Что такое диоды и для чего они используются?
Автор Глеб Захаров На чтение 4 мин. Просмотров 32 Опубликовано
Простейший полупроводниковый компонент – диод – выполняет множество полезных функций, связанных с его основной целью управления направлением потока электрического тока. Диоды позволяют току течь через них только в одном направлении.
Совершенно эффективные диоды представляют собой разомкнутые цепи с отрицательным напряжением, в противном случае они выглядят как короткие замыкания. Но поскольку диоды допускают некоторую неэффективность, их отношение тока к напряжению является нелинейным.
Таким образом, вы захотите ознакомиться с таблицей данных диода, чтобы увидеть график кривой прямого напряжения любого диода относительно его прямого тока, чтобы вы выбрали правильный диод для вашего конкретного проекта.
Применение диодов
Несмотря на то, что диоды являются простыми двухконтактными полупроводниковыми приборами, они жизненно важны в современной электронике.
Некоторые из типичных применений диодов включают в себя:
- Выпрямление напряжения, например, преобразование переменного тока в постоянное напряжение
- Изоляция сигналов от источника
- Управление размером сигнала
- Микширование сигналов
Преобразование мощности
Одним из важных применений диодов является преобразование мощности переменного тока в мощность постоянного тока. Один диод или четыре диода могут быть использованы для преобразования домашнего напряжения 110 В в постоянный ток путем формирования полупроводникового (одиночного диода) или двухполупериодного (четыре диода)
Диоды и конденсаторы также могут быть использованы для создания ряда типов умножителей напряжения, чтобы брать небольшое напряжение переменного тока и умножать его для создания выходов очень высокого напряжения. Оба выхода переменного и постоянного тока возможны с использованием правильной конфигурации конденсаторов и диодов.
Демодуляция сигналов
Наиболее распространенным применением диодов является удаление отрицательного компонента сигнала переменного тока. Поскольку отрицательная часть сигнала переменного тока обычно идентична положительной половине, в процессе ее удаления фактически теряется очень мало информации, что приводит к более эффективной обработке сигнала.
Демодуляция сигнала обычно используется в радиооборудовании как часть системы фильтрации, чтобы помочь извлечь радиосигнал из несущей волны.
Защита от перенапряжения
Диоды также функционируют как защитные устройства для чувствительных электронных компонентов. При использовании в качестве устройств защиты по напряжению диоды непроводящие в нормальных условиях эксплуатации, но сразу же закорачивают любой высоковольтный выброс на землю, где он не может повредить интегральную схему. Специализированные диоды, называемые ограничителями переходного напряжения
Аналогично, диод может регулировать напряжение, выступая в роли ограничителя или ограничителя – специализированного назначения, которое ограничивает напряжение, которое может проходить через него в определенной точке.
Текущее рулевое управление
Основное применение диодов – управлять током и следить за тем, чтобы он двигался только в правильном направлении. Одной из областей, где текущая способность управления диодами используется для достижения хорошего эффекта, является переключение с питания, поступающего от источника питания, на питание от аккумулятора. Когда устройство подключено и заряжается – например, сотовый телефон или источник бесперебойного питания – устройство должно получать питание только от внешнего источника питания, а не от батареи, и пока устройство подключено к аккумулятору, должно потребляться питание и перезарядка. Как только источник питания отключен, аккумулятор должен запитывать устройство, чтобы пользователь не заметил прерывания.
Хорошим примером текущего управления является защита от обратного тока. Рассмотрим, например, ваш автомобиль. Когда ваша батарея разрядится, и дружелюбный прохожий предложит помочь с перемычками, если вы смешаете порядок красного и черного кабелей, вы не будете жарить электрическую систему вашего автомобиля, потому что диоды, смежные с батареей, блокируют ток неправильного направления.
Логические ворота
Компьютеры работают в двоичном формате – бесконечное море нулей и единиц. Бинарные деревья решений в вычислениях основаны на логических элементах, включаемых диодами, которые контролируют, включен ли переключатель («1») или выключен («0»).Хотя в современных процессорах появляются сотни миллионов диодов, они функционально такие же, как диоды, которые вы покупаете в магазине электроники, – только намного меньше.
Диоды и Свет
Светодиодный фонарик – это просто фонарик, освещение которого исходит от светодиода. При наличии положительного напряжения светодиоды светятся.
Фотодиод, напротив, принимает свет через коллектор (как мини-солнечная панель) и преобразует этот свет в небольшое количество тока.
Уже есть…диоды, триоды и лампочки
Диоды, триоды и лампочки
Сущность задачи «Две лампочки» сводится к следующему. Имеется электрическая цепь, в которую входят четыре последовательно соединенных элемента — две лампочки а и б и два выключателя А и Б, При этом каждый выключатель зажигает только одну, только «свою» лампочку. Для того чтобы зажечь обе лампочки, нужно одновременно замкнуть оба выключателя.
На первый взгляд это представляется очень странным: известно, что любой разрыв должен прекратить ток сразу во всей последовательной цепи. Поэтому можно сразу сказать, что в цепи имеются еще какие-то элементы, из-за которых нарушается это бесспорное правило. Само условие задачи накладывает в этом отношении лишь одно ограничение — если в цепи и есть дополнительные элементы, то они не должны быть заметны.
Ключ к решению задачи — полупроводниковый диод. В корпус каждого выключателя и в цоколь каждой лампочки вмонтирован и подключен параллельно «своему» элементу плоскостной диод.
Прежде чем объяснять, почему диоды позволяют выключателям избирательно включать лампочки, несколько слов о самом полупроводниковом диоде.
В металлическом или стеклянном корпусе полупроводникового диода находится небольшой — порядка миллиметра — кристаллик германия или кремния. С помощью тонких и сложных технологических процессов этот кристаллик как бы разделен на две части: в нем созданы две зоны с разными физическими свойствами, а конкретно — с разным типом электрической проводимости. Сильно упростив картину, можно считать, что в одной из этих зон имеются свободные электроны (на предыдущем рисунке они изображены в виде белых кружков), а в другой зоне — свободные положительные заряды (черные кружки). Зону отрицательных зарядов называют зоной п (от слова neqativus — негативный, отрицательный), вторую — зоной р (от слова positivus — позитивный, положительный). Пограничная область этих зон получила название «р—п переход».
Что произойдет со свободными зарядами, если подвести к полупроводниковому диоду постоянное напряжение? Чтобы ответить на этот вопрос, нужна дополнительная информация. Нужно знать, как именно приложено это напряжение, в каком направлении оно действует. Потому что диод ведет себя по-разному в зависимости от того, к какой из его зон приложен «плюс» и к какой «минус». Этим диод отличается от лампочки или электроплитки, которые ведут себя одинаково при любом направлении тока, при любой полярности напряжения.
Существуют два варианта включения диода — прямое включение и обратное. В первом случае «плюс» подведен к зоне р. Он как бы отталкивает положительные заряды, точно так же, как и «минус» отталкивает электроны. Заряды движутся навстречу друг другу и где-то в пограничной зоне рекомбинируют, нейтрализуют друг друга. На место ушедших зарядов непрерывно поступает пополнение из источника тока (генератора). В итоге через диод протекает сравнительно большой ток, который называют прямым током (І пр).
При обратном включении «плюс» и «минус» приложенного напряжения как бы оттягивают свободные заряды от пограничной области, и ток через диод почти прекращается. Слово «почти» пришлось ввести потому, что в зоне п всегда есть небольшое количество положительных зарядов, а в зоне р — небольшое количество электронов. Эти так называемые неосновные заряды под действием приложенного к диоду напряжения «делают все наоборот». В частности, неосновные заряды создают обратный ток диода в то время, когда основные заряды неподвижны. Неосновных зарядов очень мало, и обратный ток обычно в тысячи раз меньше прямого.
· Полупроводниковый диод часто называют электрическим вентилем — он пропускает ток только в одну сторону, подобно тому, как воздушный вентиль легко пропускает воздух в велосипедную камеру и не выпускает его обратно. Об этой способности диода можно сказать и иначе. Можно сказать, что диод — это элемент с непостоянным характером. При одном направлении тока диод обладает очень небольшим прямым сопротивлением Rпр., при другом направлении тока — очень большим обратным сопротивлением Rобр. Это легко подтверждается простейшим опытом, для которого нужна батарейка, лампочка и любой полупроводниковый диод (лучше плоскостной, например, Д226).
Когда нужно оценить влияние диода на ту или иную электрическую цепь, то незачем начинать «от печки» и всякий раз вспоминать о физических процессах в полупроводнике.
Достаточно представить себе диод как некий резистор, сопротивление которого в зависимости от направления тока или очень велико или очень мало. Именно так поступим и мы, рассматривая электрическую цепь из задачи «Две лампочки».
Начнем со случая, когда разомкнуты оба выключателя. Можно считать, что при этом выключателей вообще нет и сетевое напряжение подводится к лампочкам через диоды Да Дб.
Диоды эти включены в разных направлениях, а напряжение периодически меняет полярность — на то оно и переменное напряжение. В итоге цепь все время оказывается разорванной и лампочки не горят. Меняется полярность напряжения, и то один диод, то второй обладает большим обратным сопротивлением. А включение очень большого сопротивления в последовательную цепь равносильно ее разрыву.
· Теперь замкнем один из выключателей, например, А. Этот выключатель замкнет накоротко диод Да, и он совсем выйдет из игры — при любом направлении тока участок, куда включен диод, будет обладать сопротивлением, практически равным нулю.
Это значит, что вся цепь теперь будет размыкаться через такт, а именно в те полупериоды, когда диод Дб будет обладать большим обратным сопротивлением. Если бы в остальную часть цепи были включены только одни лампочки, то по ним пошел бы пульсирующий ток и обе лампочки загорелись бы. В действительности же если замкнуть выключатель Л, то загорится лишь одна лампочка, а именно лампочка а. Это связано с тем, что параллельно лампочкам включены диоды.
В тот полупериод, когда диод обладает малым прямым сопротивлением, почти весь ток идет через него, а не через лампочку-ток всегда идет по пути наименьшего сопротивления. Диод Дб включен в том же направлении, что и Дб. Поэтому в те полупериоды, когда диод Дб пропускает ток, диод Дб тоже пропускает ток, создает обходной путь и «похищает» ток у лампочки б. В то же время лампочка а горит. Потому что в те полупериоды, когда диод Дб пропускает ток, диод Да обладает большим (обратным) сопротивлением, и ток в него не ответвляется, а идет через лампочку а.
Рассуждая подобным образом, легко прийти к выводу, что если замкнут выключатель Б, то горит только лампочка б.
Если замкнуть сразу оба выключателя, то одновременно будут гореть обе лампочки, причем будут гореть поочередно. Например, лампочка б во время положительных и лампочка а во время отрицательных полупериодов. Глаз, разумеется, этой поочередности не заметит, хотя частые мелькания будут видны.
Они связаны с тем, что ток по лампочкам проходит с довольно большими паузами (для каждой лампочки пауза составляет половину периода, то есть 0,01 сек.) и нить успевает заметно остывать.
Подводя итог, можно описать события в нашей подопытной цепи следующим упрощенным образом. Диод пропускает ток только в одну сторону. Замкнув один из выключателей, мы оставляем в цепи один последовательный диод и «срезаем» положительные либо отрицательные полупериоды переменного тока. Диоды, включенные параллельно лампочкам, отводят от них ток и тоже «срезают» один из полупериодов. При замыкании одного из выключателей не горит та лампочка, диод которой «срезает» полупериод, «оставленный в живых» одним из последовательных диодов. А другая лампочка при этом горит.
Правильность ответа на задачу можно проверить опытным путем.
Лампочки следует брать небольшой мощности, во всяком случае, не больше 25 вт. При напряжении сети 220 в диоды должны быть рассчитаны на напряжение 300 в и ток 150 ма; при напряжении сети 127 в — соответственно 200 в и 300 ма. Для любого напряжения сети подходят диоды Д226.
От полупроводникового диода остается буквально один шаг до полупроводникового триода — транзистора, и сейчас этот шаг будет сделан.
Транзистор, по сути дела, представляет собой два полупроводниковых диода с одной общей зоной. Она называется базой, а примыкающие к ней зоны — эмиттером (выбрасывающий заряды) и коллектором (собирающий заряды). На предыдущем рисунке показано, как расположены выводы эмиттера (э), коллектора (к) и базы (б) у самых распространенных транзисторов П13, П14, П15, П16, П40, П41, П42 и других.
· В том, что транзистор в действительности состоит из двух полупроводниковых диодов, вы можете убедиться сами. Достаточно в описанном выше опыте с диодом, батарейкой и лампочкой вместо диода включить участок эмиттер-база или коллектор-база любого полупроводникового триода.
Хотя транзистор и может выполнять функции диода, но создан он, конечно, не для этого. Транзистор — усилительный прибор. Он служит для усиления слабых электрических сигналов. Вот типичный случай, когда появляется необходимость в таком усилении. Мощность, развиваемая микрофоном при разговоре средней громкости, составляет 0,00000001 вт, мощность, необходимая для небольшого громкоговорителя — 0,1 вт. Иными словами, на пути от микрофона к громкоговорителю необходимо усилить (увеличить) мощность электрического сигнала в десять миллионов раз. Подобных примеров очень много.
Как ни странно, само слово «усиление» не характеризует того, что происходит в транзисторном усилителе. В нем, по сути дела, происходит не усиление слабого сигнала, а создание его мощной копии. Образцом для этой мощной копии служит сам слабый сигнал, энергию для нее дает батарея или другой источник питания, а транзистору достается роль своего рода скульптора. Из постоянного тока, который дает батарея, транзистор должен «вылепить» сложный сигнал, копию слабого сигнала. Например, копию микрофонного тока.
Итак, транзистор правильнее называть не усилительным, а управляющим прибором, прибором, с помощью которого слабый сигнал управляет мощным источником энергии. Как же осуществляется такое управление? В самом упрощенном виде дело выглядит так. Один из диодов транзистора, а именно участок эмиттер-база, с помощью небольшой вспомогательной батареи (батарея смещения Бсм) включают в прямом направлении. В ту же (эмиттерную) цепь включают источник усиливаемого сигнала, например, микрофон. Прямое сопротивление диода мало, и источник сигнала легко создает в эмиттерной цепи сравнительно большой ток.
Предположим, что в наш усилитель включен транзистор со структурой р-п-р и под действием усиливаемого сигнала из эмиттера в базу «впрыскиваются» положительные заряды (для простоты отрицательные заряды на рисунке вообще не показаны).
