Зачем нужен диод в схеме: Зачем нужны диоды в схеме — КАРТРИДЖИ лазерные BROTHER, CANON, HP, KYOCERA MITA, PANASONIC, RICOH, SAMSUNG, XEROX

Содержание

ЗАЧЕМ ОБРАТНЫЙ ДИОД В СХЕМАХ | Дмитрий Компанец

Зачем ОБРАТНЫЙ ДИОД применяют в схемах

Как считают многие «Обратный диод в электрических схемах с индуктивными элементами служит для защиты полупроводниковых ключей, транзисторов, а мощных силовых цепях – контакторов, от перенапряжений, возникающих при размыкании цепи содержащей катушки индуктивности.»

Вот что рекомендуют знатоки электроники: «Если цепь разрывает транзистор, то на его выводах образуется скачок напряжения – перенапряжение, которое по величине значительно превышает напряжение источника питания и может вызвать пробой транзистора или другого полупроводникового ключа. Для защиты транзистора обмотку реле или просто катушку индуктивности нужно шунтировать обратным диодом.»

Шунтирование обратным диодом

В своих схема они ставят Диоды Защиты паралельно катушке реле, замечая следующее: «Диод подключают в обратном направлении к полюсам источника питания, поэтому в нормальном режиме он не влияет на параметры и работу электрической схемы, а создает путь протеканию тока только в момент отключение цепи. В результате накопленная энергия магнитного поля катушки рассеивается в виде тепла на активном сопротивлении катушки и диоде. Таким образом обратный диод защищает транзистор от пробоя, вызванного перенапряжение, образующемся при отключении электрический цепи.»

Всплеск напряжения на катушке реле

Увы ни в одном описании вы не встретите рекомендаций о том Какие диоды и с какими параметрами нужно устанавливать в схему. Кроме того большинство схем современной электроники так и не содержат этого чудесного элемента для защиты цепей управления реле.

Никто не будет спорить, что «при размыкании контактов накопленная энергия магнитного поля, запасенная на индуктивности, не может дальше хранится, как энергия электрического поля конденсатора, а преобразуется в искру или электрическую дугу, которая, в случае применения контакторов, может примести к их оплавлению.»

Но теория и практика говорят совсем о другом способе гашения дуги в ключах и защиты схем управления от индукционных токов.

Шунтирование обмоток резистором и конденсатором

Нам достаточно взглянуть на электромоторы радио-управляемых моделей, в них большие токи и резкие переключения на коллекторе вполне могли бы убить всю электронику в радиоприемнике схемы управления, но этого не происходит благодаря вовсе не диоду (вы видели диоды на моторчиках?), а меленькому конденсатору включенному паралельно контактам электродвигателя.

Разумеется не для всех схем подходит емкостное шунтирование, применялись для этого и резисторы и Диоды! но не в том варианте как предлагают многие авторы схем, а поставленные последовательно или паралельно к транзистору или ключу управления.

Вот, как то так ребята!

Для чего нужен диод в реле

Тема: простая защита электронной схемы с катушками реле от ЭДС индукции.

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

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

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

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

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

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

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

Видео по этой теме:

<center><ins class="lazy lazy-hidden adsbygoogle" style="display:inline-block;width:580px;height:400px" data-ad-client="ca-pub-1812626643144578" data-ad-slot="8813674614"></ins> <script>(adsbygoogle=window.adsbygoogle||[]).push({});</script></center>

Зная, как работает реле, Вы сможете осуществить различные схемы подключения к электропроводке автомобиля.

Что такое реле, и как оно работает? 5-тиконтактное реле
Обычно реле имеет 5 контактов (бывают и 4-хконтактные и 7-ми и т.д.). Если Вы посмотрите на реле внимательно, то увидите, что все контакты подписаны. Каждый контакт имеет своё обозначение. 30, 85, 86, 87 и 87А. На рисунке видно где, какой контакт.
Контакты 85 и 86 — это катушка. Контакт 30 — общий контакт, контакт 87А — нормально-замкнутый контакт, контакт 87 — нормально-разомкнутый контакт.

Что такое реле, и как оно работает? 5-тиконтактное реле
В состоянии покоя, т.е., когда на катушке нет питания, контакт 30 замкнут с контактом 87А. При одновременной подаче питания на контакты 85 и 86 (на один контакт «плюс» на другой — «минус», без разницы куда что) катушка «возбуждается», то есть срабатывает. Тогда контакт 30 отмыкается от контакта 87А и соединяется с контактом 87. Вот и весь принцип действия. Вроде бы ничего сложного.

Реле часто приходит на выручку во время установки дополнительного оборудования. Давайте рассмотрим простейшие примеры применения реле.

Блокировка двигателя.
Что такое реле, и как оно работает? Реле блокировки двигателяВ качестве блокируемой цепи может быть что угодно, лишь бы машина не заводилась при разорванной цепи (стартер, зажигание, бензонасос, питание форсунок и т.д.). Один контакт питания катушки (пусть 85) соединяем с проводом сигнализации, на котором появляется «минус» при постановке в охрану. На другой контакт катушки (пусть 86) подаём +12 Вольт при включении зажигания. Контакты 30 и 87А подцепляем в разрыв блокируемой цепи. Теперь, если попытаться завести автомобиль при включенной охране, контакт 30 разомкнётся с контактом 87А и не даст завести двигатель.

Эта схема используется, если у вас «минус» с сигнализации на блокировку выходит при постановке в охрану. Если у вас «минус» с сигнализации на блокировку выходит при снятии с охраны, тогда вместо контакта 87А используем контакт 87, т.е. разрыв цепи теперь будет на контактах 87 и 30. При таком подключении реле будет всегда в рабочем состоянии (разомкнутом) при работающем двигателе.

Инвертируем полярность сигнала (с «минуса» делаем «плюс» и наоборот). Подключаемся к слаботочным транзисторным выходам сигнализации.
Что такое реле, и как оно работает? Инвертируем сигнал с помощью реле Допустим, нам надо получить «минус», но у нас есть только «плюсовой» сигнал (например, у автомобиля положительные концевики, а у сигнализации нет входа положительных концевиков, а есть только вход отрицательных). На помощь опять приходит реле.

Подаём на один из контактов катушки (86) наш «плюс» (с концевиков автомобиля). На другой контакт катушки (85) и на контакт 87 подаём «минус». В итоге на выходе (контакт 30) получаем нужный нам «минус».

Если нам надо, наоборот, из «минуса» получить «плюс», то маленько меняем подключение. На контакт 86 подаём исходный «минус», а на контакты 85 и 87 подаём «плюс». В итоге на выходе (контакт 30) получаем нужный нам «плюс».
Если нам надо из слаботочного отрицательного выхода сигнализации (в сигнализации такие выходы могут называться по-разному и их назначение тоже различное: выход на 3-е зажигание, выход на открытие багажника, выход на закрытие стёкол и т.д.) сделать хороший мощный «минус» или «плюс», то тоже используем эту схему.
На контакт 85 подаём выход с сигнализации. На контакт 86 подаём «плюс». На контакт 87 подаём сигнал той полярности, который нам надо получить на выходе. В итоге на контакте 30 мы имеем ту полярность, которая на контакте 87.

