Диоды катоды аноды: для чего нужны

Что такое диод? Для того чтобы ответить на этот вопрос, надо копнуть вглубь, в самое начало, а именно, с чего начинается полупроводник.

Вакуумная двухэлектродная лампа

Вступление из теории

Проводник

Попробуем представить себе кусок материала проводника, например, меди. Чем он характеризуется: в нем есть свободные носители заряда – электроны. Причем таких отрицательных частиц в нем очень много.

Если на эту область подать плюс, то все эти отрицательные элементы устремятся к нему, то есть потечет ток через медь. Это известный факт, поэтому в качестве токопроводящих материалов применяют именно медь. К проводникам также относятся такие элементы периодической таблицы Менделеева, как алюминий, железо, золото и многие другие.

Диэлектрик

Диэлектрик – это материал, который свободных носителей заряда не имеет и, следовательно, ток не проводит.

Полупроводник

Полупроводник – это и металл, и неметалл. Материал, который и проводит ток, и не проводит. В нем мало свободных носителей заряда. Типичными полупроводниками являются кремний, германий.

Что такое диод

Кремний является четырехвалентным элементом. Чтобы его превратить в проводник, к нему подмешивают пятивалентный мышьяк. В результате этого соединения появляются лишние электроны, то есть свободные носители заряда. А если добавить к кремнию трехвалентный индий, в материале появятся позитроны, частицы с нехваткой электрона. Из таких областей и состоит диод.

Полученная структура называется PN элементом или PN-переходом. P – позитивная часть, N – негативная. Одна часть материала обогащена плюсовыми позитронами, другая – минусовыми электронами.

Как работает диод

Можно физически сами диоды не видеть, но результат их действия окружает нас повсюду. Эти устройства позволяют управлять потоком тока в указанном направлении. Существует много различных вариантов исполнения диодов. В каких случаях это бывает необходимо? Ниже будут рассмотрены примеры и в некоторой степени принцип работы полупроводниковых диодов.

Если добавить две металлические обкладки к P и N рабочим областям материала, то получатся электроды анод и катод. Схема подключения электродов к источнику может работать следующим образом:

• подача напряжения с батарейки к электроду N обеспечивает притяжение позитронов, соответственно к P электроду – электронов;
• отсутствие напряжения все возвращает в исходное состояние;
• смена полярности подаваемого напряжения обеспечивает притяжение электронов в обратном направлении к плюсовой пластине, а позитронов – к минусовой.

В последнем случае избыточные заряды скапливаются на металлических обкладках, тогда как в центре самого материала образуется мертвая изолирующая зона. Таким образом, центральный участок материала становится диэлектриком. В таком направлении устройство не пропускает ток.

Для информации. Слово происходит от di (double) + -ode.  Определение терминов катод и анод диода, относящихся к контактам, известно каждому человеку. Катод – отрицательный электрод, анод – положительный. Если подать на анод плюс, а на катод – минус, то диод откроется, и электроток по нему потечет.

Таким образом, диод – это устройство, которое имеет два электрода: катод и анод. Простое нелинейное электронное устройство, состоящее из двух разных полупроводников. Как устроен диод, хорошо видно на изображении.

Принцип работы диода

Диоды – это полупроводники, состоящие из областей P и N. Благодаря свойствам PN-перехода диод проводит ток только в одном направлении. Таков принцип действия этих устройств. Для чего нужны они?

Назначение диодов

Диоды бывают различного исполнения: от громоздких советских до миниатюрных современных. Может устройство быть одной и той же мощности, но из-за времени выпуска различаться по габаритам. Диоды на большой ток нуждаются в охлаждении, поэтому производятся с креплением под радиатор. Соответственно, устройства без радиатора рассчитаны на малый ток.

Применение диодов

Устройства диодов могут быть ориентированы на ограничение или приостановление движения тока. Чрезвычайно распространенным приложением является его использование в качестве выпрямителя.

Полупроводниковый диодный ограничитель

Выпрямители

Поскольку диод позволяет току течь лишь в одном направлении, то переменный ток проходит через диод только положительную или отрицательную часть напряжения синусоидальной волны. Это означает, что можно эффективно преобразовывать переменный ток в постоянный ток, применяя диоды, расположенные в виде полноволнового выпрямителя.

Например, имеется источник переменного тока. На выходе из него в цепь поставлен диод, через который подключена нагрузка. Что получится? Если источник дает синусоиду, то на выходе диода пройдет только положительная полуволна. И так до следующей полуволны. Но если развернуть диод другой стороной, то на выходе получится отрицательная полуволна, то есть устройство пропускает ток только в одном направлении.

Если поставить на место диода мост, состоящий из четырех диодов, то на выходе будет сигнал в форме полуволн, напоминающих верблюжий горб. Полуволны будут развернуты все в одном направлении. При установке после диодов дополнительного конденсатора получатся те же полуволны, только сглаженные.

Мостовой выпрямитель

Варикапы

Графический значок варикапа очень напоминает условное изображение полупроводникового диода. Варикап – это и есть обыкновенный диод. Работа устройства основана на зависимости барьерной ёмкости p-n-перехода от обратного напряжения. Если напряжение подается маленькое, емкость получается большая, если подается большое напряжение – емкость становится маленькой. Реально варикапы изменяют свою емкость в несколько раз (до 7 раз).

Стабилитроны

Стабилитрон – это полупроводниковый диод, работающий при обратном смещении в режиме пробоя. Выбирают стабилитрон с большим запасом рассеиваемой мощности, потому что он постоянно работает в режиме пробоя. Основное назначение стабилитронов – стабилизация напряжения.

Основной целью стабилизатора напряжения является поддержание постоянного напряжения на нагрузке, независимо от изменений входного напряжения и тока нагрузки. При изменяющихся условиях тока нагрузки стабилитрон может использоваться для получения стабилизированного выходного напряжения. Это основная причина использования стабилитрона в качестве стабилизатора напряжения.

Диоды Шоттки

Диод Шоттки – это низковольтное устройство, в котором используются в качестве электродов металл и обогащенный электронами полупроводник. Напряжение такого диода составляет примерно 0,2-0,4 В, в сравнение с обычным диодом эта величина в два раза меньше.

Зона применения диода Шоттки ограниченная, поскольку он не может работать без стабилитрона. В основном диоды Шоттки используются в устройствах, работающих в низковольтных цепях при обратном напряжении порядка единиц и нескольких десятков вольт.

Диодный прибор Шоттки

Светодиоды

Светоизлучающие диоды в настоящее время широко применяются в качестве диодных блоков легких энергосберегающих лампочек. Они становятся незаменимыми для жизни людей, поскольку способствуют снижению возрастающих цен на электроэнергию.

Для информации. Мигающие светодиоды часто применяют в различных сигнальных цепях, для украшения домашнего интерьера. Существуют схемы, с помощью которых можно заставить мигать светодиоды. Сделать мигающие светодиоды – вполне выполнимая задача.

Светодиоды LED

Можно совсем кратко ответить на вопрос, что такое диоды, и зачем они нужны. Именно этот элемент способен остановить свободное движение электронов в определенном направлении.

Видео

Оцените статью:

Что такое диод, зачем он нужен и из чего он состоит?

Диод является одним из самых популярных электронных компонентов, который используется как в простых схемах выпрямителей, так и в сложных электронных системах. А что это такое и зачем он там нужен, спросите вы?

Итак, диод – это полупроводниковый элемент с двумя выводами, один из которых носит название анод (А), а другой катод (К). По типу исполнения различают дискретные диоды в виде отдельного элемента, который заключается в свой собственный корпус и предназначен для монтажа на печатной плате, и интегральные диоды, изготавливаемые вместе с другими элементами схемы на общей полупроводниковой подложке. У интегральных диодов имеется третий вывод. Он необходим для соединения с общей подложкой. Иногда его называют субстратом (S), но он не играет важной роли в самом процессе функционирования диода.

Устройство диода

Диоды состоят из электронно-дырочного перехода p-n или перехода металл-полупроводник и носят название диод с p-n переходом или диод Шоттки. Зона n обогащена электронами, а зона p – дырками. Условное графическое представление диода на электрических схемах и его структура показаны на рисунке ниже.

Как правило, зоны диода n и p изготавливаются из кремния. Кроме того, существуют диоды на основе германия. Им свойственно малое прямое падение напряжения, однако они уже устарели. В диодах Шоттки зона p заменена слоем металла, что также приводит к малому прямому падению напряжения, поэтому они довольно часто используются вместо германиевых диодов с p-n переходом.

На практике кремниевые диоды с p-n переходом называют просто диодами. На электрических схемах разные типы диодов отображаются одинаково, за исключением элементов особого типа. Типы диодов различаются по техническим данным и по маркировке на корпусе.

Режимы работы диода

В процессе работы диод может находиться в области проводимости, запирания и пробоя.

Диоды, назначение которых выпрямление напряжения, называют выпрямительными. Они работают в областях проводимости и запирания попеременно. Диоды, которые работают в области пробоя, называют стабилитронами (диоды Зенера). Назначение стабилитронов – стабилизация напряжения.

Еще один, не менее важный класс диодов – варикапы. Они работают в режиме запирания и благодаря зависимости емкости запорного слоя (барьерной емкости) от приложенного напряжения могут быть использованы для настройки колебательных контуров на нужную частоту. Также существует множество других диодов, которые мы рассмотрим в других статьях.  

Для чего нужен диод в электрической цепи: обратный ток

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.

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.

Устройство

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

Ниже 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

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.

Прямое и обратное напряжение

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

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

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

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.

Диод

В механике есть такие устройства, которые пропускают воздух или жидкость только в одном направлении. Вспомните, как вы накачивали колесо велосипеда или автомобиля. Почему, когда вы убирали шланг насоса, воздух не выходил из колеса? Потому что на камере, в пипочке, куда вы вставляете шланг насоса, есть такая интересная штучка – ниппель. Вот он как раз пропускает воздух только в одном направлении, а в другом направлении блокирует его прохождение.

Электроника – эта та же самая гидравлика или пневматика. Но весь прикол заключается в том, что в электронике вместо жидкости или воздуха используется электрический ток. Если провести аналогию: бачок с водой – это заряженный конденсатор, шланг – это провод, катушка индуктивности – это колесо с лопастями

которое невозможно сразу разогнать, а потом невозможно резко остановить.

Тогда что такое ниппель в электронике? А ниппелем мы будем называть радиоэлемент – диод. И в этой статье мы познакомимся с ним поближе.