Под действием сил диффузии положительные заряды «протискиваются» через базу и попадают к ее границе с коллектором. В коллекторную цепь включена батарея (5К), дающая довольно большое напряжение, — обычно 5—10 в, а иногда и 20—50 в. Эта коллекторная батарея как раз и является поставщиком энергии для создания мощной копии усиливаемого сигнала. Батарея Бк всегда включена, так что участок коллектор-база, по сути дела, представляет собой диод, включенный в обратном направлении. Через такой диод, как известно, ток не идет, если не считать очень небольшого количества движущихся неосновных зарядов. Однако в транзисторе поведение этого диода (участок база-коллектор) зависит не только от него самого, но еще и от соседнего диода (участок эмиттер-база). Эмиттер поставляет в базу положительные заряды, и они, подобно неосновным зарядам самой базы, буквально врываются в коллектор. Ускоренные коллекторной батареей, эти заряды создают ток в коллекторной цепи. Величина этого тока зависит от количества «впрыснутых» в базу зарядов, и поэтому коллекторный ток буквально по пятам следует за усиливаемым сигналом, в точности копирует его. А поскольку энергию на создание коллекторного тока дает довольно мощный источник — батарея Бк, то на включенной в коллекторную цепь нагрузке (например, на громкоговорителе) удается выделить мощность в десятки и в сотни раз большую, чем мощность усиливаемого сигнала. Несколько следующих друг за другом транзисторных усилителей (несколько усилительных каскадов) легко могут увеличить мощность слабого сигнала в миллионы и миллиарды раз.
Транзистор проявляет свои основные способности в самых простых опытах. Возьмите любой транзистор р-п-р, например П40, включите в его коллекторную цепь плоскую батарейку от карманного фонаря («минусом» — к коллектору, «плюсом» — к базе!), а в качестве нагрузки — лампочку на 3,5 в. Лампочка, разумеется, гореть не будет: выходной диод (участок коллектор-база) включен в обратном направлении. Теперь подключите ко второму, входному диоду (участок эмиттер-база) любой гальванический элемент на 1,5 в — он в данном случае будет играть роль источника усиливаемого сигнала. Создав с помощью этого элемента прямой ток через диод эмиттер-база, вы тем самым «впрыснете» заряды в базу. Они создадут ток в коллекторной цепи, и лампочка загорится.
Сам элемент на 1,5 в, конечно, не мог бы зажечь лампочку, рассчитанную на 3,5 в. В данном случае этот элемент с помощью транзистора управляет работой коллекторной батареи, заставляет ее отдавать лампочке мощность, которая значительно превышает мощность самого управляющего сигнала.
· Слово «транзистор» происходит от слов «трансфер» (переносчик, преобразователь) и «резистор» (сопротивление). Это название связано с тем, что транзистор под действием слабого сигнала определенным образом меняет свое сопротивление и тем самым позволяет управлять током, который отбирается у главного поставщика энергии — у коллекторной батареи. Таким образом, из постоянного тока, который дает эта батарея, транзистор позволяет «лепить» любой сложный сигнал. Если не бояться упрощений, то полупроводниковый триод — транзистор–можно представить себе как переменный резистор, как реостат, движок которого «отдан в руки» слабого, усиливаемого сигнала.
В заключение еще один опыт с диодами, триодами и лампочками — попробуйте собрать, используя эти элементы, переключатель елочных гирлянд («мигалку»). Схема переключателя весьма проста, но от наших первых простейших опытов до этой схемы лежит «дистанция огромного размера». Тот, кто делает первые шаги в практическую электронику, при сборке и налаживании схемы наверняка должен будет воспользоваться помощью опытного радиолюбителя. Именно в расчете на это ниже приводится краткое описание схемы.
· Основа переключателя — мультивибратор. Это генератор импульсов, собранный на транзисторах Т1 и Т2 Транзисторы мультивибратора поочередно и «через» такт выдают электрические импульсы, частота следования которых в основном определяется конденсаторами С1, С2 и резисторами R5, R6. При указанных на схеме данных этих деталей мультивибратор генерирует импульсы с частотой 1 импульс в секунду. С такой частотой будут мигать и лампочки гирлянд.
Частоту «мигания» можно менять, подбирая элементы R5, Ra, С, и С2.
Мощность импульсов мультивибратора недостаточна для зажигания большого числа лампочек. Поэтому в схему вводятся два усилителя на мощных транзисторах (Г3 и Т4), которыми управляют слабые электрические импульсы мультивибратора (подобно тому, как низковольтный элемент «сигнал» управлял транзистором в предыдущем опыте). Нагрузкой мощных усилителей являются уже сами гирлянды. Лампочки в каждую гирлянду подбираются с таким расчетом, чтобы их суммарное напряжение составляло около 20 в, а суммарный ток — около 1,2 а. Так, например, каждая гирлянда может состоять из четырех параллельных нитей, в каждую из которых входит по 6 лампочек на 3,5 в каждая. Номинальный ток этих лампочек 0,28 а, и для четырех параллельных нитей суммарный ток равен 0,28·4 ≈ 1,2 а. Суммарное напряжение для шести лампочек составляет 3,5·6 = 21 в. Выпрямители для питания переключателя должны давать два напряжения — около 9 в для мультивибратора и около 20 я для мощных усилителей. В первом выпрямителе работает диод Mi, во втором — Д1. Трансформатор Тр1 — самодельный. Его обмотки должны давать эффективное переменное напряжение 6,3 в (обмотка II) и 14 в (обмотка III). Такой трансформатор легко изготовить самому на базе силового трансформатора от приемника. Так, например, взяв за основу силовой трансформатор от приемника «Рекорд-61», разбирают его, удаляют все обмотки, кроме сетевых (они без всяких изменений будут выполнять роль обмоток 1а и 1б), а затем наматывают две новые обмотки (II и III). Первая из них должна содержать 42 витка провода ПЭ 0,3, вторая — 100 витков провода ПЭ 1,0. Между обмотками обязательно нужно проложить изоляцию, например, несколько слоев плотной бумаги. Данные остальных деталей приводятся в подписи к рисунку.
Описанный выше переключатель елочных гирлянд, разумеется, нельзя назвать самым простым, самым доступным для самостоятельного изготовления. Главное достоинство такого переключателя в том, что он наглядно демонстрирует работу транзисторного генератора и транзисторного усилителя. Те из читателей, которых это достоинство не очень привлекает, могут собрать более простой переключатель, со значительно меньшим числом деталей. Описания самых различных переключателей елочных гирлянд, в том числе и очень простых, публикуются в одиннадцатых номерах журнала «Радио».
Радио, телевидение, транзисторы — все это действительно очень просто. Сложным может, оказаться лишь путь к этой простоте. И вполне вероятно, что наши простейшие опыты с диодами, триодами и лампочками будут неплохим началом пути в замечательную страну — страну чудес Электронию.
Кремниевые выпрямители Vishay 1200 вольт
Диоды Vishay на 30 и 60 А, предназначенные для зарядных станций EV/HEV, помогают снизить потери при переключении и в проводящем состоянии.
Vishay Intertechnology представляет шесть новых выпрямительных диодов FRED Pt® 5 поколения на 1200 В Hyperfast и Ultrafast типов. Обладая наименьшими потерями для устройств своего класса, выпрямители Vishay на 30 A и 60 A позволяют повысить эффективность каскадов коррекции коэффициента мощности (PFC) и выходного выпрямления для зарядных станций электромобилей/гибридных автомобилей, а также каскадов преобразования (Boost) солнечных инверторов и ИБП. Разработанные для повышения эффективности высокочастотных преобразователей как с жестким и плавным включением так и резонансных типов, эти приборы согласованы для работы с MOSFET или высокоскоростными IGBT транзисторами.
Потери в данных диодах на 10% меньше по сравнению с конкурентными кремниевыми решениями, и это позволяет сократить разрыв в эффективности с диодами из карбида кремния (SiC). В свою очередь, диоды Vishay обеспечивают экономически оправданную альтернативу SiC диодам при применении в диапазоне частот до 50 кГц.
SiC — материал с широкой запрещенной зоной. Полупроводники с широкой запрещенной зоной позволяют устройствам работать при более высоких напряжениях, частотах и температурах по сравнению с обычным кремнием. Более того, у них ниже потери при переключении и в проводящем состоянии. Следовательно, SiC приборы становятся привлекательным вариантом для силовой электроники, особенно для использования в электромобилях. Новые выпрямители Vishay нацелены на снижение преимуществ SiC приборов в характеристиках. SiC диоды труднее изготавливать в массовом производстве и вследствии этого они имеют более высокую стоимость.
Ключевые характеристики:| Сер. номер | VR (В) | IF(ср.) (А) | VF тип. (В)1 | QRR тип. (nC)2 | Класс скорости | trr (нс)3 | Корпус |
| VS-E5PX3012L-N3 | 1200 | 30 | 2.1 | 1550 | X | 26 | TO-247AD 2L |
| VS-E5TX3012-N3 | 1200 | 30 | 2.1 | 1550 | X | 26 | TO-220AC 2L |
| VS-E5Ph4012L-N3 | 1200 | 30 | 1.7 | 2150 | H | 32 | TO-247AD 2L |
| VS-E5Th4012-N3 | 1200 | 30 | 1.7 | 2150 | H | 32 | TO-220AC 2L |
| VS-E5PX6012L-N3 | 1200 | 60 | 2.1 | 2950 | X | 30 | TO-247AD 2L |
| VS-E5PH6012L-N3 | 1200 | 60 | 1.7 | 4080 | H | 38 | TO-247AD 2L |
1 IF = номинальный ток, TJ = 125 ° C
2 TJ = 125 °C, IF = 40 А, VR = 400 В, dIF/dt = 600 А/мс
3 TJ= 25 °C IF = 1 А dIF/dt = 100 А/мкс, VR = 30 В
Выпрямители X-типа имеют более низкое значение заряда обратного восстановления QRR, в то время как устройства Н-типа имеют более низкое прямое падение напряжение VF. Оба имеют такое же прямое падения напряжение, что и конкурирующие решения, обеспечивая при этом выигрыш до 40% по потерям при переключении и в QRR соответственно. Максимальная рабочая температура перехода составляет +175 °C.
Характеристики:
- Подходят для работы с MOSFET или высокоскоростными IGBT
- Потери на 10% ниже, чем у конкурирующих кремниевых решений
- Сокращение разрыва в эффективности с SiC диодами в два раза
- Обеспечивают экономически обоснованную альтернативу для применения в диапазоне частот до 50 кГц
- Имеют такое же прямое напряжение, что и конкурирующие решения, обеспечивая при этом выигрыш до 40% по потерям при переключении и в QRR соответственно.
- Прямые токи 30 А и 60 А
- Классы скорости X-типа Hyperfast и H-типа Ultrafast
- Выпрямители X-типа имеют более низкое значение QRR
- Устройства H-типа имеют более низкое прямое падение напряжения
- Работа при температуре до +175 °C
Применение:
- Корректоры коэффициента мощности и каскады выходных выпрямителей зарядных станций для электромобилей
- Каскады преобразования (Boost) солнечных инверторов
- Источники бесперебойного питания
- Сварочное оборудование
Техническое описание VS-E5Ph4012L-N3
Техническое описание VS-E5PH6012L-N3
Техническое описание VS-E5PX3012L-N3
Техническое описание VS-E5PX6012L-N3
Техническое описание VS-E5Th4012-N3
Техническое описание VS-E5TX3012-N3
Запросить более подробную информацию
| Наим | Располож. | Назначение |
|---|---|---|
| Панельки диодов, тип: ПД-615 | ||
| U30 | Блок 4 | В схеме АГС8 исключает влияние сигнализации ТЦ на подачу песка |
| U31 | Блок 4 | Самоподхват KM43, исключает не с головного электровоза, через контроллер |
| U43 | 000 | |
| U32 | Блок 4 | Самоподхват KM43, исключает не с головного электровоза, через тумблер МПК |
| U44 | 000 | |
| U33 | Блок 4 | Исключает загорание лампы ТМ от ДДР, при разомкнутом ДТЦ при глубоком торможении |
| U34 | Блок 4 | Включает «Отпуск тормозов Y3, при этом не подавая сигнал в МСУД (?) от разбора схемы и применения 395 |
| U35 | Блок 9, под KV01 | Замещение (Y4) с головной секции |
| U37 | Блок 9, под KV01 | Блоки управления, С1…С4 |
| U38, U39 | Блок 4 | |
| U40 | Блок 1 | |
| U41 | Блок 4 | Самоподхват KM43, исключает не с головного электровоза, через тумблер МПК или контроллер |
| U42 | Блок 4 | Самоподхват KM63, исключает не с головного электровоза, через тумблер МПК |
| U45 | 000 | Исключает автоматическое регулирование, не с головного электровоза, через тумблер автоматическое регулирование |
| U46, U47 | Блок 9, под KV01 | МПК1 или МПК2, для С1-С4 |
| U48 | Блок 1 | |
| U49 | Блок 5 | |
| U50 | Блок 4 | Самоподхват KM63, исключает не с головного электровоза, через контроллер |
| U53, U54 | Блок 1 | Запускает маслонасос от любой из запущенных вентиляторов 1 или 2, при этом исключая взаимного влияния друг на друга |
| U56 | Блок 1 | В схеме АГС8 исключает влияние подачи песка на сигнализацию ТЦ. |
| U57 | Блок 1 | Запитывает KM3 при сборе схемы РТ, исключая подпитку в случае не запущенных вспом. машин. |
| U61, U62 | 000 | Отключение секций, С1…С4 |
| U63, U64 | Над A27 | |
| U66, U67 | Над A27 | Исключает взаимное влияние KM1, KM2, KM3 через проводам Н244, но позволяет их совместно включение при не включенном KV01 |
| U58 | 000 | |
| U68 | Слева от A27 | Шунтирует катушки возврата реле KK11…KK15 от самоиндукции |
| U69 | 000 | Исключает подпитку между проводами Э29 и Э30 (задний и передний токоприём.) |
| U71, U72 | 000 | Отключение сигнализации секций С1…С4 |
| U73, U74 | Над A27 | |
| U75, U76 | Над МК-3, пневмо блок 13 | Позволяет на дисплее индивидуально отображать состояние группы ТЦ (заднюю и/или переднюю) |
| U77 | Слева от KV17, за БСА1 | Дубл. в цепи светодиода ДМ |
| U82, U83 | Слева от KV55 | Запитывание противоразгрузочных Y6, Y7 при тяге или торможении и при наполнении ТЦ, но исключая запитывание катушек реверсора и провода Э19 отключенной секции |
| U84 | Слева от A27 | |
| U93 | Блок 1, сверху | Разрешает питать цепи диагностики и датчики скорости, но препятствует обратному прохождению |
| Тиристорные установки | ||
| U1, U2 | По бокам T5 | ВИП |
| U3 | Над МВ3 | ВУВ |
| U5 | Блок 12 | ПЧФ |
| Блоки диодов | ||
| U11 | между стенкой и R10 | БД-163, 4 диода в силовой цепи с R10 |
| U16, U17 | Блок 12 | Плечи диодного моста на KV1 |
| U27 | Блок 9, над A15 | два диода на KV4 позволяют сработать реле от любой фазы |
| U80, U81 | Напротив двери в кабину, сверху | Диоды сигнализации в цепях светодиодов |
Новый спиновой диод для всепогодного машинного зрения
Спиновой диодКонстантин Звездин, старший научный сотрудник лаборатории физики магнитных гетероструктур и спинтроники для энергосберегающих информационных технологий МФТИ, руководитель проекта «Спинтроника» Российского квантового центра, комментирует: «Обычные спиновые диоды со свободными ферромагнитными слоями могут работать на фиксированных частотах, не превышающих двух-четырёх гигагерц. В данной работе мы предложили схему спинового диода, в котором ферромагнитные слои связаны со слоями антиферромагнетиков, что позволяет увеличить частотный диапазон устройства примерно до 10 гигагерц, причём без значительной потери чувствительности. Это существенно расширяет область возможного использования спиновых диодов, открывая для них такие приложения, как, например, всепогодное машинное зрение, основанное на микроволновой голографии».