Открытие багажника с брелока сигнализации.
Что такое реле, и как оно работает? Открытие багажника с брелока сигнализации Если в автомобиле стоит электрический привод багажника, то можно подключиться к нему автосигнализацией для открытия его с брелока сигнализации.
Если с сигнализации выходит слаботочный сигнал на открытие багажника (а чаще всего так и есть), то используем эту схему.
Прежде всего, находим провод на привод багажник, где появляется +12 Вольт при открытии багажника. Разрезаем этот провод. Тот конец разрезанного провода, который идёт к приводу, подцепляем к контакту 30. Другой конец провода подцепляем к контакту 87А. Выход с сигнализации подцепляем к контакту 86. Контакты 87 и 85 подцепляем на +12 Вольт.

Теперь, при подаче сигнала с сигнализации на открытие багажника, реле сработает и на провод электропривода багажника пойдёт «плюс». Привод сработает, и багажник откроется.
Это лишь немногие схемы подключения с использованием реле.

Ещё один элемент, который так же, как и реле, часто используется в установке автосигнализаций — диод.

Диод (от ди- и -од из слова электрод) — двухэлектродный электронный прибор, обладает различной проводимостью в зависимости от направления электрического тока. Электрод диода, подключённый к положительному полюсу источника тока, когда диод открыт (то есть, имеет маленькое сопротивление), называют анодом, подключённый к отрицательному полюсу — катодом.

Диоды бывают электровакуумными (кенотроны), газонаполненными (газотроны, игнитроны, стабилитроны), полупроводниковыми и др. В настоящее время в подавляющем большинстве случаев применяются полупроводниковые диоды.
У нас при установке автосигнализаций тоже применяются полупроводниковые диоды.

Полупроводниковые диоды используют свойство односторонней проводимости p-n перехода — контакта между полупроводниками с разным типом примесной проводимости, либо между полупроводником и металлом.

Полупроводниковый диод. Катод и анод диода. Полупроводниковый диод. Течение тока в диоде.

Полупроводниковые диоды — очень простые устройства. Кроме оценки силы тока диода, есть три основных вещи, которые вы должны держать в уме:
1. Катод (сторона с полосой)
2. Анод (сторона без полосы)
3. Диод пропускает «-» от катода к аноду (не пропускает «+») и «+» от анода к катоду (не пропускает «-»).

Подключение концевиков дверей с помощью диодов.
Немного про использование диодов при подключении автосигнализации к электропроводке автомобиля написано в статье Поиск концевиков.
Встречаются автомобили, у которых нет общей точки концевиков дверей, т.е. все концевики развязаны. Для каждой двери свой концевик. Например, Honda некоторые, Ford, GM и т.д.
При подключении автосигнализации в таких автомобилях можно подцепиться к плафону в салоне и запрограммировать функцию вежливой подсветки, можно тупо все провода концевиков связать вместе.
Первый способ не всегда может пройти. Почему, написано в статье Поиск концевиков.
Второй способ может подойти, если при таком виде подключения не нарушится функциональность некоторых приборов автомобиля. Если у вас на автомобиле на приборной панели показывается открытие каждой двери отдельно — такой способ не подойдёт. Если после установки автосигнализации у вас при открытии любой двери, а не только водительской, начинает пищать зуммер, указывающий об оставленном ключе в замке зажигания, значит, был применён вышеприведенный способ подключения концевиков.
В таких автомобилях при подключении автосигнализации правильнее всего использовать диоды.
Ниже приведены примеры подключения автосигнализации с использованием диодов к отрицательным и положительным концевикам дверей.

Полупроводниковый диод. Подключение отрицательных концевиков к автосигнализации при помощи диодов.Полупроводниковый диод. Подключение положительных концевиков к автосигнализации при помощи диодов.
Эти же схемы используются при подключении двух датчиков к одному входу (например, удара и наклонного).

Для соединения в схемах электрооборудования применяют автотракторные провода, которые делятся на провода низкого (до 48 В) и высокого напряжения. В качестве изоляции автотракторных проводов применяют попивинипхпоридный пластикат, который удовлетворяет следующим требованиям: масло-, бензо- и киспотостойкости, не распространением горения, работоспособности при высоких и низких температурах. Провода марок ПВА, ПВАЭ и ПВАЛ используют для соединений при температурах от -40 до + 105 С, провода остальных марок от -40 до +70 С. Если при соединении приборов требуется экранирование
провода, то применяют провода марок ПВАЭ и ПГВАЭ, а вспучае необходимости защиты проводов от
механических повреждений — провода с бронированной изоляцией марки ПГВАБ.
Для удобства отыскания соединений и цепей провода изготавливают следующих цветов: белого,
желтого, оранжевого, красного (бордо), розового, синего (голубого), зеленого, коричневого, черного,
серого и фиолетового. Сверху сплошного цвета допускается нанесение дополнительного цвета эмалью
ХС5103 в виде копец или полос (белой, черной, красной и голубой).
Для соединения подвижной пластины прерывателя в распределителе зажигания используют провод
марки ПЩОО сечением 0.5мм2.
В переносных пампах автомобилей применяют двухжильный провод марок ШПВУ и ПЛКТ. Соединение
аккумуляторной батареи с массой и двигателя производят медным неизолированным плетеным
проводом АМГ.
Срок службы проводов не менее 8 пет.
В зависимости от марки провода его сечение может быть следующих размеров: 0,5; 0,75; 1,0; 1,5; 2,5;
4,0; 6,0; 10; 16; 25; 35; 50; 70; и 95 мм2. Ниже приведена зависимость между сечением провода и его
сопротивлением.