Что такое диод

Полупроводниковый диод представляет из себя элемент, который пропускает электрический ток только в одном направлении и блокирует его прохождение в другом направлении. Это своеобразный ниппель ;-).

Некоторые диоды выглядят почти также как и резисторы:

А некоторые выглядят чуточку по другому:

Есть также и SMD исполнение диодов:

Диод имеет два вывода, как и резистор, но у этих выводов, в отличие от резистора, есть определенные названия – анод и катод ( а не плюс и минус, как говорят некоторые неграмотные электронщики). Но как же нам определить, что есть что? Есть два способа:

1) на некоторых диодах катод обозначают полоской, отличающейся от цвета корпуса

2) можно проверить диод с помощью мультиметра и узнать, где у него катод, а где анод. Заодно проверить его работоспособность. Этот способ железный ;-). Как проверить диод с помощью мультиметра можно узнать в этой статье.

Если подать на анод плюс, а на катод минус, то у нас диод “откроется” и электрический ток спокойно по нему потечет. А если же на анод подать минус, а на катод – плюс, то ток через диод не потечет. Своеобразный ниппель ;-). На схемах простой диод обозначают вот таким образом:

Где находится анод, а где катод очень легко запомнить, если вспомнить воронку для наливания жидкостей в узкие горлышки бутылок. Воронка очень похожа на схему диода. Наливаем в воронку, и жидкость у нас очень хорошо бежит, а если ее перевернуть, то попробуй налей-ка через узкое горлышко воронки ;-).

Характеристики диода

Давайте рассмотрим характеристику диода КД411АМ. Ищем его характеристики в интернете, вбивая в поиск “даташит КД411АМ”

Для объяснения параметров диода, нам также потребуется его ВАХ

1) Обратное максимальное напряжение Uобр – это такое напряжение диода, которое он выдерживает при подключении в обратном направлении, при этом через него будет протекать ток Iобр – сила тока при обратном подключении диода. При превышении обратного напряжения в диоде возникает так называемый лавинный пробой, в результате этого резко возрастает ток, что может привести к полному тепловому разрушению диода. В нашем исследуемом диоде это напряжение равняется 700 Вольт.

2) Максимальный прямой ток Iпр – это максимальный ток, который может течь через диод в прямом направлении. В нашем случае это 2 Ампера.

3) Максимальная частота Fd , которую нельзя превышать. В нашем случае максимальная частота диода будет 30 кГц. Если частота будет больше, то наш диод будет работать неправильно.

Виды диодов

Стабилитроны

Стабилитроны представляют из себя те же самые диоды. Даже из названия понятно, чтоб стабилитроны что-то стабилизируют. А стабилизируют они напряжение. Но чтобы стабилитрон выполнял стабилизацию, требуется одно условие. Они должны подключатся противоположно, чем диоды. Анод на минус, а катод на плюс. Странно не правда ли? Но почему так? Давайте разберемся. В Вольт амперной характеристике (ВАХ) диода используется положительная ветвь – прямое направление, а вот в стабилитроне другая часть ветки ВАХ – обратное направление.

Снизу на графике мы видим стабилитрон на 5 Вольт. Сколько бы у нас не изменялась сила тока, мы все равно будем получать 5 Вольт ;-). Круто, не правда ли? Но есть и подводные камни. Сила тока не должны быть больше, чем в описании на диод, иначе он выйдет из строя от высокой температуры – Закон Джоуля-Ленца. Главный параметр стабилитрона – это напряжение стабилизации (Uст). Измеряется в Вольтах. На графике вы видите стабилитрон с напряжением стабилизации 5 Вольт. Также есть диапазон силы тока, при котором будет работать стабилитрон – это минимальный и максимальный ток (Imin, Imax). Измеряется в Амперах.

Выглядят стабилитроны точно также, как и обычные диоды:

На схемах обозначаются вот так:

Светодиоды

Светодиоды – особый класс диодов, которые излучают видимый и невидимый свет. Невидимый свет – это свет в инфракрасном или ультрафиолетовом диапазоне. Но для промышленности все таки большую роль играют светодиоды с видимым светом. Они используются для индикации, оформления вывесок, светящихся баннеров, зданий а также для освещения. Светодиоды имеют такие же параметры, как и любые другие диоды, но обычно их максимальный ток значительно ниже.

Предельное обратное напряжение (Uобр) может достигать 10 Вольт. Максимальный ток (Imax) будет ограничиваться для простых светодиодов порядка 50 мА. Для осветительных больше. Поэтому при подключении обычного диода нужно вместе с ним последовательно подключать резистор. Резистор можно рассчитать по нехитрой формуле, но в идеале лучше использовать переменный резистор, подобрать нужное свечение, замерять номинал переменного резистора и поставить туда постоянный резистор с таким же номиналом.

Лампы освещения из светодиодов потребляют копейки электроэнергии и стоят дешево.

Очень большим спросом пользуются светодиодные ленты, состоящие из множества SMD светодиодов. Смотрятся очень красиво.

На схемах светодиоды обозначаются так:

Не забываем, что светодиоды делятся на индикаторные и осветительные. Индикаторные светодиоды обладают слабым свечением и используются для индикации каких-либо процессов, происходящих в электронной цепи. Для них характерно слабое свечение и малый ток потребления

Ну и осветительные светодиоды – это те, которые используются в ваших китайских фонариках, а также в LED-лампах

Светодиод – это токовый прибор, то есть для его нормальной работы требуется номинальный ток, а не напряжение. При номинальном токе на светодиоде падает некоторое напряжение, которое зависит от типа светодиода (номинальной мощности, цвета, температуры). Ниже табличка, показывающая какое падение напряжения бывает на светодиодах разных цветов свечения при номинальном токе:

Как проверить светодиод можно узнать из этой статьи.

Тиристоры

Тиристоры представляют собой диоды, проводимость которых управляется с помощью третьего вывода – управляющего электрода (УЭ). Основное применение тиристоров – это управление мощной нагрузкой с помощью слабого сигнала, подаваемого на управляющий электрод. Выглядят тиристоры примерно как диоды или транзисторы. У тиристоров параметров столько, что не хватит статьи для их описания. Главный параметр – Iос,ср. – среднее значение тока, которое должно протекать через тиристор в прямом направлении без вреда для его здоровья. Немаловажным параметром является напряжение открытия тиристор – (Uу), которое подается на управляющий электрод и при котором тиристор полностью открывается.

а вот так примерно выглядят силовые тиристоры, то есть тиристоры, которые работают с большой силой тока:

На схемах триодные тиристоры выглядят вот таким образом:

Существуют также разновидности тиристоров – динисторы и симисторы. У динисторов нет управляющего электрода и он выглядит, как обычный диод. Динисторы начинают пропускать через себя электрический ток в прямом включении, когда напряжение на нем превысит какое-то значение. Симисторы – это те же самые триодные тиристоры, но при включении пропускают через себя электрический ток в двух направлениях, поэтому они используются в цепях с переменным током.

Диодный мост и диодные сборки

Производители также несколько диодов заталкивают в один корпус и соединяют их между собой в определенной последовательности. Таким образом получаются диодные сборки. Диодные мосты – одна из разновидностей диодных сборок.

На схемах диодный мост обозначается вот так:

Существуют также и другие виды диодов, такие как варикапы, диод Ганна, диод Шоттки и тд. Для того, чтобы их всех описать, нам не хватит и вечности.

Для чего ставят диод параллельно катушке, обмотке реле в цепи постоянного тока, в чем смысл.

На электронных схемах, где стоит электромагнитное реле, можно заметить, что параллельно его катушке припаян диод. Этот диод подсоединяется к обмотке обратным подключением. То есть, плюс диода (он же анод) будет лежать на минусе источника питания схемы, а минус диода (он же катод), будет находится на плюсе питания. Как известно, при таком способе подключения диода к питанию полупроводник находится в закрытом состоянии, он через себя не проводит электрический ток. Тогда возникает вопрос, а зачем он тогда нужен, если он работает как обычный диэлектрик?

А дело всё в том, что любая катушка, намотанная обычный образом (провод мотается в одном направлении) имеет помимо электрического сопротивления и индуктивность. Вокруг катушки при прохождении постоянного тока образуется электромагнитное поле. А в момент снятия напряжения с катушки, та энергия, которая была аккумулирована в этом электромагнитном поле резко преобразуется опять в электрическую. При этом на концах катушки появляется высоких разностный потенциал. То есть, проще говоря, в момент отключения от катушки питания на ней образуется кратковременный электрический всплески напряжения. Причем, этот всплеск ЭДС (электродвижущей силы) может в несколько раз превышать напряжение питания, которое ранее было подано на обмотку.

Такие скачки увеличенного напряжения, которые образуются на различных катушках, в том числе и на обмотке реле, способны негативно влиять на чувствительные элементы электронной схемы. Например, этот скачок легко может создать электрический пробой различных маломощных транзисторов, микросхем и т.д. Либо же это кратковременное увеличение напряжения может в момент процессов переключения реле вводить в электронную схему различные искажения, погрешности, плохо влиять на измерительные узлы и т.д. Одним словом явление возникновения подобных импульсов увеличенного напряжения – это плохо для любой электронной схемы.

А как же обычный диод может защитить от таких вот ЭДС скачков? Дело в том, что генерация ЭДС индукции имеет противоположную полярность, относительно подаваемого напряжения питания на катушку. Вначале мы на один конец катушки реле подавали плюс, а на второй – минус. При снятии напряжения питания с катушки полюса изменятся. Где был плюс, появится минус, а где был минус, появится плюс. Если наш защитный диод при одной полярности, когда идет питание катушки, находится в закрытом состоянии, работая как диэлектрик, то при другой полярности он уже будет переходить в открытое состояние. Другими словами говоря, при нормальной работе реле диод не будет себя проявлять как функциональный элемент, а при возникновении ЭДС индукции на катушки реле он сразу же станет проводником и замкнет этот импульс увеличенного напряжения на себе.

Может возникнуть вопрос. Если диод берет (замыкает) всю энергию ЭДС индукции катушки реле на себя, то не выйдет ли он от этого из строя (не сгорит ли)? Дело в том что у обычных катушек реле не столь большая энергия, что аккумулируется на ней в виде электромагнитного поля. Эта энергия имеет импульсный, одноразовый характер. Причем, при ЭДС индукции опасно именно увеличенное напряжение (относительно напряжения питания), токи же в этом импульсе достаточно малы. Задача диода нейтрализовать именно импульс увеличенного напряжения. Да и самый обычный, распространенный диод, такой как 1N4007 способен выдерживать обратное напряжение аж до 1000 вольт и прямой ток до 1 ампера (ток импульса намного меньше).