Все современные электронные устройства — диоды, транзисторы, операционные усилители и так далее — работают с электрическим током. Другими словами, все они тем или иным образом управляют потоками заряженных частиц (электронов и дырок). Например, в полупроводниковом диоде соединение областей с повышенной концентрацией электронов и дырок (p-n-переход) приводит к тому, что прибор может пропускать электрический ток только в одну сторону. Используя эту особенность диодов, можно собрать выпрямитель — устройство, которое превращает переменный ток в постоянный.
В то же время, помимо заряда, электроны обладают ещё одним важным свойством: у них есть спин. Спин — это чисто квантовая величина, аналогичная моменту импульса, которым обладают вращающиеся тела из классической механики. В обычном электрическом токе спины электронов направлены хаотично, однако их можно выстроить в одном направлении и получить спиновый ток. Наука, которая занимается изучением спиновых токов, называется спинтроникой. В настоящее время учёные уже научились изготавливать спинтронные наногенераторы, детекторы микроволнового излучения и магнитного поля, которые превосходят свои электронные аналоги.
Аналогом полупроводникового диода в спинтронике является спиновый диод — прибор, который умеет выпрямлять проходящий через него ток. Спиновый диод представляет собой два тонких слоя ферромагнетиков, разделённых слоем диэлектрика, в основе его работы лежат эффекты туннельного магнетосопротивления и вращения в результате переноса спина (spin-transfer torque effect). Если кратко, эти эффекты заключаются в следующем. При пропускании обычного тока через первый слой ферромагнетика спины электронов выстраиваются вдоль намагниченности ферромагнетика, то есть ток становится спиновым. Затем электроны туннелируют через диэлектрик и сталкиваются со вторым ферромагнитным слоем. В зависимости от угла между намагниченностью слоя и спинами электронов, частицы лучше или хуже проходят через него — следовательно, сопротивление прибора зависит от ориентации магнитных слоёв (первый эффект). Одновременно с этим электроны стараются повернуть второй слой, чтобы проходить через него было проще (второй эффект). Поэтому если пропускать через диод переменный ток, намагниченность его слоёв — а следовательно, и сопротивление — будет колебаться одновременно с величиной тока, и в результате ток выпрямляется.
Благодаря этим эффектам можно изготавливать спиновые диоды с чувствительностью более ста тысяч вольт на ватт, хотя максимальная чувствительность обычных полупроводниковых диодов Шоттки не превышает 3 800 вольт на ватт. Чувствительность — это отношение напряжения выходящего постоянного тока к мощности прикладываемого переменного тока; грубо говоря, она описывает, насколько хорошо устройство выпрямляет ток. Тем не менее, есть у спиновых диодов и недостатки. Например, их чувствительность сильно зависит от частоты переменного тока, резко возрастая около резонансного значения и оставаясь близкой к нулю вдали от него. Кроме того, резонансные частоты всех изготовленных ранее спиновых диодов не превышают двух гигагерц. В то же время для некоторых приложений — например, для микроволновой голографии — нужны диоды, работающие на бóльших частотах.
А если «зажать» антиферромагнетиком?В данной работе учёные из МФТИ описывают способ, с помощью которого можно задавать резонансную частоту спинового диода при изготовлении, а также повысить рабочую частоту. Для этого физики предлагают «зажать» диод между двумя антиферромагнитными слоями. Благодаря обменному закреплению (exchange pinning) слои ферромагнетиков и антиферромагнетиков оказываются связаны, что позволяет управлять углом между намагниченностями ферромагнетиков — а значит, сопротивлением и резонансной частотой прибора. Чтобы проверить работоспособность предложенной схемы, учёные численно смоделировали спиновый диод со слоями толщиной порядка нескольких нанометров, а затем исследовали его свойства.
Кратко поясним, что такое ферромагнетик и антиферромагнетик. В каждом из этих материалов спины атомов обладают дальним порядком — другими словами, на достаточно больших расстояниях структура материала повторяется. В ферромагнетиках спины всех атомов выстроены параллельно заданной оси, а в антиферромагнетиках — антипараллельно. Конечно, в жизни всё немного сложнее, и в действительности при ненулевой температуре на эти картинки накладываются тепловые колебания, поворачивающие спины в случайных направлениях. При превышении определённой температуры дальний порядок полностью разрушается, и вещество становится парамагнетиком, в котором спины всех атомов направлены произвольно. Для ферромагнетиков такая температура называется точкой Кюри, для антиферромагнетиков — точкой Нееля. Кроме того, обычно спины выстраиваются вдоль заданной оси не во всём объёме вещества, а в макроскопических областях, называемых доменами.
Изучили, что получилиДля начала учёные изучили, как угол между намагниченностями ферромагнитных слоёв θ зависит от угла между осями антиферромагнетиков φ (AFM pinning angle), который можно контролировать на этапе изготовления диода, поворачивая антиферромагнетики. Вообще говоря, эти углы не совпадают, хотя и связаны друг с другом (рис. 2). Оказалось, что угол между намагниченностями можно изменять только в диапазоне от 110 до 170 градусов, причём в промежутке от 110 до 140 градусов зависимость является нелинейной. Тем не менее, этого диапазона оказывается достаточно, чтобы контролировать свойства диода.
Затем исследователи выяснили, как зависит чувствительность диода от частоты переменного тока при фиксированном угле между намагниченностями слоёв. Оказалось, что около резонансной частоты чувствительность резко возрастает, при этом достигая значений порядка тысячи вольт на ватт. Это значение меньше максимальной чувствительности изготовленных ранее спиновых диодов, однако всё ещё достаточно велико, чтобы сравниться с обычными полупроводниковыми диодами.
Гораздо более важным является то, что резонансную частоту нового диода можно изменять от 8,5 до 9,5 гигагерц, контролируя угол φ во время изготовления прибора. Впрочем, стоит отметить, что пока учёные рассмотрели предложенную схему только теоретически. Следующим шагом будет изготовление экспериментального образца и непосредственная проверка предсказанных свойств.
Ранее учёные из МФТИ научились закручивать магнитные вихри в спинтронных устройствах, образованных ферромагнетиком и топологическим изолятором. Топологический изолятор — это материал, который проводит электрический ток только по поверхности, а внутри является обычным изолятором.
Работа поддержана Российским научным фондом.
Упражнение 2 Наблюдение вольт-амперной характеристики диода и его выпрямляющего действия на осциллографе
Как было сказано выше, полупроводниковые диоды позволяют применять их в качестве выпрямителей переменного тока и создавать на их базе источники постоянного тока. В данном упражнении предлагается пронаблюдать результат выпрямляющего действия диода на экране осциллографа.
Для этой цели на лабораторной панели имеется генератор переменного напряжения небольшой мощности Г, который начинает действовать при соединении его с источником питания Б5-48.
1.Соберите электрическую цепь по схеме, представленной на рис.6,а.
2.На источнике питания установите 8,5В и 0,01А.На осциллографе
С1-94 все кнопки утопите, ручку В/ДЕЛ поставьте в положение 0,1, ручку ВРЕМЯ/ДЕЛ – в положение 0,2. Попросите лаборанта или преподавателя проверить правильность Ваших действий.
3.Включите осциллограф, а затем источник питания в сеть 220В.
4.На лабораторной панели нажмите кнопку “U”. Проследите по схеме (рис.6,б), что при этом на вертикальный вход осциллографа Y подается переменное напряжение, вырабатываемое генератором Г. Вы наблюдаете форму этого напряжения. Если изображение на экране неустойчивое, то устойчивости можно добиться с помощью ручек управления “Уровень” и “”. Срисуйте вид наблюдаемого сигнала, начертите координатные оси.
5.Нажмите кнопку “I”на лабораторной панели (при этом кнопкаUразмыкается). В данном случае на вертикальный вход осциллографа подается напряжение с резистораR(см. схему на рис.6,б). Оно пропорционально току, протекающему через этот резистор, так что вид наблюдаемой кривой соответствует форме тока, протекающего через диод. Срисуйте эту осциллограмму, начертите оси координат.
Иногда на практике возникает необходимость выбрать из большой партии однотипных или близких по свойствам диодов несколько экземпляров с определенными признаками. В этом случае наиболее подходящим является способ, не связанный со снятием ВАХпо точкам в силу его длительности, но позволяющий быстро получать эту характеристику. Ниже мы предлагаем познакомиться с осциллографическим способом полученияВАХ, который не отличается большой точностью, но дает возможность получить качественный ответ просто и быстро.
5.Нажмите кнопку “ВАХ”на лабораторной панели. При таком включении на горизонтальный вход осциллографа (осьХ) поступает переменное напряжение от генератора, которое одновременно подается и на диод.
На вертикальный вход (ось Y) подается напряжение с резистораR, пропорциональное току диода. Луч осциллографа отклоняется в горизонтальном направлении на величину, пропорциональную приложенному к диоду напряжению, а в вертикальном – на величину, пропорциональную протекающему току. В результате возникает кривая зависимости тока диода от приложенного напряжения, т.е. его вольт-амперная характеристика [3]. Срисуйте и сравните полученную кривую с той, которую Вы построили по “точкам”.
Контрольные вопросы
1.Что такое полупроводники n— и p-типа?
2.Что такое p-n-переход и каковы его свойства? Что такое запирающий слой? С чем связано такое название?
3.Как устроен полупроводниковый диод? Что означает прямое и обратное направление включения диода?
4.Что общего между кристаллическим и вакуумным диодами и в чем различие?
5.Какие преимущества у кристаллического диода перед вакуумным и наоборот?
6.Почему при включении полупроводникового диода в обратном направлении ток через него не равен нулю? Существует ли обратный ток в вакуумном диоде?
7.Как получить ВАХ диода на экране осциллографа? В чем сходство и в чем отличие ВАХ, полученной на экране, с характеристикой, построенной «по точкам»?
8.Как получают постоянный ток из переменного с помощью полупроводниковых диодов?
Список рекомендуемой литературы
1.Калашников С. Г. Электричество. М.: Наука, 1977. С. 325—335.
2.Савельев И. В. Курс общей физики. М.: Наука, 1998. Кн.5. С. 242–250.
3.Физический практикум. Электричество и оптика. /Под ред. В.И.Ивероновой. М.: Наука, 1968. С. 206.
4.Перкальскис Б.Ш. Использование современных научных средств в физических демонстрациях. М.: Наука, 1971. С. 56-59.
67
Введение в электронику. Диоды
Серия статей известного автора множества радиолюбительских публикаций Дригалкина В.В. для начинающих радиолюбителей
Доброго дня уважаемые радиолюбители!
Приветствую вас на сайте “Радиолюбитель“
Данный элемент пропускает ток только в одном направлении. У диода два вывода: анод и катод. Если подключить к нему батарею полюсами: плюс – к аноду, минус – к катоду, в направлении от анода к катоду потечет ток. Сопротивление диода в этом направлении небольшое. Если же попробовать изменить полюса батарей, то есть включить диод “наоборот”, то ток через диод не пойдет. В этом направлении диод имеет большое сопротивление. Таким образом, проводимость диода сильно зависит от полярности приложенного напряжения. А это позволяет производить выпрямление переменного тока, детектировать1 сигналы и т.п.
Разновидностей диодов существует несколько. Самый используемый в любых конструкциях – полупроводниковый. Вернее это название классификации, которая включает несколько классов диодов, среди них, в частности, – выпрямительные, импульсные, стабилитроны.
Выпрямительный полупроводниковый диод предназначенный для преобразования переменного тока в постоянный. Они используются в схемах управления и коммутации для ограничения паразитных выбросов напряжений, в качестве элементов электрической развязки цепей и т.д.
Диодный мост – определенная последовательность соединения четырех выпрямительных диодов, предназначенная для преобразования (“выпрямления”) переменного тока в пульсирующий постоянный. Диодный мост может быть выполнен из отдельных диодов, или в виде монолитной диодной сборки (см. Рис. 16,ж). Преимуществом такой сборки является простота монтирования на плате. Используется в блоках питания.
Высокочастотные диоды являются приборами универсального назначения. Они могут работать в выпрямителях переменного тока широкого диапазона частот (до нескольких сотен мегагерц), а также в модуляторах, детекторах и других нелинейных преобразователях электрических сигналов.
Детектирование (от лат. detectio – открытие, обнаружение) – преобразование электрических колебаний, в результате которого получаются колебания более низкой частоты или постоянный ток. Применяется в радиоприёмных устройствах для выделения колебаний звуковой частоты, в телевидении – сигналов изображения и т.д
Импульсные диоды являются разновидностью высокочастотных диодов и предназначены для использования в качестве ключевых элементов в быстродействующих импульсных схемах. Помимо высокочастотных свойств импульсные диоды обладают минимальной длительностью переходных процессов при включении и выключении. Импульсные диоды применяются в качестве ключевых элементов в схеме при малых длительностях импульсов и переходных процессов (микросекунды и доли микросекунд) .
Туннельный диод – это полупроводниковый диод, в котором используется явление туннельного пробоя при включении в прямом направлении. Характерной особенностью туннельного диода является наличие на прямой ветви вольтамперной характеристики участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением. Это позволяет использовать его в усилителях, генераторах синусоидальных и релаксационных колебаний, переключающих схемах. Разновидностью туннельных диодов являются обращенные диоды. Обращенным называют полупроводниковый диод на основе полупроводника с критической концентрацией примеси, в котором проводимость при обратном напряжении значительно больше, чем при прямом вследствие туннельного эффекта. Большой обратный ток и нелинейность вблизи нулевой точки позволяют использовать такие туннельные диоды в качестве пассивного элемента радиотехнических устройств, детекторов и смесителей для работы при малом сигнале и как ключевые устройства для импульсных сигналов малой амплитуды.
Стабилитроны предназначенные для стабилизации уровня напряжения при изменении величины протекающего через диод тока, они подразделяются на маломощные и средней мощности с допустимой мощностью рассеивания до 0,3 Вт и от 0,3 до 5 Вт соответственно. Эти полупроводниковые приборы имеют два вывода: анод и катод. В прямом направлении (от анода к катоду) стабилитрон работает как диод, свободно пропуская ток. А в обратном направлении он сначала не пропускает ток (как и диод), а при увеличении подаваемого на него напряжения вдруг “пробивается ” и начинает пропускать ток. Напряжение “пробоя” называют напряжением
стабилизации. Она будет оставаться неизменной даже при значительном увеличении входного напряжения. Благодаря этому свойству стабилитрон применяется во всех случаях, если надо получить стабильное напряжение питания какого-либо устройства при колебаниях, например сетевого напряжения. Этот прибор ранее был очень популярен в блоках питания.
