Схема включения диода: Схема включения диода в электрическую цепь. P-N-переход и диод — КАРТРИДЖИ лазерные BROTHER, CANON, HP, KYOCERA MITA, PANASONIC, RICOH, SAMSUNG, XEROX

Содержание

Простейшие схемы подключения светодиодов в 220 вольт без драйвера (самое простое питание светодиода от сети напряжением 220В)

Потому что нужно грамотно решить сразу две задачи:

Ограничить прямой ток через светодиод, чтобы он не сгорел.
Обеспечить защиту светодиода от пробоя обратным током.

Если проигнорировать любой из этих пунктов, светодиод моментально накроется медным тазом.

В самом простейшем случае ограничить ток через светодиод можно резистором и/или конденсатором. А предотвратить пробой от обратного напряжения можно с помощью обычного диода или еще одного светодиода.

Поэтому самая простая схема подключения светодиода к 220В состоит всего из нескольких элементов:

Защитный диод может быть практически любым, т.к. его обратное напряжение никогда не будет превышать прямого напряжения на светодиоде, а ток ограничен резистором.

Сопротивление и мощность ограничительного (балластного) резистора зависит от рабочего тока светодиода и рассчитывается по закону Ома:

R = (U_вх — U_LED) / I

А мощность рассеивания резистора рассчитывается так:

P = (U_вх — U_LED)² / R

где U_вх = 220 В,
U_LED — прямое (рабочее) напряжение светодиода. Обычно оно лежит в пределах 1.5-3.5 В. Для одного-двух светодиодов им можно пренебречь и, соответственно, упростить формулу до R=U_вх/I,
I — ток светодиода. Для обычных индикаторных светодиодов ток будет 5-20 мА.

Пример расчета балластного резистора

Допустим, нам нужно получить средний ток через светодиод = 20 мА, следовательно, резистор должен быть:

R = 220В/0.020А = 11000 Ом (берем два резистора: 10 + 1 кОм)

P = (220В)²/11000 = 4.4 Вт

(берём с запасом: 5 Вт)

Необходимое сопротивление резистора можно взять из таблицы ниже.

Таблица 1. Зависимость тока светодиода от сопротивления балластного резистора.

Сопротивление резистора, кОм	Амплитудное значение тока через светодиод, мА	Средний ток светодиода, мА	Средний ток резистора, мА	Мощность резистора, Вт
43	7.2	2.5	5	1.1
24	13	4.5	9	2
22	14	5	10	2.2
12	26	9	18	4
10	31	11	22	4.8
7.5	41	15	29	6.5
4.3	72	25	51	11.3
2.2	141	50	100	22

Другие варианты подключения

В предыдущих схемах защитный диод был включен встречно-параллельно, однако его можно разместить и так:

Это вторая схема включения светодиодов на 220 вольт без драйвера. В этой схеме ток через резистор будет в 2 раза меньше, чем в первом варианте. А, следовательно, на нем будет выделяться в 4 раза меньше мощности. Это несомненный плюс.

Но есть и минус: к защитному диоду прикладывается полное (амплитудное) напряжение сети, поэтому любой диод здесь не прокатит. Придется подобрать что-нибудь с обратным напряжением 400 В и выше. Но в наши дни это вообще не проблема. Отлично подойдет, например, вездесущий диод на 1000 вольт — 1N4007 (КД258).

Не смотря на распространенное заблуждение, в отрицательные полупериоды сетевого напряжения, светодиод все-таки будет находиться в состоянии электрического пробоя. Но благодаря тому, что сопротивление обратносмещенного p-n-перехода защитного диода очень велико, ток пробоя будет недостаточен для вывода светодиода из строя.

Внимание! Все простейшие схемы подключения светодиодов в 220 вольт имеют непосредственную гальваническую связь с сетью, поэтому прикосновение к ЛЮБОЙ точке схемы — ЧРЕЗВЫЧАЙНО ОПАСНО!

Для уменьшения величины тока прикосновения нужно располовинить резистор на две части, чтобы получилось как показано на картинках:

Благодаря такому решению, даже поменяв местами фазу и ноль, ток через человека на «землю» (при случайном прикосновении) никак не сможет превысить 220/12000=0.018А. А это уже не так опасно.

Как быть с пульсациями?

В обеих схемах светодиод будет светиться только в положительный полупериод сетевого напряжения. То есть он будет мерцать с частой 50 Гц или 50 раз в секунду, причём размах пульсаций будет равен 100% (10 мс горит, 10 мс не горит и так далее). Это будет заметно глазу.

К тому же, при подсветке мерцающими светодиодами каких-либо движущихся объектов, например, лопастей вентилятора, колес велосипеда и т.п., неизбежно будет возникать стробоскопический эффект. В некоторых случаях данный эффект может быть неприемлем или даже опасен. Например, при работе за станком может показаться, что фреза неподвижна, а на самом деле она вращается с бешенной скоростью и только и ждет, чтобы вы сунули туда пальцы.

Чтобы сделать пульсации менее заметными, можно удвоить частоту включения светодиода с помощью двухполупериодного выпрямителя (диодного моста):

Обратите внимание, что по сравнению со схемой #2 при том же самом сопротивлении резисторов, мы получили в два раза больший средний ток. И, соответственно, в четыре раза большую мощность рассеивания резисторов.

К диодному мосту при этом не предъявляется каких-либо особых требований, главное, чтобы диоды, из которых он состоит, выдерживали половину рабочего тока светодиода. Обратное напряжение на каждом из диодов будет совсем ничтожным.

Еще, как вариант, можно организовать встречно-параллельное включение двух светодиодов. Тогда один из них будет гореть во время положительной полуволны, а второй — во время отрицательной.

Фишка в том, что при таком включении максимальное обратное напряжение на каждом из светодиодов будет равно прямому напряжению другого светодиода (несколько вольт максимум), поэтому каждый из светодиодов будет надежно защищен от пробоя.

Светодиоды следует разместить как можно ближе друг к другу. В идеале — попытаться найти сдвоенный светодиод, где оба кристалла размещены в одном корпусе и у каждого свои выводы (хотя я таких ни разу не видел).

Вообще говоря, для светодиодов, выполняющих индикаторную функцию, величина пульсаций не очень-то и важна. Для них самое главное — это максимально заметная разница между включенным и выключенным состоянием (индикация вкл/выкл, воспроизведение/запись, заряд/разряд, норма/авария и т.п.)

А вот при создании светильников, всегда нужно стараться свести пульсации к минимуму. И не столько из-за опасностей стробоскопического эффекта, сколько из-за их вредного влияния на организм.

Какие пульсации считаются допустимыми?

Все зависит от частоты: чем она ниже, тем заметнее пульсации. На частотах выше 300 Гц пульсации становятся совершенно невидимыми и вообще никак не нормируются, то есть даже 100%-ные считаются нормой.

Не смотря на то, что пульсации освещенности на частотах 60-80 Гц и выше визуально не воспринимаются, тем не менее, они способны вызывать повышенную усталость глаз, общую утомляемость, тревожность, снижение производительности зрительной работы и даже головные боли.

Для предотвращения вышеперечисленных последствий, международный стандарт IEEE 1789-2015 рекомендует максимальный уровень пульсаций яркости для частоты 100 Гц — 8% (гарантированно безопасный уровень — 3%). Для частоты 50 Гц — это будут 1.25% и 0.5% соответственно. Но это для перфекционистов.

На самом деле, для того, чтобы пульсации яркости светодиода перестали хоть как-то досаждать, достаточно, чтобы они не превышали 15-20%. Именно таков уровень мерцания ламп накаливания средней мощности, а ведь на них никто и никогда не жаловался. Да и наш российский СНиП 23-05-95 допускает мерцание света в 20% (и только для особо кропотливых и ответственных работ требование повышено до 10%).

В соответствии с ГОСТ 33393-2015 «Здания и сооружения. Методы измерения коэффициента пульсации освещенности»

для оценки величины пульсаций вводится специальный показатель — коэффициент пульсаций (К_п).

Коэфф. пульсаций в общем рассчитывается по сложной формуле с применением интегральной функции, но для гармонических колебаний формула упрощается до следующей:

К_п = (Е_max — E_min) / (E_max + E_min) ⋅ 100%,

где Е_мах — максимальное значение освещенности (амплитудное), а Е_мин — минимальное.

Мы будем использовать эту формулу для расчета емкости сглаживающего конденсатора.

Очень точно определить пульсации любого источника света можно при помощи солнечной панели и осциллографа:

Как уменьшить пульсации?

Посмотрим, как включить светодиод в сеть 220 вольт, чтобы снизить пульсации. Для этого проще всего подпаять параллельно светодиоду накопительный (сглаживающий) конденсатор:

Из-за нелинейного сопротивления светодиодов, расчет емкости этого конденсатора является довольно нетривиальной задачей.

Однако, эту задачу можно упростить, если сделать несколько допущений. Во-первых, представить светодиод в виде эквивалентного постоянного резистора:

А во-вторых, сделать вид, что яркость светодиода (а, следовательно, и освещенность) имеет линейную зависимость от тока.

Давайте попробуем приблизительно рассчитать емкость конденсатора на конкретном примере.

Расчет емкости сглаживающего конденсатора

Допустим, мы хотим получить коэфф. пульсаций 2.5% при токе через светодиод 20 мА. И пусть в нашем распоряжении оказался светодиод, на котором при токе в 20 мА падает 2 В. Частота сети, как обычно, 50 Гц.

Так как мы решили, что яркость линейно зависит от тока через светодиод, а сам светодиод мы представили в виде простого резистора, то освещенность в формуле расчета коэффициента пульсаций можем спокойно заменить на напряжение на конденсаторе:

К_п = (U_max — U_min) / (U_max + U_min) ⋅ 100%

Подставляем исходные данные и вычисляем U_min:

2.5% = (2В — U_min) / (2В + U_min) ⋅ 100% => U_min = 1.9В

Период колебаний напряжения в сети равен 0.02 с (1/50).

Таким образом, осциллограмма напряжения на конденсаторе (а значит и на нашем упрощенном светодиоде) будет выглядеть примерно вот так:

Вспоминаем тригонометрию и считаем время заряда конденсатора (для простоты не будем учитывать сопротивление балластного резистора):

t_зар = arccos(U_min/U_max) / 2πf = arccos(1.9/2) / (2⋅3.1415⋅50) = 0.0010108 с

Весь остальной остаток периода кондер будет разряжаться. Причем, период в данном случае нужно сократить в два раза, т.к. у нас используется двухполупериодный выпрямитель:

t_разр = Т — t_зар = 0.02/2 — 0.0010108 = 0.008989 с

Осталось вычислить емкость:

C = I_LED⋅ dt/dU = 0.02 ⋅ 0.008989/(2-1.9) = 0.0018 Ф (или 1800 мкФ)

На практике вряд ли кто-то будет ставить такой большой кондер ради одного маленького светодиодика. Хотя, если стоит задача получить пульсации в 10%, то нужно всего 440 мкФ.

Повышаем КПД

Обратили внимание, насколько большая мощность выделяется на гасящем резисторе? Мощность, которая тратится впустую. Нельзя ли ее как-нибудь уменьшить?

Оказывается, еще как можно! Достаточно вместо активного сопротивления (резистора) взять реактивное (конденсатор или дроссель).

Дроссель мы, пожалуй, сразу откинем из-за его громоздкости и возможных проблем с ЭДС самоиндукции. А насчет конденсаторов можно подумать.

Как известно, конденсатор любой емкости обладает бесконечным сопротивлением для постоянного тока. А вот сопротивление переменному току рассчитывается по этой формуле:

R_c = 1 / 2πfC

то есть, чем больше емкость C и чем выше частота тока f — тем ниже сопротивление.

Прелесть в том, что на реактивном сопротивлении и мощность тоже реактивная, то есть ненастоящая. Она как бы есть, но ее как бы и нет. На самом деле эта мощность не совершает никакой работы, а просто возвращается назад к источнику питания (в розетку). Бытовые счетчики ее не учитывают, поэтому платить за нее не придется. Да, она создает дополнительную нагрузку на сеть, но вас, как конечного потребителя, это вряд ли сильно обеспокоит =)

Таким образом, наша схема питания светодиодов от 220В своими руками приобретает следующий вид:

Но! Именно в таком виде ее лучше не использовать, так как в этой схеме светодиод уязвим для импульсных помех.

Включение или выключение распложенных на одной с вами линии мощной индуктивной нагрузки (двигатель кондиционера, компрессор холодильника, сварочный аппарат и т.п.) приводит к появлению в сети очень коротких выбросов напряжения. Конденсатор С1 представляет для них практически нулевое сопротивление, следовательно мощный импульс направится прямиком к С2 и VD5.

К сожалению, электролитические конденсаторы, из-за своей большой паразитной индуктивности, плохо справляются с ВЧ-помехами, поэтому большая часть энергии импульса пойдет через p-n-переход светодиода.

Еще один опасный момент возникает в случае включения схемы в момент пучности напряжения в сети (т.е. в тот самый момент, когда напряжение в розетке находится на пике своего значения). Т.к. С1 в этот момент полностью разряжен, то возникает слишком большой бросок тока через светодиод.

Все это со временем это приводит к прогрессирующей деградации кристалла и падению яркости свечения.

Во избежание таких печальных последствий, схему нужно дополнить небольшим гасящим резистором на 47-100 Ом и мощностью 1 Вт. Кроме того, резистор R1 будет выступать в роли предохранителя на случай пробоя конденсатора С1.

Получается, что схема включения светодиода в сеть 220 вольт должна быть такой:

И остается еще один маленький нюанс: если выдернуть эту схему из розетки, то на конденсаторе С1 останется какой-то заряд. Остаточное напряжение будет зависеть от того, в какой момент была разорвана цепь питания и в отдельных случаях может превышать 300 вольт.

А так как конденсатору некуда разряжаться, кроме как через свое внутреннее сопротивление, то заряд может сохраняться очень долго (сутки и более). И все это время кондер будет ждать вас или вашего ребенка, через которого можно будет как следует разрядиться. Причем, для того, чтобы получить удар током, не нужно лезть в недра схемы, достаточно просто прикоснуться к обоим контактам штепсельной вилки.

Чтобы помочь кондеру избавиться от ненужного заряда, подключим параллельно ему любой высокоомный резистор (например, на 1 МОм). Этот резистор не будет оказывать никакого влияния на расчетный режим работы схемы. Он даже греться не будет.

Таким образом, законченная схема подключения светодиода к сети 220В (с учетом всех нюансов и доработок) будет выглядеть так:

Значение емкости конденсатора C1 для получения нужного тока через светодиод можно сразу взять из Таблицы 2, а можно рассчитать самостоятельно.