А какие диоды нужно ставить параллельно катушке реле, чтобы защитить электронную схему от подобный скачков напряжения ЭДС индукции? Как я только что уже сказал, энергия обычного маломощного реле (да и средней мощности) не такая уж и большая. Опасен именно сам увеличенный по напряжению импульс. Если питание катушки было, например, 12 вольт постоянного тока, то этот импульс может быть в несколько раз больше (ну пусть до 150 вольт, не больше). Токи, которые могут быть при этом импульсе могут иметь величину единицы и десятки миллиампер. На ток влияет диаметр провода, и его длина в катушке. Чем тоньше диаметр, и чем больше намотка, тем меньше ток. С напряжением наоборот. Чем больше витков в катушке, тем выше напряжение будет при ЭДС индукции.

Если не вдаваться в расчеты, то поставив на катушку обычного маломощного реле кремниевые диоды типа 1N4007 вы не ошибетесь. Их вполне хватит, чтобы надежно защитить электронную схему от подобный ЭДС импульсов, возникающих из-за переключающихся процессов.

Видео по этой теме:

P.S. Порой встречаются схемы (например электронная нагрузка), где в цепи мощных транзисторов стоят низкоомные резисторы. Эти резисторы на малое сопротивление иногда наматываются своими руками. Так вот если их мотать обычным образом (витки всего провода имеют одно направление) то это самодельное сопротивление будет обладать и активным сопротивлением и индуктивностью, которая также будет создавать эти ЭДС импульсы увеличенного напряжения. Но такие самодельные резисторы можно мотать и другим образом. Обмоточный провод складываем вдвое, его концы припаиваем на корпус обычного резистора, а сам сдвоенный провод одновременно наматываем на каркас резистора. В этом случае этот резистор будет иметь только активное сопротивление, индукция у него будет нулевая, что исключить возникновения ЭДС импульса. Дело в том, что электромагнитное поле провода одного направления будет компенсироваться полем другого провода, имеющего обратное направление.

Диод | Виды, характеристики, параметры диодов

Что такое диод

Полупроводниковый диод или просто диод представляет из себя радиоэлемент, который пропускает электрический ток только в одном направлении и блокирует его прохождение в другом направлении. По аналогии с гидравликой диод можно сравнить с обратным клапаном: устройством, которое пропускает жидкость только в одном направлении.

обратный клапан

 

Диод – это радиоэлемент с двумя выводами. Некоторые  диоды выглядят почти также как и резисторы:

А некоторые выглядят чуточку по-другому:

Есть также и SMD исполнение диодов:

Выводы диода называются – анод и катод. Некоторые по ошибке называют их “плюс” и “минус”. Это неверно. Так говорить нельзя.

На схемах диод обозначается так

Он может пропускать электрический ток только от анода к катоду.

Из чего состоит диод

В нашем мире встречаются вещества, которые отлично проводят электрический ток. Сюда в основном можно отнести металлы, например, серебро, медь, алюминий, золото и так далее. Такие вещества называют проводниками. Есть вещества, которые ну очень плохо проводят электрический ток – фарфор, пластмассы, стекло и так далее. Их называют диэлектриками или изоляторами. Между проводниками и диэлектриками находятся полупроводники. Это в основном германий и кремний.

После того, как германий или кремний смешивают с мельчайшей долей мышьяка или индия, образуется полупроводник N-типа, если смешать с мышьяком; или полупроводник P-типа, если смешать с индием.

Теперь если эти два полупроводника P и N -типа приварить вместе, на их стыке образуется PN-переход. Это и есть строение диода. То есть диод состоит из PN-перехода.

строение диода

Полупроводник P-типа в диоде является анодом, а полупроводник N-типа – катодом.

Давайе вскроем советский диод Д226 и посмотрим, что у него внутри, сточив часть корпуса на наждачном круге.

диод Д226

 

Вот это и есть тот самый PN-переход

PN-переход диода

Как определить анод и катод диода

1) на некоторых диодах катод обозначают полоской, отличающейся от цвета корпуса

2) можно проверить диод с помощью мультиметра и узнать, где у него катод, а где анод.  Заодно проверить его работоспособность. Этот способ железный ;-). Как проверить диод с помощью мультиметра можно узнать в этой статье.

Где находится анод, а где катод очень легко запомнить, если вспомнить воронку для наливания жидкостей в узкие горлышки бутылок. Воронка очень похожа на схему диода. Наливаем в воронку, и жидкость у нас очень хорошо бежит, а если ее перевернуть, то попробуй налей-ка через узкое горлышко воронки ;-).

Диод в цепи постоянного тока

Как мы уже говорили, диод пропускает электрический ток только в одном направлении. Для того, чтобы это показать, давайте соберем простую схему.

прямое включение диода

Так как наша лампа накаливания на 12 Вольт, следовательно, на блоке питания тоже выставляем значение в 12 В и собираем всю электрическую цепь по схеме выше. В результате, лампочка у нас прекрасно горит. Это говорит о том, что через диод проходит электрический ток. В этом случае говорят, что диод включен в прямом направлении.

диод в прямом включении

 

Давайте теперь поменяем выводы диода. В результате, схема примет такой вид.

обратное включение диода

 

Как вы видите, лампочка не горит, так как диод не пропускает электрический ток, то есть блокирует его прохождение, хотя источник питания и выдает свои честные 12 Вольт.

обратное включение диода

 

Какой вывод можно из этого сделать? Диод проводит постоянный ток только в одном направлении.

Диод в цепи переменного тока

Кто забыл, что такое переменный ток, читаем эту статью. Итак, для того, чтобы рассмотреть работу диода в цепи переменного тока, давайте составим схему. Здесь мы видим генератор частоты G, диод и два клеммника Х1 и Х2, с которых мы будем снимать сигнал с помощью осциллографа.

Мой генератор частоты выглядит вот так.

генератор частот

Осциллограмму будем снимать с помощью цифрового осциллографа

 

Генератор выдает переменное синусоидальное напряжение.

синусоидальный сигнал

 

Что же будет после диода? Цепляемся к клеммам X1 и X2 и видим вот такую осциллограмму.

переменное напряжение после диода

 

Диод вырезал нижнюю часть синусоиды, оставив только верхнюю часть.

А что будет, если мы поменяем выводы диода? Схема примет такой вид.

переменый ток после диода

 

Что же получим на клеммах Х1 и Х2 ? Смотрим на осциллограмму.

переменный ток после диода

Ничего себе! Диод срезал только положительную часть синусоиды!

[quads id=1]

Характеристики диода

Давайте рассмотрим характеристику диода КД411АМ. Ищем его характеристики в интернете, вбивая в поиск “даташит КД411АМ”

Для объяснения параметров диода, нам также потребуется его ВАХ

1) Обратное максимальное напряжение U_обр – это  такое напряжение диода, которое он выдерживает при подключении в обратном направлении, при этом через него будет протекать ток I_обр – сила тока  при обратном подключении диода. При превышении обратного напряжения в диоде возникает так называемый лавинный пробой, в результате этого резко возрастает ток, что может привести  к полному тепловому разрушению диода.  В нашем исследуемом диоде это напряжение равняется 700 Вольт.

2) Максимальный прямой ток I_пр – это  максимальный ток, который может течь через диод в прямом направлении.  В нашем случае это 2 Ампера.

3) Максимальная частота F_d , которую нельзя превышать. В нашем случае максимальная частота диода будет 30 кГц. Если частота будет больше, то наш диод будет работать неправильно.

Виды диодов

Стабилитроны

Стабилитроны  представляют из себя те же самые диоды. Даже из названия понятно, чтоб стабилитроны что-то стабилизируют. А стабилизируют они напряжение.  Но  чтобы стабилитрон выполнял стабилизацию, требуется одно  условие.  Они должны подключатся противоположно, чем диоды. Анод на минус, а катод на плюс. Странно не правда ли? Но почему так? Давайте разберемся.  В Вольт амперной характеристике (ВАХ) диода используется положительная ветвь – прямое направление, а вот в стабилитроне другая часть ветки ВАХ – обратное направление.

Снизу на графике мы видим стабилитрон на 5 Вольт. Сколько бы у нас не изменялась сила тока, мы все равно будем получать 5 Вольт ;-). Круто, не правда ли? Но есть и подводные камни. Сила тока не должны быть больше, чем в описании на диод, иначе он выйдет из строя от высокой температуры – Закон Джоуля-Ленца. Главный параметр стабилитрона – это напряжение стабилизации (Uст). Измеряется в Вольтах. На графике вы видите стабилитрон с напряжением стабилизации 5 Вольт. Также есть диапазон силы тока, при котором будет работать стабилитрон – это минимальный и максимальный ток (I_min, I_max). Измеряется в Амперах.

Выглядят стабилитроны точно также, как и обычные диоды:

На схемах обозначаются вот так:

Светодиоды

Светодиоды – особый класс диодов, которые излучают видимый и невидимый свет. Невидимый свет – это свет в инфракрасном или ультрафиолетовом диапазоне.  Но для промышленности все таки большую роль играют светодиоды с видимым светом. Они используются для индикации, оформления вывесок, светящихся баннеров, зданий а также для освещения. Светодиоды имеют такие же параметры, как и любые другие диоды, но обычно их максимальный ток значительно ниже.

Предельное обратное напряжение (U_обр) может достигать 10 Вольт. Максимальный ток (I_max) будет ограничиваться для простых светодиодов порядка 50 мА.  Для осветительных больше. Поэтому при подключении обычного диода нужно вместе с ним последовательно подключать резистор. Резистор можно рассчитать по нехитрой формуле, но в идеале лучше использовать переменный резистор, подобрать нужное свечение, замерять  номинал переменного резистора и поставить туда постоянный резистор с таким же номиналом.

Лампы освещения из светодиодов потребляют копейки электроэнергии и стоят дешево.

Очень большим спросом пользуются светодиодные ленты, состоящие из множества SMD светодиодов. Смотрятся очень красиво.

На схемах светодиоды обозначаются так:

Не забываем, что светодиоды делятся на индикаторные и осветительные. Индикаторные светодиоды обладают слабым свечением и используются для индикации каких-либо процессов, происходящих в электронной цепи. Для них характерно слабое свечение и малый ток потребления

Ну и осветительные светодиоды – это те, которые используются в ваших китайских фонариках, а также в LED-лампах

Светодиод – это токовый прибор, то есть для его нормальной работы требуется номинальный ток, а не напряжение. При номинальном токе на светодиоде падает некоторое напряжение, которое зависит от типа светодиода (номинальной мощности, цвета, температуры). Ниже табличка, показывающая какое падение напряжения бывает на светодиодах разных цветов свечения при номинальном токе:

Как проверить светодиод  можно узнать из этой статьи.