Сечение провода. мм2 0.5 0.75 1.0 1.5 2.5 4.0 6.0
Электрическое сопротивление Ом’м х 10? 3.7 2.5 1.85 1.2 0.72 0.46 0.29

Допустимые значения сипы тока при длительных нагрузках роводов сечением 0.5-16 мм2 при одиночной прокладке должны быть не выше указанных в таблице

При прокладке проводов сечением 0.5 — 4.0 мм2 в жгутах, в поперечном сечении которых по трассе содержится от двух до семи проводов, сила допустимого тока в проводе 1=0,551 (где / — сила тока по таблице), а при наличии 8-19 проводов -1=0,381. Сечение проводов стартера подбирают так. чтобы падение напряжения в проводе не превышало 0.2 В на каждые ЮОА потребляемого стартером тока.
Провода высокого напряжения, применяемые для соединения в цепях зажигания, подразделяются на обычные ППВ с металлическим многожильным проводником и помехоподавительные провода марок ПВВО и ПВВП. При использовании проводов ПВВ необходимо устанавливать наконечники с подавительными резисторами. Резистивный провод ПВВО состоит из жилы-сердечника (изготовленной из хлопчатобумажной пряжи и пропитанной сажевым раствором) в хлопчатобумажной или капроновой оплетке и изоляции из поливинилхлоридного пластиката или одно- или двухслойной резины. Недостаток провода ПВВО — трудность обеспечения надежного контакта между проводом и наконечником. Реактивные провода марки ПВВП имеют в центре льняную нить, на которую нанесен слой ферропласта 7 (20% поливинилхлоридного пластиката ПДФ и 80% ферритового порошка). Поверх ферропластового слоя намотана проволока диаметром 0.12 мм2 из сплава 40Н. являющаяся токопроводящей жилой. На нее наложена изоляция ПВХ пластиката. Подавление помех в этом проводе осуществляется как слоем ферропласта. так и проводником-спиралью. Провода марки ПВВП соответствует требованиям ЕЭК ООН на допустимые пределы радиопомех.

Тема: простая защита электронной схемы с катушками реле от ЭДС индукции.

Видео по этой теме:

Диоды выпрямительные, принцип работы, характеристики, схемы подключения

электрика, сигнализация, видеонаблюдение, контроль доступа (СКУД), инженерно технические системы (ИТС)

Принцип работы, основные характеристики полупроводниковых выпрямительных диодов можно рассмотреть используя их вольтамперную характеристику (ВАХ), которая схематично представлена на рисунке 1.

Она имеет две ветви, соответствующие прямому и обратному включению диода.

При прямом включении выпрямительного диода ощутимый ток через него начинает протекать при достижении на диоде определенного напряжения Uоткр. Этот ток называется прямым Iпр. Его изменения на напряжение Uоткр влияют слабо, поэтому для большинства расчетов можно принять его значение:

0,7 Вольт для кремниевых диодов,
0,3 Вольт — для германиевых.

Естественно, прямой ток диода до бесконечности увеличивать нельзя, при его определенном значении Iпр.макс этот полупроводниковый прибор выйдет из строя. Кстати, существуют две основные неисправности полупроводниковых диодов:

пробой — диод начинает проводить ток в любом направлении, то есть станет обычным проводником. Причем, сначала наступает тепловой пробой (это состояние обратимо), затем электрический (после этого диод можно смело выбрасывать),
обрыв — здесь, думаю, пояснения излишни.

Если диод подключить в обратном направлении, через него будет протекать незначительный обратный ток Iобр, которым, как правило, можно пренебречь. При достижении определенного значения обратного напряжения Uобр обратный ток резко увеличивается, прибор, опять же, выходит из строя.

Числовые значения рассмотренных параметров для каждого типа диода индивидуальны и являются его основными электрическими характеристиками. Должен заметить, что существует ряд других параметров (собственная емкость, различные температурные коэффициенты и пр.), но для начала хватит перечисленных.

Здесь предлагаю закончить с чистой теорией и рассмотреть некоторые практические схемы.

СХЕМЫ ПОДКЛЮЧЕНИЯ ДИОДОВ

Для начала давайте рассмотрим как работает диод в цепи постоянного (рис.2) и переменного (рис.3) тока, что следует учитывать при том или ином включении диодов.

При подаче на диод прямого постоянного напряжения через него начинает протекать ток, определяемый сопротивлением нагрузки Rн. Поскольку он не должен превышать предельно допустимого значения следует определить его величину, после чего выбрать тип диода:

Iпр=Uн/Rн — все просто — это закон Ома.

Uн=U-Uоткр — см. начало статьи. Иногда величиной Uоткр можно пренебречь, бывают случаи, когда ее необходимо учитывать, например при расчете схемы подключения светодиода.

При включении диода в цепь переменного тока, помимо прочего, на нем периодически возникает обратное напряжение Uобр. Имейте в виду, следует учитывать его амплитудное значение (Для Uпр, кстати, тоже). Например, для бытовой электрической сети привычное всем напряжение 220В является действующим, а его амплитудное значение составляет 380В. Подробнее про это можно посмотреть на этой странице.

Это самое основное, про что надо помнить.

Теперь — несколько схем подключения диодов, часто встречающихся на практике.

Вне всякого сомнения, лидером здесь является мостовая схема диодов, используемая во всевозможных выпрямителях (рисунок 4). Выглядеть она может по разному, принцип действия одинаков, думаю из рисунка все ясно. Кстати, последний вариант — условное обозначение диодного моста в целом. Применяется для упрощения обозначения двух предыдущих схем.

Далее несколько менее очевидных схем (для постоянного тока):

Диоды могут выступать как «развязывающие» элементы. Управляющие сигналы Упр1 и Упр2 объединяются в точке А, причем взаимное влияние их источников друг на друга отсутствует. Кстати, это простейший вариант реализации логической схемы «или».
Защита от переполюсовки (жаргонное — «защита от дураков»). Если существует возможность неправильного подключения полярности напряжения питания эта схема защищает устройство от выхода из строя.
Автоматический переход на питание от внешнего источника. Поскольку диод «открывается», когда напряжение на нем достигнет Uоткр, то при Uвнеш <Uвн+Uоткр питание осуществляется от внутреннего источника, иначе — подключается внешний.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

Что такое диодный мост [+ схема подключения], для чего нужен и как работает

Диодный мост – электрическое устройство, предназначенное выпрямления тока, то есть для преобразования переменного тока в постоянный.

Содержание статьи

Диодные мосты – важная часть электронных приборов, питающихся от бытовой электросети напряжением 220 В и частотой 50 (60) Гц. Его второе название – двухполупериодный выпрямитель. Диодный мост состоит из полупроводниковых выпрямительных диодов или из диодов Шоттки. Элементы могут отдельно распаиваться на плате. Однако современный вариант – объединение диодов в одном корпусе, который носит название «диодная сборка». Диодные мосты активно используются в электронике, трансформаторных и импульсных блоках питания, люминесцентных лампах. В сварочные аппараты устанавливают мощные полупроводниковые сборки, которые крепятся к теплоотводящему устройству.

Схема диодного моста из 4 диодов

Что такое диодный мост и из каких элементов он состоит

Диодный мост в схемах, применяемых в сетях с однофазным напряжением, состоит из четырех диодов, представляющих собой полупроводниковый элемент с одним p-n переходом. Ток в таком полупроводнике проходит только в одном направлении при подключении анода к плюсу источника, а катода – к минусу. Если подключение будет обратным, ток закрывается. Диодный мост для трехфазного электрического тока отличается наличием шести диодов, а не четырех. Существенные различия в принципе работы между мостовыми схемами для однофазных и трехфазных сетей отсутствуют.