Вот здесь можно посмотреть, как еще сильнее усовершенствовать данную схему, добавив в нее стабилизатор тока на одном транзисторе и стабилитроне. Это существенно понизит пульсации и продлит срок службы светодиодов.

Расчет гасящего конденсатора для светодиода

Не буду приводить утомляющие математические выкладки, дам сразу готовую формулу емкости (в Фарадах):

C = I / (2πf√(U²_вх — U²_LED)) [Ф],

где I — ток через светодиод, f — частота тока (50 Гц), U_вх — действующее значение напряжения сети (220В), U_LED — напряжение на светодиоде.

Если расчет ведется для небольшого числа последовательно включенных светодиодов, то выражение √(U²_вх — U²_LED) приблизительно равно U_вх, следовательно формулу можно упростить:

C ≈ 3183 ⋅ I_LED / U_вх [мкФ]

а, раз уж мы делаем расчеты под U_вх = 220 вольт, то:

C ≈ 15 ⋅ I_LED [мкФ]

Таким образом, при включении светодиода на напряжение 220 В, на каждые 100 мА тока потребуется примерно 1.5 мкФ (1500 нФ) емкости.

Кто не в ладах с математикой, заранее посчитанные значения можно взять из таблицы ниже.

Таблица 2. Зависимость тока через светодиоды от емкости балластного конденсатора.

C1	15 nF	68 nF	100 nF	150 nF	330 nF	680 nF	1000 nF
I_LED	1 mA	4.5 mA	6.7 mA	10 mA	22 mA	45 mA	67 mA

Немного о самих конденсаторах

В качестве гасящих рекомендуется применять помехоподавляющие конденсаторы класса Y1, Y2, X1 или X2 на напряжение не менее 250 В. Они имеют прямоугольный корпус с многочисленными обозначениями сертификатов на нем. Выглядят так:

Если вкратце, то:

X1 – используются в промышленных устройствах, подключаемых к трехфазной сети. Эти конденсаторы гарантированно выдерживают всплеск напряжения в 4 кВ;
X2 – самые распространенные. Используются в бытовых приборах с номинальным напряжением сети до 250 В, выдерживают скачек до 2.5 кВ;
Y1 – работают при номинальном сетевом напряжении до 250 В и выдерживают импульсное напряжение до 8 кВ;
Y2 – довольно-таки распространенный тип, может быть использован при сетевом напряжении до 250 В и выдерживает импульсы в 5 кВ.

Допустимо применять отечественные пленочные конденсаторы К73-17 на 400 В (а лучше — на 630 В).

Сегодня широкое распространение получили китайские «шоколадки» (CL21), но в виду их крайне низкой надежности, очень рекомендую удержаться от соблазна применять их в своих схемах. Особенно в качестве балластных конденсаторов.

Внимание! Полярные конденсаторы ни в коем случае нельзя использовать в качестве балластных!

Итак, мы рассмотрели, как подключать светодиод к 220В (схемы и их расчет). Все приведенные в данной статье примеры хорошо подходят для одного или нескольких маломощных светодиодов, но совершенно нецелесообразны для мощных светильников, например, ламп или прожекторов — для них лучше использовать полноценные схемы, которые называются драйверами.

Диоды: описание, подключение, схема, характеристики

Содержание

Принцип работы
Разновидности, назначения и примеры использования
Вывод
FAQ

Принцип работы

Диод — один из элементарных “кирпичиков”, который несмотря на свою принципиальную простоту, настолько разнообразен в исполнении и широте применения, что без него не обходится ни одно из электронных устройств, даже радикально отличающихся друг от друга. А профессия у него самая понятная: пропускать ток в одном направлении и не пропускать в обратном, на этом все. Широкими мазками устройство диода можно объяснить и изобразить так:

Внутри корпуса находятся два электрода из разных материалов, один из них имеет недостаток электронов (так называемый P-тип), другой избыток (P-тип). Между ними имеется граница (P-N переход). Граница эта становится либо проводником, когда плюс напряжения подается на анод диода, либо диэлектриком, когда плюс подается, соответственно, на катод. Вот и все что нам нужно пока знать, если не хотим вдаваться в подробности конструкции и химического состава электродов.

Разновидности и назначения

Простота принципа работы вовсе не значит, что диод — узкоспециализированное устройство, годное лишь показать пару трюков. Вот не самая полная таблица разновидностей диодов по конструктивному типу.

Кратко рассмотрим лишь некоторые из них, которые чаще всего используются в DIY-изделиях.

Диод универсальный. Он же диод выпрямительный. Исполняет титульные диодные обязанности: пропускает сквозь себя ток только в одном направлении. В современном виде для маломощной электроники выглядит как одноцветный (чаще — черный) цилиндр с поперечной полосой со стороны катода.

В SMD исполнении они еще компактнее. Полоска присутствует тоже со стороны катода.

Силовые же диоды, рассчитанные на большие токи, особенно советского производства, выглядят намного суровее и запросто могут быть использованы в качестве холодного оружия. Анод, в данном случае, расположен со стороны “хвоста”.

Одно из частых применений: “выпрямление” тока, то есть его преобразование из переменного в постоянный. Для этого четыре диода собираются в несложную схему, называемую в народе “диодный мост”.

Диоды отправляют на плюс только положительные фазы напряжения каждого из входящих электродов, на выходе получается постоянный ток, остается лишь его немного сгладить и привести к нужному вольтажу.

Защитная функция. Тут все понятно, не допускает случайной переполюсовки, то есть при подключении питания “наоборот” дальнейшая схема не пострадает.

Защита от индуктивности. Многие потребители тока грешат наличием так называемой индуктивности, то есть в случае отключения питания некоторое время “тормозят”, продолжая по инерции вырабатывать ток самостоятельно, причем в обратном направлении. Ярким примером считается электромотор, будучи раскрученным и отключенным, он превращается в генератор, и пока ротор вращается, в сеть отправляется вполне ощутимый ток. Индуктивностью обладают очень многие устройства и элементы, даже не имеющие механически подвижных частей. Если не принять мер, индуктивный ток способен навредить элементам электрической схемы, особенно таким чувствительным, как, например, транзисторы. В роли защитника проще всего использовать наш диод, подключая его параллельно индуктивной нагрузке, но в обратном направлении.

Таким образом он пропускает только “правильный” ток, но отсекает вредный индуктивный. На заметку: диод обязателен к использованию с любыми индуктивными элементами в вашей схеме.

Диодный детектор. В симбиозе с конденсатором способен выделить сигналы определенной частоты из общей массы, что позволяет принимать амплитудно-модулированные данные. Нашел широкое применение в аналоговых радиоприемниках и телевизорах.

Одним из побочных свойств диода является падение напряжения при его использовании. Для универсального типа оно составляет порядка 0,7-0,8 В, что очень важно учитывать при проектировании. Кроме очевидных минусов, в этом можно заметить и некоторые возможности. Часть особо капризных электронных модулей требует нестандартное питание, к примеру широко известный SIMM800L, способный превратить Ардуино в сотовый телефон. Согласно даташиту напряжение на входе должно составлять от 3,4 до 4,4 В, при меньшем его работа будет нестабильна, при большем начнет перегреваться и, в конечном итоге, сгорит. Проще всего, хоть и не лучше, уменьшить вольтаж добавлением в цепь питания диода или двух, что обеспечит безопасное напряжение. То же самое рекомендуется сделать с сигнальным входом RX.

Стабилитрон. Он же диод Зенера, по фамилии изобретателя.

В отличие от универсального диода способен пропускать обратный ток, если тот превышает некоторое заранее установленное в стабилитроне значение. Будучи умышленно подключеным в обратном направлении, выполняет таким образом функцию “перепускного клапана”, сбрасывая “излишки” напряжения на минус.

В результате — при напряжении на входе выше заданного — на выходе получаем стабильное напряжение с номиналом, который установлен в стабилитроне. Это один из самых простых способов понизить напряжение до заданного, при правильном расчете мощности стабилитрона и токоограничивающего резистора. Кроме того, схема является одной из самых точных, часто используется для калибровки измерительных приборов. В продаже имеется широкий ряд диодов Зенера, отличающихся по рабочему напряжению и мощности, можно подобрать практически под любую задачу. Но необходимо помнить, что стабилитрон только ограничивает напряжение, то есть отсекает лишнее, поднять его до номинала он, конечно же, не сможет.

Для приведенного выше примера с SIMM800L данный способ добывания правильного вольтажа предпочтительней, так как напряжение будет гораздо стабильнее и точнее.

Диод Шоттки. Еще одна авторская разновидность, известная также как диод сигнальный. Внешне от универсального ничем не отличается, а на схемах изображается с характерными завитками.

В отличие от обычного универсального полупроводникового диода, Шоттке имеет два преимущества: очень высокое быстродействие и малое падение напряжения, всего 0,2-0,3 В. К недостаткам, относительно универсального, можно отнести малый максимальный вольтаж и неспособность самовосстанавливаться после пробоя.

Благодаря своим свойствам диоды Шоттке успешно используются в блоках питания, импульсных стабилизаторах напряжения, в передатчиках и приемниках цифровых сигналов, и прочих устройствах, где важна скорость и нежелательна большая потеря вольтажа.

Светодиод. Очень популярный электронный компонент. Применяется как источник света (в том числе в невидимых диапазонах), так и для индикации чего угодно. Может похвастаться очень большим количеством разновидностей по форме, размеру, мощности, яркости, цвету и так далее.

Не следует использовать светодиод для ограничения направления тока, как обычный диод, в неправильной полярности он способен молча, но быстро выйти из строя. Кроме того, он имеет очень малое внутреннее сопротивление и при прямом подключении к источнику питания даже в правильной полярности сгорит тоже быстро, правда уже со спецэффектом. Для подключения в цепь обязательно добавляется токоограничивающий резистор, номинал которого следует рассчитать в зависимости от типа светодиода и вольтажа питания. Например так.

Популярный трехцветный светодиод, это три обычных светодиода, заточенных в один корпус. И для каждого из них обязательно нужен свой резистор.

Пример подключения трехцветного светодиода с общим катодом.

Знаменитый же за последние годы адресный светодиод отличается от многоцветного лишь встроенным в него собственным микроконтроллером (ШИМ-драйвером) и пресловутыми обязательными резисторами. Все в одном микроскопическом корпусе.

Фотодиод. Как светодиод, только наоборот. Работает в двух режимах: как генератор тока и как детектор освещенности.

В первом случае, как правило, преобразует солнечный свет в электричество, правда, с небольшим КПД, в районе 20%. Во втором случае подключается в обратной полярности и способен улавливать даже очень слабые отблески света, что в ряде случае может быть полезнее, чем использование для этой цели фоторезистора.

Вывод

Диод — многоликий и многофункциональный элемент электроники, решающий ряд разнообразных задач — от защиты электронных схем до генерации тока из солнечного света. Здесь мы рассмотрели лишь малую часть разновидностей диодов и их назначений. Знание возможностей и различий этих простых, но важных устройств и умение применять их в реальных электронных схемах незаменимо для каждого DIY-мастера.

FAQ

Вопрос: можно ли использовать стабилитрон в качестве обычного диода?
Можно, если напряжение заведомо не превышает установленного в этом стабилитроне, но лучше использовать его по назначению.

Вопрос: если светодиод может сгореть при неправильной полярности, как можно заранее определить где у него плюс, где минус?
У нового светодиода ножки разной длины, длинная — это плюс (анод). Если же кто-то заранее откусил ножки, можно определить полярность по внешнему виду внутренних электродов, анод намного меньше катода. Также, по слухам, корпус светодиода со стороны анода имеет более выступающую “юбочку”, но это не точно.

Вопрос: Как проверить работоспособность универсального диода?
С помощью любого мультиметра. Включаем его в режиме омметра, соединяем красный щуп с анодом, черный с катодом, прибор должен показывать ноль. Если перекинуть щупы наоборот, прибор покажет разрыв цепи (OL в цифровых мультиметрах). Если покажет как-то иначе, значит диод испорчен.

Вопрос: какова скорость “включения” и “выключения” светодиодов?
Зависит от типа светодиода. Для обычных, которые чаще всего используются в DIY-проектах, это время составляет сотню-другую наносекунд, то есть довольно быстро, может использоваться, к примеру, для анимации и передачи данных.

Правильное подключение светодиода: схема включения, распиновка

В нашей жизни светодиоды уверенно теснят из светотехники другие источники искусственного света. Но если лампы накаливания можно включать прямо к источнику электропитания, то подключение светодиода и разрядных ламп требует особых мер.

При этом подключение единичного светодиода проблем не вызывает. А включить от нескольких единиц до сотен – не так просто, как кажется.

Немного теории

Для нормальной работы светодиода требуется постоянное напряжение или ток. Они должны быть:

Постоянными по направлению. Т. е. ток в цепи светодиода при приложении напряжения должен течь от «+» источника напряжения к его «–».
Стабильными, т. е. постоянными по величине, в течение времени работы диода.
Не пульсирующими – после выпрямления и стабилизации величины постоянных напряжения или тока не должны периодически изменяться.
Схема формы напряжения на выходе двухполупериодного выпрямителя при фильтрации электролитическим конденсатором (на схеме черный и белый прямоугольники с маркировкой «+»). Пунктир – напряжение на выходе выпрямителя. Конденсатор заряжается до амплитуды полуволны и постепенно разряжается на сопротивлении нагрузки. «Ступеньки» – это пульсации. Отношение амплитуд ступеньки и полуволны в процентах – это коэффициент пульсации.

Для светодиодов вначале использовали имевшиеся источники напряжения – 5, 9, 12 В. А рабочее напряжение p-n перехода от 1,9-2,4 до 3,7-4,4 В. Поэтому включение диода напрямую – это почти всегда его физическое сгорание от перегрева большим током. Ток нужно ограничивать токоограничивающим резистором, тратя энергию на его нагрев.

Светодиоды можно включать последовательно по несколько штук. Тогда, собрав из них цепочку, можно по сумме их прямых напряжений дойти почти до напряжения источника питания. А оставшуюся разницу «погасить», рассеяв ее в виде тепла на резисторе.

Когда диодов десятки, их соединяют в последовательные цепи, которые включают параллельно.

Распиновка светодиода

Полярность светодиода – анод или плюс и катод – минус определить легко по картинкам:

У цилиндрических корпусов катод обозначен срезом на боковой части, у анода вывод длиннее, а у катода – короче.

Катод у SMD светодиодов обозначен срезом на корпусе.

В матрицах мощных COB светодиодов «+» и «-» выдавлены на контактных площадках для пайки.

Схема включения светодиода

Светодиод питают постоянным напряжением. Но особенности нелинейной зависимости его внутреннего сопротивления требуют держать рабочий ток в узких пределах. При токе меньше номинального уменьшается световой поток, а при большем – кристалл перегревается, яркость свечения растет, а «жизнь» сокращается. Простейший способ ее продлить– ограничить ток через кристалл включая токоограничивающий резистор. У мощных светодиодов это экономически невыгодно, потому их питают постоянным током от специсточника стабильного тока – драйвера.