Подобно стабилитрону работает стабистор. Отличительной особенностью стабисторов по сравнению со стабилитронами является меньшее напряжение стабилизации , которое составляет примерно 0,7 В. Последовательное соединение двух или трёх стабисторов даёт возможность получить удвоенное или утроенное значение напряжения стабилизации. Некоторые типы стабисторов представляют собой единый набор с последовательным соединением отдельных элементов. Стабисторам присущ отрицательный температурный коэффициент сопротивления, то есть напряжение на стабисторе при неизменном токе уменьшается с увеличением температуры. В связи с этим стабисторы используют для температурной компенсации стабилитронов с положительным коэффициентом напряжения стабилизации.
Варикап – полупроводниковый диод, действие которого основано на использовании зависимости емкости от обратного напряжения, предназначен для применения в качестве элемента с электрически управляемой емкостью. Заметим, что у всех диодов по мере увеличения обратного напряжения емкость перехода уменьшается. Отличительная особенность варикапов состоит в том, что эта зависимость выражена более ярко — емкость может изменяться в 3—5 раз. Основными параметрами варикапов являются величина номинальной емкости и напряжения смещения (постоянное обратное напряжение, при котором емкость перехода равна номинальной
емкости) . Они используются в приемниках, генераторах и других радиоустройствах в качестве конденсатора переменной емкости.
Схемотехническое изображение диода (см. Рис. 1 справа) наглядно передает его проводимость: треугольник (символ анода) вместе с пересекающей его линией электрической связи образуют подобие стрелки, указывающей направление проводимости . Перпендикулярная этой стрелке черточка символизирует катод. По другому обстоят дела с диодным мостом. Правильнее будет сказать, что он имеет вход и выход. Первый обозначен на схеме знаком(и) “~”, второй – “+” и “-“. На вход подается переменный ток, а на выходе получаем ток строго одной полярности.
В зависимости от использованного полупроводникового материала различают диоды германиевые, кремниевые и арсенид-галиевые. Германиевые диоды применяют в основном для детектирования слабых высокочастотных сигналов, а для выпрямителей используют кремниевые диоды.
Перейти к следующей статье: Транзисторы
диодов — learn.sparkfun.com
Добавлено в избранное Любимый 63Введение
После того, как вы перейдете от простых пассивных компонентов, таких как резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности, пора перейти в удивительный мир полупроводников. Одним из наиболее широко используемых полупроводниковых компонентов является диод.
В этом уроке мы рассмотрим:
- Что такое диод !?
- Теория работы диодов
- Важные свойства диода
- Диоды разные
- Как выглядят диоды
- Типичные применения диодов
Рекомендуемая литература
Некоторые концепции в этом руководстве основаны на предыдущих знаниях в области электроники.Прежде чем переходить к этому руководству, подумайте о том, чтобы сначала прочитать (хотя бы бегло просмотр) эти:
Что такое схема?
Каждый электрический проект начинается со схемы. Не знаю, что такое схема? Мы здесь, чтобы помочь.
Что такое электричество?
Мы можем видеть электричество в действии на наших компьютерах, освещающее наши дома, как удары молнии во время грозы, но что это такое? Это непростой вопрос, но этот урок прольет на него некоторый свет!
Как пользоваться мультиметром
Изучите основы использования мультиметра для измерения целостности цепи, напряжения, сопротивления и тока.
Хотите изучить различные диоды?
Мы вас прикрыли!
Комплект запчастей для начинающих SparkFun
В наличии КОМПЛЕКТ-13973Комплект деталей для начинающих SparkFun — это небольшой контейнер с часто используемыми деталями, который дает вам все основные компоненты, которые вы…
12Идеальные диоды
Ключевая функция диода ideal заключается в управлении направлением потока тока.Ток, проходящий через диод, может идти только в одном направлении, называемом прямым направлением. Ток, пытающийся течь в обратном направлении, заблокирован. Они похожи на односторонний клапан электроники.
Если напряжение на диоде отрицательное, ток не может течь *, и идеальный диод выглядит как разомкнутая цепь. В такой ситуации говорят, что диод от или с обратным смещением .
Пока напряжение на диоде не отрицательное, он «включается» и проводит ток.В идеале * диод должен действовать как короткое замыкание (0 В на нем), если он проводит ток. Когда диод проводит ток, он смещен в прямом направлении (жаргон электроники означает «включено»).
Соотношение тока и напряжения идеального диода. Любое отрицательное напряжение дает нулевой ток — разрыв цепи. Пока напряжение неотрицательно, диод выглядит как короткое замыкание.
| Характеристики идеального диода | ||||
| Режим работы | Вкл. (Смещение вперед) | Выкл. | В = 0 | В |
|---|---|---|---|---|
| Диод выглядит как | Короткое замыкание | Обрыв цепи | ||
Обозначение цепи
Каждый диод имеет две клеммы — соединения на каждом конце компонента — и эти клеммы имеют поляризацию , что означает, что эти две клеммы совершенно разные.Важно не перепутать соединения на диоде. Положительный конец диода называется анодом , а отрицательный конец называется катодом . Ток может течь от конца анода к катоду, но не в другом направлении. Если вы забыли, в каком направлении протекает ток через диод, попробуйте вспомнить мнемоническое обозначение ACID : «анодный ток в диоде» (также анодный катод — это диод ).
Обозначение цепи стандартного диода представляет собой треугольник, соприкасающийся с линией.Как мы расскажем далее в этом руководстве, существует множество типов диодов, но обычно их обозначение схемы будет выглядеть примерно так:
Вывод, входящий в плоский край треугольника, представляет собой анод. Ток течет в направлении, указанном треугольником / стрелкой, но не может идти в обратном направлении.
Выше приведены несколько простых примеров схем диодов. Слева диод D1 смещен в прямом направлении и пропускает ток через цепь. По сути это похоже на короткое замыкание.Справа диод D2 имеет обратное смещение. Ток не может течь по цепи, и она выглядит как разомкнутая цепь.
* Внимание! Звездочка! Не совсем так … К сожалению, идеального диода не существует. Но не волнуйтесь! Диоды действительно настоящие, у них просто есть несколько характеристик, которые заставляют их работать немного хуже, чем наша идеальная модель …
Реальные характеристики диода
В идеале , диоды будут блокировать любой ток, текущий в обратном направлении, или просто действовать как короткое замыкание, если ток идет вперед.К сожалению, реальное поведение диодов не совсем идеальное. Диоды действительно потребляют некоторое количество энергии при проведении прямого тока, и они не будут блокировать весь обратный ток. Реальные диоды немного сложнее, и все они имеют уникальные характеристики, которые определяют, как они на самом деле работают.
Взаимосвязь тока и напряжения
Наиболее важной характеристикой диода является его вольт-амперная зависимость ( i-v ). Это определяет ток, протекающий через компонент, с учетом того, какое напряжение на нем измеряется.Резисторы, например, имеют простую линейную зависимость i-v … Закон Ома. Кривая i-v диода, однако, не является линейной для . Выглядит это примерно так:
Вольт-амперная зависимость диода. Чтобы преувеличить несколько важных моментов на графике, масштабы как в положительной, так и в отрицательной половине не равны.
В зависимости от приложенного к нему напряжения диод будет работать в одном из трех регионов:
- Прямое смещение : Когда напряжение на диоде положительное, диод включен, и ток может протекать через него.Напряжение должно быть больше прямого напряжения (V F ), чтобы ток был значительным.
- Обратное смещение : Это режим «выключения» диода, при котором напряжение меньше V F , но больше -V BR . В этом режиме ток (в основном) заблокирован, а диод выключен. Очень малый ток (порядка нА), называемый током обратного насыщения, может протекать через диод в обратном направлении.
- Пробой : Когда напряжение, приложенное к диоду, очень большое и отрицательное, большой ток может течь в обратном направлении, от катода к аноду.
прямое напряжение
Чтобы «включиться» и провести ток в прямом направлении, диод требует приложения определенного количества положительного напряжения. Типичное напряжение, необходимое для включения диода, называется прямым напряжением (В F ).Его также можно было бы называть либо напряжения включения , либо напряжения включения .
Как мы знаем из кривой i-v , сквозной ток и напряжение на диоде взаимозависимы. Больше тока означает большее напряжение, меньшее напряжение означает меньший ток. Однако, когда напряжение приближается к номинальному прямому напряжению, большое увеличение тока по-прежнему должно означать лишь очень небольшое увеличение напряжения. Если диод полностью проводящий, обычно можно предположить, что напряжение на нем соответствует номинальному прямому напряжению.
Мультиметр с настройкой диода можно использовать для измерения (минимального) прямого падения напряжения на диоде.Конкретный диод V F зависит от того, из какого полупроводникового материала он сделан. Обычно кремниевый диод имеет напряжение V F около 0,6–1 В . Диод на основе германия может быть ниже, около 0,3 В. Тип диода также имеет некоторое значение для определения прямого падения напряжения; светоизлучающие диоды могут иметь гораздо больший V F , в то время как диоды Шоттки разработаны специально, чтобы иметь гораздо более низкое, чем обычно, прямое напряжение.
Напряжение пробоя
Если к диоду приложить достаточно большое отрицательное напряжение, он поддастся и позволит току течь в обратном направлении. Это большое отрицательное напряжение называется напряжением пробоя . Некоторые диоды действительно предназначены для работы в области пробоя, но для большинства нормальных диодов не очень полезно подвергаться воздействию больших отрицательных напряжений.
Для обычных диодов это напряжение пробоя составляет от -50 В до -100 В или даже более отрицательное.
Таблицы данных диодов
Все вышеперечисленные характеристики должны быть подробно описаны в даташите на каждый диод. Например, в этом техническом описании диода 1N4148 указано максимальное прямое напряжение (1 В) и напряжение пробоя (100 В) (среди множества другой информации):
Таблица данных может даже представить вам хорошо знакомый график вольт-амперной характеристики, чтобы более подробно описать поведение диода. Этот график из таблицы данных диода увеличивает изогнутую переднюю часть кривой i-v .Обратите внимание, как больший ток требует большего напряжения:
Эта диаграмма указывает на еще одну важную характеристику диода — максимальный прямой ток. Как и любой другой компонент, диоды могут рассеивать только определенное количество энергии, прежде чем они взорвутся. На всех диодах должны быть указаны максимальный ток, обратное напряжение и рассеиваемая мощность. Если диод подвергается большему напряжению или току, чем он может выдержать, ожидайте, что он нагреется (или, что еще хуже, расплавится, задымится и т.
Некоторые диоды хорошо подходят для больших токов — 1 А или более — другие, такие как малосигнальный диод 1N4148, показанный выше, могут подходить только для тока около 200 мА.
Этот 1N4148 — лишь крошечная выборка всех существующих типов диодов. Далее мы рассмотрим, какое удивительное разнообразие существует и для какой цели служит каждый тип.
Типы диодов
Нормальные диоды
Диоды сигнальные
Стандартные сигнальные диоды являются одними из самых простых, средних и простых членов семейства диодов. Обычно они имеют средне-высокое прямое падение напряжения и низкий максимальный ток.Типичный пример сигнального диода — 1N4148.
Очень общего назначения, он имеет типичное прямое падение напряжения 0,72 В и максимальный номинальный прямой ток 300 мА.
Слабосигнальный диод 1N4148. Обратите внимание на черный кружок вокруг диода, который отмечает, какой из выводов является катодом.
Силовые диоды
Выпрямитель или силовой диод — стандартный диод с гораздо более высоким максимальным током. Этот более высокий номинальный ток обычно достигается за счет большего прямого напряжения.1N4001 — это пример силового диода.
1N4001 имеет номинальный ток 1 А и прямое напряжение 1,1 В.
Диод 1N4001 PTH. На этот раз серая полоса указывает, какой вывод является катодом.
И, конечно же, большинство типов диодов также выпускаются для поверхностного монтажа. Вы заметите, что у каждого диода есть способ (независимо от того, насколько он крошечный или плохо различимый), чтобы указать, какой из двух контактов является катодом.
Светодиоды (светодиоды!)
Самым ярким представителем семейства диодов должен быть светодиод (LED).Эти диоды буквально загораются при подаче положительного напряжения.
Горстка сквозных светодиодов. Слева направо: желтый 3 мм, синий 5 мм, зеленый 10 мм, сверхяркий красный 5 мм, RGB 5 мм и синий 7-сегментный светодиод.Как и обычные диоды, светодиоды пропускают ток только в одном направлении. Они также имеют номинальное прямое напряжение, то есть напряжение, необходимое для их включения. Рейтинг светодиода V F обычно выше, чем у обычного диода (1.2 ~ 3 В), и это зависит от цвета, излучаемого светодиодом. Например, номинальное прямое напряжение сверхяркого синего светодиода составляет около 3,3 В, а для сверхяркого красного светодиода такого же размера — всего 2,2 В.
Очевидно, вы чаще всего найдете светодиоды в осветительных приборах. Они веселые и веселые! Но более того, их высокая эффективность привела к широкому использованию в уличных фонарях, дисплеях, подсветке и многом другом. Другие светодиоды излучают свет, невидимый человеческому глазу, например инфракрасные светодиоды, которые являются основой большинства пультов дистанционного управления.Другое распространенное использование светодиодов — оптическая изоляция опасной высоковольтной системы от низковольтной цепи. Оптоизоляторы соединяют инфракрасный светодиод с фотодатчиком, который пропускает ток при обнаружении света от светодиода. Ниже приведен пример схемы оптоизолятора. Обратите внимание на то, как схематический символ диода отличается от обычного диода. Светодиодные символы добавляют пару стрелок, выходящих из символа.
Диоды Шоттки
Другой очень распространенный диод — диод Шоттки.
Диод Шоттки
В наличии COM-10926Диоды Шоттки известны своим низким прямым падением напряжения и очень быстрым переключением. Этот диод Шоттки 1 А 40 В равен…
. 1Полупроводниковый состав диода Шоттки немного отличается от обычного диода, и это приводит к гораздо меньшему падению прямого напряжения , которое обычно находится между 0.15 В и 0,45 В. Однако они все равно будут иметь очень большое напряжение пробоя.
Диоды Шотткиособенно полезны для ограничения потерь, когда нужно сберечь каждый последний бит напряжения . Они достаточно уникальны, чтобы получить собственное обозначение схемы с парой изгибов на конце катодной линии.
Стабилитроны
Стабилитрон— это странный изгой из семейства диодов. Обычно они используются, чтобы намеренно проводить обратный ток .
