posledný typ sa v súčasnosti používa vo veľkej väčšine prípadov. Nikdy nebude zbytočné vedieť, ako dióda funguje, na čo je potrebná, ako je znázornená na diagrame, aké typy diód existujú, použitie rôznych typov diód.

Elektrovákuové diódy

Zariadenia tohto typu sú vyrobené vo forme elektrónových trubíc. Lampa vyzerá ako sklenená nádoba s dvoma elektródami umiestnenými vo vnútri. Jedna z nich je anóda, druhá je katóda. Sú vo vákuu. Konštrukčne je anóda vyrobená vo forme tenkostenného valca. Katóda je umiestnená vo vnútri. Zvyčajne má valcový tvar. Vo vnútri katódy je uložené izolované vlákno. Všetky prvky majú vodiče, ktoré sú spojené s kolíkmi (nohami) svietidla. Nohy lampy sú vytiahnuté.

Princíp činnosti

Pri prechode elektrického prúdu špirálou sa ohrieva a ohrieva katódu, v ktorej sa nachádza. Z povrchu vyhrievanej katódy sa v jej bezprostrednej blízkosti hromadia elektróny, ktoré ju opúšťajú, bez dodatočného urýchľovacieho poľa. Časť z nich sa potom vráti na katódu.

Keď sa na anódu privedie kladné napätie, elektróny emitované katódou sa k nej ponáhľajú a vytvárajú anódový elektrónový prúd.

Katóda má limit na emisiu elektrónov. Po dosiahnutí tejto hranice sa anódový prúd stabilizuje. Ak sa na anódu aplikuje malé záporné napätie vzhľadom na katódu, elektróny sa prestanú pohybovať.

Katódový materiál, z ktorého je vyrobený, má vysoký stupeň emisie.

Charakteristika prúd-napätie (CVC)

Prúdovo-napäťová charakteristika diód tohto typu graficky znázorňuje závislosť anódového prúdu od dopredného napätia aplikovaného na katódové a anódové svorky. Pozostáva z troch sekcií:

• Pomalý nelineárny nárast prúdu;
• Pracovná časť charakteristík;
• Oblasť nasýtenia anódového prúdu.

Nelineárna sekcia začína za oblasťou prerušenia anodického prúdu. Jeho nelinearita je spojená s malým pozitívnym potenciálom katódy, ktorý elektróny opustili, keď bola zahrievaná vláknom.

Aktívna časť definuje takmer zvislú čiaru. Charakterizuje závislosť anódového prúdu od zvyšujúceho sa napätia.

Saturačná časť je čiara konštantného anódového prúdu so zvyšujúcim sa napätím medzi elektródami lampy. Elektrónku v tejto oblasti možno prirovnať k vodiču elektrického prúdu. Katódová emisia dosiahla najvyššiu hodnotu.

Polovodičové diódy

Vlastnosť p-n prechodu prechádzať elektrickým prúdom v jednom smere našla uplatnenie pri vytváraní zariadení tohto typu. Priama súvislosť je dodávka negatívneho potenciálu do n-regiónu prechodu vo vzťahu k p-regiónu, ktorého potenciál je kladný. Pri takomto zapnutí je zariadenie v otvorenom stave. Keď sa zmení polarita použitého napätia, bude v zablokovanom stave a nebude ním prechádzať žiadny prúd.

Diódy možno klasifikovať podľa ich účelu, výrobných vlastností a typu materiálu použitého pri ich výrobe.

V zásade sa na výrobu polovodičových súčiastok používajú kremíkové alebo germánové doštičky, ktoré majú elektrickú vodivosť typu n. Obsahujú prebytok záporne nabitých elektrónov.

Pomocou rôznych výrobných technológií je možné na výstupe získať bodové alebo doskové diódy.

Pri výrobe bodových zariadení sa špicatý vodič (ihla) privarí k doske typu n. Na jeho povrch sa nanesie určitá nečistota. Pri germániových plátkoch ihla obsahuje indium, pri kremíkových plátkoch je ihla potiahnutá hliníkom. V oboch prípadoch sa vytvorí oblasť spojenia p-n. Jeho tvar pripomína pologuľu (bod).