Тиристоры

Тиристоры представляют собой диоды, проводимость которых управляется с помощью третьего вывода – управляющего электрода (УЭ). Основное применение тиристоров – это управление мощной нагрузкой с помощью слабого сигнала, подаваемого на управляющий электрод. Выглядят тиристоры  примерно как диоды или транзисторы. У тиристоров параметров столько, что не хватит статьи для их описания. Главный параметр – I_ос,ср. – среднее значение тока, которое должно протекать через тиристор  в прямом направлении без вреда для его здоровья. Немаловажным параметром является напряжение открытия тиристор –  (U_у), которое подается на управляющий электрод  и при котором тиристор полностью открывается.

 

а вот так примерно выглядят силовые тиристоры, то есть тиристоры, которые работают с  большой силой тока:

На схемах  триодные тиристоры  выглядят вот таким образом:

Существуют также  разновидности тиристоров – динисторы и симисторы. У динисторов нет управляющего электрода и он выглядит, как обычный диод. Динисторы начинают пропускать через себя электрический ток в прямом включении, когда напряжение на нем превысит какое-то значение. Симисторы – это те же самые триодные тиристоры, но при включении пропускают через себя электрический ток в двух направлениях, поэтому они используются в цепях с переменным током.

Диодный мост и диодные сборки

Производители также  несколько диодов заталкивают в один корпус и соединяют их между собой в определенной последовательности. Таким образом получаются диодные сборки.  Диодные мосты  – одна из разновидностей диодных сборок.

 На схемах диодный мост обозначается вот так:

Существуют также и другие виды диодов, такие как варикапы, диод Ганна, диод Шоттки  и тд. Для того, чтобы их всех описать, нам не хватит и вечности.

Очень интересное видео про диод

Похожие статьи по теме “диод”

Как работает стабилитрон

Диод Шоттки

Диодный мост

Как проверить диод и светодиод мультиметром

Как проверить тиристор

Схема для проверки тиристоров

 

для чего нужны, катоды и аноды, классификация и назначение

Диод –это один из самых простых приборов-полупроводников. У него есть две области с разными типами проводимости: положительный и отрицательный электрод. Это есть то, из чего состоит диод: анод, катод иp-n переход. Существует несколько разновидностей приборов.

Стандартный диод

Электровакуумные диоды

Вакуумный диод – это устройство в виде стеклянной лампы или металлокерамического баллона. Из него откачивают воздух и помещают внутрь два электрода с нитью накаливания – проводником. Она соединяется с катодом и нагревается внешним током.

Принцип работы

У диода принцип работы основан на односторонней проводимости. В электровакуумных приборах это достигается следующим образом:

1. Нить накаливания нагревается, передавая тепло катоду, который начинает испускать электроны.
2. Анод притягивает частицы только на «плюсе».
3. Анод, подключенный к «минусу»,начнет отталкивать электроны, и тока в цепи не будет.

Благодаря принципу действия диода, основанному на управлении потоком электронов, такие устройства также называют ламповыми.

Конструкция прибора предполагает наличие выводов электродов, соединенных с контактными областями. У диода может быть два состояния: открытое и закрытое.

Прямое включение диода

К аноду диода подают положительное напряжение, на катод – отрицательное. Что получается:

• электроны двигаются к месту p-n границы;
• сопротивление в месте перехода уменьшается, проводимость увеличивается;
• как следствие возникает прямой ток.

При соблюдении полярности диод будет считаться включенным прямо.

Прямое включение диода

Обратное включение диода

Если подключить выводы наоборот, частицы станут перемещаться от p-n слоя. Сопротивление повысится, и протекающий ток будет низким, или обратным. При расчетах его не учитывают – под односторонней проводимостью подразумевают наличие именно прямого тока.

Виды напряжения

Соответственно состояниям различают два типа напряжения: прямое и обратное. Главный определяющий параметр – сопротивление границы областей электродов.

Вольт-амперная характеристика (ВАХ)

Один из ответов на вопрос о том, что такое вах диода, – зависимость проходящего через границу p-n тока от полярности подаваемого напряжения и его величины.

Ее показывают на графике:

• вертикальная ось – прямой и обратный ток (верхняя и нижняя часть) в Амперах;
• горизонтальная – обратное и прямое напряжение (левая и правая сторона).

Образуется кривая, показывающая значения пропускного и обратного тока.

Полупроводниковые диоды

Как работает диод полупроводник? Его работа основана на взаимодействии заряда с электромагнитным полем. Условная конструкция:

• элемент из полупроводникового материала;
• сторона, принимающая электроны, – анод, проводимость p-типа;
• катод, отдающий частицы (проводимость n-типа).

Между двумя слоями формируется граница – p-n переход.

Полупроводниковый диод

Вольт-амперная характеристика

На графике кривая имеет ветви в обеих его частях:

1. Прямая – в правой части графика. Направлена вверх, показывает возрастание прямого тока при увеличении напряжения.
2. Обратная – в левой стороне. Показывает рост обратного тока – меньше, чем прямого, поэтому ветвь расположена близко к оси напряжения.

Чем ближе ветвь к вертикальной оси справа и к горизонтальной слева, тем лучше выпрямительные свойства.

Предельные значения параметров

На графике каждого прибора есть момент, когда ток нарастает сильнее. Это зависит от устройства диода – разные материалы «открываются» при разных показателях. Ток возрастает, и происходит нагревание кристалла полупроводника.

Тепло либо рассеивается само по себе, либо отводится при помощи радиаторов. Если ток превышает допустимый параметр, проводник разрушается под воздействием высокой температуры. Поэтому по назначению диода, а также материалу определяют максимально допустимые параметры.

Виды полупроводниковых диодов

Полупроводниковый – широкое определение, оно описывает саму идею и общее устройство. На практике существует множество узкоспециализированных разновидностей.

Выпрямители и их свойства

Иногда нужно преобразовать ток в цепи, для чего нужен диод с выпрямительными свойствами либо диодный мост. Благодаря принципу работы, переменный ток на входе прибора даст лишь одну полуволну – в открытом состоянии.

Полупроводниковые стабилитроны

Задача этих устройств – стабилизация напряжения. Как это происходит:

• в обычном состоянии у перехода высокое сопротивление, ток почти не проходит;
• если наступает пробой, проходимость увеличивается, сопротивление падает.

Устройства работают в условиях пробоя и часто применяются для профилактики перенапряжения.

Диод-стабилитрон

Диод Зенера

Часто можно встретить название «диод Зенера», что это такое? Это лишь еще одно название стабилитрона – в честь ученого Кларенса Зенера, открывшего туннельный пробой. Это эффект прохождения заряженных частиц через p-n барьер, когда перекрываются зоны электродов. Открытие позволило разработать первые стабилитроны, отсюда название.

Принцип работы детекторов

На основе обычного выпрямителя можно собрать простейший амплитудный детектор. Как устроена работа диода (например, с барьером Шоттки):

• если полупериоды выше напряжения на конденсаторе, начинается зарядка;
• как только амплитуда становится меньше его значения, диод закрывается.

Конденсатор разряжается, происходит восстановление низкочастотного сигнала.

Светодиод

В отличие от обычного прибора, СД создают оптическое излучение при прохождении тока. Это происходит при рекомбинации носителей заряда с излучением фотонов на границе электродов. Впервые эффект был открыт в 1907 году, технология продолжает совершенствоваться до сих пор.

Особенности светодиода

Спектр оптического излучения узкий – нужный цвет изначально заложен в кристалле диода. Однако диапазон может отличаться в зависимости от состава материала-полупроводника:

• зеленый – фосфид галлия;
• синий – карбид кремния;
• красный – арсенид галлия.

При этом светодиоды обладают высокой световой отдачей, спектральной чистотой, прочностью и долговечностью.

Обычные светодиоды

Туннельный

Работает на основе одноименного эффекта. При изготовлении применяют вырожденные полупроводники. Встречается в качестве усилителя.

Обращенный диод

Обладают высокими показателями обратного тока, превосходящими прямой. Отличаются низкой чувствительностью к ионизирующему излучению.

Варикап

Проще всего объяснить на примере конденсатора с переменной толщиной диэлектрического слоя. При низком напряжении на p-n переходе толщина слоя при высокой емкости мала, при высоком – слой должен увеличиваться. Для чего нужны такие диоды? Их используют как элементы с управляемой емкостью, например, в системах автонастройки частоты в радиоприборах.

Фотодиод

Устройства, в которых обратный ток возникает при попадании фотонов. По принципу действия схожи с обычным солнечным элементом.

Маркировка

Современная маркировка диодов содержит четыре элемента:

• материал изготовления;
• обозначение класса диода;
• назначение или свойства;
• номер разработки.

Например, КД202А – кремниевый (К), выпрямительный (Д) диод.

Триоды

Раньше использовались вместо транзисторов; в современной электротехнике почти не используются. Состоят из трех электродов: катода прямого либо косвенного накала, анода и сетки. В зависимости от напряжения, регулируется поток электронов, создавая эффект усилителя.

Плюсы и минусы

Полупроводниковые диоды имеют как преимущества, так и недостатки. К первым можно отнести:

• доступность – элементы стоят недорого;
• взаимозаменяемость – при выходе из строя легко подобрать и установить аналогичный;
• высокая пропускная способность;
• простой принцип работы.

Из недостатков – уязвимость к внешним воздействиям и возможные неисправности. Это могут быть:

• обрыв перехода;
• нарушение герметичности;
• пробой перехода.

Однако устранить повреждения и заменить устройство несложно, поэтому минусы можно считать несущественными.

Использование в быту

Благодаря тому, как просто устроены диоды, они распространены повсеместно. Их используют почти в каждом приборе, который можно увидеть дома. Например, LED телевизоры, сам принцип их работы основан на использования светодиодов. Другие примеры – блоки питания, реле, любительские электрические схемы.

Основные неисправности диодов

Главная проблема, с которой сталкиваются при использовании диодов, – эффект пробоя. Есть несколько видов неисправности.

Пробой на графике ВАХ

Пробой p-n-перехода

При пробое происходит уменьшение сопротивления, образуется обратный ток. Различают лавинный пробой, которой сопровождается цепочкой прорывов, и полевой.

Электрический пробой

Главное в электрических пробоях – они обладают обратимой природой (состояние возвращается к нормальному). Это значит, что переход не повреждается. Это позволяет использовать пробой как основополагающий принцип работы – как в стабилитронах.