Последовательное соединение

Светодиод – это довольно сложный светотехнический прибор. Работает он от вторичного источника постоянного напряжения. При мощности более 0,2-0,5 Вт в большинстве светодиодных устройств используют источники тока. Их не совсем корректно, на американский манер, называют драйверами. При последовательном включении диодов часто используют источники питания с напряжением 9, 12, 24 и даже 48 В. В этом случае выстраивают последовательную цепочку, в которой может быть от 3-6 до нескольких десятков элементов.

При последовательном соединении в цепочке анод первого светодиода включают через токоограничивающий резистор к «+» источника питания, а катод – к аноду второго. И так соединяется вся цепочка.

Схема последовательно- параллельного соединения трех последовательных групп светодиодов в цепочки из трех ЛЕД-элементов. В каждой цепочке слева стоит токоограничивающий резистор. Он «гасит» избыток суммы прямых напряжений диодов.

Например, красные светодиоды имеют прямое рабочее напряжение от 1,6 до 3,03 В. При U_пр. = 2,1 В одного светодиода на резисторе при напряжении источника 12 В будет напряжение 5,7 В:

12 В — 3×2,1 В = 12 — 6,3 = 5,7 В.

А уже 3 последовательные цепочки соединяют параллельно.

Таблица прямого напряжения на светодиоде от цвета его свечения.

Цвет свечения	Напряжение рабочее, прямое, В	Длина волны, нм
Белый	3,5	Широкий спектр
Красный	1,63–2,03	610-760
Оранжевый	2,03–2,1	590-610
Желтый	2,1–2,18	570-590
Зеленый	1,9–4,0	500-570
Синий	2,48–3,7	450-500
Фиолетовый	2,76–4	400-450
Инфракрасный	до 1,9	от 760
Ультрафиолетовый	3,1–4,4	до 400

При последовательной схеме включения светодиодов соединении токи через светодиоды будут одинаковые, а падение на каждом элементе индивидуальное. Оно зависит от внутреннего сопротивления диода.

Свойства последовательного соединения:

обрыв одного элемента приводит к выключению всех;
закорачивание – перераспределяет его напряжение на все оставшиеся, на них увеличивается яркость свечения и ускоряется деградация.

Рекомендуем: Как узнать на сколько вольт светодиод

Параллельное соединение

В этой схеме подключения светодиодов все аноды соединяют между собой и с «+» источника питания, а катоды – с «-».

Такое соединение было на первых светодиодных гирляндах, линейках и лентах при питании от напряжения 3-5 В.

Это неправильное соединение. При неизбежном разбросе параметров токи через светодиоды будут разные. И светить они будут по-разному. И греться не одинаково. В результате перегревшийся перегорит, например, с обрывом цепи. Ток через остальные диоды D2, D3 увеличится и на них вырастет напряжение, потому что меньший суммарный ток через R1 даст на нем меньшее падение напряжения. Вторым сгорит тот диод, у которого будет меньшее внутреннее сопротивление p-n перехода.

Если перегорание произойдет с замыканием p-n перехода, то всё напряжение батареи приложится к резистору R1. Он перегреется и сгорит.

Схема параллельного подключения светодиодов. Каждый светодиод правильно соединять последовательно с собственным токоограничивающим резистором.

Так может выглядеть реальная конструкция из шести параллельно соединенных светодиодов.

На картинке:

серые полоски – токоведущие шины, т. е. провода без изоляции;
синие цилиндрики со скругленным торцом – цилиндрические светодиоды с линзой на торце;
красные – резисторы для ограничения рабочего тока.

Неправильно будет подключать все диоды на один резистор. Из-за разброса характеристик светодиодов, даже в одной партии могущего достигнуть от 50 до 200% и более, через диоды может протекать ток, который будет различаться в разы. Поэтому и светиться, и нагружаться они будут также по-разному. Позднее наиболее нагруженный, светящийся ярче других, перегорит или деградирует до почти полного затухания, потеряв 70-90% светового потока. Или сменит оттенок свечения с белого на желтый.

Смешанное

Комбинированное или смешанное подключение применяют при создании светодиодных матриц, состоящих из многих десятков или сотен элементов или бескорпусных кристаллов. Самые известные из них – это COB-матрицы.

Схема комбинированного подключения светодиодов в матрице: «стандарт» – последовательные цепочки по 4 кристалла в каждой соединены параллельно и подключены к источнику питания, «гибрид» – кристаллы, в данном случае по 8 шт., подключают последовательно/параллельно к источнику питания.

Питающее напряжение и рабочий ток при комбинированном включении будут меньше номинальных рабочих. Только при таком условии матрица будет более-менее долго работать. На номинальном токе быстро выгорит самое слабое звено и начнется постепенное выгорание остальных. Оно закончится обрывами в последовательных цепочках и закорачиванием параллельных.

Подключение светоизлучающего диода к сети 220 В

Если запитать светодиод прямо от 220 В с ограничением его тока, то светить он будет при положительной полуволне и гаснуть при отрицательной. Но это только в том случае, когда обратное напряжение p-n перехода будет много больше 220 В. Обычно это в районе 380-400 В.

Второй способ включения– через гасящий конденсатор.

Сетевое напряжение подают на «мост» на диодах VD1-VD4. Конденсатор С1 «погасит» около 215-217 В. Остаток выпрямится. После фильтрации конденсатором С2 постоянное напряжение подают на светодиод. Не забудьте об ограничении тока через диод резистором.

Еще одна схема подключения – с однополупериодным выпрямителем на диоде и с ограничивающим резистором, величиной 30 кОм.

ВНИМАНИЕ! Большинство схем с прямым подключением в сеть 220 В имеют серьезный недостаток – они опасны поражением человека высоким напряжением – 220 В. Поэтому их следует использовать аккуратно, с тщательной изоляцией всех токоведущих частей.

Подробная информация о подключении светодиода к сети 220 В описана тут.

Как запитать диоды от блока питания

Самые популярные бестрансформаторные импульсные блоки питания (БП) дают 12 В с защитами по току, к.з., перегреву и пр.

Поэтому светодиоды соединяют последовательно и ограничивают их ток обычным резистором. В цепочку включают 3 или 6 диодов. Их количество определяется прямым напряжением диода. Их сумма для токоограничения должна быть меньше выходного напряжения БП на 0,5-1 В.

Особенности подключения RGB и COB светодиодов

Светодиоды с аббревиатурой RGB – это полихромные или многоцветные излучатели света разных цветов. Большинство из них собираются из трех светодиодных кристаллов, каждый из которых излучает свой цвет. Такая сборка называется цветовая триада.

Подключение RGB-светодиода производят так же, как и обычных светодиодов. В каждом корпусе такого многоцветного источника света располагаются по одному кристаллу: Red – красный, Green – зеленый и Blue – синий. Каждому светодиоду соответствует свое рабочее напряжение:

синему – от 2,5 до 3,7 В;
зеленому – от 2,2 до 3,5 В;
красному – от 1,6 до 2,03 В.

Кристаллы могут быть соединены между собой по-разному:

с общим катодом, т. е. три катода соединены между собой и с общим выводом на корпусе, а аноды – каждый имеет свой вывод;
с общим анодом – соответственно для всех анодов вывод общий, а катоды – индивидуальные;
независимая цоколевка – каждый анод и катод имеет собственный вывод.

Поэтому номиналы токоограничивающих резисторов будут разными.

Соединение кристаллов RGB-светодиода по схеме с общим катодом.

Соединение «с общим анодом».

В обоих случаях корпус диода имеет по 4 проволочных вывода, контактных площадок в SMD-светодиодах или штырька в корпусе «пиранья».

В случае с независимыми светодиодами выводов будет 6.

В корпусе SMD 5050 кристаллы-светодиоды располагают так:

В корпусе многоцветного 3 независимых кристалла зелёного, красного и синего цвета. Поэтому при расчёте номиналов резисторов помните – каждому цвету соответствует свое напряжение диода.

Подключение светодиодов типа COB

Аббревиатура COB – это первые буквы английского словосочетания chip-on-board. По-русски это будет – элемент или кристалл на плате.

Кристаллы клеят или паяют на теплопроводящую подложку из сапфира или кремния. После проверки правильности электрических соединений, кристаллы заливают желтым люминофором.

Светодиоды типа COB – это матричные конструкции, состоящие из десятков или сотен кристаллов, которые соединены группами с комбинированным включением полупроводниковых p-n-переходов. Группы – это последовательные цепочки светодиодов, количество которых соответствует напряжению питания светодиодной матрицы. Например, при 9 В это 3 кристалла, 12 В – 4.

Схема подключения светодиода

Введение

Использование светодиодов для освещения и индикации — это надежное и экономичное решение. Светодиоды имеют очень высокий КПД, надежны, экономичны, безопасны, долговечны в сравнении с лампами накаливания и люминесцентными лампами. В данной статье рассматриваются способы включения светодиодов. Описываются способы питания светодиода от компьютера.

Что такое светодиод и как он работает

Светодиод — это, во-первых, диод. И точно так же как у обычного диода, у светодиода есть два вывода (контакта питания): анод (плюс) и катод (минус). Это связано с тем, что светодиод является полупроводником, то есть, проводит электрический ток только в одну сторону (от анода к катоду), и не проводит в обратную (от катода к аноду).

Итак, для того, чтобы светодиод засветился, надо пропускать через него электрический ток в направлении от анода к катоду. Для этого следует подать на его анод положительное, а на катод — отрицательное напряжение.

Тут и начинается самое неприятное. Оказывается, что светодиод нельзя подключать к источнику питания напрямую, поскольку это приводит к немедленному сгоранию светодиода. Причина сего поведения кроется в следующем. Выражаясь простым бытовым языком, светодиод является очень жадной и неразумной личностью: получив неограниченное питание он начинает потреблять такую мощность, которую физически не способен выдержать.

Как мы все уже догадались, для нормальной работы светодиоду нужен строгий ограничитель. Именно с этой целью последовательно со светодиодом устанавливают резистор, который служит надежным ограничителем тока и мощности. Этот резистор называют ограничительным.

Какие бывают светодиоды

Во-первых, светодиоды можно разделить по цветам: красный, желтый, зеленый, голубой, фиолетовый, белый. Большинство современных светодиодов выполнено из бесцветного прозрачного пластика, поэтому невозможно определить цвет светодиода не включив его.

Во-вторых, светодиоды можно разделить по номинальному току потребления. Широко распространены модели с током потребления 10 миллиампер (мА) и 20 мА. Следует помнить, что светодиод не в состоянии контролировать потребляемый ток. Именно поэтому мы вынуждены использовать ограничительные резисторы.

В-третьих, светодиоды можно разделить по такому параметру, как падение напряжения в открытом состоянии при номинальном токе. Несмотря на то, что про этот параметр нередко забывают — его влияние весьма и весьма значительно. Благодаря этому параметру иногда можно избавиться от ограничительного резистора.

Светодиод(ы) можно подключить к компьютеру разными способами.

Для подключения светодиодов в качестве простого освещения удобно использовать разъемы блока питания, выдающие 5 и 12 вольт. Для подключения светодиодов в качестве светомузыки удобно использовать LPT порт компьютера.

Подключение светодиодов к блоку питания

Блок питания компьютера — это замечательный источник питания для светодиода или линейки из светодиодов, поскольку он вырабатывает стабилизированное напряжение +5 вольт (В) и +12 В.

Итак, разъем имеет четыре контакта, к которым подходят четыре же провода: два из них черные — это «ноль», один красный выдает напряжение +5 вольт, и один желтый выдает +12 вольт.

Рассмотрим схему подключения одного светодиода.

	При питании от 5 В последовательно со светодиодом необходимо включить ограничительный резистор номиналом от 100 до 200 Ом.
	При питании от 12 В последовательно со светодиодом требуется включить ограничительный резистор номиналом от 400 до 900 Ом.

Рассмотрим схему подключения двух светодиодов.

	При питании двух светодиодов от 5 вольт, в схему надо включить резистор до 100 Ом. Некоторые светодиоды в такой схеме будут светиться слишком тускло (даже без резистора).
	При питании двух светодиодов от 12 В, в схему надо включить резистор от 250 до 600 Ом.

Рассмотрим схему подключения трех и четырех светодиодов.

	При питании трех светодиодов от 12 В, следует использовать резистор номиналом от 100 до 250 Ом.
	Некоторые светодиоды в такой схеме включения будут светиться слишком тускло (даже без резистора).

Универсальный принцип расчета ограничительного резистора описан в статье «Методика расчета питания светодиода».

Выше приведены схемы последовательного включения светодиодов. Существуют также способы параллельного включения светодиодов. Обратите внимание, что под параллельным включением подразумевается схема в которой, когда аноды и катоды всех светодиодов непосредственно сходятся в две точки (два пучка).

Такие схемы, как правило, не экономичны и небезопасны, как для блока питания, так и для светодиодов. Кроме того, схемы параллельного включения более сложны в расчетах, требовательны к источнику питания, поэтому мы будем пользоваться ими только в особых случаях. Просто посмотрим как выглядит такая схема.

При паралельном включении светодиодов следует использовать только одинаковые светодиоды, с минимальным разбросом характеристик. Сопротивление ограничительного резистора должно быть рассчитано и подобрано с высокой степенью точности. В случае выхода из строя одного из светодиодов — остальные могут выгореть по очереди друг за другом в считанные минуты.

Рекомендую никогда не использовать эту схему включения светодиодов. Но если все же условия требуют параллельного включения то советую использовать следующий вариант.

Такая схема параллельного включения светодиодов практически избавлена от опасности последовательного выгорания светодиодов. В данном случае вместо ограничиельного резистора включено несколько обычных выпрямительных диодов разных марок (НЕ светодиодов).

Благодаря падению напряжения на этих диодах, до светодиодов доходит напряжение уже не 5 Вольт, а значительно меньше. Ограничительные диоды подбираются так, чтобы до светодиодов доходило напряжение равное их падению напряжения в открытом состоянии.

Эта схема используется используется автором для круглосуточного светодиодного освещения квартиры.

Подключение светодиодов к LPT порту

При питании светодиода от LPT порта необходимо последовательно со светодиодом можно включить резистор номиналом до 100 Ом. В большинстве случаев, при питании светодиода от LPT порта резистор бывает не нужен. LPT порт предварительно должен быть переведен в режим EPP. Подробное описание способа подключения светодиодов к LPT порту содержится в статье «LPT порт и 12 светодиодов».

Универсальный принцип расчета ограничительного резистора описан в статье «Универсальная методика рассчета питания светодиодов».