Pri planárnych zariadeniach sa používa difúzna alebo fúzna metóda. Oblasť prechodov získaná touto metódou sa značne líši. Ďalší účel produktu závisí od jeho veľkosti. Drôty sú spájkované na oblasti p-n križovatky, ktoré sa používajú vo forme vodičov z tela hotového výrobku pri inštalácii rôznych elektrických obvodov.

Na obrázkoch sú polovodičové diódy označené vo forme rovnostranného trojuholníka, ku ktorého hornému rohu je pripevnená zvislá čiara rovnobežná s jeho základňou. Terminál vedenia sa nazýva katóda a terminál základne trojuholníka je anóda.

Priame zapojenie je také zapojenie, pri ktorom je kladný pól napájacieho zdroja pripojený k anóde. Po opätovnom zapnutí je „plus“ zdroja pripojený ku katóde.

Voltampérové ​​charakteristiky

Prúdovo-napäťová charakteristika určuje závislosť prúdu pretekajúceho polovodičovým prvkom od veľkosti a polarity napätia privádzaného na jeho svorky.

V oblasti priepustných napätí sa rozlišujú tri oblasti: malý priepustný prúd a priepustný prevádzkový prúd cez diódu. Prechod z jednej oblasti do druhej nastáva, keď priame napätie dosiahne prah vodivosti. Táto hodnota je rádovo 0,3 voltu pre germániové diódy a 0,7 voltu pre diódy na báze kremíka.

Keď sa na svorky diódy privedie spätné napätie, prúd cez ňu je veľmi malý a nazýva sa spätný prúd alebo zvodový prúd. Táto závislosť sa pozoruje až do určitej hodnoty spätného napätia. Nazýva sa to prierazné napätie. Pri jeho prekročení sa spätný prúd zvyšuje ako lavína.

Limity parametrov

Pre polovodičové diódy existujú hodnoty parametrov, ktoré nemožno prekročiť. Tie obsahujú:

• Maximálny dopredný prúd;
• Maximálne spätné prierazné napätie;
• Maximálny stratový výkon.

Polovodičový prvok môže vydržať obmedzené množstvo dopredného prúdu cez neho. Ak je prekročená, pn prechod sa prehrieva a zlyhá. Najväčšiu rezervu pre tento parameter majú planárne výkonové zariadenia. Veľkosť jednosmerného prúdu cez ne môže dosahovať desiatky ampérov.

Prekročenie maximálneho prierazného napätia môže zmeniť diódu, ktorá má jednosmerné vlastnosti, na obyčajný vodič elektrického prúdu. Porucha môže byť nezvratná a značne sa líši v závislosti od konkrétneho použitého zariadenia.

Moc- toto je množstvo, ktoré priamo závisí od prúdu a napätia, ktoré sa privádza na svorky diódy. Rovnako ako prekročenie maximálneho dopredného prúdu, prekročenie maximálneho disipačného výkonu vedie k nezvratným následkom. Dióda jednoducho vyhorí a prestane plniť svoj účel. Aby sa predišlo takejto situácii, silové zariadenia inštalujú na radiátory zariadenia, ktoré odvádzajú (odvádzajú) prebytočné teplo do okolia.

Typy polovodičových diód

Vlastnosť diódy prepúšťať prúd v priepustnom smere a neprechádzať ho v opačnom smere našla uplatnenie v elektrotechnike a rádiotechnike. Boli vyvinuté aj špeciálne typy diód na vykonávanie úzkeho rozsahu úloh.

Usmerňovače a ich vlastnosti

Ich použitie je založené na rektifikačných vlastnostiach týchto zariadení. Používajú sa na získanie konštantného napätia usmernením vstupného striedavého signálu.

Jediná usmerňovacia dióda vám umožňuje získať na svojom výstupe pulzujúce napätie s kladnou polaritou. Pomocou ich kombinácie je možné získať vlnový priebeh výstupného napätia. Pri použití prídavných prvkov v obvodoch usmerňovačov, ako sú vysokokapacitné elektrolytické kondenzátory a tlmivky s elektromagnetickými jadrami (tlmivky), je možné na výstupe zariadenia získať konštantné napätie pripomínajúce napätie galvanickej batérie, ktoré je tak nevyhnutné. na prevádzku väčšiny spotrebiteľských zariadení.