Тепловой пробой

Возникает при повышении температуры. Отличается возникновением необратимых повреждений: разрушается кристаллическая решетка полупроводника.

Несмотря на простоту конструкции, диод по-прежнему используется в современных устройствах. Найти ему альтернативу удается не всегда. Тем более продолжаются работы по технологическому совершенствованию диодов для различных задач.

Видео

Для чего нужен лазерный диод

Совсем недавно создание лазерной установки, даже с небольшой мощностью, было связано с несколькими трудностями. Нужно было найти кристалл, разобрать и собрать схему его накачки и так далее. А это практически не возможно для начинающих радиолюбителей. Но вот уже сегодня благодаря развитию технологий можно получить луч и в домашней лаборатории. Связано это с тем, что в продаже появились маленькие устройства способные создавать необходимое излучение — это так называемые лазерные диоды. Достаточная выходная оптическая мощность и хорошие эксплуатационные характеристики устройства разрешают применять его в высокоточных измерительных приборах, как на производстве, так и в быту. Используются такие диоды в лазерных указках, уровнемерах и DVD приводах.

Появление такого элемента вызвало настоящую революцию в создании электронных приборов. К примеру, достаточно мощные лазерные диоды позволяют создавать луч, при помощи которого стало возможным проводить операции на человеческих глазах без нанесения им вреда. Уже многие миллионы людей вернули себе зрение таким методом. Восстановление работоспособности и коррекция глазного хрусталика стала обыденной вещью в нашей жизни. Луч способен буквально за секунду проделать всю нужную работу и вернуть человеку зрение.

Также лазерные диоды используются и при создании измерительных приборов. С их помощью можно при строительстве любой сложности быстро скорректировать уровень. Лазерные диоды применяются и при измерении оборотов двигателя, принимают участие в работе регулирующих схем и в обеспечении различных защитных функций в технологических процессах.

В промышленных масштабах производятся диоды разной мощности, но для домашних нужд, как правило, бывает достаточно лазерного диода с оптической мощностью 8 Ватт. Этого хватит, чтобы в условиях домашней лаборатории сделать маленькое устройство которое будет служить например уровнемером.
Разумеется, при сборке такого устройства нужно учитывать схему, по которой будет осуществляться подключение диода к питанию. Это связано с тем, что такой прибор нельзя просто подключить к аккумулятору, нужно учитывать несколько особенностей:
— при демонтаже и монтаже избегать статического электричества;
— при отключении и включении не допускать появление даже небольших всплесков в напряжении;
— Лазерный диод также как и обычный должен работать при номинальном токе. Если превысить этот показатель, то это может значительно сократить время его работы;

Если учесть всё перечисленное, то можно самому создать или найти готовую схему, которая обеспечит долгосрочную и стабильную работу лазерного диода.

 

Что такое диод и для чего он нужен?

ОСНОВНЫЕ ЗНАНИЯ — ДИОД Что такое диод и для чего он используется?

26.02.2020 Автор / Редактор: Люк Джеймс / Erika Granath

Диод может быть самым простым из всех полупроводниковых компонентов, однако он выполняет множество важных функций, включая контроль потока электрического тока. Вот краткий обзор простого диода и того, для чего он обычно используется.

Связанные компании

Диод — это устройство, которое позволяет току течь в одном направлении, но не в другом. Это достигается за счет встроенного электрического поля.

(Bild: Public Domain)

Диод — это устройство, которое позволяет току течь в одном направлении, но не в другом. Это достигается за счет встроенного электрического поля. Хотя самые ранние диоды состояли из раскаленных проволок, проходящих через середину металлического цилиндра, который сам находился внутри стеклянной вакуумной трубки, современные диоды являются полупроводниковыми диодами.Как следует из названия, они сделаны из полупроводниковых материалов, в основном из легированного кремния.

Проведение электрического тока в одном направлении

ВАХ (зависимость тока от напряжения) диода с p – n переходом.

(Bild: CC BY-SA 4.0)

Несмотря на то, что диоды являются не более чем простыми двухконтактными полупроводниковыми приборами, они жизненно важны для современной электроники.
Некоторые из их наиболее распространенных приложений включают преобразование переменного тока в постоянный, изоляцию сигналов от источника питания и микширование сигналов.У диода две «стороны», и каждая сторона легирована по-разному. Одна сторона — это «сторона p», она имеет положительный заряд.
Другая сторона — это «n-сторона», она имеет отрицательный заряд. Обе эти стороны наслоены вместе, образуя так называемое «n-p соединение», где они встречаются.

Когда отрицательный заряд прикладывается к n-стороне и положительный к p-стороне, электроны «перепрыгивают» через этот переход, и ток течет только в одном направлении. Это свойство сердечника диода; обычный ток течет от положительной стороны к отрицательной только в этом направлении.В то же время электроны текут в одном направлении только с отрицательной стороны на положительную. Это связано с тем, что электроны заряжены отрицательно и притягиваются к положительному полюсу батареи.

Для чего используются диоды?

Диоды — чрезвычайно полезные компоненты и широко используются в современной технике.

Светодиоды (LED)

Возможно, наиболее широко известное современное применение диодов — это светодиоды. В них используется специальный вид легирования, так что, когда электрон пересекает n-p-переход, испускается фотон, который создает свет.Это связано с тем, что светодиоды светятся при наличии положительного напряжения. Тип легирования может быть изменен так, что может излучаться свет любой частоты (цвета), от инфракрасного до ультрафиолетового.

Преобразование мощности

Хотя светодиоды могут быть наиболее широко известным приложением для обычного человека, наиболее распространенным применением на сегодняшний день является использование диодов для преобразования мощности переменного тока в мощность постоянного тока. Используя диоды, можно создавать различные типы выпрямительных схем, самые основные из которых — это полуволновые, полнополупериодные выпрямители с центральным ответвлением и полные мостовые выпрямители.Они чрезвычайно важны в источниках питания для электроники — например, в зарядном устройстве ноутбука — где переменный ток, исходящий от источника питания, должен быть преобразован в постоянный ток, который затем может быть сохранен.

Защита от перенапряжения

Чувствительные электронные устройства необходимо защитить от скачков напряжения, и диод идеально подходит для этого. При использовании в качестве устройств защиты по напряжению диоды не проводят ток, однако они немедленно замыкают любой всплеск высокого напряжения, отправляя его на землю, где он не может повредить чувствительные интегральные схемы.Для этого разработаны специальные диоды, известные как «ограничители переходных напряжений». Они могут справляться с резкими скачками мощности в течение коротких периодов времени, которые обычно приводят к повреждению чувствительных компонентов.

(ID: 46381408)

Что такое диод? — Определение с сайта WhatIs.com

Диод — это специализированный электронный компонент с двумя электродами, которые называются анодом и катодом. Большинство диодов изготовлено из полупроводниковых материалов, таких как кремний, германий или селен. Некоторые диоды состоят из металлических электродов в камере, откачанной или заполненной чистым элементарным газом при низком давлении.Диоды могут использоваться как выпрямители, ограничители сигналов, регуляторы напряжения, переключатели, модуляторы сигналов, смесители сигналов, демодуляторы сигналов и генераторы.

Основным свойством диода является его способность проводить электрический ток только в одном направлении. Когда катод заряжен отрицательно относительно анода при напряжении, превышающем определенный минимум, называемый прямым переключением , тогда ток течет через диод. Если катод положительный по отношению к аноду, находится под тем же напряжением, что и анод, или отрицателен на величину, меньшую, чем напряжение прямого переключения, то диод не проводит ток.Это упрощенное представление, но верно для диодов, работающих как выпрямители, переключатели и ограничители. Напряжение прямого переключения составляет примерно шесть десятых вольта (0,6 В) для кремниевых устройств, 0,3 В для германиевых устройств и 1 В для селеновых устройств.

Невзирая на вышеприведенное общее правило, если катодное напряжение является положительным по отношению к анодному напряжению на достаточно большую величину, диод будет проводить ток. Напряжение, необходимое для возникновения этого явления, известное как лавинное напряжение , сильно варьируется в зависимости от природы полупроводникового материала, из которого изготовлено устройство.Напряжение лавины может составлять от нескольких вольт до нескольких сотен вольт.

Когда аналоговый сигнал проходит через диод, работающий в точке прямого размыкания или около нее, форма сигнала искажается. Эта нелинейность допускает модуляцию, демодуляцию и смешивание сигналов. Кроме того, сигналы генерируются на гармониках или целых кратных входной частоте. Некоторые диоды также имеют характеристику, которая неточно названа отрицательным сопротивлением .Диоды этого типа при подаче напряжения нужного уровня и полярности генерируют аналоговые сигналы на микроволновых радиочастотах.

Полупроводниковые диоды

могут быть разработаны для выработки постоянного тока (DC), когда на них попадает энергия видимого света, инфракрасного (ИК) или ультрафиолетового (УФ) излучения. Эти диоды известны как фотоэлектрические элементы и являются основой для систем солнечной энергии и фотосенсоров. Еще одна форма диодов, обычно используемых в электронном и компьютерном оборудовании, излучает видимый свет или инфракрасную энергию, когда через них проходит ток.Таким устройством является привычный светодиод (LED).

Что такое диоды и для чего они используются?

Простейший полупроводниковый компонент — диод — выполняет множество полезных функций, связанных с его основной целью — управлять направлением потока электрического тока. Диоды позволяют току течь через них только в одном направлении.

Идеально эффективные диоды выглядят как разомкнутые цепи с отрицательным напряжением, а в остальном они выглядят как короткие замыкания.Но поскольку диоды допускают некоторую неэффективность, их отношение тока к напряжению нелинейно. Таким образом, вам нужно обратиться к таблице данных диода, чтобы увидеть график кривой прямого напряжения любого данного диода относительно его прямого тока, чтобы вы могли выбрать правильный диод для вашего конкретного проекта.

Тим Ридли / Getty Images

Применение диодов

Несмотря на то, что это простые двухконтактные полупроводниковые устройства, диоды жизненно важны в современной электронике. Некоторые из типичных применений диодов включают:

• Выпрямление напряжения, например преобразование переменного тока в постоянный
• Изоляция сигналов от источника питания
• Управление размером сигнала
• Смешивание сигналов

Преобразователь мощности

Одним из важных применений диодов является преобразование мощности переменного тока в мощность постоянного тока.Один или четыре диода преобразуют бытовую мощность 110 В в постоянный ток, образуя половинчатый (один диод) или двухполупериодный (четыре диода) выпрямитель . Диод пропускает только половину сигнала переменного тока. Когда этот импульс напряжения заряжает конденсатор, выходное напряжение представляется постоянным напряжением постоянного тока с небольшими колебаниями напряжения. Использование двухполупериодного выпрямителя делает этот процесс еще более эффективным за счет направления импульсов переменного тока таким образом, чтобы как положительная, так и отрицательная половина входной синусоидальной волны рассматривались только как положительные импульсы, эффективно удваивая частоту входных импульсов на конденсатор, что помогает держать его заряженным и обеспечивать более стабильное напряжение.