Устройство диода

Диод Шоттки – еще один вид полупроводниковых элементов, используемых в диодных мостах. Его основным отличием является переход металл-полупроводник, называемый «барьером Шоттки». Как и переход p-n, он обеспечивает проводимость в одну сторону. Для изготовления устройств Шоттки применяют арсенид галлия, кремний и металлы: золото, платину, вольфрам, палладий. При приложении небольших напряжений – до 60 В – диод Шоттки отличается малым падением напряжения на переходе (не более 0,4 В) и быстродействием. При бытовом напряжении 220 В он ведет себя как обычный кремниевый выпрямительный полупроводник. Сборки из таких полупроводниковых устройств часто устанавливаются в импульсных блоках питания.

Как работает диодный мост: для чайников, просто и коротко

На вход диодного моста подается переменный ток, полярность которого в бытовой электросети меняется с частотой 50 Гц. Диодная сборка «срезает» часть синусоиды, которая для прибора «является» обратной, и меняет ее знак на противоположный. В результате на выходе к нагрузке подается пульсирующий ток одной полярности.

Обозначение диодного моста на схеме

Частота этих пульсаций в 2 раза превышает частоту колебаний переменного тока и равна в данном случае 100 Гц.

Работа диодного моста

На рисунке а) изображена обычная синусоида напряжения переменного тока. На рисунке б) – срезанные положительные полуволны, полученные при использовании выпрямительного диода, который пропускает через себя положительную полуволну и запирается при прохождении отрицательной полуволны. Как видно из схемы, одного диода для эффективной работы недостаточно, поскольку «срезанная» отрицательная часть полуволн теряется и мощность переменного тока снижается в 2 раза. Диодный мост нужен для того, чтобы не просто срезать отрицательную полуволну, а поменять ее знак на противоположный. Благодаря такому схемотехническому решению, переменный ток полностью сохраняет мощность. На рисунке в) – пульсирующее напряжение после прохождения тока через диодную сборку.

Пульсирующий ток строго назвать постоянным нельзя. Пульсации мешают работе электроники, поэтому для их сглаживания после прохождения диодного моста в схему нужно включить фильтры. Простейший тип фильтра – электролитические конденсаторы значительной емкости.

На печатных платах и принципиальных схемах диодный мост, в зависимости от того, как он устроен (отдельные элементы или сборка), может обозначаться по-разному. Если он состоит из отдельно впаянных диодов, то их обозначают буквами VD, рядом с которыми указывают порядковый номер – 1-4. Буквами VDS обозначают сборки, иначе –VD.

Чем можно заменить диодный мост-сборку

Вместо диодного моста, собранного в одном корпусе, можно впаять в схему 4 кремниевых выпрямительных диода или 4 полупроводника Шоттки. Однако вариант диодной сборки более эффективен, благодаря:

меньшей площади, занимаемой сборкой на схеме;
упрощению работы сборщика схемы;
единому тепловому режиму для всех четырех полупроводниковых устройств.

Различные варианты сборки диодного моста

У такого схемотехнического решения есть и минус – в случае выхода из строя хотя бы одного полупроводника придется заменять всю сборку.

Для чего нужен диодный мост в генераторе автотехники

Диодный мост в генераторе

Это схемотехническое решение используется в электрических схемах автомобилей и мотоциклов. Диодный мост, устанавливаемый на генераторе переменного тока, нужен для преобразования вырабатываемого им переменного напряжения в постоянное. Постоянный ток служит для подзарядки АКБ и питания всех электропотребителей, имеющихся в современном транспорте. Требуемая мощность полупроводников в мостовой схеме определяется номинальным током, вырабатываемым генератором. В зависимости от этого показателя, полупроводниковые приборы разделяют на следующие группы по мощности:

маломощные – до 300 мА;
средней мощности – от 300 мА до 10 А;
высокомощные – выше 10 А.

Для автотехники обычно применяют мосты из кремниевых диодов, способных отвечать эксплуатационным требованиям в широком температурном диапазоне – от -60°C до +150°C.

Чем заменить диодный мост в генераторе

В большинстве моделей авто- и мототехники мостовые сборки впаивают в алюминиевый радиатор, поэтому в случае выхода из строя их придется выпаивать и выпрессовывать из радиаторной пластины и заменять на новый. Поскольку это довольно сложная процедура, лучше избегать возникновения факторов, из-за которых сгорает диодный мост. Наиболее часто встречающиеся причины этой проблемы:

на плату попала жидкость;
грязь вместе с маслом проникла к полупроводникам и вызвала короткое замыкание;
изменение положения полюсов контактов на АКБ.

Видео: принцип работы диодного моста

Была ли статья полезна?

Да

Нет

Оцените статью

Что вам не понравилось?

Другие материалы по теме

Анатолий Мельник

Специалист в области радиоэлектроники и электронных компонентов. Консультант по подбору деталей в компании РадиоЭлемент.

Зачем соединяют диоды последовательно

Зачем соединяют диоды последовательно? Последовательное соединение диодов можно рассматривать как один диод, у которого увеличивается такой важный параметр, как обратное напряжение диода U_обр. И увеличивается он пропорционально количеству соединённых диодов. Такое включение можно увидеть на рисунке 1.

Рис. 1

Если каждый из диодов имеет максимальное обратное напряжение 100 В, то для всего соединения этот параметр возрастает троекратно и равняется 300 В. Постоянный прямой ток при этом не меняется. Если каждый из диодов имеет ток в 500 мА, то полученный в результате диод будет иметь прямой ток 0.5 А и максимальное обратное напряжение 300 В.

Соединение диодов последовательно используется довольно часто. К примеру, диоды с U_обр=1000 В довольно распространены и достаточно дёшевы. Но если понадобится большее напряжение, то поиски покажут, что диоды на такие напряжения достаточно дороги. Т.е. получается так, что выгоднее соединить несколько дешёвых диодов последовательно, чем ставить один дорогой.

Шунтирование диодов

Характеристики любых, даже однотипных диодов всегда будут несколько отличаться. При последовательном соединении диодов этот факт необходимо обязательно учитывать. Каждый диод в обязательном порядке имеет некое внутреннее сопротивление, которое очень сильно отличается для проводящего и непроводящего состояния. К примеру, падение напряжения на внутреннем сопротивлении диода при его прямом смещении составляет всего около 0.3 В. Но при соединении диодов последовательно важную роль играет не прямое, а обратное сопротивление. При этом обратное напряжение распределяется по диодам неравномерно. Оно будет максимально на том диоде, у которого окажется максимальное обратное сопротивление. Это может привести к пробою диода с большой вероятностью. Чтобы избежать такой аварийной ситуации проводят шунтирование диодов. Каждый из последовательно соединённых диодов шунтируется своим резистором. Резисторы ставят высокоомные и маломощные. Пример такого соединения диодов показан на рис. 2.