Polovodičové Zenerove diódy

Tieto diódy majú I-V charakteristiku s vysokou strmosťou spätnej vetvy. To znamená, že privedením napätia, ktorého polarita je obrátená na svorky zenerovej diódy, môžete použiť obmedzovacie odpory na to, aby ste ho dostali do lavínovo riadeného režimu rozpadu. Napätie v mieste lavínového rozpadu má konštantnú hodnotu s výraznou zmenou prúdu zenerovou diódou, ktorej hodnota je obmedzená v závislosti od použitého zariadenia v obvode. Výsledkom je stabilizácia výstupného napätia na požadovanej úrovni.

Technologické operácie pri výrobe zenerových diód dosahujú rôzne hodnoty prierazného napätia (stabilizačné napätie). Rozsah týchto napätí je (3-15) voltov. Konkrétna hodnota závisí od zvoleného zariadenia z veľkej rodiny zenerových diód.

Princíp činnosti detektorov

Na detekciu vysokofrekvenčných signálov sa používajú diódy vyrobené bodovou technológiou. Úlohou detektora je obmedziť polovicu modulovaného signálu. To umožňuje následne pomocou hornopriepustného filtra ponechať na výstupe zariadenia iba modulačný signál. Obsahuje nízkofrekvenčné zvukové informácie. Táto metóda sa používa v rádiových prijímačoch, ktoré prijímajú amplitúdovo modulovaný signál.

Vlastnosti LED diód

Tieto diódy sa vyznačujú tým, že keď nimi preteká dopredný prúd, kryštál vyžaruje prúd fotónov, ktoré sú zdrojom svetla. V závislosti od typu kryštálu použitého v LED môže byť svetelné spektrum buď v rozsahu viditeľnom pre ľudské oko, alebo v neviditeľnom rozsahu. Neviditeľné svetlo je infračervené alebo ultrafialové žiarenie.

Pri výbere týchto prvkov je potrebné predstaviť si cieľ, ktorý je potrebné dosiahnuť. Medzi hlavné vlastnosti LED diód patria:

• Spotreba energie;
• Menovité napätie;
• Spotrebný prúd.

Prúdová spotreba LED používanej na indikáciu v široko používaných zariadeniach nie je väčšia ako 20 mA. Pri tomto prúde je žiara LED optimálna. Nástup luminiscencie začína pri prúde presahujúcom 3 mA.

Menovité napätie je určené vnútorným odporom prechodu, ktorý nie je konštantnou hodnotou. Keď sa prúd cez LED zvyšuje, odpor postupne klesá. Napätie napájacieho zdroja použitého na napájanie LED nesmie byť menšie ako napätie uvedené v jeho údajovom liste.

Príkon je hodnota, ktorá závisí od odberu prúdu a menovitého napätia. Zvyšuje sa s rastúcimi množstvami, ktoré ho určujú. Je potrebné vziať do úvahy, že výkonné svetelné diódy môžu obsahovať 2 alebo dokonca 4 kryštály.

LED diódy majú nepopierateľné výhody oproti iným osvetľovacím zariadeniam. Môžu byť uvedené na dlhú dobu. Hlavné sú:

• Vysoká účinnosť;
• Veľká trvanlivosť;
• Vysoká úroveň bezpečnosti vďaka nízkemu napájaciemu napätiu.

Nevýhodou ich prevádzky je potreba dodatočného stabilizovaného zdroja jednosmerného prúdu, čo zvyšuje náklady.

Že si bez nich nevieme predstaviť svoj život. Tieto víriace boxy na našich stoloch sú zostavené z mnohých rôznych kusov hardvéru. Je zaujímavé poznamenať, že žiadny z týchto stavebných blokov sám o sebe nemá rovnaké vlastnosti ako počítač.

A spolu sú niečo úplne jedinečné!

Nech si vezmete akúkoľvek tehlu, je to len kúsok pálenej hliny; Nie je hneď jasné, na aký účel – ako taký – môže byť prispôsobený.