Диоды и конденсаторы создают разные умножители напряжения, чтобы взять небольшое переменное напряжение и умножить его, чтобы получить очень высокое выходное напряжение. При правильной конфигурации конденсаторов и диодов возможны выходы как переменного, так и постоянного тока.

Демодуляция сигналов

Чаще всего диоды используются для удаления отрицательной составляющей сигнала переменного тока. Поскольку отрицательная часть сигнала переменного тока обычно идентична положительной половине, очень мало информации теряется в этом процессе ее удаления, что приводит к более эффективной обработке сигнала.

Демодуляция сигнала обычно используется в радиоприемниках как часть системы фильтрации, чтобы помочь выделить радиосигнал из несущей волны.

Защита от перенапряжения

Диоды также хорошо работают в качестве защитных устройств для чувствительных электронных компонентов. При использовании в качестве устройств защиты по напряжению диоды не проводят ток в нормальных условиях эксплуатации, но немедленно замыкают любые выбросы высокого напряжения на землю, где они не могут повредить интегральную схему.Специализированные диоды, называемые ограничителями переходного напряжения , разработаны специально для защиты от перенапряжения и могут выдерживать очень большие скачки напряжения в течение коротких периодов времени, типичные характеристики скачков напряжения или поражения электрическим током, которые обычно вызывают повреждение компонентов и сокращают срок службы электронного устройства. продукт.

Точно так же диод может регулировать напряжение, выступая в качестве ограничителя или ограничителя — специальной цели, которая ограничивает напряжение, которое может проходить через него в определенной точке.

Текущее рулевое управление

Основное применение диодов — управлять током и следить за тем, чтобы он течет только в правильном направлении. Одной из областей, в которой способность диодов к управлению током используется с хорошим эффектом, является переключение с мощности, поступающей от источника питания, на мощность, работающую от батареи. Когда устройство подключено и заряжается — например, сотовый телефон или источник бесперебойного питания — устройство должно потреблять энергию только от внешнего источника питания, а не от батареи, а пока устройство подключено к сети, батарея должна потреблять энергию. и подзарядка.Как только источник питания будет удален, батарея должна запитать устройство, чтобы пользователь не заметил прерывания.

Хороший пример токового рулевого управления — защита от обратного тока . Рассмотрим, например, вашу машину. Когда ваша батарея умирает и дружелюбный прохожий предлагает помочь с перемычками, если вы перепутаете порядок красных и черных кабелей, вы не поджарите электрическую систему вашего автомобиля, потому что диоды, расположенные рядом с батареей, блокируют ток в неправильном направлении.

Логические ворота

Компьютеры работают в двоичном формате — это бесконечное море нулей и единиц. Деревья двоичных решений в вычислениях основаны на логических вентилях, включаемых диодами, которые контролируют, включен ли переключатель («1») или выключен («0»). Хотя в современных процессорах используются сотни миллионов диодов, они функционально такие же, как диоды, которые вы покупаете в магазине электроники, только намного меньше по размеру.

Диоды и свет

Светодиодный фонарик — это просто фонарик, освещение которого исходит от светодиода.При наличии положительного напряжения светятся светодиоды.

Фотодиод, напротив, принимает свет через коллектор (например, мини-солнечную панель) и преобразует этот свет в небольшой ток.

Спасибо, что сообщили нам об этом!

Расскажите, почему!

Другой Недостаточно подробностей Сложно понять Ток

— что именно делает диод?

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

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

(CC-образ из openwetware.org)

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

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

Редактировать

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

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

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

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

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

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

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

Диод

: определение, символ и типы диодов

Что такое диод?

Диод определяется как двухконтактный электронный компонент, который проводит ток только в одном направлении (при условии, что он работает в пределах указанного уровня напряжения). Идеальный диод будет иметь нулевое сопротивление в одном направлении и бесконечное сопротивление в обратном направлении.

Хотя в реальном мире диоды не могут добиться нулевого или бесконечного сопротивления.Вместо этого диод будет иметь незначительное сопротивление в одном направлении (для обеспечения протекания тока) и очень высокое сопротивление в обратном направлении (до предотвращает протекание тока ). По сути, диод похож на вентиль в электрической цепи.

Полупроводниковые диоды — наиболее распространенный тип диодов. Эти диоды начинают проводить электричество только при наличии определенного порогового напряжения в прямом направлении (то есть в направлении «низкого сопротивления»). Говорят, что диод « смещен в прямом направлении », когда проводит ток в этом направлении.При включении в схему в обратном направлении (то есть в направлении «высокого сопротивления») диод называется « с обратным смещением ».

Диод называется « с прямым смещением » при проведении тока в этом направлении. При включении в схему в обратном направлении (то есть в направлении «высокого сопротивления») диод называется « с обратным смещением ».

Диод блокирует ток только в обратном направлении (т.е.е. когда он смещен в обратном направлении), в то время как обратное напряжение находится в заданном диапазоне. Выше этого диапазона происходит преодоление обратного барьера. Напряжение, при котором происходит этот пробой, называется «обратным напряжением пробоя».

Когда напряжение в цепи выше, чем напряжение обратного пробоя, диод может проводить электричество в обратном направлении (то есть в направлении «высокого сопротивления»). Вот почему на практике мы говорим, что диоды имеют высокое сопротивление в обратном направлении, а не бесконечное сопротивление.

PN переход — это простейшая форма полупроводникового диода. В идеальных условиях этот PN-переход ведет себя как короткое замыкание, когда он смещен в прямом направлении, и как разомкнутый контур, когда он смещен в обратном направлении. Название диод происходит от слова «диод», что означает устройство с двумя электродами. Диоды обычно используются во многих проектах в области электроники и включены во многие из лучших стартовых комплектов Arduino.

Символ диода

Символ диода показан ниже.Стрелка указывает в направлении обычного потока тока в состоянии прямого смещения. Это означает, что анод подключен к стороне p, а катод подключен к стороне n.

Мы можем создать простой диод с PN переходом, легируя пятивалентную или донорную примесь в одной части и трехвалентную или акцепторную примесь в другой части кристаллического блока кремния или германия.

Эти легирующие примеси образуют PN переход в средней части блока. Мы также можем сформировать PN-переход, соединив полупроводник p-типа и полупроводник n-типа вместе с помощью специальной технологии изготовления.Клемма, подключенная к р-типу, является анодом. Вывод, подключенный к стороне n-типа, является катодом.

Принцип работы диода

Принцип работы диода зависит от взаимодействия полупроводников n-типа и p-типа. Полупроводник n-типа имеет много свободных электронов и очень мало дырок. Другими словами, мы можем сказать, что концентрация свободных электронов высока, а дырок очень мала в полупроводнике n-типа.

Свободные электроны в полупроводнике n-типа называются основными носителями заряда, а дырки в полупроводнике n-типа называются неосновными носителями заряда.

Полупроводник p-типа имеет высокую концентрацию дырок и низкую концентрацию свободных электронов. Дырки в полупроводнике p-типа являются основными носителями заряда, а свободные электроны в полупроводнике p-типа являются неосновными носителями заряда.

Если вы предпочитаете видео-объяснение того, что такое диод, посмотрите видео ниже:

Несмещенный диод

Теперь давайте посмотрим, что происходит, когда одна область n-типа и одна область p-типа войти в контакт.Здесь из-за разницы концентраций большинство носителей диффундируют с одной стороны на другую. Поскольку концентрация дырок высока в области p-типа и низкая в области n-типа, дырки начинают диффундировать из области p-типа в область n-типа.

Опять же, концентрация свободных электронов высока в области n-типа и мала в области p-типа, и по этой причине свободные электроны начинают диффундировать из области n-типа в область p-типа.

Свободные электроны, диффундирующие в область p-типа из области n-типа, рекомбинируют с имеющимися там дырками и создают незакрытые отрицательные ионы в области p-типа.Точно так же дырки, диффундирующие в область n-типа из области p-типа, будут рекомбинировать со свободными электронами, доступными там, и создавать непокрытые положительные ионы в области n-типа.

Таким образом, будет слой отрицательных ионов на стороне p-типа, а слой положительных ионов в области n-типа появится вдоль линии соединения этих двух типов полупроводников. Слои непокрытых положительных ионов и непокрытых отрицательных ионов образуют область в середине диода, где нет носителей заряда, поскольку все носители заряда рекомбинируются здесь, в этой области.Из-за отсутствия носителей заряда эта область называется обедненной.

После образования обедненной области диффузия носителей заряда с одной стороны на другую в диоде больше не происходит. Это связано с тем, что электрическое поле, возникающее в обедненной области, предотвращает дальнейшую миграцию носителей заряда с одной стороны на другую.

Потенциал слоя непокрытых положительных ионов на стороне n-типа отталкивает дырки на стороне p-типа, а потенциал слоя непокрытых отрицательных ионов на стороне p-типа отталкивает свободные электроны на стороне p-типа. сторона n-типа.Это означает, что на стыке создается потенциальный барьер для предотвращения дальнейшей диффузии носителей заряда.

Диод с прямым смещением

Теперь давайте посмотрим, что произойдет, если положительный вывод источника подключен к стороне p-типа, а отрицательный вывод источника подключен к стороне n-типа диода, и если мы увеличим напряжение этого источника медленно с нуля.

Вначале через диод не течет ток. Это связано с тем, что, хотя к диоду приложено внешнее электрическое поле, большинство носителей заряда все еще не получают достаточного влияния внешнего поля, чтобы пересечь область обеднения.Как мы уже говорили, область обеднения действует как потенциальный барьер против основных носителей заряда.

Этот потенциальный барьер называется прямым потенциальным барьером. Большинство носителей заряда начинают пересекать прямой потенциальный барьер только тогда, когда значение внешнего приложенного напряжения на переходе превышает потенциал прямого барьера. Для кремниевых диодов потенциал прямого барьера составляет 0,7 В, а для германиевых диодов — 0,3 В.

Когда внешнее прямое напряжение на диоде становится больше, чем прямой барьерный потенциал, свободные основные носители заряда начинают пересекать барьер и вносят свой вклад в прямой ток диода.В этой ситуации диод будет вести себя как закороченный путь, и прямой ток будет ограничиваться только внешними резисторами, подключенными к диоду.