Схемы Подключения Диодов Шоттки — tokzamer.ru

На всех пределах измерения сопротивления, мультиметр отобразит в обе стороны бесконечно низкое сопротивление или короткое замыкание. К достоинствам последних относят чрезвычайно малый обратный ток, который для отдельных диодов Шоттки может составлять единицы пикоампер, возможность работы компонентов отдельных марок на частотах до сотен гигагерц и даже выше.

Причем в обоих случаях запаха гари вы не почувствуете и дыма не увидите, так как в корпусе встроена специальная защита против таких происшествий.

Доступная стоимость диодов Шоттки позволяет сделать это практически в любой момент без особых трат. При использовании типичного мультиметра может отображаться полная работоспособность элемента при работе прибора в режиме «диод».
Солнечные панели с диодами Шоттки

Некоторое время назад лично у меня возникла проблема с выпрямителем преобразователя для авто усилителя. Для изготовления переходов Шоттки в качестве полупроводника обычно используют кремний, а применяемые металлы и химические соединения — это золото, силицид платины, молибден и .

И последний вариант диагностики связанный с утечкой: при увеличении нагрузки на центральный процессор в мультипрограммном режиме блок питания самопроизвольно отключается. Именно в таких цепях вторичного питания приборы Шоттки используют чаще всего.

Поскольку они размещены в едином корпусе, то и температурный режим их одинаков.

Изделие стабильнее в работе, чем другие полупроводниковые аналоги, а простота изготовления и устройства диода Шоттки делают его очень доступным вариантом.

Главное — понимать специфику его работы и использовать его корректно.

Принцип работы диода

Обозначение, применение и параметры диодов Шоттки

Как уже говорилось, прямое падение напряжения Forward voltage drop у диодов с барьером Шоттки очень мало. Так обеспечивается минимальная собственная емкость диода Шоттки, что делает возможным с большей эффективностью использовать его в устройствах с высокими и сверхчастотами. Возможно, дело связано именно с диодами, и каждый может разобрать процессор и посмотреть, что внутри случилось.

Между металлом и полупроводником возникнет электрическое поле, тормозящее и возвращающее обратно основные носители заряда полупроводника. Например, если анод общий, то это будет одна ножка из трех.

Использование диодов Шоттки в мостах обусловлено низким падением напряжения на диоде, что влечет за собой меньшие потери на мосту и снижает его нагрев.

Осмотреть на предмет механических повреждений, присутствия следов разрушительных химических реакций.

Если в полупроводнике или диодном мосту возникнет обрыв, тогда он вообще перестанет пропускать ток.

Технология изготовления этих электронных элементов очень проста, поэтому он и является самым дешевым. А тип применяемого элемента указывают в спецификации.

Вследствие технологии изготовления и на основе описанного принципа действия, — диоды Шоттки имеют малое падение напряжения в прямом направлении, значительно меньшее чем у традиционных p-n-диодов. При идентичных параметрах собранных таким образом элементов обеспечивается надежность работы всего устройства, в первую очередь, за счет единой температуры.
Последовательное соединение диодов

2.4. Гетеропереходы

В контактной области возникнет электрическое поле, образованное этими зарядами, и будет иметь место изгиб энергетических зон. Прямое падение напряжения на переходе Шоттки меньше, чем у типового электронно-дырочного перехода.

Так, что они питают электроэнергией и космические аппараты. Они имеют довольно небольшие размеры. Однако большой процент обратного тока является очевидным недостатком.

Как известно: ниже емкость — выше частота. В компьютерных блоках питания можно найти самые разные диодные сборки, единичных диодов тут почти не бывает — в одном корпусе два мощных диода, часто почти всегда с общим катодом.

Металл-полупроводник: принцип работы перехода Структура элемента Принцип работы диода Шоттки основан на особенностях барьера. Кроме того обратный ток диодов очень сильно зависит от температуры перехода. Сегодня диоды Шоттки типа 25CTQ на напряжение до 45 вольт, на ток до 30 ампер для каждого из пары диодов в сборке можно встретить во многих импульсных источниках питания, где они служат в качестве силовых выпрямителей для токов частотой до нескольких сотен килогерц.

Нельзя не затронуть тему недостатков диодов Шоттки, они конечно есть, и их два. При любом из этих состояний ИБП блокируется благодаря встроенной схеме защиты. В первом случае все вторичные напряжения отсутствуют. Поэтому, сборку или отдельный элемент необходимо сначала демонтировать из схемы для проверки.

При идентичных параметрах собранных таким образом элементов обеспечивается надежность работы всего устройства, в первую очередь, за счет единой температуры. Прямое падение напряжения 0,2 — 0,4 вольта наряду с высоким быстродействием единицы наносекунд — несомненные преимущества диодов Шоттки перед p-n-собратьями. Их можно обнаружить в довольно экзотических приборах, таких как приёмники альфа и бета излучения, детекторах нейтронного излучения, а в последнее время на барьерных переходах Шоттки собирают панели солнечных батарей. Доступный, надежный, отличается широкой сферой применения благодаря особенностям в своей конструкции. Особенности и принцип работы диода Шоттки Как работает диод Шоттки?

На пределе «20кОм» обратное сопротивление определяется как бесконечно большое. Во-первых, кратковременное превышение критического напряжения мгновенно выведет диод из строя.

В прямом направлении ток растет по экспоненте вместе с ростом прикладываемого напряжения. При более высоком значении они ведут себя как обычные диоды. Ток термоэлектронной эмиссии с поверхности твердого тела определяет уравнение Ричардсона: Создадим условия, когда при контакте полупроводника, например n-типа, с металлом термодинамическая работа выхода электронов из металла была бы больше, чем термодинамическая работа выхода электронов из полупроводника.
Обзор диодов шоттки с общим анодом и общим катодом. Тест транзистора 13007

Особенности и принцип работы диода Шоттки

Если есть, то нужно их достать и заменить новым полупроводником, устранив неполадки самостоятельно, но лучше обратиться за помощью к профессионалам. Для всех приборов, имеющих барьерную структуру, свойственна несимметричность ВАХ, ведь именно количеством носителей электрического заряда обусловлена зависимость тока от напряжения.

Рассмотрим их: Если в полупроводниковом элементе возникнет пробоина, то он просто перестает держать ток и становится проводником.

Как видим, электроника не стоит на месте, и дальнейшие варианты применения быстродействующих приборов будет только увеличиваться, давая возможность разрабатывать новые, более сложные системы.

При дальнейшем его повышении диод Шоттки ведёт себя как обычный кремниевый выпрямительный диод. Однако большой процент обратного тока является очевидным недостатком. Как правило, они либо полностью пробиваются, либо дают утечку.

Еще по теме: Правила прокладки кабеля в земле снип

Отличие от других полупроводников

Сдвоенный диод — это два диода смонтированных в одном общем корпусе. Очень часто в принципиальных схемах сложное графическое изображение катода попросту опускают и изображают диод Шоттки как обычный диод.

Понравилась статья? Чаще всего выбирается кремний, возможно применение арсенида галлия.

Разновидности диодов Шоттки

Главное, за что радиолюбители их так ценят — высокое быстродействие и малое падение напряжения на переходе — максимум 0,55 вольт — при невысокой цене данных компонентов. В металле отсутствуют неосновные носители заряда, и инжекция не- 35 Москатов Е.

Есть и более простые схемы, где диоды Шоттки очень малы. Подобные элементы используются в современных батареях и транзисторах, работа которых обеспечивается сенечной энергией. Нерабочее состояние возникает при: утечке на корпус; электроприборе.
Диоды в солнечной энергетике. Надо ли их ставить?

Как подключить светодиод к 220в: схемы, ошибки, нюансы, видео

Обычно светодиоды подключаются к 220В при помощи драйвера, рассчитанного под их характеристики. Но если требуется подключить только один маломощный светодиод, например, в качестве индикатора, то применение драйвера становится нецелесообразным. В таких случаях возникает вопрос — как подключить светодиод к 220 В без дополнительного блока питания.

Основы подключения к 220 В

В отличие от драйвера, который питает светодиод постоянным током и сравнительно небольшим напряжением (единицы-десятки вольт), сеть выдает переменное синусоподобное напряжение с частотой 50 Гц и средним значением 220 В. Поскольку светодиод пропускает ток только в одну сторону, то светиться он будет только на определенных полуволнах:

То есть led при таком питании светится не постоянно, а мигает с частотой 50 Гц. Но из-за инерционности человеческого зрения это не так заметно.

В то же время напряжение обратной полярности, хотя и не заставляет led светиться, все же прикладывается к нему и может вывести из строя, если не предпринять никаких защитных мер.

Способы подключения светодиода к сети 220 В

Самый простой способ (читайте про все возможные способы подключения led) – подключение при помощи гасящего резистора, включенного последовательно со светодиодом. При этом нужно учесть, что 220 В – это среднеквадратичное значение U в сети. Амплитудное значение составляет 310 В, и его нужно учитывать при расчете сопротивления резистора.

Кроме того, необходимо обеспечить защиту светоизлучающего диода от обратного напряжения той же величины. Это можно сделать несколькими способами.

Последовательное подключение диода с высоким напряжением обратного пробоя (400 В и более).

Рассмотрим схему подключения более подробно.

В схеме используется выпрямительный диод 1N4007 с обратным напряжением 1000 В. При изменении полярности все напряжение будет приложено именно к нему, и led оказывается защищенным от пробоя.

Такой вариант подключения наглядно показан в этом ролике:

Также здесь описывается, как определить расположение анода и катода у стандартного маломощного светодиода и рассчитать сопротивление гасящего резистора.

Шунтирование светодиода обычным диодом.

Здесь подойдет любой маломощный диод, включенный встречно-параллельно с led. Обратное напряжение при этом будет приложено к гасящему резистору, т.к. диод оказывается включенным в прямом направлении.

Встречно-параллельное подключение двух светодиодов:

Схема подключения выглядит следующим образом:

Принцип аналогичен предыдущему, только здесь светоизлучающие диоды горят каждый на своем участке синусоиды, защищая друг друга от пробоя.

Обратите внимание, что подключение светодиода к питанию 220В без защиты ведет к быстрому выходу его из строя.

Схемы подключения к 220В при помощи гасящего резистора обладают одним серьезным недостатком: на резисторе выделяется большая мощность.

Например, в рассмотренных случаях используется резистор сопротивлением 24 Ком, что при напряжении 220 В обеспечивает ток около 9 мА. Таким образом, мощность, рассеиваемая на резисторе, составляет:

9 * 9 * 24 = 1944 мВт, приблизительно 2 Вт.

То есть для оптимального режима работы потребуется резистор мощностью не менее 3 Вт.

Если же светодиодов будет несколько, и они будут потреблять больший ток, то мощность будет расти пропорционально квадрату тока, что сделает применение резистора нецелесообразным.

Применение резистора недостаточной мощности ведет к его быстрому перегреву и выходу из строя, что может вызвать короткое замыкание в сети.

В таких случаях в качестве токоограничивающего элемента можно использовать конденсатор. Преимущество этого способа в том, что на конденсаторе не рассеивается мощность, поскольку его сопротивление носит реактивный характер.

Здесь показана типовая схема подключения светоизлучающего диода в сеть 220В при помощи конденсатора. Поскольку конденсатор после отключения питания может хранить в себе остаточный заряд, представляющий опасность для человека, его необходимо разряжать при помощи резистора R1. R2 защищает всю схему от бросков тока через конденсатор при включении питания. VD1 защищает светодиод от напряжения обратной полярности.

Конденсатор должен быть неполярным, рассчитанным на напряжение не менее 400 В.

Применение полярных конденсаторов (электролит, тантал) в сети переменного тока недопустимо, т.к. ток, проходящий через них в обратном направлении, разрушает их конструкцию.

Емкость конденсатора рассчитывается по эмпирической формуле:

где U – амплитудное напряжение сети (310 В),

I – ток, проходящий через светодиод (в миллиамперах),

Uд – падение напряжения на led в прямом направлении.

Допустим, нужно подключить светодиод с падением напряжения 2 В при токе 9 мА. Исходя из этого, рассчитаем емкость конденсатора при подключении одного такого led к сети:

Данная формула действительна только для частоты колебаний напряжения в сети 50 Гц. На других частотах потребуется пересчет коэффициента 4,45.

Нюансы подключения к сети 220 В

При подключении led к сети 220В существуют некоторые особенности, связанные с величиной проходящего тока. Например, в распространенных выключателях освещения с подсветкой, светодиод включается по схеме, изображенной ниже:

Как видно, здесь отсутствуют защитные диоды, а сопротивление резистора выбрано таким образом, чтобы ограничить прямой ток led на уровне около 1 мА. Нагрузка в виде лампы также служит ограничителем тока. При такой схеме подключения светодиод будет светиться тускло, но достаточно для того, чтобы разглядеть выключатель в комнате в ночное время. Кроме того, обратное напряжение будет приложено в основном к резистору при разомкнутом ключе, и светоизлучающий диод оказывается защищенным от пробоя.

Если требуется подключить к 220В несколько светодиодов, можно включить их последовательно на основе схемы с гасящим конденсатором:

При этом все led должны быть рассчитаны на одинаковый ток для равномерного свечения.

Можно заменить шунтирующий диод встречно-параллельным подключением светодиодов:

В обоих случаях нужно будет пересчитать величину емкости конденсатора, т.к. возрастет напряжение на светодиодах.

Параллельное (не встречно-параллельное) подключение led в сеть недопустимо, поскольку при выходе одной цепи из строя через другую потечет удвоенный ток, что вызовет перегорание светодиодов и последующее короткое замыкание.

Еще несколько вариантов недопустимого подключения светоизлучающих диодов в сеть 220В описаны в этом видео:

Здесь показано, почему нельзя:

включать светодиод напрямую;
последовательно соединять светодиоды, рассчитанные на разный ток;
включать led без защиты от обратного напряжения.

Безопасность при подключении

При подключении к 220В следует учитывать, что выключатель освещения обычно размыкает фазный провод. Ноль при этом проводится общим по всему помещению. Кроме того, электросеть зачастую не имеет защитного заземления, поэтому даже на нулевом проводе присутствует некоторое напряжение относительно земли. Также следует иметь в виду, что в некоторых случаях провод заземления подключается к батареям отопления или водопроводным трубам. Поэтому при одновременном контакте человека с фазой и батареей, особенно при монтажных работах в ванной комнате, есть риск попасть под напряжение между фазой и землей.

В связи с этим, при подключении в сеть лучше отключать и ноль, и фазу при помощи пакетного автомата во избежание поражения током при прикосновении к токоведущим проводам сети.

Заключение

Описанные здесь способы подключения светодиодов в сеть 220В целесообразно применять только при использовании маломощных светоизлучающих диодов в целях подсветки или индикации. Мощные led так подключать нельзя, поскольку нестабильность сетевого напряжения приводит к их быстрой деградации и выходу из строя. В таких случаях нужно применять специализированные блоки питания светодиодов – драйверы.