Стабилитрон — 5.1 В 1 Вт
На пенсии COM-10301Стабилитроны полезны для создания опорного напряжения или в качестве стабилизатора напряжения для слаботочных приложений. Эти диоды…
Пенсионер Стабилитронразработан для обеспечения очень точного напряжения пробоя, называемого стабилитроном или напряжением стабилитрона . Когда через стабилитрон протекает достаточный ток в обратном направлении, падение напряжения на нем будет стабильным на уровне напряжения пробоя.
За счет преимущества своих пробивных свойств стабилитроны часто используются для создания известного опорного напряжения, точно соответствующего их напряжению стабилитрона. Их можно использовать в качестве регуляторов напряжения для небольших нагрузок, но на самом деле они не предназначены для регулирования напряжения в цепях, которые потребляют значительный ток.
Стабилитроныдостаточно особенные, чтобы иметь собственное обозначение схемы с волнистыми концами на катодной линии. Этот символ может даже обозначать, что такое напряжение стабилитрона диода.Вот стабилитрон 3,3 В, создающий надежное опорное напряжение 3,3 В:
Фотодиоды
Фотодиоды — это специально сконструированные диоды, которые улавливают энергию фотонов света (см. Физика, квантовая) для генерации электрического тока. Вид работы как анти-светодиод.
Фотодиод BPW34 (не четверть, да еще мелочь). Поставьте его на солнце, и он может генерировать около нескольких мкВт энергии !.
Солнечные элементы — главный благодетель фотодиодной технологии.Но эти диоды также могут использоваться для обнаружения света или даже для оптической связи.
Применение диодов
Для такого простого компонента диоды имеют множество применений. Вы найдете диод того или иного типа практически в каждой цепи. Они могут быть представлены в чем угодно, от цифровой логики слабого сигнала до схемы преобразования энергии высокого напряжения. Давайте рассмотрим некоторые из этих приложений.
Выпрямители
Выпрямитель — это схема, преобразующая переменный ток (AC) в постоянный (DC).Это преобразование критично для всякой бытовой электроники. Сигналы переменного тока выходят из розеток вашего дома, но именно постоянный ток питает большинство компьютеров и другой микроэлектроники.
Ток в цепях переменного тока буквально чередуется — быстро переключается между положительным и отрицательным направлениями — но ток в сигнале постоянного тока течет только в одном направлении. Итак, чтобы преобразовать переменный ток в постоянный, вам просто нужно убедиться, что ток не может течь в отрицательном направлении. Похоже на работу для ДИОДОВ!
Однополупериодный выпрямитель может быть изготовлен только из одного диода.Если сигнал переменного тока, такой как, например, синусоида, передается через диод, любая отрицательная составляющая сигнала отсекается.
Формы входного (красный / левый) и выходного (синий / правый) сигналов напряжения после прохождения через схему полуволнового выпрямителя (в центре).
Двухполупериодный мостовой выпрямитель использует четыре диода для преобразования этих отрицательных выступов в сигнале переменного тока в положительные.
Схема мостового выпрямителя (в центре) и форма выходной волны, которую она создает (синий / правый).
Эти цепи являются критическим компонентом источников питания переменного тока в постоянный, которые преобразуют сигнал 120/240 В переменного тока сетевой розетки в сигналы постоянного тока 3,3 В, 5 В, 12 В и т. Д. Если вы разорвали бородавку, вы, скорее всего, увидели бы там несколько диодов, которые ее исправили.
Можете ли вы заметить четыре диода, образующие мостовой выпрямитель в этой бородавке?
Защита от обратного тока
Когда-нибудь вставлял батарею неправильно? Или поменять местами красный и черный провода питания? Если это так, то диод может быть благодарен за то, что ваша схема все еще жива.Диод, расположенный последовательно с положительной стороной источника питания, называется диодом обратной защиты. Это гарантирует, что ток может течь только в положительном направлении, а источник питания подает только положительное напряжение в вашу цепь.
Это применение диода полезно, когда разъем источника питания не поляризован, что позволяет легко испортить и случайно подключить отрицательный источник питания к положительному полюсу входной цепи.
Недостатком диода обратной защиты является то, что он вызывает некоторую потерю напряжения из-за прямого падения напряжения.Это делает диодов Шоттки отличным выбором для диодов обратной защиты.
Логические ворота
Забудьте о транзисторах! Простые цифровые логические вентили, такие как И или ИЛИ, могут быть построены из диодов.
Например, диодный логический элемент ИЛИ с двумя входами может быть построен из двух диодов с общими катодными узлами. Выход логической схемы также находится в этом узле. Когда один из входов (или оба) являются логической 1 (высокий / 5 В), выход также становится логической 1.Когда оба входа имеют логический 0 (низкий / 0 В), на выходе через резистор подается низкий уровень.
Логический элемент И построен аналогичным образом. Аноды , обоих диодов соединены вместе, и именно там находится выход схемы. Оба входа должны иметь логическую единицу, заставляя ток течь по направлению к выходному контакту и также подтягивать его. Если на каком-либо из входов низкий уровень, ток от источника питания 5 В проходит через диод.
Для обоих логических вентилей можно добавить больше входов, добавив только один диод.
Обратные диоды и подавление скачков напряжения
Диодыочень часто используются для ограничения возможного повреждения из-за неожиданных больших скачков напряжения. Диоды подавления переходных напряжений (TVS) — это специальные диоды, вроде стабилитронов с низким пробивным напряжением (часто около 20 В), но с очень большими номинальными мощностями (часто в диапазоне киловатт). Они предназначены для шунтирования токов и поглощения энергии, когда напряжение превышает их напряжение пробоя.
Обратные диодывыполняют аналогичную работу по подавлению скачков напряжения, в частности, вызванных индуктивным компонентом, например двигателем.Когда ток через катушку индуктивности внезапно изменяется, создается всплеск напряжения, возможно, очень большой отрицательный всплеск. Обратный диод, помещенный на индуктивную нагрузку, даст этому отрицательному сигналу напряжения безопасный путь для разряда, фактически многократно проходя через индуктивность и диод, пока он в конечном итоге не погаснет.
Это всего лишь несколько вариантов применения этого удивительного маленького полупроводникового компонента.
Покупка диодов
Теперь, когда ваш текущий движется в правильном направлении, пришло время найти хорошее применение вашим новым знаниям.Независимо от того, ищете ли вы отправную точку или просто пополняете запасы, у нас есть набор изобретателя, а также отдельные диоды на выбор.
Наши рекомендации:
Диод Шоттки
В наличии COM-10926Диоды Шоттки известны своим низким прямым падением напряжения и очень быстрым переключением.Этот диод Шоттки 1 А 40 В равен…
. 1Комплект изобретателя SparkFun — версия 3.2
На пенсии КОМПЛЕКТ-12060** Как вы, возможно, видели из [нашего сообщения в блоге] (https://www.sparkfun.com/news/2241), мы недавно перенесли нашу пресс-форму для SIK…
76 ПенсионерРесурсы и дальнейшее развитие
Теперь, когда вы разобрались с диодами, возможно, вы захотите продолжить изучение других полупроводников:
Или откройте для себя другие распространенные электронные компоненты:
различных типов диодов | Символы схем и их применение
В этом уроке мы узнаем о различных типах диодов.К ним относятся малосигнальные диоды, стабилитроны, светоизлучающие диоды, диоды Шоттки, туннельные диоды, лавинные диоды и т. Д. Это будет краткое примечание о различных типах диодов с их основными функциями и соответствующими обозначениями схем.
Введение
Диоды — это электронные устройства / компоненты с двумя выводами, которые функционируют как односторонний переключатель, т.е. они позволяют току течь только в одном направлении. Эти диоды изготавливаются из полупроводниковых материалов, таких как кремний, германий и арсенид галлия.
Два вывода диода известны как анод и катод. Основываясь на разности потенциалов между этими двумя выводами, работу диода можно классифицировать двумя способами:
- Если анод имеет более высокий потенциал, чем катод, то говорят, что диод находится в прямом смещении и пропускает ток.
- Если катод имеет более высокий потенциал, чем анод, то говорят, что диод находится в режиме обратного смещения и не пропускает ток.
Различные типы диодов имеют разные требования к напряжению.Для кремниевых диодов прямое напряжение составляет 0,7 В, а для германиевых диодов — 0,3 В. Обычно в кремниевых диодах темная полоса на одном конце диода указывает на вывод катода, а другой вывод — на анод.
Одно из основных применений диодов — выпрямление, то есть преобразование переменного тока в постоянный. Поскольку диоды позволяют току течь только в одном направлении и блокируют ток в другом направлении, диоды используются в устройствах защиты от обратной полярности и переходных процессов.
Существует много различных типов диодов, и некоторые из них перечислены ниже.
Различные типы диодов
Давайте теперь кратко рассмотрим несколько распространенных типов диодов.
1. Малосигнальный диод
Это небольшое устройство с непропорциональными характеристиками, приложения которого в основном связаны с высокочастотными и низковольтными приложениями, такими как радиоприемники, телевизоры и т. Д. Для защиты диода от загрязнения он окружен стеклом, поэтому его также называют стеклянным пассивированным диодом. Одним из популярных диодов этого типа является 1N4148.
Внешний вид сигнальных диодов очень мал по сравнению с силовыми диодами. Для обозначения катодного вывода один край маркируется черным или красным цветом. Для приложений на высоких частотах очень эффективны характеристики слабосигнального диода.
Что касается других функций, сигнальные диоды обычно имеют небольшую пропускную способность по току и рассеиваемую мощность. Обычно они находятся в диапазоне 150 мА и 500 мВт соответственно.
Малосигнальный диод может быть изготовлен из полупроводникового материала кремниевого или германиевого типа, но характеристики диода зависят от легирующего материала.
Малосигнальные диоды используются в диодных приложениях общего назначения, высокоскоростной коммутации, параметрических усилителях и многих других приложениях. Некоторые важные характеристики малосигнального диода:
- Пиковое обратное напряжение (V PR ) — это максимальное обратное напряжение, которое может быть приложено к диоду до его выхода из строя.
- обратный ток (I R ) — ток (очень малое значение), который течет при обратном смещении.
- Максимальное прямое напряжение при пиковом прямом токе (В F при I F )
- Время обратного восстановления — время, необходимое для уменьшения обратного тока с прямого тока до I R .
2. Большой сигнальный диод
Эти диоды имеют большой слой PN перехода. Таким образом, они обычно используются для выпрямления, то есть преобразования переменного тока в постоянный. Большой PN переход также увеличивает пропускную способность прямого тока и обратное запирающее напряжение диода. Большие сигнальные диоды не подходят для высокочастотных приложений.
Основное применение этих диодов — источники питания (выпрямители, преобразователи, инверторы, устройства для зарядки аккумуляторов и т. Д.).). В этих диодах значение прямого сопротивления составляет несколько Ом, а значение сопротивления обратного блокирования — в мегаомах.
Поскольку он обладает высокими характеристиками по току и напряжению, он может использоваться в электрических устройствах, которые используются для подавления высоких пиковых напряжений.
3. Стабилитрон
Это пассивный элемент, работающий по принципу «пробоя стабилитрона». Впервые произведенный Кларенсом Зинером в 1934 году, он похож на обычный диод в состоянии прямого смещения, то есть пропускает ток.
Но в состоянии обратного смещения диод проводит только тогда, когда приложенное напряжение достигает напряжения пробоя, известного как пробой Зенера. Он предназначен для защиты других полупроводниковых устройств от кратковременных импульсов напряжения. Он действует как регулятор напряжения.
4. Светоизлучающий диод (LED)
Эти диоды преобразуют электрическую энергию в энергию света. Первое производство началось в 1968 году. Он подвергается процессу электролюминесценции, в котором дырки и электроны рекомбинируются для получения энергии в виде света в состоянии прямого смещения.
Раньше светодиоды были очень дорогими и использовались только для специальных целей. Но с годами стоимость светодиодов значительно снизилась. Это, а также тот факт, что они чрезвычайно энергоэффективны, делают светодиоды основным источником освещения в домах, офисах, улицах (для уличного освещения, а также для светофоров), в автомобилях, мобильных телефонах.
5. Диоды постоянного тока
Он также известен как токорегулирующий диод или токоограничивающий диод или транзистор с диодным подключением.Функция диода — регулировать напряжение при определенном токе.
Функционирует как двухконтактный ограничитель тока. В этом случае JFET действует как ограничитель тока для достижения высокого выходного сопротивления. Символ диода постоянного тока показан ниже.
6. Диод Шоттки
В этом типе диодов переход формируется путем контакта полупроводникового материала с металлом. Благодаря этому прямое падение напряжения снижается до минимума. Полупроводниковый материал представляет собой кремний N-типа, который действует как анод, и такие металлы, как хром, платина, вольфрам и т. Д.действует как катод.
Благодаря металлическому переходу эти диоды обладают большой токопроводящей способностью и, следовательно, сокращается время переключения. Таким образом, диод Шоттки более широко используется в коммутационных приложениях. В основном из-за перехода металл-полупроводник падение напряжения невелико, что, в свою очередь, увеличивает характеристики диода и снижает потери мощности. Таким образом, они используются в высокочастотных выпрямителях. Символ диода Шоттки показан ниже.
7.Диод Шокли
Это было одно из первых изобретенных полупроводниковых устройств. Диод Шокли состоит из четырех слоев. Его также называют диодом PNPN. Он аналогичен тиристору без вывода затвора, что означает, что вывод затвора отключен. Поскольку триггерный вход отсутствует, диод может проводить ток только путем подачи прямого напряжения.
Он остается включенным при включении и остается выключенным после выключения. Диод имеет два рабочих состояния: проводящий и непроводящий. В непроводящем состоянии диод проводит с меньшим напряжением.
Символ диода Шокли следующий:
Применение диода Шокли
- Триггерные переключатели для SCR.
- Действует как релаксирующий осциллятор.
8. Пошаговые восстанавливающие диоды
Его также называют отключающим диодом или диодом накопления заряда. Это особый тип диодов, которые накапливают заряд положительного импульса и используют в отрицательном импульсе синусоидальных сигналов. Время нарастания текущего импульса равно времени щелчка.Из-за этого явления у него есть импульсы восстановления скорости.
Эти диоды используются в умножителях более высокого порядка и в схемах формирователя импульсов. Частота среза этих диодов очень высока, что составляет порядка гигагерц.
В качестве умножителя этот диод имеет диапазон частот среза от 200 до 300 ГГц. Эти диоды играют жизненно важную роль при работе в диапазоне 10 ГГц. Эффективность высока для умножителей более низкого порядка. Символ этого диода показан ниже.
9. Туннельный диод
Используется как высокоскоростной переключатель со скоростью переключения порядка нескольких наносекунд. Благодаря туннельному эффекту он очень быстро работает в микроволновом диапазоне частот. Это двухконтактное устройство, в котором концентрация примесей слишком высока.
Переходная характеристика ограничивается емкостью перехода плюс паразитная емкость проводов. В основном используется в СВЧ-генераторах и усилителях. Он действует как устройство с самой отрицательной проводимостью.Туннельные диоды можно настраивать как механически, так и электрически. Символ туннельного диода показан ниже.