Je to ako dom postavený z tehál.

Ale niekoľko tisíc týchto kúskov hliny nazbieranej určitým spôsobom je obydlie, ktoré chráni pred nepriazňou počasia a poskytuje strechu nad hlavou.

Samozrejme, môžete používať počítač (a bývať v dome) a nemáte potuchy, ako tieto veci fungujú.

Ak sa však chcete naučiť, ako „liečiť“ svoje počítače, budete musieť pochopiť, ako fungujú ich komponenty.

Preto si dnes povieme o jednom z počítačových „stavebných blokov“ trochu podrobnejšie. Pokúsime sa stručne zoznámiť s tým, čo to je polovodičové diódy a prečo sú potrebné.

Čo je to dióda?

Diódy sa používajú v počítačoch na usmernenie striedavého prúdu.

Usmerňovacia dióda je časť, ktorá obsahuje dva typy polovodičov spojených dohromady - typ p (kladný) a typ n (záporný).

Keď sú spojené (fúzované), vzniká takzvaný p-n prechod. Tento prechod má rôzny odpor pre rôznu polaritu aplikovaného napätia.

Ak je napätie aplikované v priepustnom smere (kladná svorka zdroja napätia je pripojená k p-polovodiču - anóde a záporná svorka je pripojená k n-polovodiču - katóde), potom odpor diódy je malé.

V tomto prípade sa hovorí, že dióda je otvorená. Ak je polarita zapojenia obrátená, odpor diódy bude veľmi vysoký. V tomto prípade sa hovorí, že dióda je uzavretá (uzamknutá).

Keď je dióda otvorená, určité napätie na nej klesá.

Tento úbytok napätia vzniká takzvaným dopredným prúdom pretekajúcim diódou a závisí od veľkosti tohto prúdu.

Navyše táto závislosť nelineárne.

Konkrétnu hodnotu úbytku napätia v závislosti od pretekajúceho prúdu je možné určiť z prúdovo-napäťovej charakteristiky.

Táto charakteristika musí byť uvedená v úplnom technickom popise (údajové listy, referenčné listy).

Napríklad na bežnej dióde 1N5408 používanej v napájacom zdroji počítača sa pri zmene prúdu z 0,2 na 3 A zmení úbytok napätia z 0,6 na 0,9 V. Čím väčší prúd preteká diódou, tým väčší je úbytok napätia na to, respektíve výkon na ňom rozptýlený (P = U * I). Čím viac energie rozptýli dióda, tým viac sa zahrieva.

V počítačových systémoch sa pri usmerňovaní sieťového napätia zvyčajne používa mostíkový usmerňovací obvod - 4 diódy zapojené určitým spôsobom.

Ak má svorka 1 kladný potenciál vzhľadom na svorku 2, potom prúd preteká cez diódu VD1, záťaž a diódu VD3.

Ak má svorka 1 záporný potenciál zo svorky 2, potom prúd preteká diódou VD2, záťažou a diódou VD4. Aj keď sa prúd cez záťaž mení vo veľkosti (pri striedavom napätí), prúdi vždy jedným smerom - od svorky 3 k svorke 4.

Toto je efekt vyrovnávania. Ak by neexistoval diódový mostík, prúd by prúdil rôznymi smermi. Tečie rovnakým smerom ako most. Tento prúd sa nazýva pulzujúci.

V kurze vyššej matematiky je dokázané, že pulzujúce napätie obsahuje konštantnú zložku a súčet harmonických (frekvencií, ktoré sú násobkami základnej frekvencie striedavého napätia 50 Hertzov). Jednosmerná zložka je izolovaná filtrom (vysokokapacitným kondenzátorom), ktorý neprepúšťa harmonické.

V nízkonapäťovej časti zdroja sú prítomné aj usmerňovacie diódy. Len spínací obvod pozostáva nie zo 4 diód, ale z dvoch.

Pozorný čitateľ sa môže opýtať: „Prečo sa používajú rôzne spínacie obvody? Je možné použiť diódový mostík v nízkonapäťovej časti?“

Je to možné, ale nebude to najlepšie riešenie. V prípade diódového mostíka prúd prechádza cez záťaž a dve diódy zapojené do série.