Выпрямительные диоды: устройство, конструктивные особенности, характеристики

Основное предназначение выпрямительных диодов — преобразование напряжения. Но это не единственная сфера применения данных полупроводниковых элементов. Их устанавливают в цепи коммутации и управления, используют в каскадных генераторах и т.д. Начинающим радиолюбителям будет интересно узнать, как устроены эти полупроводниковые элементы, а также их принцип действия. Начнем с общих характеристик.

Устройство и конструктивные особенности

Основной элемент конструкции – полупроводник. Это пластина кристалла кремния или германия, у которого имеются две области р и n проводимости. Из-за этой особенности конструкции она получила название плоскостной.

При изготовлении полупроводника обработка кристалла производится следующим образом: для получения поверхности р-типа ее обрабатывают расплавленным фосфором, а р-типа – бором, индием или алюминием. В процессе термообработки происходит диффузия этих материалов и кристалла. В результате образуется область с р-n переходом между двумя поверхностями с различной электропроводимостью. Полученный таким образом полупроводник устанавливается в корпус. Это обеспечивает защиту кристалла от посторонних факторов воздействия и способствует теплоотводу.

Конструкция (1), внешний вид (2) и графическое отображение выпрямительного диода(3)

Обозначения:

А – вывод катода.
В – кристалладержатель (приварен к корпусу).
С – кристалл n-типа.
D – кристалл р-типа.
E – провод ведущий к выводу анода.
F – изолятор.
G – корпус.
H – вывод анода.

Как уже упоминалось, в качестве основы р-n перехода используются кристаллы кремния или германия. Первые применяются значительно чаще, это связано с тем, что у германиевых элементов величина обратных токов значительно выше, что существенно ограничивает допустимое обратное напряжение (оно не превышает 400 В). В то время как у кремниевых полупроводников эта характеристика может доходить до 1500 В.

Помимо этого у германиевых элементов значительно уже диапазон рабочей температуры, он варьируется в пределах от -60°С до 85°С. При превышении верхнего температурного порога резко увеличивается обратный ток, что отрицательно отражается на эффективности устройства. У кремниевых полупроводников верхний порог порядка 125°С-150°С.

Классификация по мощности

Мощность элементов определяется максимально допустимым прямым током. В соответствии этой характеристики принята следующая классификация:

Слаботочные выпрямительные диоды, они используются в цепях с током не более 0,3 А. Корпус таких устройств, как правило, выполнен из пластмассы. Их отличительные особенности – малый вес и небольшие габариты. Выпрямительные диоды малой мощности
Устройства, рассчитанные на среднюю мощность, могут работать с током в диапазоне 0,3-10 А. Такие элементы, в большинстве своем, изготавливаются корпусе из металла и снабжены жесткими выводами. На одном один из них, а именно на катоде, имеется резьба, позволяющая надежно зафиксировать диод на радиаторе, используемого для отвода тепла. Выпрямительный диод средней мощности
Силовые полупроводниковые элементы, они рассчитаны на прямой ток свыше 10 А. Производятся такие устройства в металлокерамических или металлостеклянных корпусах штыревого (А на рис. 4) или таблеточного типа (В). Рис. 4. Выпрямительные диоды высокой мощности

Перечень основных характеристик

Ниже приведена таблица, с описанием основных параметров выпрямительных диодов. Эти характеристики можно получить из даташита (технического описания элемента). Как правило, большинство радиолюбителей к этой информации обращаются в тех случаях, когда указанный в схеме элемент недоступен, что требует найти ему подходящий аналог.

Таблица основных характеристик выпрямительных диодов

Заметим, что в большинстве случаев, если требуется найти аналог тому или иному диоду, первых пяти параметров из таблицы будет вполне достаточно. При этом желательно учесть диапазон рабочей температуры элемента и частоту.

Принцип работы

Проще всего объяснить принцип действия выпрямительных диодов на примере. Для этого смоделируем схему простого однополупериодного выпрямителя (см. 1 на рис. 6), в котором питание поступает от источника переменного тока с напряжением U_IN (график 2) и идет через VD на нагрузку R.

Рис. 6. Принцип работы однодиодного выпрямителя

Во время положительного полупериода, диод находится в открытом положении и пропускает через себя ток на нагрузку. Когда приходит очередь отрицательного полупериода, устройство запирается, и питание на нагрузку не поступает. То есть происходит как бы отсечение отрицательной полуволны (на самом деле это не совсем верно, поскольку при данном процессе всегда имеется обратный ток, его величина определяется характеристикой I_обр).

В результате, как видно из графика (3), на выходе мы получаем импульсы, состоящие из положительных полупериодов, то есть, постоянный ток. В этом и заключается принцип работы выпрямительных полупроводниковых элементов.

Заметим, что импульсное напряжение, на выходе такого выпрямителя подходить только для питания малошумных нагрузок, примером может служить зарядное устройство для кислотного аккумулятора фонарика. На практике такую схему используют разве что китайские производители, с целью максимального удешевления своей продукции. Собственно, простота конструкции является единственным ее полюсом.

К числу недостатков однодиодного выпрямителя можно отнести:

Низкий уровень КПД, поскольку отсекаются отрицательные полупериоды, эффективность устройства не превышает 50%.
Напряжение на выходе примерно вдвое меньше, чем на входе.
Высокий уровень шума, что проявляется в виде характерного гула с частотой питающей сети. Его причина – несимметричное размагничивание понижающего трансформатора (собственно именно поэтому для таких схем лучше использовать гасящий конденсатор, что также имеет свои отрицательные стороны).

Заметим, что эти недостатки можно несколько уменьшить, для этого достаточно сделать простой фильтр на базе высокоемкостного электролита (1 на рис. 7).

Рис. 7. Даже простой фильтр позволяет существенно снизить пульсации

Принцип работы такого фильтра довольно простой. Электролит заряжается во время положительного полупериода и разряжается, когда наступает черед отрицательного. Емкость при этом должна быть достаточной для поддержания напряжения на нагрузке. В этом случае импульсы несколько сгладятся, примерно так, как продемонстрировано на графике (2).

Приведенное решение несколько улучшит ситуацию, но ненамного, если запитать от такого однополупериодного выпрямителя, например, активные колонки компьютера, в них будет слышаться характерный фон. Для устранения проблемы потребуются более радикальное решение, а именно диодный мост. Рассмотрим принцип работы этой схемы.

Устройство и принцип работы диодного моста

Существенно отличие такой схемы (от однополупериодной) заключается в том, что напряжение на нагрузку подается в каждый полупериод. Схема включения полупроводниковых выпрямительных элементов продемонстрирована ниже.

Принцип работы диодного моста

Как видно из приведенного рисунка в схеме задействовано четыре полупроводниковых выпрямительных элемента, которые соединены таким образом, что при каждом полупериоде работают только двое из них. Распишем подробно, как происходит процесс:

На схему приходит переменное напряжение Uin (2 на рис. 8). Во время положительного полупериода образуется следующая цепь: VD4 – R – VD2. Соответственно, VD1 и VD3 находятся в запертом положении.
Когда наступает очередность отрицательного полупериода, за счет того, что меняется полярность, образуется цепь: VD1 – R – VD3. В это время VD4 и VD2 заперты.
На следующий период цикл повторяется.

Как видно по результату (график 3), в процессе задействовано оба полупериода и как бы не менялось напряжение на входе, через нагрузку оно идет в одном направлении. Такой принцип работы выпрямителя называется двухполупериодным. Его преимущества очевидны, перечислим их:

Поскольку задействованы в работе оба полупериода, существенно увеличивается КПД (практически вдвое).
Пульсация на выходе мостовой схемы увеличивает частоту также вдвое (по сравнению с однополупериодным решением).
Как видно из графика (3), между импульсами уменьшается уровень провалов, соответственно сгладить их фильтру будет значительно проще.
Величина напряжения на выходе выпрямителя приблизительно такая же, как и на входе.

Помехи от мостовой схемы незначительны, и становятся еще меньше при использовании фильтрующей электролитической емкости. Благодаря этому такое решение можно использовать в блоках питания, практически, для любых радиолюбительских конструкций, в том числе и тех, где используется чувствительная электроника.

Заметим, совсем не обязательно использовать четыре выпрямительных полупроводниковых элемента, достаточно взять готовую сборку в пластиковом корпусе.

Диодный мост в виде сборки

Такой корпус имеет четыре вывода, два на вход и столько же на выход. Ножки, к которым подключается переменное напряжение, помечаются знаком «~» или буквами «AC». На выходе положительная ножка помечается символом «+», соответственно, отрицательная как «-».

На принципиальной схеме такую сборку принято обозначать в виде ромба, с расположенным внутри графическим отображением диода.

На вопрос что лучше использовать сборку или отдельные диоды нельзя ответить однозначно. По функциональности между ними нет никакой разницы. Но сборка более компактна. С другой стороны, при ее выходе из строя поможет только полная замена. Если же в этаком случае используются отдельные элементы, достаточно заменить вышедший из строя выпрямительный диод.

Цепи переключения диодов

| Диоды и выпрямители

Диоды могут выполнять коммутационные и цифровые логические операции. Прямое и обратное смещение переключают диод между состояниями низкого и высокого импеданса соответственно. Таким образом, он служит переключателем.

Логика

Диоды могут выполнять функции цифровой логики: И и ИЛИ. Диодная логика использовалась в первых цифровых компьютерах. Сегодня он находит ограниченное применение. Иногда бывает удобно собрать один логический вентиль из нескольких диодов.

И Выход

Диод И вентиль

Логический элемент И показан на рисунке выше. Логические ворота имеют входы и выход (Y), который является функцией входов. На входе логического элемента высокий уровень (логическая 1), скажем, 10 В, или низкий уровень, 0 В (логический 0).

На рисунке логические уровни генерируются переключателями. Если переключатель в верхнем положении, входной сигнал фактически высокий (1). Если переключатель находится в нижнем положении, он подключает катод диода к земле, которая имеет низкий уровень (0). Выход зависит от комбинации входов A и B.Входные и выходные данные обычно записываются в «таблицу истинности» в пункте (c) для описания логики вентиля. В (а) все входы высокие (1). Это записано в последней строке таблицы истинности в (c).

Выход Y высокий (1) из-за V + на верхней части резистора. На него не влияют открытые переключатели. В точке (b) переключатель A подтягивает катод подключенного диода к низкому уровню, подтягивая выход Y к низкому уровню (0,7 В). Это записано в третьей строке таблицы истинности.

Вторая строка таблицы истинности описывает выход с переключателями, перевернутыми от (b).Переключатель B подтягивает диод и выводит низкий уровень. В первой строке таблицы истинности записано значение Output = 0 для обоих входов low (0).

Таблица истинности описывает функцию логического И. Резюме: оба входа A и B high дают высокий (1) выход.

OR ворота

Логический элемент ИЛИ с двумя входами, состоящий из пары диодов, показан на рисунке ниже. Если оба входа имеют низкий логический уровень в точке (a), как имитируется обоими переключателями «вниз», резистор подтягивает выход Y к низкому уровню. Этот логический ноль записан в первой строке таблицы истинности в (c).Если на одном из входов высокий уровень, как на (b), или на другом входе высокий уровень, или на обоих входах высокий уровень, диод (ы) проводит (-ы), подтягивая выход Y к высокому уровню.

Эти результаты переупорядочены во второй-четвертой строках таблицы истинности. Резюме: любой вход «высокий» — это максимум на уровне

юаней.

Элемент ИЛИ: (a) Первая строка таблицы истинности (TT). (б) Третья строка ТТ. (d) Логическое ИЛИ источника питания и резервного аккумулятора.

Приложения логики OR

Резервная батарея может быть подключена по ИЛИ к источнику постоянного тока, работающему от сети, как показано на рисунке выше (d), для питания нагрузки даже во время сбоя питания.При наличии переменного тока сетевое питание питает нагрузку, предполагая, что оно имеет более высокое напряжение, чем батарея. В случае сбоя питания напряжение в сети падает до 0 В; батарея питает нагрузку.

Диоды должны быть включены последовательно с источниками питания, чтобы предотвратить разряд батареи из-за сбоя сетевого питания и предотвратить перезарядку батареи при наличии сетевого питания. Сохраняет ли ваш компьютер настройки BIOS при выключении? Сохраняет ли ваш видеомагнитофон (кассетный видеомагнитофон) настройки часов после сбоя питания? (ПК да, старый видеомагнитофон нет, новый видеомагнитофон да.)

Аналоговый переключатель

Диоды могут переключать аналоговые сигналы. Обратно смещенный диод выглядит как разомкнутая цепь. Диод с прямым смещением — это провод с низким сопротивлением. Единственная проблема — изолировать переключаемый сигнал переменного тока от управляющего сигнала постоянного тока.

Схема на рисунке ниже представляет собой параллельную резонансную сеть: резонансная настраивающая катушка индуктивности соединена параллельно с одним (или несколькими) переключаемыми конденсаторами резонатора. Этот параллельный LC-резонансный контур может быть фильтром преселектора для радиоприемника.Это может быть частотно-определяющая сеть генератора (не показан). Линии цифрового управления могут управляться микропроцессорным интерфейсом.

Переключатель диодов: Цифровой управляющий сигнал (низкий) выбирает конденсатор резонатора путем прямого смещения переключающего диода.

Блокирующий конденсатор постоянного тока большой емкости заземляет резонансную индуктивность настройки для переменного тока, блокируя постоянный ток. Он будет иметь низкое реактивное сопротивление по сравнению с реактивными сопротивлениями параллельных ЖК. Это предотвращает замыкание анодного постоянного напряжения на землю резонансным настраивающим дросселем.Переключаемый конденсатор резонатора выбирается путем подтягивания соответствующего низкого уровня цифрового управления. Это прямое смещение переключающего диода.

Путь постоянного тока проходит от +5 В через высокочастотный дроссель (RFC), переключающий диод и RFC на землю через цифровое управление. Назначение RFC на +5 В — защитить переменный ток от источника +5 В. RFC, соединенный с цифровым управлением, предназначен для предотвращения попадания переменного тока во внешнюю линию управления. Конденсатор развязки замыкает небольшую утечку переменного тока через RFC на землю, минуя внешнюю цифровую линию управления.

Когда все три линии цифрового управления имеют высокий уровень (≥ + 5 В), переключаемые конденсаторы резонатора не выбираются из-за обратного смещения диода. При понижении уровня одной или нескольких линий выбирается один или несколько переключаемых конденсаторов резонатора соответственно. Чем больше конденсаторов подключается параллельно резонансной настраивающей катушке индуктивности, тем меньше резонансная частота.