Туннельный диод Применения
- Колебательные цепи.
- Схемы СВЧ.
- Стойкость к ядерному излучению.
10. Варакторный диод
Также известны как варикап-диоды. Он действует как переменный конденсатор. Операции выполняются в основном только при обратном смещении. Эти диоды очень известны благодаря своей способности изменять диапазоны емкости в цепи при наличии постоянного напряжения.
Они могут изменять емкость до высоких значений. В варакторном диоде мы можем уменьшать или увеличивать обедненный слой, изменяя напряжение обратного смещения. Эти диоды находят множество применений в качестве генераторов с регулируемым напряжением для сотовых телефонов, предварительных фильтров спутниковой связи и т. Д. Символ варакторного диода приведен ниже.
Применение варакторных диодов
- Конденсаторы, управляемые напряжением
- Генераторы, управляемые напряжением
- Параметрические усилители
- Умножители частоты
- FM-передатчики и ФАПЧ в радио, телевизорах и сотовых телефонах 11
.Laser Diode
Аналогичен светодиоду, в котором активная область образована p-n переходом. Электрически лазерный диод представляет собой диод P-I-N, в котором активная область находится во внутренней области. Используется в волоконно-оптической связи, считывателях штрих-кодов, лазерных указателях, считывании и записи CD / DVD / Blu-ray, лазерной печати.
Типы лазерных диодов:
- Лазер с двойной гетероструктурой: свободные электроны и дырки доступны одновременно в регионе.
- Лазеры на квантовых ямах: лазеры, имеющие более одной квантовой ямы, называются лазерами с несколькими квантовыми ямами.
- Квантово-каскадные лазеры: это лазеры на гетеропереходе, которые обеспечивают лазерное воздействие на относительно длинных волнах.
- Лазеры на гетероструктурах с раздельным ограничением: Чтобы компенсировать проблему тонких слоев в квантовых лазерах, мы выбираем лазеры на гетероструктурах с раздельным ограничением.
- Лазеры с распределенным брэгговским отражателем: это могут быть лазеры с торцевым излучением или VCSELS.
Символ лазерного диода выглядит следующим образом:
12. Диод подавления переходных напряжений
В полупроводниковых устройствах переходные процессы возникают из-за внезапного изменения напряжения в состоянии.Они повредят выходной отклик устройства. Чтобы решить эту проблему, используются подавляющие напряжение диоды. Принцип действия диода ограничения напряжения аналогичен работе стабилитрона.
Эти диоды работают нормально, как диоды с p-n переходом, но во время переходного напряжения их работа меняется. В нормальном состоянии сопротивление диода высокое. Когда в цепи возникает какое-либо переходное напряжение, диод входит в область лавинного пробоя, в которой обеспечивается низкий импеданс.
Это происходит очень спонтанно, потому что продолжительность схода лавины составляет пикосекунды. Диод подавления переходных напряжений будет ограничивать напряжение до фиксированных уровней, в основном его ограничивающее напряжение находится в минимальном диапазоне.
Они используются в области телекоммуникаций, медицины, микропроцессоров и обработки сигналов. Он реагирует на перенапряжение быстрее, чем варисторы или газоразрядные трубки.
Символ для диода подавления переходного напряжения показан ниже.
Характеристики диода:
- Ток утечки
- Максимальное обратное напряжение отключения
- Напряжение пробоя
- Напряжение зажима
- Паразитная емкость
- Паразитная индуктивность
- Количество
энергии, которое он может поглотить
13. Легированные золотом диоды
В этих диодах золото используется в качестве легирующей примеси. Эти диоды быстрее других диодов. В этих диодах ток утечки в условиях обратного смещения также меньше.Даже при более высоком падении напряжения это позволяет диоду работать на частотах сигнала. В этих диодах золото способствует более быстрой рекомбинации неосновных носителей.
14. Супербарьерные диоды
Это выпрямительный диод, имеющий низкое прямое падение напряжения, как диод Шоттки, с возможностью защиты от перенапряжения и низким обратным током утечки в качестве диода P-N перехода. Он был разработан для приложений с высокой мощностью, быстрым переключением и низкими потерями. Супербарьерные выпрямители — это выпрямители следующего поколения с более низким прямым напряжением, чем диоды Шоттки.
15. Диод Пельтье
В этом типе диодов он генерирует тепло на стыке двух материалов полупроводника, которое течет от одного вывода к другому. Этот поток осуществляется только в одном направлении, которое совпадает с направлением потока тока.
Это тепло производится за счет электрического заряда, возникающего в результате рекомбинации неосновных носителей заряда. Это в основном используется в системах охлаждения и обогрева. Этот тип диодов используется как датчик и тепловой двигатель для термоэлектрического охлаждения.
16. Кристаллический диод
Это также известно как усы Кошки, то есть диод с точечным контактом. Его работа зависит от давления контакта полупроводникового кристалла с острием.
В нем присутствует металлическая проволока, которая прижимается к кристаллу полупроводника. При этом кристалл полупроводника действует как катод, а металлическая проволока действует как анод. Эти диоды являются устаревшими по своей природе. В основном используется в микроволновых приемниках и детекторах.
Применение кристаллического диода
- Выпрямитель на кристаллическом диоде
- Детектор на кристаллическом диоде
- Кристаллический радиоприемник
17.Лавинный диод
Это пассивный элемент, работающий по принципу лавинного пробоя. Он работает в режиме обратного смещения. Это приводит к большому току из-за ионизации, создаваемой P-N переходом в условиях обратного смещения.
Эти диоды специально разработаны для пробоя при определенном обратном напряжении, чтобы предотвратить повреждение. Обозначение лавинного диода показано ниже:
Лавинный диод использует
- Генерация ВЧ-шума: он действует как источник ВЧ для мостов антенного анализатора, а также как генераторы белого шума.
- Используется в радиооборудовании, а также в аппаратных генераторах случайных чисел.
- Генерация СВЧ-частоты: в этом случае диод действует как устройство с отрицательным сопротивлением.
- Однофотонный лавинный детектор: это детекторы фотонов с высоким коэффициентом усиления, используемые для измерения уровня освещенности.
18. Кремниевый управляемый выпрямитель
Он состоит из трех выводов: анода, катода и затвора. Он почти равен диоду Шокли. Как видно из названия, он в основном используется для управления, когда в цепи прикладываются небольшие напряжения.Символ кремниевого управляемого выпрямителя показан ниже:
Режимы работы:
- Режим блокировки в прямом направлении (выключенное состояние): в этом J1 и J3 смещены в прямом направлении, а J2 — в обратном. Он предлагает высокое сопротивление ниже напряжения отключения и, следовательно, считается выключенным.
- Режим прямой проводимости (включенное состояние): увеличивая напряжение на аноде и катоде или применяя положительный импульс на затворе, мы можем включить. Единственный способ выключить — уменьшить ток, протекающий через него.
- Режим обратной блокировки (выключенное состояние): SCR, блокирующий обратное напряжение, называется асимметричным SCR. В основном используется в инверторах источника тока.
19. Вакуумные диоды
Вакуумные диоды состоят из двух электродов, которые действуют как анод и катод. Катод состоит из вольфрама, который испускает электроны в направлении анода. Электронный поток всегда будет идти только от катода к аноду. Итак, он действует как переключатель.
Если катод покрыт оксидным материалом, то способность к эмиссии электронов высока.Анод немного длинноват, а в некоторых случаях его поверхность шероховатая, чтобы снизить температуру, возникающую в диоде. Диод будет проводить только в одном случае, когда анод положителен по отношению к клемме катода. Символ показан на рисунке:
20. PIN-диод
Улучшенная версия обычного P-N-переходного диода дает PIN-диод. В ПИН-диоде легирование не нужно. Собственный материал, то есть материал, не имеющий носителей заряда, вставляется между областями P и N, что увеличивает площадь обедненного слоя.
Когда мы прикладываем напряжение прямого смещения, дырки и электроны выталкиваются во внутренний слой. В какой-то момент из-за этого высокого уровня инжекции электрическое поле также будет проходить через внутренний материал. Это поле заставляет носители течь из двух регионов. Символ PIN-диода показан ниже:
Применение PIN-диода:
- Радиочастотные переключатели: PIN-диод используется как для выбора сигнала, так и для выбора компонентов. Например, PIN-диоды действуют как индукторы с переключателем диапазона в генераторах с низким фазовым шумом.
- Аттенюаторы: используется как мостовое и шунтирующее сопротивление в аттенюаторе типа «мост-Т».
- Фотодетекторы: обнаруживают фотоны рентгеновского и гамма-излучения.
21. Устройства точечного контакта
Золотая или вольфрамовая проволока используется в качестве точечного контакта для создания области PN-перехода путем пропускания через нее сильного электрического тока. Небольшая область PN-перехода создается вокруг края провода, который соединяется с металлической пластиной, как показано на рисунке.
В прямом направлении его работа очень похожа, но в состоянии обратного смещения провод действует как изолятор. Поскольку этот изолятор находится между пластинами, диод действует как конденсатор. Как правило, конденсатор блокирует токи постоянного тока, но токи переменного тока могут протекать в цепи на высоких частотах. Таким образом, они используются для обнаружения высокочастотных сигналов.
22. Диод Ганна
Диод Ганна изготавливается только из полупроводникового материала n-типа. Область обеднения двух материалов N-типа очень тонкая.Когда напряжение в цепи увеличивается, увеличивается и ток. После определенного уровня напряжения ток будет экспоненциально уменьшаться, таким образом проявляется отрицательное дифференциальное сопротивление.
Имеет два электрода с арсенидом галлия и фосфидом индия. Благодаря этому он имеет отрицательное дифференциальное сопротивление. Его также называют переносным электронным устройством. Он генерирует СВЧ-сигналы, поэтому в основном используется в СВЧ-устройствах. Его также можно использовать как усилитель. Символ диода Ганна показан ниже:
диод | Определение, символ, типы и использование
Диод , электрический компонент, который позволяет току течь только в одном направлении.На принципиальных схемах диод представлен треугольником с линией, пересекающей одну вершину.
Самый распространенный тип диодов использует переход p — n . В этом типе диода один материал ( n ), в котором электроны являются носителями заряда, примыкает ко второму материалу ( p ), в котором дырки (места, лишенные электронов, которые действуют как положительно заряженные частицы) действуют как носители заряда. На их границе образуется обедненная область, через которую электроны диффундируют, заполняя дырки на стороне p .Это останавливает дальнейший поток электронов. Когда этот переход смещен в прямом направлении (то есть к стороне p приложено положительное напряжение), электроны могут легко перемещаться через переход, чтобы заполнить отверстия, и через диод протекает ток. Когда переход смещен в обратном направлении (то есть к стороне p приложено отрицательное напряжение), область обеднения расширяется, и электроны не могут легко перемещаться по ней. Ток остается очень маленьким, пока не будет достигнуто определенное напряжение (напряжение пробоя), и ток внезапно не возрастет.
p-n характеристики перехода(A) Вольт-амперные характеристики типичного кремниевого перехода p-n . (B) условия прямого смещения и (C) обратного смещения. (D) Обозначение соединения p-n .
Encyclopædia Britannica, Inc.Светодиоды (LED) — это переходы p — n , которые излучают свет, когда через них протекает ток. Несколько переходных диодов p — n могут быть соединены последовательно для создания выпрямителя (электрического компонента, преобразующего переменный ток в постоянный).Стабилитроны имеют четко определенное напряжение пробоя, так что ток течет в обратном направлении при этом напряжении, и постоянное напряжение может поддерживаться, несмотря на колебания напряжения или тока. В варакторных (или варикапных) диодах изменение напряжения смещения вызывает изменение емкости диода; Эти диоды находят множество применений для передачи сигналов и используются в радио- и телеиндустрии. (Подробнее об этих и других типах диодов, см. полупроводниковый прибор.)
Ранние диоды представляли собой вакуумные лампы, вакуумную стеклянную или металлическую электронную трубку, содержащую два электрода — отрицательно заряженный катод и положительно заряженный анод. Они использовались в качестве выпрямителей и детекторов в электронных схемах, таких как радио- и телевизионные приемники. Когда на анод (или пластину) подается положительное напряжение, электроны, испускаемые нагретым катодом, текут на пластину и возвращаются к катоду через внешний источник питания. Если к пластине приложено отрицательное напряжение, электроны не могут покинуть катод, и ток пластины не течет.Таким образом, диод позволяет электронам течь от катода к пластине, но не от пластины к катоду. Если на пластину подается переменное напряжение, ток течет только в то время, когда пластина является положительной. Считается, что переменное напряжение выпрямляется или преобразуется в постоянный ток.
Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас Эта статья была недавно отредактирована и обновлена старшим редактором Эриком Грегерсеном.Узнайте больше в этих связанных статьях Britannica:
Радиотехника : диод Флеминга и De Forest Audion
Флеминг назвал устройство диодом, потому что оно содержало два электрода, анод и нагретую нить накала; он отметил, что при подаче переменного тока на диод пропускались только положительные половины волны, то есть волна выпрямлялась (изменялась с переменного на постоянный ток).…
Лео Эсаки
… его изобретение двойного диода, который стал известен как диод Эсаки. Это также открыло новые возможности для твердотельных разработок, которые его единомышленники, получившие премию 1973 года, использовали отдельно. В 1960 году Эсаки получил стипендию IBM (International Business Machines) для дальнейших исследований в Соединенных Штатах, и он…
Сэр Джон Амброуз Флеминг
… также известный как вакуумный диод, кенотрон, термоэлектронная трубка и клапан Флеминга.Это устройство, запатентованное в 1904 году, было первым электронным выпрямителем радиоволн, преобразующим радиосигналы переменного тока в слабые постоянные токи, обнаруживаемые телефонной трубкой. Дополнен сеткой усилителя, изобретенной в 1906 году Ли Де Форестом…
Диоды | Клуб электроники
Диоды | Клуб электроникиСигнал | Выпрямитель | Мостовой выпрямитель | Стабилитрон
Смотрите также: светодиоды | Блоки питания
Диоды позволяют электричеству течь только в одном направлении.Стрелка символа схемы показывает направление, в котором может течь ток. Диоды — электрическая версия вентиль и первые диоды на самом деле назывались вентилями.
Типы диодов
Обычные диоды можно разделить на два типа:
Дополнительно есть:
Подключение и пайка
Диоды должны быть подключены правильно, на схеме может быть указано a или + для анода и k или — для катода (да, это действительно k, а не c, для катода!).Катод отмечен линией, нарисованной на корпусе. Диоды обозначены своим кодом мелким шрифтом, вам может потребоваться ручная линза, чтобы прочитать его.
Сигнальные диоды могут быть повреждены нагревом при пайке, но риск невелик, если только вы используете германиевый диод (коды начинаются OA …), и в этом случае вы должны использовать радиатор (например, зажим «крокодил»), прикрепленный к проводу между соединением и корпусом диода.