Ak sa použijú diódy 1N5408, celkový úbytok napätia na nich môže byť 1,8 V. To je veľmi málo v porovnaní so sieťovým napätím 220 V.

Ale ak sa takýto obvod použije v nízkonapäťovej časti, potom bude tento pokles veľmi viditeľný v porovnaní s napätiami +3,3, +5 a +12 V. Použitie obvodu dvoch diód znižuje straty o polovicu, pretože jedna dióda je zapojená do série so záťažou, nie dve.

Okrem toho je prúd v sekundárnych okruhoch napájacieho zdroja oveľa väčší (niekoľkokrát) ako v primárnom okruhu.

Treba poznamenať, že pre tento obvod musí mať transformátor dve rovnaké vinutia a nie jedno. Dvojdiódový usmerňovací obvod využíva oba polcykly striedavého napätia, rovnako ako mostíkový obvod.

Ak je potenciál horného konca sekundárneho vinutia transformátora (pozri diagram) kladný vzhľadom na spodný, potom prúd preteká cez svorku 1, diódu VD1, svorku 3, záťaž, svorku 4 a stredný bod vinutia. Dióda VD2 je v tomto čase zablokovaná.

Ak je potenciál spodného konca sekundárneho vinutia kladný vzhľadom na horný koniec, potom prúd preteká cez svorku 2, diódu VD2, svorku 3, záťaž, svorku 4 a stredný bod vinutia. Dióda VD1 je v tomto čase zablokovaná. Výsledkom je rovnaký pulzujúci prúd ako pri mostovom obvode.

Urobme teraz koniec nudnej teórii a prejdime k tomu najzaujímavejšiemu – praxi.

Na začiatok si povedzme, že predtým, ako sa pustíte do kontroly diód, by bolo dobré oboznámiť sa s prácou s digitálnym testerom.

O tom sa hovorí v príslušných článkoch a.

Dióda na elektrických obvodoch je znázornená symbolicky vo forme trojuholníka (šípky) a tyče.

Tyčinka je katóda, šípka (označuje smer prúdu, t.j. pohyb kladných nábojov) je anóda.

Diódový mostík môžete skontrolovať digitálnym testerom nastavením prevádzkového spínača do polohy testu diódy (ukazovateľ prepínača rozsahu testera by mal byť oproti symbolickému obrázku diódy).

Ak pripojíte červenú sondu testera k anóde a čiernu ku katóde samostatnej diódy, potom sa dióda otvorí napätím z testera.

Na displeji sa zobrazí hodnota 0,5 - 0,6 V.

Ak zmeníte polaritu sond, dióda sa zablokuje.

Na displeji sa zobrazí jedna číslica úplne vľavo.

Diódový mostík má často symbolické označenie typu napätia na tele (~ striedavé napätie, +, - jednosmerné napätie).

Diódový mostík je možné skontrolovať inštaláciou jednej sondy na jednu zo svoriek „~“ a druhej - striedavo na svorky „+“ a „-“.

V tomto prípade bude jedna dióda otvorená a druhá zatvorená.

Ak zmeníte polaritu sond, potom sa dióda, ktorá bola zatvorená, teraz otvorí a druhá sa zatvorí.

Treba poznamenať, že katóda je kladným pólom mostíka.

Ak je niektorá z diód skratovaná, tester ukáže nulové (alebo veľmi malé) napätie.

Takýto most je prirodzene nevhodný na prácu.

Môžete overiť, či je dióda skratovaná, ak diódy otestujete v režime merania odporu.

Pri skratovanej dióde bude tester vykazovať mierny odpor v oboch smeroch.

Ako už bolo uvedené, v sekundárnych obvodoch je použitý usmerňovací obvod dvoch diód.

Ale aj na jednej dióde napätie v porovnaní s výstupnými napätiami +12 V, +5 V, +3,3 V pomerne výrazne klesá.

Spotrebné prúdy môžu dosiahnuť 20 A alebo viac a na diódach sa rozptýli veľa energie.

V dôsledku toho budú veľmi horúce.