Емкость диода с обратным смещением может быть значительной по сравнению с цепями с очень высокой или сверхвысокой частотой. PIN-диоды могут использоваться в качестве переключателей для снижения емкости.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:

диодов: выключатель, о котором вы даже не подозревали

Vishay использует технический паспорт 1N4148 (PDF), описывая его как переключающий диод.

Глядя на отдельные компоненты своего электронного арсенала, легко не заметить скромный диод. В конце концов, можно простить вывод, что обычная версия этого компонента мало что делает с . У них нет особых навыков, которые вы найдете в туннелях, ганнах, варикапе, стабилитронах, лавинных диодах или даже светодиодах, вместо этого они просто односторонние клапаны для электрического тока.Соедините их в одну сторону, и ток течет, а в другую — нет. Они преобразуют переменный ток в постоянный, блоки питания полны ими. Возможно, вы также использовали их для создания стабильного падения напряжения, потому что они имеют довольно постоянное напряжение при протекании тока, но это все. Диоды: самая короткая статья на Hackaday.

Но не так быстро с отключением диода. У них есть еще одна хитрость, которая прячет рукава: они также могут действовать как переключатель. Это не должно вызывать большого шока, в конце концов, беглый взгляд на многие спецификации диодов общего назначения должен раскрыть их описание как переключающие диоды.

Так как же работает диодный переключатель? Ключ кроется в этом одностороннем клапане, о котором мы упоминали ранее. Когда диод смещен в прямом направлении и проводит электричество, он будет проходить через любые изменения подаваемого на них напряжения, но когда он смещен в обратном направлении и не проводит электричество, он не будет. Таким образом, сигнал можно включить, пропустив его через диод в прямом смещении, а затем выключить, переведя диод в обратное смещение.

Основные сведения о диодном переключателе

Упрощенный диодный переключатель в обратном смещенном положении Off.

Чтобы проиллюстрировать базовый диодный переключатель, мы подготовили несколько упрощенных принципиальных схем. На первом изображен анод, подключенный к земле через R1, и катод, подключенный к шине питания Vcc. Диод имеет обратное смещение, и ток через него не течет. Напряжение переменного тока, приложенное к C1, появится на аноде, но не будет появляться на катоде и на выходе через C2. Переключатель в этом случае выключен.

На второй схеме показана очень похожая схема, но с резисторами, подключенными к противоположным линиям питания.Анод теперь связан с шиной Vcc, а катод — с землей. Через диод протекает ток, и он смещен в прямом направлении. Таким образом, переменное напряжение, приложенное к C1, появится как на аноде, так и на катоде диода и будет проходить через C2 на выход. Переключатель был включен.

Упрощенный диодный переключатель в положении «Вкл.» С прямым смещением.

Это упрощенная схема, но ненамного. Практический диодный переключатель обычно работает, поддерживая одну сторону диода в точке смещения, так что, когда логический уровень применяется к другой точке, он переключает диод с прямого на обратное смещение, позволяя переключателем управляться электроникой.Другими словами, удерживайте один конец диода посередине, покачивайте другой конец высоко или низко.

В частности, для ВЧ-цепей вы также найдете ВЧ-дроссели в линиях смещения, чтобы предотвратить попадание ВЧ-сигнала в силовые и логические цепи. Но суть в схемах, диодные переключатели действительно такие простые.

Итак, теперь вы знаете, как диоды можно использовать в качестве простых переключателей. Вы даже можете сделать многоходовые переключатели, подключив одиночные диодные переключатели параллельно к одной точке смещения.Но это не предел возможностей скромного диода, когда дело доходит до переключения, поэтому мы рассмотрим еще пару вариантов применения.

Диоды: они только логические

Первые электронные цифровые компьютеры, подобные тем, которые вы могли найти на военных объектах или в университетах в 1940-х годах, использовали вакуумные лампы, иногда в сочетании с реле или другими электромеханическими компонентами. По мере того, как компьютеры развивались в начале 1950-х годов и находили свое применение в гражданских приложениях, они начали производиться с использованием гораздо меньших по размеру и менее энергоемких полупроводников, которые тогда были новинкой на рынке.Проблема с транзисторами 1950-х годов заключалась в том, что они были дорогими и ненадежными, в отличие от сверхнадежных планарных кремниевых транзисторов, к которым мы привыкли сегодня. В начале 1950-х годов конструктору приходилось работать с германиевыми точечными транзисторами. Эти устройства, помимо их хрупкости, обладали неудачной характеристикой фиксации в состоянии высокого логического уровня и требовали обновления источника питания после изменения состояния. Ясно, что любая схема, которая могла бы уменьшить зависимость от них, представляла большой интерес.

Диодный вентиль ИЛИ. Thingmaker [CC BY-SA 4.0], через Wikimedia Commons. На помощь дизайнерам 1950-х годов пришел скромный диод. Они были дешевле и намного надежнее, чем транзисторы с точечным контактом, и могли формировать логические элементы И и ИЛИ, используя только резисторы для компании. Эта так называемая диодно-резисторная логика, или DRL, использовалась в твердотельных компьютерах везде, где это было возможно в этот период, а транзисторы использовались только там, где требовался инвертор.

Оба диодных затвора используют диоды на своих входных линиях, соединяя другие концы диодов вместе в выходной точке с помощью подтягивающего или понижающего резистора.

Диодный затвор ИЛИ имеет аноды, обращенные ко входам, и подтягивающий резистор на выходе, в то время как затвор И имеет катоды, обращенные ко входам, и подтягивающий резистор на выходе.

Диодный вентиль И. Thingmaker [CC BY-SA 4.0], через Wikimedia Commons. Помимо необходимости использования транзистора всякий раз, когда требуется логическая инверсия, эти вентили страдают от проблемы, связанной с падением напряжения на каждом вентиле. Таким образом, если вы последовательно подключите серию диодных вентилей, вы обнаружите, что с каждым уровнем логические уровни падают, в конечном итоге до точки, в которой их перехода недостаточно для работы последовательных вентилей.

Тем не менее, все же стоит иметь диодную логику в вашем запасе доступных схем, поскольку иногда у вас может быть потребность в одном И или ИЛИ в проекте, и может иметь смысл быстро собрать одну, используя несколько диодов, а не другой 74 чип серии.

Смешиваем с диодами

Диодный смеситель или кольцевой модулятор (исправленная схема, спасибо комментаторам!) Через Wikimedia Commons.

Есть еще одно место, где вы встретите диодный переключатель, особенно если вы интересуетесь радио или электронной музыкой.Смеситель на диодном мосту или кольцевой модулятор представляет собой схему, в которой используются четыре диода в конфигурации, внешне аналогичной той, что вы найдете в мостовом выпрямителе, и она функционирует как смеситель частот, в котором сигнал переменного тока и выход генератора смешиваются для создают их сумму и свою разницу. Четыре диода действуют как переключатели между входом и выходом сбалансированного сигнала и меняют полярность пути между ними на каждом цикле гетеродина. Он используется в синтезаторах и гитарных педалях, а также в радиосхемах везде, где требуется переход между частотами.

Мы надеемся, что теперь вы с новым уважением посмотрите на эти диоды в своем мусорном ящике, теперь вы знаете, что они также могут хорошо переключаться. Возможно, вы никогда не будете использовать диод в качестве переключателя на практике, но хорошо знать эту концепцию. И если диоды вызвали ваш интерес, почему бы не продолжить изучение нашей недавно опубликованной истории диодов?

Принципы работы с переключающими диодами

: работа, типы и анализ цепей

Переключающие диоды

— это разновидность полупроводниковых диодов.Они специально разработаны и изготовлены для включения и выключения цепи. Как следует из названия, это диод с функцией переключения.

Каталог

Ⅰ Введение

Переключающие диоды — это тип полупроводниковых диодов. Они специально разработаны и изготовлены для включения и выключения цепи. Как следует из названия, это диод с функцией переключения. Этот диод пропускает ток (ВКЛ), когда напряжение подается в прямом направлении, и останавливает (ВЫКЛ) ток, когда напряжение подается в обратном направлении.По сравнению с другими диодами, время обратного восстановления (trr) мало, то есть время, которое переключающий диод переходит из включенного состояния в полностью выключенное состояние, мало. Общие переключающие диоды имеют серии 2AK, 2DK и другие, в основном используемые в электронных компьютерах, импульсах и схемах переключения.

Ⅱ Принцип работы переключающих диодов

Когда полупроводниковый диод включен, это эквивалентно включению переключателя (цепь включена). Когда он выключен, это эквивалентно размыканию переключателя (цепь выключена).Из-за характеристик однонаправленной проводимости полупроводниковых диодов, PN-переход включается при положительном смещении, а сопротивление в открытом состоянии очень мало, от десятков до сотен Ом; при обратном смещении он отключается, а сопротивление у него очень большое. Обычный кремниевый диод имеет сопротивление более 10 МОм, а германиевая трубка также имеет сопротивление от десятков тысяч до сотен тысяч Ом. Используя эту функцию, диод будет играть роль в управлении током включения или выключения в цепи, что делает его идеальным электронным переключателем.

Структура переключающего диода

Приведенное выше описание относится к любому обычному диоду или принципу самого диода. Но для переключающих диодов наиболее важной особенностью является работа на высоких частотах. В условиях высоких частот барьерная емкость диода имеет чрезвычайно низкий импеданс и включена параллельно диоду. Когда емкость этого барьерного конденсатора достигает определенного уровня, это серьезно влияет на коммутационные характеристики диода.В экстремальных условиях диод может закоротить. Высокочастотный ток больше не проходит через диод, а напрямую идет в обход барьерной емкости, и диод выходит из строя. Барьерная емкость переключающего диода обычно очень мала, что эквивалентно блокированию пути барьерной емкости, что обеспечивает эффект поддержания хорошей однонаправленной проводимости при высокой частоте.

Принципиальная схема переключающих диодов

Ⅲ Рабочие характеристики переключающих диодов

Время от выключения (состояние высокого сопротивления) до проводки (состояние низкого сопротивления) переключающего диода называется временем включения.Время от включения до конца называется временем обратного восстановления. Сумма двух времен называется временем переключения. Обычно время обратного восстановления больше времени включения, поэтому в рабочих параметрах переключающего диода указывается только время обратного восстановления. Скорость переключения переключающего диода довольно высокая. Время обратного восстановления кремниевого переключающего диода составляет всего несколько наносекунд. Даже у германиевого переключающего диода время обратного восстановления составляет всего несколько сотен наносекунд.

Переключающий диод обладает такими характеристиками, как высокая скорость переключения, небольшой размер, длительный срок службы и высокая надежность. Он широко используется в схемах переключения, схемах обнаружения, схемах высокочастотного и импульсного выпрямления, а также схемах автоматического управления электронного оборудования.

Когда прямое напряжение подается на два полюса переключателя, диод находится во включенном состоянии, что эквивалентно включенному состоянию переключателя. Когда на переключающий диод подается обратное напряжение, диод находится в выключенном состоянии, что эквивалентно выключенному состоянию переключателя.Переключающие диоды используют эту функцию для достижения лучших характеристик переключения, более высокой скорости переключения, меньшей емкости PN-перехода, меньшего внутреннего сопротивления во время проводимости и большего сопротивления в выключенном состоянии.

(1) Время включения. Переключающему диоду требуется время для включения с момента отключения, что называется временем включения. Чем короче на этот раз, тем лучше.

(2) Время обратного восстановления. После включения переключающего диода прямое напряжение снимается.Время, необходимое диоду для включения и выключения, называется временем обратного восстановления. Чем короче на этот раз, тем лучше.

(3) Время переключения. Сумма времени включения и времени обратного восстановления называется временем переключения. Чем короче на этот раз, тем лучше.

Ⅳ Типы переключающих диодов

Переключающие диоды подразделяются на обычные переключающие диоды, высокоскоростные переключающие диоды, сверхбыстрые переключающие диоды, маломощные переключающие диоды, переключающие диоды с высоким противодавлением, кремниевые переключающие диоды напряжения, и так далее.Форма корпуса переключающего диода включает пластиковый корпус и поверхностный корпус.

Форма переключающего диода

1 Обычный переключающий диод

Обычно используемые переключающие диоды общего назначения — это германиевые переключающие диоды серии 2AK. В таблице ниже представлены основные параметры переключающих диодов серии 2AK.

Основные параметры переключающих диодов серии 2AK

2 Высокоскоростной переключающий диод

Высокоскоростные переключающие диоды имеют более короткое время обратного восстановления, чем обычные переключающие диоды, и имеют более высокие частоты включения и выключения.Обычно используемые в быту быстродействующие переключающие диоды — это серия 2CK, серия 1N, серия 1S, серия 1SS (пластиковый корпус с выводами) и серия RLS (поверхностный монтаж).

Параметры модели высокоскоростного диода

3 Сверхбыстрый переключающий диод

Обычно используются сверхвысокоскоростные диоды серии 1SS (корпус из свинцового пластика) и серия RLS (корпус на поверхности).

Параметры модели сверхбыстрого переключающего диода

4 Маломощный переключающий диод

Маломощные переключающие диоды имеют меньшее энергопотребление, но их емкость при нулевом смещении и время обратного восстановления ниже те из высокоскоростных переключающих диодов.Обычно используемые маломощные переключающие диоды — это серия RLS (поверхностный корпус) и серия 1SS (пластиковый корпус с выводами).

Параметры переключающего диода малой мощности

5 Переключающий диод высокого противодавления

Напряжение обратного пробоя переключающих диодов высокого обратного напряжения выше 220 В, но его емкость смещения нуля и значение времени обратного восстановления относительно большой. Обычно используемые переключающие диоды с высоким противодавлением — это серия RLS (поверхностный корпус) и серия 1SS (свинцовый пластиковый корпус).

Параметры модели переключающего диода с высоким противодавлением

6 Кремниевые переключающие диоды напряжения

Кремниевые переключающие диоды напряжения — это новый тип полупроводникового прибора, который подразделяется на однонаправленные переключающие диоды напряжения и двунаправленные переключающие напряжения диоды. Они в основном используются в триггерах, схемах защиты от перенапряжения, генераторах импульсов и высоковольтных выходах, задержках, электронных переключателях и других схемах.

Основные параметры двух обычно используемых кремниевых диодов переключения напряжения

Чертеж однонаправленного диода переключения напряжения и графические символы схемы

Однонаправленные диоды переключения напряжения также называются поворотными диодами. Они состоят из кремниевых полупроводниковых материалов с четырехслойной структурой PnPN. Положительное направление — это переключение с отрицательным сопротивлением (это означает, что когда приложенное напряжение повышается до положительного значения напряжения поворота, переключающий диод переходит из выключенного состояния во включенное состояние, то есть изменяется с высокого сопротивления на низкое сопротивление) , а обратная — устойчивая характеристика.Двунаправленный диод напряжения состоит из пятислойного кремниевого полупроводникового материала NPnPN, и его прямое и обратное направления имеют одинаковые характеристики переключения с отрицательным сопротивлением.