Выпрямительные диоды достаточно прочные, и при их пайке не требуется специальных мер предосторожности.
Испытательные диоды
Вы можете использовать мультиметр или простой тестер. проект (батарея, резистор и светодиод), чтобы проверить, что диод проводит только в одном направлении.
Можно использовать лампу для проверки выпрямительного диода, но НЕ используйте лампу для проверки сигнальный диод, потому что большой ток, пропускаемый лампой, разрушит диод.
Падение прямого напряжения
Электричество потребляет немного энергии, проталкиваясь через диод, как человек. толкая дверь пружиной.Это означает, что есть небольшое прямое падение напряжения через проводящий диод. Для большинства диодов, сделанных из кремния, оно составляет около 0,7 В.
Прямое падение напряжения на диоде почти постоянно, независимо от тока, протекающего через диода, поэтому они имеют очень крутую характеристику (вольт-амперный график).
обратное напряжение
При подаче обратного напряжения проводит не идеальный диод, а настоящие диоды. утечка очень крошечного тока (обычно несколько мкА).Это можно игнорировать в большинстве схем. потому что он будет намного меньше, чем ток, текущий в прямом направлении. Однако все диоды имеют максимальное обратное напряжение (обычно 50 В или более), и если при превышении этого значения диод выйдет из строя и будет пропускать большой ток в обратном направлении, это называется пробой .
Диоды сигнальные (малоточные)
Сигнальные диоды обычно используются для обработки информации (электрических сигналов) в цепях, поэтому они требуются только для пропускания небольших токов до 100 мА.
Сигнальные диоды общего назначения, такие как 1N4148, изготовлены из кремния и имеют прямое падение напряжения 0,7 В.
Rapid Electronics: 1N4148
Германиевые диоды , такие как OA90, имеют меньшее прямое падение напряжения 0,2 В, что делает Их можно использовать в радиосхемах в качестве детекторов, выделяющих звуковой сигнал из слабого радиосигнала. Сейчас они используются редко, и их может быть трудно найти.
Для общего использования, где величина прямого падения напряжения менее важна, кремниевые диоды лучше, потому что они менее легко повреждаются под воздействием тепла при пайке, имеют меньшее сопротивление при проводке и имеют очень низкие токи утечки при приложении обратного напряжения.
Защитные диоды для реле
Сигнальные диоды также используются для защиты транзисторов и микросхем от кратковременного высокого напряжения, возникающего при обмотке реле. выключен. На схеме показано, как защитный диод подключен к катушке реле «в обратном направлении».
Зачем нужен защитный диод?
Ток, протекающий через катушку, создает магнитное поле, которое внезапно схлопывается. при отключении тока. Внезапный коллапс магнитного поля вызывает кратковременное высокое напряжение на катушке, которое может повредить транзисторы и микросхемы.Защитный диод позволяет индуцированному напряжению пропускать кратковременный ток через катушку. (и диод), поэтому магнитное поле исчезает быстро, а не мгновенно. Это предотвращает индуцированное напряжение становится достаточно высоким, чтобы вызвать повреждение транзисторов и микросхем.
Выпрямительные диоды (большой ток)
Выпрямительные диоды используются в источниках питания для преобразования переменного тока (AC). к постоянному току (DC) этот процесс называется выпрямлением. Они также используются в других схемах, где через диод должен проходить большой ток.
Все выпрямительные диоды изготовлены из кремния и поэтому имеют прямое падение напряжения 0,7 В. В таблице указаны максимальный ток и максимальное обратное напряжение для некоторых популярных выпрямительных диодов. 1N4001 подходит для большинства цепей низкого напряжения с током менее 1 А.
Rapid Electronics: 1N4001
Диод Максимум
ТокМаксимум
Обратный
Напряжение1N4001 1A 50V 1N4002 1A 100V 1N 1N5401 3A 100V 1N5408 3A 1000V Книги по комплектующим:
Мостовые выпрямители
Есть несколько способов подключения диодов, чтобы выпрямитель преобразовывал переменный ток в постоянный.Мостовой выпрямитель — один из них, и он доступен в специальных пакетах, содержащих четыре необходимых диода. Мостовые выпрямители рассчитаны на максимальный ток и максимальное обратное напряжение. У них есть четыре вывода или клеммы: два выхода постоянного тока помечены + и -, два входа переменного тока помечены .
На схеме показана работа мостового выпрямителя при преобразовании переменного тока в постоянный. Обратите внимание, как проводят чередующиеся пары диодов.
Rapid Electronics: мостовые выпрямители
Мостовые выпрямители различных типов
Обратите внимание, что у некоторых есть отверстие в центре для крепления к радиатору
Фотографии © Rapid Electronics
Стабилитроны
Стабилитроныиспользуются для поддержания постоянного напряжения.Они рассчитаны на «поломку» в надежном и неразрушающим способом, чтобы их можно было использовать в обратном направлении для поддержания фиксированного напряжения на их выводах.
Стабилитроныможно отличить от обычных диодов по их коду и напряжению пробоя. которые напечатаны на них. Коды стабилитронов начинаются BZX … или BZY … Их напряжение пробоя обычно печатается с буквой V вместо десятичной точки, поэтому 4V7 означает, например, 4,7 В.
a = анод, k = катод
Rapid Electronics: стабилитроны
На схеме показано, как подключен стабилитрон с последовательно включенным резистором для ограничения тока.
Стабилитроныимеют номинальное напряжение пробоя и максимальную мощность . Минимальное доступное напряжение пробоя составляет 2,4 В. Широко доступны номинальные мощности 400 мВт и 1,3 Вт.
Для получения дополнительной информации см. Страницу источников питания.
Политика конфиденциальности и файлы cookie
Этот сайт не собирает личную информацию. Если вы отправите электронное письмо, ваш адрес электронной почты и любая личная информация будет используется только для ответа на ваше сообщение, оно не будет передано никому.На этом веб-сайте отображается реклама, если вы нажмете на рекламодатель может знать, что вы пришли с этого сайта, и я могу быть вознагражден. Рекламодателям не передается никакая личная информация. Этот веб-сайт использует некоторые файлы cookie, которые классифицируются как «строго необходимые», они необходимы для работы веб-сайта и не могут быть отклонены, но они не содержат никакой личной информации. Этот веб-сайт использует службу Google AdSense, которая использует файлы cookie для показа рекламы на основе использования вами веб-сайтов. (включая этот), как объяснил Google.Чтобы узнать, как удалить файлы cookie и управлять ими в своем браузере, пожалуйста, посетите AboutCookies.org.
electronicsclub.info © Джон Хьюс 2021 г.
Как работает диод и светодиод? | ОРЕЛ
С возвращением, капитаны компонентов! Сегодня пришло время повысить уровень своих знаний и перейти от простых пассивных компонентов к области полупроводниковых компонентов. Эти детали оживают, когда соединяются в цепь, и могут управлять электричеством разными способами! Вам предстоит работать с двумя полупроводниковыми компонентами: диодом и транзистором.Сегодня мы поговорим о диоде, пресловутом уродливом способе управления, который позволяет электричеству течь только в одном направлении! Если вы видели светодиод в действии, значит, вы уже далеко впереди, давайте приступим.
Управляйте потоком
Диод хорошо известен своей способностью управлять протеканием электрического тока в цепи. В отличие от пассивных компонентов, которые бездействуют, сопротивляясь или накапливая, диоды активно погружают руки в приливы и отливы тока, протекающего по нашим устройствам.Есть два способа описать, как ток будет или не течет через диод, и они включают:
- С опережением. Если вы правильно вставите батарею в цепь, ток будет проходить через диод; это называется состоянием с прямым смещением.
- Обратно-смещенный. Когда вам удается вставить батарею в цепь в обратном направлении, ваш диод блокирует прохождение любого тока, и это называется состоянием с обратным смещением.
Простой способ визуализировать разницу между состояниями прямого и обратного смещения диода в простой схеме
Хотя эти два термина могут показаться слишком сложными, представьте диод как переключатель.Он либо закрыт (включен) и пропускает ток, либо открыт (выключен), и ток не может течь через него.
Полярность диодов и символы
Диоды — это поляризованные компоненты, что означает, что они имеют очень специфическую ориентацию, поэтому для правильной работы их необходимо подключить в цепь. На физическом диоде вы заметите две клеммы, выходящие из формы жестяной банки посередине. Одна сторона — это положительный вывод, называемый анодом . Другой вывод — это отрицательный конец, называемый катодом . Возвращаясь к нашему потоку электричества, ток может течь только в диоде от анода к катоду, а не наоборот.
Вы можете определить катодную сторону физического диода, посмотрев на серебряную полоску рядом с одним из выводов. (Источник изображения)
Вы можете легко обнаружить диод на схеме, просто найдите большую стрелку с линией, проходящей через нее, как показано ниже. У некоторых диодов и анод, и катод помечены как положительный и отрицательный, но простой способ запомнить, в каком направлении течет ток в диоде, — это следить за направлением стрелки.
Стрелка на символе диода указывает направление протекания тока.
В наши дни большинство диодов изготовлено из двух самых популярных полупроводниковых материалов в электронике — кремния или германия. Но если вы знаете что-нибудь о полупроводниках, то знаете, что в своем естественном состоянии ни один из этих элементов не проводит электричество. Так как же заставить электричество проходить через кремний или германий? С помощью небольшого волшебного трюка под названием допинг.
Легирование полупроводников
Странные полупроводниковые элементы.Возьмем, к примеру, кремний. Днем это изолятор, но если вы добавите в него примеси с помощью процесса, называемого допингом, вы придадите ему магическую силу проводить электричество ночью.
Благодаря своим двойным свойствам как изолятор, так и проводник, полупроводники нашли свою идеальную нишу в компонентах, которые должны контролировать поток электрического тока в виде диодов и транзисторов. Вот как работает процесс легирования в типичном куске кремния.
- Развивайте это.Во-первых, кремний выращивают в строго контролируемой лабораторной среде. Это называется чистой комнатой, то есть в ней нет пыли и других загрязнений.
- Допинг это отрицательно. Теперь, когда кремний вырос, пришло время легировать его. Этот процесс может идти двумя путями. Первый — это легирование кремния сурьмой, которая дает ему несколько дополнительных электронов и позволяет кремнию проводить электричество. Этот кремний называется кремнием n-типа или отрицательного типа, потому что в нем больше отрицательных электронов, чем обычно.
- Допинг положительно. Вы также можете легировать кремний в обратном направлении. Добавляя бор к кремнию, он удаляет электроны из атома кремния, оставляя группу пустых дырок там, где должны быть электроны. Это кремний p-типа или положительного типа.
- Объедините . Теперь, когда ваши кусочки кремния легированы как положительно, так и отрицательно, вы можете соединить их вместе. Соединяя кремний n-типа и p-типа вместе, вы создаете так называемое соединение.
Именно на этом перекрестке, который можно представить себе как некую нейтральную зону, происходит вся магия в диоде.Допустим, вы соединяете кремний n-типа и p-типа, а затем подключаете батарею, создавая цепь. Что случится?
В этом случае отрицательный вывод подключен к кремнию n-типа, а положительный вывод подключен к кремнию p-типа. А между двумя кусками кремния — нейтральная зона? Что ж, он начинает сжиматься, и начинает течь электрический ток! Это состояние диода с прямым смещением, о котором мы говорили в начале.
Правильное подключение батареи к кремнию n-типа и p-типа позволяет току течь через переход.(Источник изображения)
Теперь предположим, что вы подключаете батарею наоборот: отрицательная клемма подключена к кремнию p-типа, а положительная клемма — к кремнию n-типа. Здесь происходит то, что нейтральная зона между двумя кусками кремния становится шире, и ток вообще не течет. Это состояние с обратным смещением, которое может принять диод.
Подсоедините батарею в непреднамеренном направлении, и ваш диод остановит протекание тока между n-типом и p-типом.(Источник изображения)
Прямое напряжение и пробои
Когда вы работаете с диодами, вы узнаете, что для того, чтобы один пропускал ток, требуется очень определенное количество положительного напряжения. Напряжение, необходимое для включения диода, называется прямым напряжением (VF). Вы также можете увидеть, что это называется напряжением включения или напряжением включения.
Что определяет это прямое напряжение? Полупроводник , материал и типа . Вот как он распадается:
- Кремниевые диоды.Для использования кремниевого диода потребуется прямое напряжение от 0,6 до 1 В.
- Германиевые диоды. Для использования диода на основе германия потребуется более низкое прямое напряжение около 0,3 В.
- Прочие диоды. Специализированные диоды, такие как светодиоды, потребуют более высокого прямого напряжения, тогда как диоды Шоттки (см. Ниже) потребуют более низкого прямого напряжения. Лучше всего свериться с таблицей данных для вашего конкретного диода, чтобы определить его номинальное прямое напряжение.
Я знаю, что мы все это время говорили о диодах, позволяющих току течь только в одном направлении, но это правило можно нарушить.Если вы приложите огромное отрицательное напряжение к диоду, вы действительно сможете изменить направление его тока! Конкретная величина напряжения, которая вызывает этот обратный поток, называется напряжением пробоя . Для обычных диодов напряжение пробоя находится в диапазоне от -50 В до -100 В. Некоторые специализированные диоды даже предназначены для работы при этом отрицательном напряжении пробоя, о котором мы поговорим позже.
Семейство диодов — наконец вместе
Существует множество диодов, каждый из которых имеет свои собственные особенности.И хотя у каждого из них есть общая основа ограничения потока тока, вы можете использовать эту общую основу для создания множества различных применений. Давайте посмотрим на каждого члена семейства диодов!
Стандартные диоды
Ваш средний диод. Стандартные диоды имеют умеренные требования к напряжению и низкий максимальный ток.
Стандартный диод для повседневного использования, доступный в компании Digi-Key, обратите внимание на серебряную полоску, которая отмечает катодный конец. (Источник изображения)
Выпрямительные диоды
Это более мощные собратья стандартных диодов и имеют более высокий максимальный ток и прямое напряжение.В основном они используются в источниках питания.
Более мощные собратья стандартного диода, разница состоит в большем номинальном токе и прямом напряжении.
Диоды Шоттки
Это необычный родственник семейства диодов. Диод Шоттки пригодится, когда вам нужно ограничить величину потери напряжения в вашей цепи. Вы можете идентифицировать диод Шоттки на схеме, ища типичный символ диода с добавлением двух новых изгибов (S-образной формы) на катодном выводе.
Найдите изгибы на катодном конце диода, чтобы быстро определить, что это изгибы Шоттки.
Стабилитроны
Стабилитроны — это черная овца в семействе диодов. Эти парни используются для того, чтобы посылать электрический ток в обратном направлении! Они делают это, используя напряжение пробоя, которое мы обсуждали выше, также называемое пробоем Зенера. Воспользовавшись этой пробивной способностью, стабилитроны отлично подходят для создания стабильного опорного напряжения в определенной точке цепи.