Рис. 2

Как правило, такие резисторы имеют сопротивление в районе 510 КОм. Это шунтирование обеспечивает выравнивание напряжения на соединённых диодах.

Добавим диод и улучшим электросхему автомобиля.

Приветствую всех любителей постоянно что-то улучшать в своей машине своими руками, в этой небольшой статье мы рассмотрим на что способен обыкновенный диод, и что даст нам его главная способность — проводить электрический ток только в одном направлении. Многие водители знают, что диоды установлены в выпрямителях генераторов (диодный мост ), и выпрямляют переменный ток от генератора в постоянный ток для заряда батареи. Но не многие знают, что германиевый или кремниевый диод, можно использовать на машине не только для этого.

Если знать, куда добавить (припаять) в электросхеме автомобиля диод, то этим можно добиться некоторых полезных свойств в электрооборудовании машины. Например на машинах прошлых лет выпуска, можно сделать так, что при включении насоса омывателя стекла, дворники сами включатся при этом. Нужно просто добавить диод и подключить моторчик насоса, как показано на схеме № 1.

А при опускании водителем кнопки Вк 1, насос отключается, но при этом дворники остановятся только после завершения цикла и при возвращении на своё место (внизу стекла). Ну а диод в этой схеме нужен для того, чтобы насос не включался, когда будут работать дворники, при включенной заводской кнопке Вк 2 (например во время дождя, когда насос не нужен).

На схеме 1 моторчик стеклообывателя это М1, а М2 — это моторчик дворников. Вк 1 — это кнопка включения омывателя, а Вк 2 это выключатель дворников (стеклоочистителей). Ну а VD — это диод КД 202, который можно наглядно увидеть на самом верхнем фото.

Полезные свойства диода можно использовать и в схемах зажигания. Например на катушке зажигания (типа Б 117) не установлено добавочное сопротивление (резистор). И конечно же у жигулёвского стартера нет дополнительных контактов в тяговом реле.

Ну а если установить на машину катушку типа Б-115, и подключить диод, как показано на схеме № 2, то он обеспечит поступление напряжения на первичную обмотку, когда будет работать стартер. Благодаря этому, можно не бояться перегреть катушку зажигания и разрядить аккумулятор, как бывает при заводской схеме, если оставить ключ зажигания включенным.

На схеме №2 показано как подключить катушку зажигания Б 115, вместо катушки Б 117. Буква П на схеме — это прерыватель, а буквы VD означают диод КД 202Р.

Ещё диод можно добавить в заводскую электросхему включения фар и звукового сигнала, как показано на схеме №3. Добавление диода в схему, обеспечит включение фар как только вы нажмёте на звуковой сигнал. Но благодаря диоду, звуковой сигнал не будет звучать, если вы включите фары. В этой схеме можно использовать даже маломощные кремниевые диоды, например КД 209 (так как силовые функции здесь возложены на реле света и сигнала).

На схеме №3 показано как совместно включить фары и звуковой сигнал. Буквы Зс — это звуковой сигнал, Р1 — это реле сигнала, а Р2 — это реле дальнего света фар. Ну а буквы Вк1 означают кнопку включчения звукового сигнала, а буквы Вк2 — это включатель дальнего света.

Диод можно подключить и в цепь регулятора напряжения, а для чего это нужно? Для начала напомню, что при протекании тока через диод в прямом направлении, падение напряжения на этом диоде практически не зависит от величины этого тока и составляет примерно 0, 7 вольта (для кремниевого диода) или 0,4 вольта (для германиевого диода).

И поэтому, если вы подключите диод (как на схеме № 4) в цепь питания реле-регулятора напряжения (Я112), которое устанавливается на генераторах большинства отечественных автомобилей, то вы повысите напряжение генератора на вашей машине тоже на о,4 или на 0,7 вольта (в зависимости от типа диода). А чуть повысить напряжение бывает полезно в зимний период, или при каждодневных коротких поездках на работу, когда батарея постоянно недозаряжается.

Ну а чтобы в любой момент вернуть величину напряжения в заводское состояние, например летом или когда вы отправляетесь в дальнюю поездку, то нужно подключить тумблер Вк (зима — лето), с помощью которого в любой момент вы сможете выключить влияние диода на работу генератора.

В схемах можно использовать кремниевые диоды, например: КД 202, КД 203, КД 213, Д 231, Д 232, Д 214, Д 215, Д 242, Д 243, Д 245, Д 246, Д 247.

Так же подойдут и германиевые диоды, но их поменьше, например: Д 304 или Д 305.

Надеюсь данная статья поможет кому то улучшить заводскую электросхему своего автомобиля, с помощью такой полезной мелочи как диод; удачи всем.

Выпрямитель и простейший блок питания, как это сделать самому

Блок питания (БП) — устройство, предназначенное для формирования напряжения, необходимого системе, из напряжения электрической сети.

Выпрямитель — это устройство для преобразования переменного напряжения в постоянное. Это одна из самых часто встречающихся деталей в электроприборах, начиная от фена для волос, заканчивая всеми типами блоков питания с выходным напряжением постоянного тока. Есть разные схемы выпрямителей и каждая из них в определённой мере справляется со своей задачей. В этой статье мы расскажем о том, как сделать однофазный выпрямитель, и зачем он нужен.

Определение

Выпрямителем называется устройство, предназначенное для преобразования переменного тока в постоянный. Слово «постоянный» не совсем корректно, дело в том, что на выходе выпрямителя, в цепи синусоидального переменного напряжения, в любом случае окажется нестабилизированное пульсирующие напряжение. Простыми словами: постоянное по знаку, но изменяющееся по величине.

Различают два типа выпрямителей:

— Однополупериодный. Он выпрямляет только одну полуволну входного напряжения. Характерны сильные пульсации и пониженное относительно входного напряжение.

— Двухполупериодный. Соответственно, выпрямляется две полуволны. Пульсации ниже, напряжение выше чем на входе выпрямителя – это две основных характеристики.

Что значит стабилизированное и нестабилизированное напряжение?

Стабилизированным называется напряжение, которое не изменяется по величине независимо ни от нагрузки, ни от скачков входного напряжения. Для трансформаторных источников питания это особенно важно, потому что выходное напряжение зависит от входного и отличается от него на Ктрансформации раз.

Нестабилизированное напряжение – изменяется в зависимости от скачков в питающей сети и характеристик нагрузки. С таким блоком питания из-за просадок возможно неправильное функционирование подключенных приборов или их полная неработоспособность и выход из строя.

Выходное напряжение

Основные величины переменного напряжения — амплитудное и действующее значение. Когда говорят «в сети 220В переменки» имеют в виду действующее напряжение.

Если говорят об амплитудной величине, то имеют в виду, сколько вольт от нуля до верхней точки полуволны синусоиды.