Обратно смещенный диод

Теперь давайте посмотрим, что произойдет, если мы подключим отрицательный вывод источника напряжения к стороне p-типа, а положительный вывод источника напряжения — к стороне n-типа диода. В этом состоянии из-за электростатического притяжения отрицательного потенциала источника дырки в области p-типа будут больше смещаться от перехода, оставляя больше открытых отрицательных ионов на переходе.

Таким же образом свободные электроны в области n-типа будут больше смещаться от перехода к положительному выводу источника напряжения, оставляя в переходе больше непокрытых положительных ионов.

В результате этого явления область истощения становится шире. Это состояние диода называется состоянием обратного смещения. В этом случае основные носители не пересекают перекресток, а вместо этого удаляются от перекрестка. Таким образом, диод блокирует прохождение тока при обратном смещении.

Как мы уже говорили в начале статьи, в полупроводнике p-типа всегда есть несколько свободных электронов, а в полупроводнике n-типа есть дырки. Эти противоположные носители заряда в полупроводнике называются неосновными носителями заряда.

В состоянии обратного смещения дырки, оказавшиеся на стороне n-типа, легко пересекли бы область обеднения с обратным смещением, поскольку поле в области обеднения не присутствует, а скорее помогает неосновным носителям заряда пересекать область обеднения.

В результате через диод протекает крошечный ток от положительной стороны к отрицательной. Амплитуда этого тока очень мала, так как количество неосновных носителей заряда в диоде очень мало. Этот ток называется током обратного насыщения.

Если обратное напряжение на диоде превышает безопасное значение из-за более высокой электростатической силы и из-за более высокой кинетической энергии неосновных носителей заряда, сталкивающихся с атомами, ряд ковалентных связей разрывается, что приводит к появлению огромного количества свободных электронов. -отверстие пары в диоде и процесс накопительный.

Огромное количество таких генерируемых носителей заряда будет способствовать возникновению большого обратного тока в диоде. Если этот ток не ограничен внешним сопротивлением, подключенным к цепи диода, диод может навсегда выйти из строя.

Типы диодов

Типы диодов включают:

1. Стабилитрон
2. PN-переходный диод
3. Туннельный диод
4. Варакторный диод
5. Диод Шоттки
6. Фотодиод
7. PIN-диод
8. PIN-диод
9. Лавинный диод
10. Светодиод

Диод ＜ Типы диодов ＞ | Основы электроники

Выпрямительный диод

(REC): конструкция и особенности

Структура	Символ	Приложения ・ Характеристики
		Используется для исправления (т.е.е. первичная сторона блока питания) В основном класса 1А и выше, высокое напряжение пробоя (400 В / 600 В)

Выпрямительные диоды, как следует из их названия, предназначены для выпрямления общих частот переменного тока. Выпрямление в первую очередь включает преобразование переменного тока в постоянный и может включать высокие напряжения и токи. Эффективность преобразования может сильно различаться в зависимости от рабочей частоты и условий. Таким образом, предлагаются различные типы, включая модели с низким V _F (прямое напряжение), высокоскоростное переключение и модели с низким уровнем шума.

［Конфигурация схемы выпрямления］

Переключающий диод (SW): структура и особенности

Структура	Символ	Приложения ･ Характеристики
		Идеально подходит для различных коммутационных приложений Скорость переключения ： Короткое время обратного восстановления trr

Эти диоды обеспечивают переключение.Подача напряжения в прямом направлении вызовет протекание тока (ВКЛ). И наоборот, подача напряжения в обратном направлении остановит ток. Переключающие диоды обычно характеризуются более коротким временем обратного восстановления (trr), что приводит к лучшим характеристикам переключения.

Включить	Выключить
>

Что такое время обратного восстановления (trr)?

Время обратного восстановления trr относится к времени, за которое переключающий диод полностью выключится из состояния ВКЛ.Как правило, электроны нельзя остановить сразу после выключения работы, что приводит к протеканию некоторого тока в обратном направлении. Чем выше этот ток утечки, тем больше потери. Однако время обратного восстановления можно сократить за счет диффузии тяжелых металлов, оптимизации материалов или разработки FRD (диодов быстрого восстановления), которые подавляют звон после восстановления.

Ключевые моменты

• Trr относится к времени, за которое ток исчезает после переключения напряжения в противоположном направлении.
• Чем короче trr, тем меньше потери и выше скорость переключения

Диоды с барьером Шоттки (SBD): структура и особенности

Структура	Символ	Приложения ･ Характеристики
		Используется для выпрямления вторичного источника питания Низкие V F (низкие потери), большие I R Быстрая скорость переключения

В отличие от обычных диодов, которые обеспечивают характеристики диодов через переход PN (полупроводник-полупроводник), в диодах с барьером Шоттки используется барьер Шоттки, состоящий из перехода металл-полупроводник.Это приводит к гораздо более низким характеристикам V _F (прямое падение напряжения) по сравнению с диодами с PN переходом, что обеспечивает более высокую скорость переключения. Однако есть один недостаток — больший ток утечки (I _R ), что требует принятия контрмер для предотвращения теплового разгона.

SBD

, которые часто используются для выпрямления вторичного источника питания, имеют характеристики, которые могут сильно различаться в зависимости от типа используемого металла. ROHM предлагает широкий ассортимент ведущих в отрасли SBD, в которых используются различные металлы.

• RB ** 1 серия низкая V _F тип
• RB ** 0 серия низкая I _R тип
• ROHM предлагает серию RB ** 8 диодов _R со сверхнизким I для автомобильных приложений

Ключевые моменты

• Низкий тип V _F и I _R можно получить, просто изменив тип металла.

Термический побег

Диоды с барьером Шоттки

чувствительны к чрезмерному тепловыделению при протекании большого тока.В результате сочетание высокой температуры с увеличением I _R (ток утечки) может вызвать повышение как температуры корпуса, так и окружающей среды. Следовательно, реализация неправильной тепловой конструкции может привести к тому, что количество выделяемого тепла превысит количество рассеиваемого, что может привести к увеличению тепловыделения и тока утечки и, в конечном итоге, к повреждению. Это явление называется «тепловым разгоном».

Ключевые моменты

• Высокая температура окружающей среды может стать причиной теплового разгона

Стабилитрон

(ZD) ： Структура и характеристики

Структура	Символ	Приложения ・ Характеристики
		Используется в цепях постоянного напряжения Защищает ИС от повреждений из-за импульсных токов и электростатического разряда Генерирует постоянное напряжение, когда напряжение подается в обратном направлении.

Стабилитроны обычно используются в цепях постоянного напряжения для обеспечения постоянного напряжения даже при колебаниях тока или в качестве элементов защиты от импульсных токов и электростатических разрядов.В отличие от стандартных диодов, которые используются в прямом направлении, стабилитроны предназначены для использования в обратном направлении. Напряжение обратного пробоя стабилитрона называется напряжением стабилитрона V _Z , а значение тока в это время называется током стабилитрона (I _Z ). В последние годы в связи с продолжающейся миниатюризацией и увеличением производительности электронных устройств возникает потребность в более совершенных устройствах защиты, что привело к появлению диодов TVS (подавления переходных напряжений).

Ключевые моменты

• В обратном направлении работают только стабилитроны

Высокочастотные диоды (PIN-диоды) ： Структура и особенности

Какая емкость диода (C

_t )

Сумма внутреннего накопленного заряда при подаче обратного смещения называется емкостью диода (C _t ). Электрически нейтральный обедненный слой формируется путем заполнения внутреннего слоя, созданного между слоями P и N, носителями заряда (дырками и электронами).Слой обеднения действует как паразитный конденсатор с емкостью, пропорциональной площади PN-перехода и обратно пропорциональной расстоянию d. Расстояние определяется концентрацией слоев P и N. Подача напряжения на диод увеличит слой обеднения и уменьшит C _t . Требуемый Ct будет варьироваться в зависимости от приложения.

［При подаче обратного напряжения］

Ключевые моменты

• Чем шире слой обеднения (и больше расстояние), тем меньше емкость C _t .

Диоды на страницу продукта

ROHM использует оригинальные передовые технологии, чтобы предложить широкий модельный ряд диодов. Кроме того, передовой опыт в области малосигнальных диодов и диодов средней / большой мощности позволил разработать высококачественные диоды Шоттки и диоды с быстрым восстановлением.

Характеристики сигнального диода и переключающего диода

Полупроводниковый сигнальный диод — это небольшие нелинейные полупроводниковые устройства, обычно используемые в электронных схемах, где задействованы малые токи или высокие частоты, такие как радио, телевидение и цифровые логические схемы.

Сигнальные диоды в виде точечного контактного диода или стеклянного пассивированного диода физически очень малы по размеру по сравнению с их более крупными родственниками силовых диодов.

Обычно PN-переход малосигнального диода заключен в стекло для защиты PN-перехода и обычно имеет красную или черную полосу на одном конце своего корпуса, чтобы помочь определить, какой конец является катодным выводом. Из всех сигнальных диодов в стеклянной оболочке наиболее широко используются очень распространенный 1N4148 и его эквивалент 1N914 сигнальный диод.

Малосигнальные и переключающие диоды имеют гораздо более низкие номинальные мощность и ток, около 150 мА, максимум 500 мВт по сравнению с выпрямительными диодами, но они могут лучше работать в высокочастотных приложениях или в приложениях с ограничением и переключением, которые имеют дело с импульсами короткой длительности.

Характеристики сигнального точечного диода различны как для германия, так и для кремния и представлены как:

• 1. Германиевые сигнальные диоды — они имеют низкое значение обратного сопротивления, что дает более низкое прямое падение напряжения на переходе, обычно всего около 0.От 2 до 0,3 В, но имеют более высокое значение прямого сопротивления из-за небольшой площади перехода.
• 2. Кремниевые сигнальные диоды — они имеют очень высокое значение обратного сопротивления и дают падение прямого напряжения на переходе от 0,6 до 0,7 В. Они имеют довольно низкие значения прямого сопротивления, что дает им высокие пиковые значения прямого тока и обратного напряжения.

Электронный символ для любого типа диода представляет собой стрелку с полосой или линией на конце, и это показано ниже вместе с характеристической кривой V-I в устойчивом состоянии.

Характеристическая кривая V-I кремниевого диода

Стрелка всегда указывает в направлении обычного тока, протекающего через диод, что означает, что диод будет проводить, только если положительный источник питания подключен к клемме анода, (a), а отрицательный источник питания подключен к клемме катода (k), таким образом только позволяя току течь через него только в одном направлении, действуя больше как односторонний электрический клапан (состояние смещения вперед).