Strata energie sa zníži, ak je priepustné napätie na dióde nižšie.

Preto sa v takýchto prípadoch používajú takzvané Schottkyho diódy, ktoré majú nižší úbytok napätia v priepuste.

Schottkyho diódy

Schottkyho dióda sa neskladá z dvoch rôznych polovodičov, ale z kovu a polovodiča.

Výsledná takzvaná potenciálna bariéra bude menšia.

Počítačové zdroje využívajú duálne Schottkyho diódy v trojsvorkovom puzdre.

Typickým predstaviteľom takejto zostavy je SBL2040. Úbytok napätia na každej jeho dióde pri maximálnom prúde nepresiahne (podľa datasheetu) 0,55 V. Ak to skontrolujete testerom (v režime testovania diód), ukáže hodnotu asi 0,17 V.

Nižšie napätie je spôsobené tým, že cez diódu preteká veľmi malý prúd, ďaleko od maxima.

Na záver povedzme, že dióda má taký parameter ako maximálne prípustné spätné napätie. Ak je dióda zablokovaná, privádza sa na ňu spätné napätie. Pri výmene diód je potrebné túto hodnotu zohľadniť.

Ak v skutočnom obvode spätné napätie prekročí maximálne prípustné, dióda zlyhá!

Dióda je dôležitým hardvérom v elektronike. Ako inak by sme mohli vyrovnať napätie?

Môžete si kúpiť diódy na experimenty

Vidíme sa na blogu!

Dióda má dva kontakty nazývané anóda a katóda. Keď je dióda pripojená k elektrickému obvodu, prúd tečie z anódy na katódu. Schopnosť viesť prúd iba v jednom smere je hlavnou vlastnosťou diódy.

Diódy patria do triedy polovodičov a považujú sa za aktívne elektronické súčiastky (odpory a kondenzátory sú pasívne).

o pripojenie diódy V obvode je potrebné dodržať správnu polaritu. Aby sa uľahčilo určenie polohy katódy a anódy, na telo alebo na jednu z diódových svoriek sa aplikujú špeciálne značky. Existujú rôzne spôsoby označenia diód, ale najčastejšie sa na stranu tela zodpovedajúcu katóde aplikuje prstencový pásik.

Ak označenie diódy chýba, potom sa dajú vývody polovodičových diód určiť pomocou meracieho prístroja - ako bolo uvedené vyššie, diódou prechádza prúd len v jednom smere. Ak nemáte po ruke meracie zariadenie, môžete použiť batériu a žiarovku s nízkou spotrebou energie, ako je popísané v experimente nižšie.

Prevádzka diódy

Činnosť diódy je možné vizualizovať pomocou jednoduchého experimentu. Ak pripojíte batériu k dióde cez nízkoenergetickú žiarovku tak, že kladný pól batérie je pripojený k anóde a záporný pól ku katóde diódy, potom vo výslednom elektrickom obvode potečie prúd a lampa sa rozsvieti. Maximálna hodnota tohto prúdu závisí od odporu polovodičového prechodu diódy a od jednosmerného napätia, ktoré je na ňu aplikované. Tento stav diódy sa nazýva otvorený, prúd, ktorý ňou preteká, sa nazýva jednosmerný prúd I pr a napätie, ktoré naň pôsobí, vďaka ktorému je dióda otvorená, sa nazýva dopredné napätie U pr.

Ak sú vodiče diódy zamenené, lampa sa nerozsvieti, pretože dióda bude v zatvorenom stave a bude poskytovať silný odpor voči prúdu v obvode. Za povšimnutie stojí, že polovodičovým prechodom diódy bude stále pretekať malý prúd v opačnom smere, ale v porovnaní s dopredným prúdom bude taký malý, že žiarovka ani nezareaguje. Takýto prúd sa nazýva spätný prúd I arr. a napätie, ktoré ho vytvára, sa nazýva spätné napätie U arr.

V neurónových obvodoch robotov BEAM sa diódy často používajú na vytváranie neurónov, ktoré modelujú logické sčítanie (OR brány). Obvody robotov BEAM navyše niekedy využívajú kapacitné vlastnosti diód.