Опустив теорию и ряд формул можно сказать, что действующее напряжение в 1.41 раз меньше амплитудного. Или:

Uа=Uд*√2

Амплитудное напряжение в сети 220В равняется:

220*1.41=310

Схемы

Однополупериодный выпрямитель состоит из одного диода. Он просто не пропускает обратную полуволну. На выходе получается напряжение с сильными пульсациями от нуля до амплитудного значения входного напряжения.

Если говорить совсем простым языком, то в этой схеме к нагрузке поступает половина от входного напряжения. Но это не совсем корректно.

Двухполупериодные схемы пропускают к нагрузке обе полуволны от входного. Выше в статье упоминалось об амплитудном значении напряжения, так вот напряжение на выходе выпрямителя то же ниже по величине, чем действующее переменное на входе.

Но, если сгладить пульсации с помощью конденсатора, то, чем меньшими будут пульсации, тем ближе напряжение будет к амплитудному.

О сглаживания пульсаций мы поговорим позже. А сейчас рассмотрим схемы диодных мостов.

Их две:

1. Выпрямитель по схеме Гретца или диодный мост;

2. Выпрямитель со средней точкой.

Первая схема более распространена. Состоит из диодного моста – четыре диода соединены между собой «квадратом», а в его плечи подключена нагрузка. Выпрямитель типа «мост» собирается по схеме приведенной ниже:

Её можно подключить напрямую к сети 220В, так сделано в современных импульсных блоках питания, или на вторичные обмотки сетевого (50 Гц) трансформатора. Диодные мосты по этой схеме можно собирать из дискретных (отдельных) диодов или использовать готовую сборку диодного моста в едином корпусе.

Вторая схема – выпрямитель со средней точкой не может быть подключена напрямую к сети. Её смысл заключается в использовании трансформатора с отводом от середины.

По своей сути – это два однополупериодных выпрямителя, подключенные к концам вторичной обмотки, нагрузка одним контактом подключается к точке соединения диодов, а вторым – к отводу от середины обмоток.

Её преимуществом перед первой схемой является меньшее количество полупроводниковых диодов. А недостатком – использование трансформатора со средней точкой или, как еще называют, отводом от середины. Они менее распространены чем обычные трансформаторы со вторичной обмоткой без отводов.

Сглаживание пульсаций

Питание пульсирующим напряжением неприемлемо для ряда потребителей, например, источники света и аудиоаппаратура. Тем более, что допустимые пульсации света регламентируются в государственных и отраслевых нормативных документах.

Для сглаживания пульсаций используют фильтры – параллельно установленный конденсатор, LC-фильтр, разнообразные П- и Г-фильтры…

Но самый распространенный и простой вариант – это конденсатор, установленный параллельно нагрузке. Его недостатком является то, что для снижения пульсаций на очень мощной нагрузке придется устанавливать конденсаторы очень большой емкости – десятки тысяч микрофарад.

Его принцип работы заключается в том, что конденсатор заряжается, его напряжение достигает амплитуды, питающее напряжение после точки максимальной амплитуды начинает снижаться, с этого момента нагрузка питается от конденсатора. Конденсатор разряжается в зависимости от сопротивления нагрузки (или её эквивалентного сопротивления, если она не резистивная). Чем больше емкость конденсатора – тем меньшие будут пульсации, если сравнивать с конденсатором с меньшей емкостью, подключенного к этой же нагрузке.

Простым словами: чем медленнее разряжается конденсатор – тем меньше пульсации.

Скорости разряда конденсатора зависит от потребляемого нагрузкой тока. Её можно определить по формуле постоянной времени:

t=RC,

где R – сопротивление нагрузки, а C – емкость сглаживающего конденсатора.

Таким образом, с полностью заряженного состояния до полностью разряженного конденсатор разрядится за 3-5 t. Заряжается с той же скоростью, если заряд происходит через резистор, поэтому в нашем случае это неважно.

Отсюда следует – чтобы добиться приемлемого уровня пульсаций (он определяется требованиями нагрузки к источнику питания) нужна емкость, которая разрядится за время в разы превышающее t. Так как сопротивления большинства нагрузок сравнительно малы, нужна большая емкость, поэтому в целях сглаживания пульсаций на выходе выпрямителя применяют электролитические конденсаторы, их еще называют полярными или поляризованными.

Обратите внимание, что путать полярность электролитического конденсатора крайне не рекомендуется, потому что это чревато его выходом из строя и даже взрывом. Современные конденсаторы защищены от взрыва – у них на верхней крышке есть выштамповка в виде креста, по которой корпус просто треснут. Но из конденсатора выйдет струя дыма, будет плохо, если она попадет вам в глаза.

Расчет емкости ведется исходя из того какой коэффициент пульсаций нужно обеспечить. Если выражаться простым языком, то коэффициентом пульсаций показывает, на какой процент проседает напряжение (пульсирует).

Чтобы посчитать емкость сглаживающего конденсатора можно использовать приближенную формулу:

C=3200*Iн/Uн*Kп,

Где Iн – ток нагрузки, Uн – напряжение нагрузки, Kн – коэффициент пульсаций.

Для большинства типов аппаратуры коэффициент пульсаций берется 0.01-0.001. Дополнительно желательно установить керамический конденсатор как можно большей емкости, для фильтрации от высокочастотных помех.

Как сделать блок питания своими руками?

Простейший блок питания постоянного тока состоит из трёх элементов:

1. Трансформатор;

2. Диодный мост;

3. Конденсатор.

Если нужно получить высокое напряжение, и вы пренебрегаете гальванической развязкой то можно исключить трансформатор из списка, тогда вы получите постоянное напряжение вплоть до 300-310В. Такая схема стоит на входе импульсных блоков питания, например, такого как у вас на компьютере.

Это нестабилизированный блок питания постоянного тока со сглаживающим конденсатором. Напряжение на его выходе больше чем переменное напряжение вторичной обмотке. Это значит, что если у вас трансформатор 220/12 (первичная на 220В, а вторичная на 12В), то на выходе вы получите 15-17В постоянки. Эта величина зависит от емкости сглаживающего конденсатора. Эту схему можно использовать для питания любой нагрузки, если для нее неважно, то, что напряжение может «плавать» при изменениях напряжения питающей сети.

Важно:

У конденсатора две основных характеристики – емкость и напряжение. Как подбирать емкость мы разобрались, а с подбором напряжения – нет. Напряжение конденсатора должно превышать амплитудное напряжение на выходе выпрямителя хотя бы в половину. Если фактическое напряжение на обкладках конденсатора превысит номинальное – велика вероятность его выхода из строя.

Старые советские конденсаторы делались с хорошим запасом по напряжению, но сейчас все используют дешевые электролиты из Китая, где в лучшем случае есть малый запас, а в худшем – и указанного номинального напряжения не выдержит. Поэтому не экономьте на надежности.