Стабилитрон разительно отличается от остальных диодов семейства и может передавать ток от катода к аноду. (Источник изображения)
Фотодиоды
Фотодиоды — непокорные подростки из семейства диодных. Вместо того, чтобы просто пропускать ток через цепь, фотодиоды улавливают энергию источника света и превращают ее в электрический ток. Вы найдете их для использования в солнечных панелях, а также в оптических коммуникациях.
Фотодиоды поглощают все это, улавливая энергию света и превращая ее в электрический ток.(Источник изображения)
Светодиоды (светодиоды)
Яркие звезды семейства диодов. Как и стандартные диоды, светодиоды позволяют току течь только в одном направлении, но с изгибом! Когда подается правильное прямое напряжение, эти светодиоды загораются яркими цветами. Но вот загвоздка: светодиоды определенного цвета требуют разного прямого напряжения. Например, для синего светодиода требуется прямое напряжение 3,3 В, а для красного светодиода требуется только 2,2 В.
Что делает эти светодиоды настолько популярными?
- Эффективность .Светодиоды излучают свет с помощью электроники, не выделяя тонны тепла, как традиционные лампы накаливания. Это позволяет им экономить массу энергии.
- Контроль. Светодиодами также очень легко управлять в электронной схеме. Пока перед ними установлен резистор, они обязательно будут работать!
- Недорого. Светодиоды также очень недороги и рассчитаны на длительный срок службы. Вот почему они так часто используются в светофорах, дисплеях и инфракрасных сигналах.
Светодиоды бывают разных форм и цветов, каждый из которых требует разного прямого напряжения для включения! (Источник изображения)
Наиболее распространенное применение диодов
Поскольку диоды бывают разных форм, размеров и конфигураций, их использование в наших электронных схемах столь же разнообразно! Вот лишь несколько примеров использования диодов:
Преобразование переменного тока в постоянный
Процесс преобразования переменного тока (AC) в постоянный ток (DC) может выполняться только диодами! Этот процесс выпрямления (преобразования) тока позволяет вам подключить всю вашу повседневную электронику постоянного тока к розетке переменного тока в вашем доме.Есть два типа приложений преобразования, в которых играет свою роль диод:
- Полуволновое выпрямление. Для этого преобразования требуется только один диод. Если вы отправляете сигнал переменного тока в цепь, то ваш единственный диод отсекает отрицательную часть сигнала, оставляя только положительный вход в виде волны постоянного тока.
Одиночный диод в цепи однополупериодного выпрямителя, ограничивающий отрицательный полюс сигнала переменного тока. (Источник изображения)
- Полноволновое мостовое выпрямление .В этом процессе преобразования используются четыре диода. И вместо того, чтобы просто отсекать отрицательную часть сигнала переменного тока, такую как полуволновой выпрямитель, этот процесс фактически преобразует все отрицательные волны в сигнале переменного тока в положительные волны для сигнала готовности постоянного тока.
Двухполупериодный мостовой выпрямитель делает еще один шаг вперед, преобразуя весь положительный и отрицательный сигнал переменного тока в постоянный. (Источник изображения)
Управляющие скачки напряжения
Вы также найдете диоды, которые используются в приложениях, где могут произойти неожиданные скачки напряжения.Диоды в этих приложениях могут ограничить любое повреждение, которое может произойти с устройством, поглощая любое избыточное напряжение, которое попадает в диапазон напряжения пробоя диода.
Защита вашего тока
Наконец, вы также найдете диоды, которые используются для защиты чувствительных цепей. Если вы хоть раз разбили батарею неправильно и ничего не взорвалось, то можете поблагодарить за это свой дружелюбный диод. Размещение диода последовательно с положительной стороной источника питания гарантирует, что ток течет только в правильном направлении.
Пора освободиться от потока
Вот и все, контрольный диод и все его сумасшедшие члены семьи! У диодов есть масса применений, от питания этих ярких светодиодных ламп до преобразования переменного тока в постоянный. Но почему, несмотря на все эти удивительные применения, диод не получил такой же огласки, как транзистор или интегральная схема? Мы думаем, что дело в том, что на кухне слишком много поваров. Первый диод был открыт почти 150 лет назад, и с тех пор сотни инженеров и ученых приложили свои усилия, чтобы улучшить это открытие.Несмотря на долгую историю существования многих людей, диод до сих пор считается четвертым по значимости изобретением после колеса.
Знаете ли вы, что Autodesk EAGLE включает в себя массу бесплатных библиотек диодов, которые вы можете начать использовать уже сегодня? Пропустите рутинную работу по созданию деталей, попробуйте Autodesk EAGLE бесплатно сегодня!
различных типов диодов и принцип их работы
Стабилитрон, Шоттки, выпрямители, тиристоры, кремний и симисторы
Автор: Меган ТунгДиод — это электрическое устройство с двумя выводами.Диоды изготавливаются из полупроводника, чаще всего кремния, но иногда и германия. Существуют различные типы диодов, но здесь обсуждаются стабилитрон, выпрямитель, шоттки, ограничитель переходного напряжения, тиристор, кремниевый выпрямитель и симистор. На затвор выбора транзистора подается импульс «включено», вызывая большой ток стока. Высокое напряжение на соединении затвора притягивает электроны, которые проникают через тонкий оксид затвора и накапливаются на плавающем затворе. EPROM можно стереть, подвергнув его воздействию сильного ультрафиолетового источника света, что означает, что они могут быть перезаписаны много раз (в отличие от PROM).EPROM не подходят для хранения информации, которая будет часто меняться, потому что для перепрограммирования чип нужно будет удалить из устройства, в котором он находится.
Стабилитроны
Стабилитрон— это кремниевые полупроводниковые устройства, которые позволяют току течь либо в прямом (от анода к катоду), либо в обратном направлении. Сильнолегированный p-n переход позволяет устройству проводить в обратном направлении при достижении напряжения пробоя. Обратный пробой Зенера происходит из-за квантового туннелирования электронов, вызванного сильным электрическим полем.В режиме прямого смещения стабилитроны работают как обычные диоды. При подключении в обратном режиме может протекать небольшой ток утечки. Когда обратное напряжение увеличивается ближе к напряжению пробоя, через диод начинает течь ток. Максимальный ток определяется последовательным резистором. По достижении максимума ток стабилизируется и остается постоянным в широком диапазоне приложенных напряжений.
Выпрямители
Выпрямители— это двухпроводные полупроводники, которые пропускают ток только в одном направлении.Выпрямитель состоит из одного или нескольких диодов, которые преобразуют переменный ток (AC) в постоянный (DC). Полупериодный выпрямитель — это когда на входе подается питание переменного тока, только положительный полупериод становится видимым через нагрузку, в то время как отрицательный полупериод скрывается (либо блокируется, либо теряется). В однополупериодном выпрямителе используется только один диод. Двухполупериодные выпрямители преобразуют полный входной сигнал переменного тока (положительный полупериод и отрицательный полупериод) в пульсирующий выходной сигнал постоянного тока. Для двухполупериодного выпрямителя используются два или четыре диода.КПД полуволнового выпрямителя ниже, потому что видна только положительная часть входной формы волны. Выпрямители используются в различных устройствах, включая источники питания постоянного тока, радиосигналы или детекторы, системы передачи электроэнергии постоянного тока высокого напряжения и некоторые бытовые приборы (ноутбуки, игровые системы и телевизоры).
Диоды Шоттки
Диоды Шоттки — это полупроводниковые устройства, образованные соединением кремниевого полупроводника (n-типа) с металлическим электродом.Диоды Шоттки известны своим быстрым переключением и низким прямым падением. Прямое падение напряжения существенно меньше, чем у обычного кремниевого диода с p-n переходом. Падение напряжения в диодах Шоттки обычно находится в пределах 0,15-0,45 В. При прямом смещении электроны перемещаются от материала n-типа к металлическому электроду, позволяя течь току. Диоды Шоттки не имеют обедненного слоя, что означает, что они униполярны.
Ограничитель переходных напряжений
Диоды ограничителя переходного напряжения (TVS) используются для защиты электроники от скачков напряжения.Переходные процессы — это временные скачки напряжения или тока, которые могут отрицательно повлиять на цепи. TVS-диоды шунтируют избыточный ток, когда индуцированное напряжение превышает потенциал лавинного пробоя. Благодаря своей способности подавлять все перенапряжения, превышающие его напряжение пробоя, TVS является фиксирующим устройством. TVS может быть однонаправленным или двунаправленным. Однонаправленный допускает только напряжение выше или ниже земли (положительное или отрицательное напряжение). Двунаправленный выбирается, когда ожидается, что защищенный сигнал будет колебаться над или под землей, например, при переменном напряжении или сигнале постоянного тока предназначен для работы как с положительным, так и с отрицательным напряжением.Некоторые из приложений включают линии передачи данных и сигналов, микропроцессоры и MOS-память, линии электропередач переменного тока, телекоммуникационное оборудование и переключение / ограничение в цепях / системах с низким энергопотреблением.
Тиристорные диоды
Тиристорные диоды — это три оконечных устройства. Три терминала — затвор, анод и катод. Затвор управляет током, протекающим между анодом и катодом. В тиристорном диоде небольшой ток на затворе вызывает гораздо больший ток между анодом и катодом.Даже если ток затвора удален, больший ток продолжает течь от анода к катоду. Диод остается в этом состоянии до сброса цепи. В семействе тиристоров есть несколько типов диодов, включая тиристоры и триакомеры.Выпрямители с кремниевым управлением
Выпрямители с кремниевым управлением (SCR)— это тип диодов в семействе тиристоров. SCR — это четырехслойные твердотельные устройства управления током. Четыре слоя полупроводника — это P-N-P-N. Есть три вывода: анод, катод и затвор.Устройство изготовлено из кремниевого материала, который контролирует высокую мощность и преобразует высокий переменный ток в постоянный ток (выпрямление). SCR однонаправленные, электрический ток допускается только в одном направлении. SCR используются в приложениях управления мощностью, таких как мощность, подаваемая на электродвигатели, управление системой освещения, реле управления или индукционные нагревательные элементы.
ТРИАК
TRIAC — это три оконечных устройства, также принадлежащих к семейству тиристоров. Первый вывод — это вентиль, который действует как триггер для включения устройства.Два других вывода называются анодом 1 и анодом 2 (также называются основным выводом 1 и основным выводом 2). Эти две клеммы не взаимозаменяемы, ток затвора должен поступать со стороны анода 2 схемы. Компоновка аналогична двум SCR, соединенным встык параллельно; тем не менее, TRIAC фактически построены из цельного куска полупроводникового материала, который соответствующим образом легирован и имеет слои. TRIAC переключают высокое напряжение и большой ток. Это двунаправленные переключатели, поэтому ток может проходить в обоих направлениях после срабатывания затвора.Некоторые из приложений включают управление мощностью переменного тока, регуляторы освещенности, управление двигателем и другие простые схемы с низким энергопотреблением, где требуется переключение мощности.
Меган Тунг проходит летнюю стажировку в Jameco Electronics , посещает Калифорнийский университет , Санта-Барбара (UCSB). Ее интересы включают фотографию, музыку, бизнес и инженерное дело.Диоды — обзор | Темы ScienceDirect
8.4.2 Диоды
Диод представляет собой двухслойный полупроводниковый прибор с двумя выводами.Когда полупроводниковые материалы n-типа и p-типа соединяются вместе, это образует PN-переход, который называется диодом. Полупроводниковый диод работает, позволяя току течь через него в одном направлении, но не в другом. Основная структура и обозначение схемы полупроводникового диода показаны на рисунке 8.34. Две клеммы называются анодом (A) и катодом (K).
Рисунок 8.34. Полупроводниковый диод
Обычный ток течет через диод от анода к катоду (электроны текут от катода к аноду).Носителями тока в полупроводниках p-типа являются дырки, а в полупроводниках n-типа — электроны. Нормальная диффузия на стыке двух материалов вызовет дрейф некоторых дырок в материал n-типа, а часть электронов — в материал p-типа. Это создает небольшой заряд на стыке, который отталкивает любую дальнейшую диффузию дырок и электронов. Заряженная область на стыке называется областью обеднения или барьерной областью.Работа диода рассматривается, когда диод смещен в прямом или обратном направлении, как показано на рисунке 8.35. Здесь прикладывается напряжение (В) и может быть измерен ток (I).
Рисунок 8.35. Работа полупроводникового диода
Типичные области применения полупроводникового диода включают выпрямление сигналов переменного тока в источниках питания, схемы пиковых детекторов, ограничение уровня сигнала (для предотвращения превышения уровня напряжения сигнала над безопасным уровнем, называемого защитой входных цепей), телекоммуникации и индуктивные цепи цепи улавливания обратной ЭДС (для снятия больших напряжений, создаваемых быстро меняющимся током в катушке индуктивности).
Когда диод смещен в прямом направлении, это уменьшает область истощения. Если диод достаточно смещен (на достаточно высокое значение V), то начинает течь ток (I). Однако, если диод смещен в обратном направлении, это приводит к увеличению области обеднения и предотвращает протекание тока.
Идеальный диод проводит только тогда, когда диод смещен в прямом направлении, и тогда падение напряжения на диоде (Vd) равно нулю. Когда идеальный диод смещен в обратном направлении, ток не течет.
В реальном диоде, когда диод смещен в прямом направлении, на диоде имеется конечное падение напряжения (Vd): примерно 0,6 В для кремниевого диода и примерно 0,4 В для германиевого диода. Если приложенное напряжение ниже этого значения, ток не будет протекать. Когда реальный диод смещен в обратном направлении, будет небольшой, но конечный ток утечки. Вольт-амперная характеристика кремниевого диода показана на рисунке 8.36.
Рисунок 8.36. Характеристика полупроводникового диода (шкалы с прямым и обратным смещением не равны)
При прямом смещении уравнение диода имеет вид:
I = Is⋅ (ур.v / KT-1)
где I — ток, протекающий в диоде, Is — ток насыщения или утечки (обычно порядка 10 –14 А), V — напряжение на диоде (т. е. V d ), q — заряд электрона, k — постоянная Больцмана, а T — абсолютная температура (в градусах Кельвина). Для схемы, работающей при температуре около 20 ° C, k.T / q обычно принимается равным 25 м В.
Варианты полупроводникового диода, обычно встречающиеся в электронных схемах, включают стабилитрон, светоизлучающий диод (LED) и фотодиод.
Если напряжение обратного смещения превышает максимальное значение напряжения пробоя, диод будет проводить ток, и чрезмерный ток может вывести устройство из строя. Это называется лавинным срывом. Также может иметь место вторая форма пробоя, туннельный пробой (или пробой Зенера).
Стабилитрон имеет управляемое обратное напряжение пробоя. Туннелирование или пробой стабилитрона происходит при превышении управляющего напряжения. Символ стабилитрона показан на рисунке 8.37. Стабилитрон используется в таких приложениях, как источники питания и цепи опорного напряжения.
Рисунок 8.37. Символ стабилитрона
Светодиод — это диод, который заставляет устройство излучать свет, когда через него протекает ток (с прямым смещением).