Однако из предыдущего урока мы знаем, что если мы подключим внешний источник энергии в другом направлении, диод заблокирует любой ток, протекающий через него, и вместо этого будет действовать как разомкнутый переключатель (состояние обратного смещения), как показано ниже.

Диод с прямым и обратным смещением

Тогда мы можем сказать, что идеальный малосигнальный диод проводит ток в одном направлении (прямая проводимость) и блокирует ток в другом направлении (обратная блокировка). Сигнальные диоды используются в самых разных приложениях, таких как переключатели в выпрямителях, ограничителях тока, демпферах напряжения или в схемах формирования сигналов.

Параметры сигнального диода

Сигнальные диоды производятся с различными номинальными значениями напряжения и тока, поэтому следует соблюдать осторожность при выборе диода для определенного применения.Есть ошеломляющий набор статических характеристик, связанных со скромным сигнальным диодом, но наиболее важными из них являются.

1. Максимальный прямой ток

Максимальный прямой ток (I _{F (макс.)} ) — это, как следует из названия, максимальный прямой ток , разрешенный для протекания через устройство. Когда диод является проводящим в состоянии прямого смещения, он имеет очень маленькое «включено» сопротивление на PN-переходе, и, следовательно, мощность рассеивается на этом переходе (закон Ома) в виде тепла.

Тогда превышение его значения (I _{F (макс.)} ) вызовет выделение большего количества тепла на переходе, и диод выйдет из строя из-за тепловой перегрузки, обычно с разрушительными последствиями. При работе диодов с номинальным током, близким к максимальному, всегда лучше обеспечить дополнительное охлаждение для отвода тепла, выделяемого диодом.

Например, наш небольшой сигнальный диод 1N4148 имеет максимальный номинальный ток около 150 мА с рассеиваемой мощностью 500 мВт при 25 ^o C.Затем необходимо использовать резистор последовательно с диодом, чтобы ограничить прямой ток (I _{F (max)} ), проходящий через него, ниже этого значения.

2. Пиковое обратное напряжение

Пиковое обратное напряжение (PIV) или максимальное обратное напряжение (В _{R (макс.)} ) — это максимально допустимое рабочее напряжение обратное , которое может быть приложено к диоду без обратного пробоя и повреждения диода. устройство. Следовательно, этот рейтинг обычно меньше уровня «лавинного выхода» на характеристической кривой обратного смещения.Типичные значения V _{R (max)} варьируются от нескольких вольт до тысяч вольт и должны учитываться при замене диода.

Пиковое обратное напряжение является важным параметром и в основном используется для выпрямления диодов в схемах выпрямителя переменного тока в зависимости от амплитуды напряжения, при котором синусоидальная форма волны изменяется с положительного на отрицательное значение в каждом цикле.

3. Полная рассеиваемая мощность

Сигнальные диоды имеют рейтинг суммарной рассеиваемой мощности , (P _{D (макс.)} ).Этот рейтинг представляет собой максимально возможную рассеиваемую мощность диода при прямом смещении (проводимости). Когда ток протекает через сигнальный диод, смещение PN перехода не является идеальным и оказывает некоторое сопротивление протеканию тока, что приводит к рассеиванию (потере) мощности в диоде в виде тепла.

Поскольку малосигнальные диоды являются нелинейными устройствами, сопротивление PN перехода не является постоянным, это динамическое свойство, поэтому мы не можем использовать закон Ома для определения мощности с точки зрения тока и сопротивления или напряжения и сопротивления, как мы можем для резисторов. .Затем, чтобы найти мощность, которая будет рассеиваться диодом, мы должны умножить падение напряжения на нем на ток, протекающий через него: P _D = V * I

4. Максимальная рабочая температура

Максимальная рабочая температура фактически относится к температуре перехода (T _J ) диода и относится к максимальной рассеиваемой мощности. Это максимально допустимая температура до того, как структура диода ухудшится, и выражается в градусах Цельсия на ватт ( ^o C / Вт).

Это значение тесно связано с максимальным прямым током устройства, поэтому при этом значении температура перехода не превышается. Однако максимальный прямой ток также будет зависеть от температуры окружающей среды, в которой работает устройство, поэтому максимальный прямой ток обычно указывается для двух или более значений температуры окружающей среды, таких как 25 ^o C или 70 ^o C.

Затем есть три основных параметра, которые необходимо учитывать при выборе или замене сигнального диода, а именно:

• Номинальное обратное напряжение
• Прогнозируемый текущий рейтинг
• Номинальное рассеивание мощности в прямом направлении

Матрицы сигнальных диодов

Когда пространство ограничено или требуются согласованные пары коммутирующих сигнальных диодов, диодные матрицы могут быть очень полезны.Обычно они состоят из высокоскоростных кремниевых диодов с малой емкостью, таких как 1N4148, соединенных вместе в несколько корпусов диодов, называемых массивом, для использования в коммутации и фиксации в цифровых схемах. Они заключены в одинарные встроенные корпуса (SIP), содержащие 4 или более диодов, соединенных внутри, чтобы дать либо отдельную изолированную матрицу, общий катод (CC), либо общий анод (CA), как показано на рисунке.

Массив сигнальных диодов

Матрицы сигнальных диодов также могут использоваться в цифровых и компьютерных схемах для защиты высокоскоростных линий передачи данных или других параллельных портов ввода / вывода от электростатического разряда (ESD) и переходных процессов напряжения.

При последовательном подключении двух диодов к шинам питания с линией данных, подключенной к их переходу, как показано, любые нежелательные переходные процессы быстро рассеиваются, а поскольку сигнальные диоды доступны в 8-кратных массивах, они могут защитить восемь линий данных в одном корпусе. .

Защита линии передачи данных ЦП

Матрицы сигнальных диодов также могут использоваться для соединения диодов в последовательной или параллельной комбинации для формирования схем регулятора напряжения или понижающего напряжения или даже для получения известного фиксированного опорного напряжения.

Мы знаем, что прямое падение напряжения на кремниевом диоде составляет около 0,7 В, и при последовательном соединении нескольких диодов общее падение напряжения будет суммой индивидуальных падений напряжения каждого диода.

Однако, когда сигнальные диоды соединены последовательно, ток будет одинаковым для каждого диода, поэтому нельзя превышать максимальный прямой ток.

Подключение сигнальных диодов серии

Еще одно применение малосигнального диода — создание стабилизированного источника напряжения.Диоды соединены последовательно, чтобы обеспечить постоянное напряжение постоянного тока на комбинации диодов. Выходное напряжение на диодах остается постоянным, несмотря на изменения тока нагрузки, потребляемого последовательной комбинацией, или изменения напряжения источника постоянного тока, который питает их. Рассмотрим схему ниже.

Сигнальные диоды серии

Поскольку прямое падение напряжения на кремниевом диоде почти постоянно и составляет около 0,7 В, в то время как ток через него изменяется на относительно большие величины, сигнальный диод с прямым смещением может составить простую схему регулирования напряжения.Отдельные падения напряжения на каждом диоде вычитаются из напряжения питания, чтобы оставить определенный потенциал напряжения на нагрузочном резисторе, и в нашем простом примере выше это дается как 10 В — (3 * 0,7 В) = 7,9 В.

Это связано с тем, что каждый диод имеет сопротивление перехода, относящееся к слабому сигнальному току, протекающему через него, и три сигнальных диода, включенных последовательно, будут иметь трехкратное значение этого сопротивления, вместе с сопротивлением нагрузки R, образует делитель напряжения на источнике питания. .

Последовательное добавление большего количества диодов приведет к большему снижению напряжения. Также последовательно соединенные диоды могут быть размещены параллельно нагрузочному резистору, чтобы действовать как цепь регулирования напряжения. Здесь напряжение, приложенное к нагрузочному резистору, будет 3 * 0,7 В = 2,1 В. Конечно, мы можем создать такой же источник постоянного напряжения, используя один стабилитрон. Резистор R _D используется для предотвращения чрезмерного тока, протекающего через диоды при снятии нагрузки.

Диоды свободного хода

Сигнальные диоды также могут использоваться в различных схемах ограничения, защиты и формирования сигналов, причем наиболее распространенной формой схемы ограничивающего диода является схема, в которой используется диод, подключенный параллельно катушке или индуктивной нагрузке, чтобы предотвратить повреждение чувствительной схемы переключения. путем подавления скачков напряжения и / или переходных процессов, которые возникают, когда нагрузка внезапно выключается.Этот тип диодов обычно известен как «диод свободного хода», «диод маховика» или просто диод свободного хода , как его чаще называют.

Диод свободного хода используется для защиты твердотельных переключателей, таких как силовые транзисторы и полевые МОП-транзисторы, от повреждения обратной защитой батареи, а также защиты от высокоиндуктивных нагрузок, таких как катушки реле или двигатели, и пример его подключения показан ниже.

Использование диода свободного хода

Современные силовые полупроводниковые устройства с быстрым переключением требуют диодов с быстрым переключением, таких как диоды свободного хода, для защиты их от индуктивных нагрузок, таких как катушки двигателя или обмотки реле.Каждый раз, когда указанное выше переключающее устройство включается, диод обгонной муфты переходит из проводящего состояния в состояние блокировки, поскольку он становится реверсивно смещенным.

Однако, когда устройство быстро выключается, диод становится смещенным в прямом направлении, и коллапс энергии, накопленной в катушке, вызывает прохождение тока через диод свободного хода. Без защиты диода обгонной муфты высокие токи di / dt могли бы возникать, вызывая выбросы высокого напряжения или переходные процессы, протекающие по цепи, что может привести к повреждению переключающего устройства.

Ранее рабочая скорость полупроводникового переключающего устройства, будь то транзистор, MOSFET, IGBT или цифровой, снижалась из-за добавления диода свободного хода через индуктивную нагрузку с диодами Шоттки и Зенера, которые использовались вместо этого в некоторых приложениях. Однако за последние несколько лет диоды с обгонной муфтой вновь обрели важность в основном благодаря их улучшенным характеристикам обратного восстановления и использованию сверхбыстрых полупроводниковых материалов, способных работать на высоких частотах переключения.

К другим типам специализированных диодов, не включенных сюда, относятся фотодиоды, PIN-диоды, туннельные диоды и диоды с барьером Шоттки. Добавляя больше PN-переходов к основной двухслойной диодной структуре, можно создавать другие типы полупроводниковых устройств.

No related posts.