Стабилизированный блок питания отличается от предыдущего всего лишь наличием стабилизатора напряжения (или тока). Простейший вариант – использовать L78xx или другие линейные стабилизаторы, типа отечественного КРЕН.

Так вы можете получить любое напряжение, единственное условие при использовании подобных стабилизаторов, это то, напряжение до стабилизатора должно превышать стабилизированную (выходную) величину хотя бы на 1.5В. Рассмотрим, что написано в даташите 12В стабилизатора L7812:

Входное напряжение не должно превышать 35В, для стабилизаторов от 5 до 12В, и 40В для стабилизаторов на 20-24В.

Входное напряжение должно превышать выходное на 2-2.5В.

Полная версия даташита https://www.jameco.com/Jameco/Products/ProdDS/889305.pdf

Т.е. для стабилизированного БП на 12В со стабилизатором серии L7812 нужно, чтобы выпрямленное напряжение лежало в пределах 14.5-35В, чтобы избежать просадок, будет идеальным решением применять трансформатора с вторичной обмоткой на 12В.

Но выходной ток достаточно скромный – всего 1.5А, его можно усилить с помощью проходного транзистора. Если у вас есть PNP-транзисторы, можно использовать эту схему:

На ней изображено только подключение линейного стабилизатора «левая» часть схемы с трансформатором и выпрямителем опущена.

Если у вас есть NPN-транзисторы типа КТ803/КТ805/КТ808, то подойдет эта:

Стоит отметить, что во второй схеме выходное напряжение будет меньше напряжения стабилизации на 0.6В – это падение на переходе эмиттер база. Для компенсации этого падения в цепь был введен диод D1.

Можно и в параллель установить два линейных стабилизатора, но не нужно! Из-за возможных отклонений при изготовлении нагрузка будет распределяться неравномерно и один из них может из-за этого сгореть.

Установите и транзистор, и линейный стабилизатор на радиатор, желательно на разные радиаторы. Они сильно греются.

Регулируемые блоки питания

Простейший регулируемый блок питания можно сделать с регулируемым линейным стабилизатором LM317, её ток тоже до 1.5 А, вы можете усилить схему проходным транзистором, как было описано выше.

Вот более наглядная схема для сборки регулируемого блока питания.

Чтобы получить больший ток можно и использовать более мощный регулируемый стабилизатор LM350.

В последних двух схемах есть индикация включения, которая показывает наличие напряжения на выходе диодного моста, выключатель 220В, предохранитель первичной обмотки.

Вот пример регулируемого зарядного устройства для аккумулятора с тиристорным регулятором в первичной обмотке, по сути такой же регулируемый блок питания.

Кстати похожей схемой регулируют и сварочный ток:

Заключение

Выпрямитель используется в источниках питания для получения постоянного тока из переменного. Без его участия не получится запитать нагрузку постоянного тока, например светодиодную ленту или радиоприемник.

Также используются в разнообразных зарядных устройствах для автомобильных аккумуляторов, есть ряд схем с использованием трансформатора с группой отводов от первичной обмотки, которые переключаются галетным переключателем, а во вторичной обмотке установлен только диодный мост. Переключатель устанавливают со стороны высокого напряжения, так как, там в разы ниже ток и его контакты не будут пригорать от этого.

По схемам из статьи вы можете собрать простейший блок питания как для постоянной работы с каким-то устройством, так и для тестирования своих электронных самоделок.

Схемы не отличаются высоким КПД, но выдают стабилизированное напряжение без особых пульсаций, следует проверить емкости конденсаторов и рассчитать под конкретную нагрузку. Они отлично подойдут для работы маломощных аудиоусилителей, и не создадут дополнительного фона. Регулируемый блок питания станет полезным автолюбителями и автоэлектрикам для проверки реле регулятора напряжения генератора.

Регулируемый блок питания используется во всех областях электроники, а если его улучшить защитой от КЗ или стабилизатором тока на двух транзисторах, то вы получите почти полноценный лабораторный блок питания.

Ранее ЭлектроВести писали, что компании Nissan Energy и OPUS Campers представили любопытную новинку — концептуальный автомобиль-кемпер Nissan x OPUS. Главная идея Nissan x OPUS заключается в том, чтобы обеспечить путешественников электроэнергией вдали от цивилизации. Для этого предлагается использовать отработанные аккумуляторные батареи электромобилей.

По материалам: electrik.info.

5. Почему в цепи драйвера реле следует использовать диод?

Вы можете легко сделать схему драйвера реле с транзистором, токоограничивающим резистором (для включения и выключения транзистора) и диодом, включенным параллельно катушке реле.

Диод часто вызывает недоумение: зачем он нам?

Поясню …

Катушка релейного устройства такова, что это индуктор. Катушка индуктивности реагирует на внезапные изменения тока, создавая большое напряжение на своих концах.

Чтобы включить реле, необходимо включить транзистор, чтобы ток протекал между его эмиттером и коллектором. Чтобы обесточить реле, необходимо выключить транзистор, что прервет ток между эмиттером и коллектором.

Это резкое изменение тока, протекающего через катушку реле, вызывает реакцию катушки. Результатом этой реакции является высокое напряжение на его выводах.

Диод предназначен для подавления этого напряжения, чтобы он не мог повредить какие-либо компоненты вокруг реле, такие как транзистор и внешний аккумулятор (а также управляющую логическую схему, такую как Arduino).

Чтобы понять, что происходит, я провел небольшой эксперимент на своем осциллографе.

Я использовал две версии простой схемы с катушкой, кнопкой, источником питания и токоограничивающим резистором (на фото ниже).

В первом варианте я использую диод в качестве ограничителя скачков напряжения в катушке.

Во второй версии диод не использовал.

Вот две схемы:

Я использовал канал (синий) на моем прицеле для триггера, а другой (желтый) — для измерения напряжения вокруг катушки.Желтая линия — это напряжение катушки, а синяя — напряжение на переключателе (триггере). Вы можете не обращать внимания на синюю линию на скриншотах ниже.

Вот как выглядит захват без диода:

Захват с диодом:

Посмотрите на напряжения, особенно на Vpp (Vpp: Voltage Peak-to-Peak).

Какой из них больше? С диодом или без?

Если вы посмотрите на конечную часть кривой желтой линии, то для обеих цепей напряжение в конечном итоге стабилизируется на одном и том же значении.Следовательно, более длительное (примерно после 350 нс) влияние диода незначительно (если оно есть).

Но сразу после того, как я нажимаю кнопку и включаю катушку реле, первая строка (без диода) показывает намного большее (в данном случае примерно в два раза) размах напряжения по сравнению со второй строкой (с диодом). ).