Габаритный чертеж и графический символ схемы двунаправленного переключающего диода напряжения

Ⅴ Анализ типовой схемы применения переключающих диодов

1. На рисунке ниже показана типичная схема переключения диодов. VD1 в цепи представляет собой переключающий диод, а L1 и конденсатор C1 образуют параллельный LC-резонансный контур.

(1) Когда переключатель S1 выключен, напряжение постоянного тока + V не может быть добавлено к положительному полюсу VD1. В это время VD1 отключен, и сопротивление между положительным и отрицательным полюсами очень велико. Таким образом, C2 не может быть подключен к цепи из-за разомкнутой цепи VD1. L1 работает параллельно с C1, который составляет параллельный резонансный контур LC.

(2) Когда переключатель S1 включен, постоянное напряжение + V подается на положительный электрод VD1 через S1 и R1, чтобы включить VD1.Сопротивление между положительным электродом и отрицательным электродом очень мало, что эквивалентно соединению между положительным электродом и отрицательным электродом VD1. Таким образом, C2 подключается к цепи и включается параллельно конденсатору C1. L1, C1 и C2 образуют параллельный LC-резонансный контур.

В двух вышеупомянутых состояниях из-за разных емкостей в параллельном резонансном контуре LC в одном случае используется только C1, а в другом случае — параллельные C1 и C2.Когда емкость отличается, резонансная частота параллельного резонансного контура LC отличается. Следовательно, реальная роль контура, в котором расположен VD1, заключается в управлении резонансной частотой параллельного резонансного контура LC.

Когда в цепи есть переключатель, анализ схемы берет случай включения и выключения в качестве примера для анализа рабочего состояния цепи. Следовательно, когда в схеме появляются переключающие элементы, они могут дать идеи для анализа схемы.Сигнал в параллельном резонансном контуре LC добавляется к положительному полюсу VD1 через C2. Но поскольку амплитуда сигнала в резонансном контуре относительно мала, положительная амплитуда сигнала полупериода, приложенная к положительному полюсу VD1, очень мала и не сделает VD1 проводящим.

2. Анализ принципа работы аналогичных схем

Как показано на рисунке, VD1 в схеме представляет собой переключающий диод, а управляющее напряжение подается на положительный электрод VD1 через R1.Управляющее напряжение представляет собой прямоугольное импульсное напряжение, форма волны которого показана на рисунке.

Когда управляющее напряжение равно 0 В, VD1 не может быть включен. Это эквивалентно разомкнутой цепи. В настоящее время это не влияет на цепи L1 и C1, а также L2 и C2. Когда управляющее напряжение высокое, управляющее напряжение включает переключающий диод VD1. Сигнал переменного тока в точке A в цепи заземляется через проводящий VD1 и конденсатор C3, что эквивалентно заземлению переменного тока в точке A в цепи, что делает цепи L2 и C2 неработоспособными.

Из приведенного выше анализа видно, что диод VD1 в цепи эквивалентен переключателю, который контролирует, заземлен ли сигнал переменного тока в точке A в цепи.

Ⅵ Как проверить переключающие диоды?

1. Проверить полярность

Переключение мультиметра в диапазоне R & times; 100 или R & times; 1k. Два измерительных провода должны быть подключены к двум электродам диода соответственно. После первого теста поменяйте местами два тестовых провода и повторите тест.Среди результатов двух тестов один — большее значение сопротивления (обратное сопротивление), а другой — меньшее значение сопротивления (прямое сопротивление). В тесте с малым сопротивлением черный измерительный провод подключается к аноду диода, а красный измерительный провод подключается к катоду диода.

2. Обнаружение одиночных отрицательных проводящих характеристик и оценка хорошего или плохого

Как правило, значение прямого сопротивления диода из германиевого материала составляет около 1 кОм, а значение обратного сопротивления — около 300.Значение сопротивления диода из кремниевого материала составляет около 5 кОм, а значение обратного сопротивления — ∞ (бесконечность). Чем меньше прямое сопротивление, тем лучше, а чем больше обратное сопротивление, тем лучше. Чем больше разница между прямым и обратным сопротивлением, тем лучше однонаправленная проводимость диода. Если измеренные значения прямого и обратного сопротивления диода близки к 0 или значение сопротивления небольшое, это означает, что диод вышел из строя коротким замыканием или поврежден.Если измеренные значения положительного и отрицательного сопротивления диода бесконечны, это означает, что диод был открыт и поврежден.

Статья Рекомендация:

Что такое лавинные диоды?

Диоды Шоттки: принцип, функции и применение

ОСНОВЫ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ДИОДОВ

Повторите эксперимент 1, но подключите вольтметр постоянного тока к клеммам диода. Измеритель должен иметь чувствительность 20 кОм / вольт и быть установлен на диапазон 10 В.В идеале вы должны использовать измеритель с центральным отсчетом 10v-0v-10v, но вы можете использовать обычный измеритель и поменять местами провода, чтобы получить положительное показание.

Когда цепь была подключена в соответствии со схемой, показание напряжения было 0,7 В постоянного тока. Это связано с тем, что диод был проводящим, а 0,7 В — это падение напряжения прямого смещения диода. Когда аккумулятор был перевернут, показание напряжения было 10 В. Диод разомкнут, и полное напряжение батареи находится на диоде.

Практическое применение — домофон

Показанный до сих пор простой переключатель можно использовать в простых аудиоприложениях.Вот простая схема внутренней связи «все ведущие», которая направляет усилитель звука на один из нескольких удаленных приемников. Все показанные блоки идентичны и подключены к одному многопарному кабелю. Все устройства питаются от одной батареи.

Домофон «all master» на 5 станций с диодной коммутацией.

Вы нажимаете кнопку, соответствующую станции, с которой хотите поговорить. При нажатии любого переключателя «TALK» горизонтальные диоды подают питание 12 В постоянного тока от кабеля на усилитель 741 MIC.Здесь вы можете увидеть, как диоды используются для объединения постоянного тока с общим источником. Это предотвращает обратную подачу энергии на другие каналы.

Резисторы 1K0 подают питание постоянного тока на один из четырех выбранных диодов. Рабочая точка постоянного тока 741 операционного усилителя составляет около 5,5 В, которая подается на катод всех четырех вертикальных диодов. Переключатель TALK и соответствующий резистор вызывают положительное смещение одного из этих четырех диодов. Диод будет ограничивать линию выбранной станции до 6,2 В, с наложением на нее 500 мВ RMS aoudio.На этой схеме вы можете видеть, что была нажата кнопка станции 2.

На станции 2 постоянный ток и аудиосигнал проходят через заслонку для удаления нежелательных радиочастот. Резистор 2K2 фиксирует вход на массу при отсутствии входного сигнала. При вызове значение 2K2 слишком велико, чтобы повлиять на это. Схема приемника представляет собой аудиоусилитель со связью по постоянному току. Когда он не вызывается, условия постоянного тока нарушаются, и он не потребляет ток. При вызове от вызывающей станции поступает правильное смещение постоянного тока, и усилитель приводит в действие динамик.

Во время работы вы просто нажимаете кнопку станции, с которой хотите поговорить. Этот человек нажимает кнопку вашей станции, чтобы ответить. Этот метод означает, что другие станции также бесплатны и могут также вести личный разговор: например, станции с 1 по 2 и другой разговор между станциями 3 и 4.

Усилитель OpAmp MIC имеет пару встречных диодов для ограничения аудиосигнала размахом 1,5 В, что предотвращает перегрузку переключения диодов.Резистор 220R в цепи обратной связи выбран для правильного усиления. Я предположил, что используется микрофон ELECTRET с выходным сигналом от 10 мВ до 20 мВ. Если вы используете динамический микрофон, вам нужно удалить помеченный резистор 10 кОм и, возможно, выбрать 220 Ом для большего усиления (уменьшите значение). В идеале динамик и микрофон должны быть расположены как можно дальше друг от друга и направлены друг от друга. Избегайте механической проводимости между этими двумя. При нормальной работе вам нужно будет говорить близко к микрофону, а резистор 220 должен быть установлен так, чтобы не возникала обратная связь.

Сопротивление динамика должно быть 36 Ом.

Практическое применение — частотная модуляция

Вот довольно новое приложение. Большинство из вас, вероятно, узнают схему генератора как генератор Кольпита. «Интересный» бит — это диод и потенциометр. Вот схема для вашего прочтения:

В этом случае частота генератора определяется номиналами конденсатора и катушки индуктивности: C и L.Обратите внимание, что я добавил диод и еще один конденсатор 10C (в 10 раз больше, чем C). Колебания на концах L представляют собой синусоидальную волну, изменяющуюся выше и ниже клеммы Gnd (батарея -ve).

Я подключил диод к концу L и подключил его к потенциометру. Поток обеспечивает переменное напряжение от 0 до +3 В. в моем примере. Как только колебания превышают напряжение потенциометра, конденсатор 10С включается в цепь, увеличивая время периода колебаний.Я выбрал 3 В, потому что в последнем измеренном мною осцилляторе уровень составлял +/- 3 В от пика к пику.

Общий эффект заключается в понижении частоты генератора за счет изменения VR1. Максимальное напряжение должно быть равным без сдвига частоты. Этот метод может дать ОЧЕНЬ широкий частотный сдвиг, хотя искажение присутствует из-за асимметричной формы волны. Следовательно, для схемы действительно требуется некоторая форма постфильтрации, но, поскольку должен быть также буфер, добавление фильтра нижних частот должно быть легко реализовано.

Шунтирующие диоды

До сих пор я рассмотрел последовательные диоды и то, как их можно включать и выключать при прохождении тока. Если вы вернетесь к эксперименту №1, но на этот раз включите генератор на 1 МГц, вы увидите, что схема не полностью отключает сигнал при перестановке батареи. Это связано с тем, что через диод проходит некоторый перепад сигнала. Это связано с магнитной и емкостной связью. Рассмотрим этот эксперимент .:

Модифицированный эксперимент с шунтирующим диодом D2.

Здесь мы видим ту же схему, что и раньше, но в сигнальную цепь были добавлены еще один резистор и диод. Опять же, конденсаторы «вставляются», когда это необходимо, чтобы блокировать коммутационные напряжения постоянного тока.

Когда батарея подключена, как показано, положительный полюс батареи подается через резистор на анод D1, заставляя его проводить. Другой резистор подает положительный вывод на катод D2, предотвращая проводимость D2. Но когда аккумулятор перевернут, D1 перестанет проводить, нарушая путь прохождения сигнала.D2 также будет проводить, замыкая любой сигнал «прыжка» на землю. Таким образом, комбинация последовательных и шунтирующих диодов может улучшить изоляцию. Такая изоляция необходима при работе с передатчиками УКВ и чувствительными приемниками.

RF Коммутация

При переключении антенны между передатчиком и приемником 1N914 или 1N4148 все еще можно использовать, но с уменьшением успеха по мере увеличения частоты. Обычной практикой в преобразователях УКВ является использование диода с PN переходом, но со слегка легированной «собственной» областью между слоями P и N.Диод называется PIN-диодом.

Когда PIN-диод пропускает ток, он имеет низкое сопротивление, как и обычный PN-диод. Но когда ток удаляется, возникает задержка, когда носители заряда не рекомбинируют немедленно, что приводит к задержке. Эта задержка приводит к фазовому сдвигу и может дать PIN-диоду много других применений, например, в качестве заглушки детектора скорости полицейского РАДАРА. Но свойства «более совершенного диода» и задержка выключения — это те, на которые полагаются, чтобы защитить ваш хороший 0.Приемник с чувствительностью 1 мкВ от сотрясения 100 В.

Вот основная схема переключения диода T / R:

Когда переключатель S1 разомкнут, оба D1 и D2 вообще не смещены, поэтому сигнал антенны проходит через 1/4 волновую линию к приемнику. Когда S1 замкнут, ток проходит через RFC1, D1 и RFC2, поэтому D1 эффективно передает RF от передатчика к антенне.

Ток также будет проходить через RFC3 и диод D2, поэтому D2 будет шунтировать любые RF на входе приемника на землю.Полное короткое замыкание на входе приемника отражается на передатчик в виде высокого импеданса четвертьволновой линией. Таким образом, диод D2 не будет шунтировать цепь передатчика / антенны.

Этот метод может быть построен до довольно сложной схемы, требующей большого количества диодов и способной обрабатывать 100, если не 1000 ватт, и на частотах в диапазоне ГГц.

Я надеюсь, что вы узнали что-то полезное из этой информации. С наилучшими пожеланиями от Гарри — SM0VPO

Вернуться на страницу ИНДЕКС

Что такое переключающий диод? — Теория быстрых переключающихся диодов

Переключающий диод (также называемый импульсным диодом , диодом Шоттки ) — полупроводниковый диод , используемый в импульсных (дискретных) системах.В основном он работает в коммутационных схемах, которые генерируют импульс только одного знака (+) с прямым смещением. В зависимости от применения переключающий диод может также работать как простой выпрямительный диод , ограничитель переходного напряжения или детекторный диод). Он отличается очень высокой скоростью работы (измеряется в наносекундах, тогда как для более высоких напряжений — микросекундах).

Наиболее востребованные параметры переключающего диода, работающего в качестве переключающего устройства, следующие:

Очень низкое сопротивление в прямом смещении и очень высокое сопротивление в обратном смещении,
Процесс переключения диода должен происходить как можно быстрее (с минимальной задержкой и без искажения импульсов).

Фиг.1 символ переключающего диода

Переключающий диод имеет чрезвычайно низкую емкость перехода, что приводит к очень малому времени переключения. Такие свойства указывают на контраст с помощью плоского диода, который имеет аналогичные свойства. Тем не менее, переключающий диод намного менее надежен (также автоматически становится ударопрочным), характеризуется более компактным числом значений параметров, существенно меньшим обратным током, меньшим сопротивлением в управлении проводимостью, но большей паразитной емкостью.В покрывающем диоде сравнительно большой заряд накапливается от p-n-перехода через проводимость, что имитирует диоды с такими свойствами, среди прочего, из-за пригодности для работы, где, например, им необходимо управлять высокими частотами. Коммутационный диод имеет довольно низкую инерцию только потому, что плата, которая собирается на переходе металл-полупроводник, мала, что делает его действительно хорошо подходящим для переключения и очень значительных диапазонов частот. Это только одно из наиболее важных свойств, благодаря которым диоды с быстрым переключением используются в качестве элементов импульсных зарядных устройств (например, используемых сейчас для питания лампочек, среди других объектов) или смесителей (электронных схем, которые должны создавать третий сигнал из двух различных знаков, используя частоту, которая представляет собой смесь сигналов во входном сигнале).

Переключающий диод Включает покрытие из металла, а также покрытие из полупроводника, чаще всего кремния. Его свойства делают его идеальным для всех применений в электронном оборудовании — в качестве компонента, который защищает чувствительные цифровые схемы, а также в качестве выпрямителя, используемого для сигналов с очень большой частотой. Он работает лучше в этом приложении по сравнению со стандартным кремниевым диодом — он отличается в основном уменьшенным падением напряжения, и даже более высокая частота указывает на то, что он может успешно справиться.Благодаря своим рабочим характеристикам его часто называют диодом для горячей ванны или даже барьерным диодом. Минимальное напряжение проводимости начинается от 150 мВ до примерно 500 мВ, при этом наименьшее значение из кремниевых диодов составляет 600 мВ. Описанный выше так называемый барьерный переход (часто известный как барьерный переключающий диод) формируется путем соединения полупроводника с каким-либо металлом. Полупроводник обычно представляет собой кремний, хотя чаще всего выбирают сплав из платины, вольфрама, молибдена или хрома.Выбор набора веществ, которые будут функционировать как анод (тип сплава) и катод (вид полупроводника), определяет, какое значение этого напряжения проводимости получит переключающий диод.

Характеристики переключающего диода

Характеристики переключающего диода показаны ниже на рис. 2.

Рис.2 характеристика переключающего диода

Дивизион

Быстродействующие диоды — изготавливаются с применением полупроводниковых материалов с более широкой запрещенной зоной (например,грамм. Арсенид галлия (GaAs): t _rr <0,1 нс). Диоды Шоттки имеют значительно более короткое время переключения (малая емкость перехода C _j значений) по сравнению с обычными полупроводниковыми диодами (t _rr 100 пс), что связано с их конструкцией перехода «M-S» емкостью перехода,
Диоды с малым временем затухания (также называемые ступенчато-восстановительными диодами) — в этом типе диодов накопление заряда имеет решающее влияние на скорость работы диода. Он используется для генерации прямоугольных импульсов (время затухания t _f должно быть очень маленьким).

Предельные параметры

I _Fmax — максимальное постоянное смещение,
I _FMmax — пик, максимально допустимое смещение диода,
В _Rmax — максимальное постоянное обратное напряжение,
В _RMmax — максимальное пиковое обратное напряжение,
T _j — допустимая температура перехода.

Статические и динамические параметры

V _F — прямое напряжение при определенном прямом токе I _F (чем выше ток, тем больше заряд сохраняется на основе диода pn-перехода и процесс разрядки медленнее)
I _R — обратный ток при заданном V _R реверсивное напряжение (чем выше ток, тем быстрее будет разгружен заряд, накопленный в переходе, диод переключится быстрее)
Емкость диода (при определенных обратных напряжении и частоте),
t _rr — время переключения диода (иногда вместо времени t _rr задается заряд переключения Q _rr, накопленный в разъеме).

Эффективность рассеивания тепла

Вакуумный остаток дает действительно прекрасную «возможность» использовать металлическое покрытие на полупроводниковой подложке в максимально возможной степени. Даже анод становится металлическим, хотя катод — это полупроводник. Металл действует главным образом как резистивное прикосновение к аноду — это не что иное, как тонкое покрытие, нанесенное на кремний. Этот тип решения демонстрирует своего рода наблюдаемый недостаток по сравнению с обычными кремниевыми диодами.Элементы с такими тонкими проводами часто превращаются в «слабые звенья», а также делают полный диод не таким устойчивым к пробоям. Кроме того, стоит отметить, что переключающий диод хуже справляется со всем излучаемым теплом в системе в связи с его плотным аналогом, использующим p-n переход. Основная причина этих свойств заключается в использовании сплава, который может находиться в непосредственном контакте со всем переходом переключающего диода.

Переключающий диод — это полупроводниковая электронная часть, одной из наиболее важных и отличительных особенностей которой от обычного переходного диода является тот простой факт, что его основными носителями являются электроны.Это связано с тем, что в полупроводнике N-типа их на несколько больше (от катода — обычно кремния), чем от анода, из-за чего они ведут себя как носители тока. Металлическое покрытие полностью электрически инертно. Сочетание этих функций делает диод с быстрым переключением менее инертным, чем обычные диоды. Последнее объяснение заключается в том простом факте, что в стыке нет так называемой черепной области, что означает очень короткий период восстановления. Требуется перейти из какой-то страны, в которой диод проводит, в состояние, когда он играет роль барьера (например, защита цепи при недостаточном источнике питания, что может повредить смонтированные чувствительные электронные компоненты, когда ток течет в противоположном направлении. ).Разница между обычными диодами, использующими pn-переходы, важна, поскольку в идеальном случае так называемый pn-диод потребует несколько сотен наносекунд, а может даже оказаться несколько тысяч наносекунд, тогда как переключающий диод может использовать десятые доли секунды. компонентов до максимум тысяч наносекунд для регенерации.

Применения переключающих диодов

Короткое время переключения быстродействующих диодов востребовано во многих областях применения. Вот некоторые из наиболее типичных:

Фиксатор напряжения,
Высокоскоростные выпрямительные и коммутационные цепи,
Защита от обратного тока и разряда,
Импульсные источники питания (в качестве выпрямителя).

Высокая эффективность переключающего диода при управлении сигналами очень высокой частоты, что делает его прекрасным выбором для устройства защиты от перенапряжения, установленного перед входным сигналом в чувствительную цепь. Очень короткий период регенерации делает его действительно практичным компонентом, используемым в инверторах или повышающих преобразователях. Низкое напряжение, а также невероятно короткий период регенерации значительно повышают эффективность источника энергии — она может достигать даже 90% эффективности.Стоит напомнить, что такие диоды могут использоваться для частот тока, не превышающих 100 ГГц. Переключающий диод часто является разумной альтернативой использованию германиевых диодов, особенно когда пороговое напряжение должно быть как можно ниже (в данном случае оно составляет всего около 0,4 В). Минимальное падение напряжения делает его фантастическим компонентом для подключения резервных источников питания — фантастическим для инверторов и других программ. Во время работы необходимо сосредоточиться на температурах, существующих в цепи, так как между 25 и 100 градусами Цельсия значение их так называемого обратного тока может возрасти даже вдвое.

Проверка правильности работы диода

Может случиться так, что устройство, оснащенное такой электроникой, перестанет работать, а также переключающий диод считается этой неисправностью. Например, это может быть источник питания в экране или в телевизоре. В этот момент очень важно оценить, правильно ли работает деталь. Но стоит понять, как это сделать правильно. Попытка проверить барьерный диод точно так же, как обычный диод, не принесет желаемых преимуществ.Цель состоит в том, чтобы точные результаты очень точных тестов для некоторых форм диодов не подходили для них, а также для многих других означают правильную работу. Довольно часто в подобной электронике (блоки питания для телевизоров или мониторов) используются элементы, в которые вставлено более одного диода, хотя снаружи кажется одним компонентом. Очень часто вы встретите два диода в одном корпусе, который может быть расположен в заметке каталога, в котором будет схема всего компонента (так называемый файл информационного листа).Самым первым действием человека, выполняющего эту работу, должен быть всесторонний анализ того, что именно представляет собой анализируемый элемент, если это абсолютно переключающий диод, как он устроен и каково ваше распределение распиновки. Затем, в зависимости от информации, содержащейся в авторитетных источниках в Интернете, например, следует разработать набор оценок для определения текущего состояния этого диода. При этом вам, безусловно, следует использовать мультиметр с омметром.

Диод

как переключатель и переход Простое объяснение — Wira Electrical

Силовой диод — это простейшее статическое устройство среди силовой электроники (PE).Это устройство может действовать как электронный переключатель. Так что использование диода в качестве переключателя кажется удобным.

Обозначение схемы можно увидеть на рисунке. (1), это двухконтактное устройство, где клемма A обозначает анод, а клемма K обозначает катод.

Рисунок 1. Силовой диод

Силовой диод в качестве переключателя

Если на клемме A будет более высокий потенциал, чем на клемме B, устройство будет работать в режиме прямого смещения, и ток будет течь в показанное направление называется прямым током (I _F).

Это вызывает относительно небольшое падение напряжения на устройстве (<1 В), и в идеальных условиях им можно пренебречь.

Прежде чем мы перейдем к объяснению, убедитесь, что вы прочитали, что такое электрический ток, чтобы понять принцип работы.

Напротив, при обратном смещении он не пропускает ток, и практический силовой диод будет иметь небольшой ток, протекающий в обратном направлении, называемый током утечки.

При выборе идеального устройства не учитываются как падение напряжения, так и ток утечки.Обычно в PE мы будем использовать расчет, основанный на идеальных условиях.

Его практические характеристики исходят из идеалов нулевого прямого и бесконечного обратного импеданса, как показано на рисунке (2a).

При работе в прямом смещении потенциальный барьер, связанный с распределением зарядов вблизи перехода, вместе с другими эффектами вызывает падение напряжения.

В практическом диоде его характеристика изображена на рис. 2б.

Рисунок 2а.Типичная статическая характеристика

Рисунок 2b. Характеристика в практическом состоянии

Обратите внимание на график характеристики, прямая характеристика изображена как пороговое напряжение V _o и линейное инкрементное или наклонное сопротивление r . Обратная характеристика остается неизменной во всем диапазоне возможных токов утечки независимо от напряжения в нормальном рабочем диапазоне.

PN Junction Diode

Из характеристики легко заметить, что когда он смещен в прямом направлении, ток, протекающий через него, возрастает с увеличением напряжения.

Ток в режиме обратного смещения относительно невелик, пока не будет достигнуто напряжение пробоя.

Как только приложенное напряжение превысит предел, ток будет быстро течь до очень высокого значения, ограниченного только внешним сопротивлением.

Принцип его работы основан на пропускании или блокировке напряжения и тока.

Характеристики силового диода

Характеристики диода постоянного тока . Наиболее важными параметрами являются следующие:

Прямое напряжение , В _F — это падение напряжения диода на A и K при прямом смещении.
Напряжение пробоя , В _B — это падение напряжения на диоде за пределами обратного смещения, также известное как лавина.
Обратный ток , I _R — это ток при определенном напряжении, которое ниже напряжения пробоя.

Характеристики диода переменного тока . Наиболее часто используемые параметры:

Время прямого восстановления , t _FR — это время, необходимое для того, чтобы его напряжение упало до определенного значения после начала прохождения прямого тока.
Время обратного восстановления , t _rr — это временной интервал между приложением обратного тока и обратным напряжением, упавшим до определенного значения, как показано на рисунке (3). Параметр t _a — это интервал между переходами его тока через ноль до момента, когда он становится равным I _RR.Напротив, t _b — это временной интервал от максимального обратного тока до примерно 0,25 I _RR. Соотношение значений t _a и t _b называется коэффициентом мягкости (SF). Для высокочастотной коммутации применяются силовые диоды с характеристиками скачкообразного восстановления.

Важно рассчитать время обратного восстановления. Меньшее значение t _rr указывает на возможность более быстрого переключения.

(1)

Если t _b можно игнорировать (общий случай), то верно следующее уравнение:

905

И ток обратного восстановления

(3)

где Q _RR — заряд накопителя.

Например,

Выбранный диод имеет скорость падения тока di / dt = 20 A / µs, а время обратного восстановления t _rr = 5 µs. Рассчитайте пиковый обратный ток.

Решение,

Пиковое значение обратного тока составляет,

(4)

Заряд накопителя Q _RR составляет,

905

Следовательно,

(6)

Емкость диода , C _D — это емкость перехода вместе с диодом плюс емкость корпуса (C _P).

Диоды — обзор | Темы ScienceDirect

1.2.2 КОНФИГУРАЦИИ РЕАКТОРА

Диодные реакторы могут питаться от ВЧ или постоянного электрического поля. В случае высокочастотного возбуждения осаждение обычно происходит на заземленном электроде. Поскольку общая площадь заземленного электрода и стенок реактора обычно больше, чем площадь электрода с питанием, возникает самосмещение постоянного тока, как показано на рисунке 4b. Падение потенциала на электроде под напряжением намного больше, чем на заземленном.Электрод с питанием более отрицательный по отношению к земле, поэтому его часто называют катодом. В этом случае заземленный электрод является анодом. Для тлеющего разряда постоянного тока распределение потенциала аналогично тому, которое показано для ВЧ-разряда на рисунке 4b. В обоих случаях ионная бомбардировка катода больше, чем анода. Вследствие этого нанесение пленок на катод или анод приводит к различным микроструктурным свойствам. Скорость осаждения на катоде обычно выше, чем на аноде.Пленки, осажденные на катоде, плотные, но также напряженные. Анодные пленки более пористые. В разрядах постоянного тока иногда используют сетку, расположенную над катодом, которая имеет тот же потенциал, что и катод [134]. Таким образом, ионы замедляются из-за столкновений газовой фазы в области между сеткой и катодом, и получается гораздо лучший материал [135]. Кроме того, сетка служит экраном для активных радикалов. Радикал SiH ₂ имеет большую вероятность прилипания и легко прилипает к сетке.Как следствие, радикал SiH ₂ будет отфильтрован, и SiH ₃ будет преобладать в осаждении. Было показано, что качество получаемого материала в триодных разрядах ВЧ было улучшено [136–139].

ВЧ-разряды на планарных триодах, используемые в исследованиях, как правило, асимметричны; площадь электрода с питанием намного меньше, чем площадь всех заземленных частей вместе взятых (заземленный электрод может составлять лишь небольшую часть заземленной области). Поэтому самосмещение постоянного тока велико.Уменьшить асимметрию можно, ограничив разряд заземленной сеткой [140, 141] или стенкой [142]. Такое ограничение также обеспечивает более высокую плотность мощности в разряде, что приводит к увеличению скорости осаждения.

Внешнее магнитное поле также использовалось для удержания плазмы [143]. Схема, в которой электромагниты расположены под катодом, известна как метод управляемого плазменного магнетрона [144]. Диффузии электронов к стенкам препятствует магнитное поле между катодом и анодом.Это приводит к увеличению электронной плотности и, следовательно, к более быстрому разложению силана и более высокой скорости осаждения. При скорости осаждения 1 нм / с получается материал приборного качества [144]. Кроме того, рядом с анодом расположена сетка, и анод может смещаться извне, как для удержания плазмы, так и для управления ионной бомбардировкой.

Горячие стенки реактора иногда используются как средство увеличения плотности пленок, осаждаемых на стенках.Это снижает количество адсорбированных загрязняющих веществ на стенах и приводит к снижению скорости дегазации. Горячая стена особенно интересна для однокамерных систем без камеры с замком нагрузки. Качество материала аналогично качеству, полученному с холодной стенкой реактора [145],