Как видите, добавление диода в схему, содержащую катушку любого типа (например, в реле или двигателе постоянного тока), значительно снизит обратные токи, ограничив влияние напряжения на концах катушки.

Почему для предотвращения электрических помех в реле следует использовать обратноходовой диод | Блог о проектировании печатных плат

Altium Designer

| & nbsp Создано: 8 сентября 2017 г. & nbsp | & nbsp Обновлено: 25 ноября 2020 г.

Инженеры иногда склонны чрезмерно усложнять проблему вместо того, чтобы сосредоточиться на простых логических решениях.Например, у моего друга сломался мотоцикл, и он часами проверял аккумулятор, карбюратор и электрическую систему. Оказывается, все это было сделано зря. Мы были очень удивлены, узнав, что этот беспредел был вызван неисправным индикатором уровня топлива, из-за которого его топливный бак пуст.

В электронике то, что может показаться большой проблемой, иногда можно легко решить. Например, при проектировании печатных плат с механическими реле вы можете избежать больших скачков напряжения и обеспечить подавление релейного шума, добавив в схему обратный диод.Однако, если вы установили обратный диод на реле для защиты от обратного хода, а ваш контроллер все еще продолжает сбрасывать, вам может потребоваться рассмотреть другие источники электрического шума. Как и в случае с мотоциклом моего друга, часто эти источники скрыты у всех на виду, и их можно решить с помощью тех же методов снижения шума, которые вы применили к своей конструкции. Вот почему и как вы можете использовать обратный диод для уменьшения электромагнитных помех в ваших реле, и что вам следует учитывать, если ваша конструкция является частью более крупной системы.

Что такое обратный диод и зачем он нужен

Если вы создавали печатные платы с механическими реле, то, вероятно, слышали о обратном диоде. Обратный диод или обратный диод устанавливается с обратной полярностью от источника питания и параллельно катушке индуктивности реле. Использование диода в релейной цепи предотвращает возникновение огромных скачков напряжения при отключении источника питания. Обратный диод иногда называют диодом маховика, обратным диодом, релейным диодом или демпфирующим диодом, поскольку обратный диод представляет собой тип демпфирующей цепи.

Зачем вставлять диод в катушку реле?

Когда к реле подключен источник питания, напряжение на катушке индуктивности нарастает, чтобы соответствовать напряжению источника питания. Скорость, с которой может изменяться ток в катушке индуктивности, ограничена ее постоянной времени. В этом случае время, необходимое для минимизации тока, протекающего через катушку, больше, чем время, необходимое для отключения источника питания. При отключении индуктивная нагрузка в катушке меняет полярность, пытаясь поддерживать ток в соответствии с кривой рассеяния (т.е.е.,% от максимального протекания тока по времени). Это вызывает накопление огромного потенциала напряжения на открытых соединениях компонента, который управляет реле.

Это нарастающее напряжение называется обратным напряжением. Это может привести к возникновению электрической дуги и повреждению компонентов, управляющих реле. Он также может вносить электрические помехи, которые могут возникать в соседних сигналах или соединениях питания и вызывать сбой или сброс микроконтроллеров. Если у вас есть панель управления электроникой, которая сбрасывается каждый раз, когда реле обесточивается, вполне возможно, что у вас проблема с обратным напряжением.

Чтобы решить эту проблему, к источнику питания подключен диод с обратной полярностью. Размещение диода через катушку реле пропускает обратное электромагнитное поле и его ток через диод, когда реле находится под напряжением, поскольку обратная ЭДС приводит в действие диод защиты обратного хода в прямом смещении. Когда источник питания отключен, полярность напряжения на катушке инвертируется, и между катушкой реле и защитным диодом образуется токовая петля; диод снова становится смещенным в прямом направлении. Обратный диод позволяет току проходить с минимальным сопротивлением и предотвращает накопление обратного напряжения, отсюда и название обратного диода.

Крошечные обратноходовые диоды предотвращают повреждение компонентов большим обратным напряжением.

Электропроводка обратного диода для шумоподавления реле

Установка обратного диода защиты довольно проста; он должен быть размещен прямо поперек катушки реле. Схема диода свободного хода в реле показана ниже. На этой схеме резистор R , включенный параллельно с проводкой обратного диода, представляет собственное сопротивление катушки постоянному току.

Схема подключения обратного диода в цепи реле.

Обратите внимание, что размещение диода не предотвращает передачу скачка напряжения на некоторую выходную нагрузку. Вместо этого он обеспечивает путь с низким сопротивлением, который перенаправляет ток, поэтому скачки напряжения на выходной нагрузке будут намного ниже. Использование простого диода 1N4007 достаточно для подавления больших скачков напряжения в реле 24 В постоянного тока со схемой диодной защиты.

Путь тока в диоде зависит от того, замкнут или разомкнут переключатель в реле.Когда переключатель изначально замкнут, нагрузка индуктора создает обратное электромагнитное поле в качестве переходной характеристики, и напряжение медленно повышается до значения напряжения питания. После размыкания переключателя обратное электромагнитное поле, создаваемое индуктором, переключает направление и указывает на землю, создавая переходный отклик, который медленно затухает. Благодаря петле с низким сопротивлением, создаваемой свободно вращающимся диодом при прямом смещении, ток отклоняется через диод, а не создает большой скачок напряжения в другом месте цепи.

Ток протекает через проводку обратного диода в цепи реле.

Как электрический шум может мешать работе вашей электроники, несмотря на бортовые обратные диоды

Вы могли подумать, что размещение обратных диодов в цепи реле решит все ваши проблемы с электрическими шумами. Это то, во что я верил, пока не столкнулся с ошеломляющей проблемой, когда контроллер влажности, который я разработал, постоянно сбрасывался. И это несмотря на то, что я использовал каждое реле со схемой диодной защиты.

Регулятор влажности был подключен к внешним механическим реле, управляющим промышленными нагревательными элементами. Этот рутинный проект превратился в охоту на ведьм, из-за которой контроллер перезагружался. Когда у вас есть десятки похожих настроек, демонстрирующих одни и те же симптомы, легко предположить, что вы испортили дизайн продукта.

После нескольких часов испытаний различных источников питания, кабелей, методов заземления и фольги для защиты от электромагнитных помех (EMI) меня, наконец, осенило, что, возможно, причиной проблемы были внешние механические реле.Верно моему подозрению, ни одно из внешних реле, установленных третьей стороной, не имело схемы обратного диода, подключенной параллельно их катушкам индуктивности. Возникающие в результате обратные напряжения вызвали электрические помехи по соединительному кабелю и контроллеру влажности, что привело к перезагрузке системы.

Несмотря на то, что у вас есть небольшой контроль над электрическими установками, выполняемыми третьей стороной, нет оправдания несоблюдению передовых методов с обратными диодами на вашей печатной плате. Для начала вам нужно убедиться, что соответствующий прямой ток свободного диода больше, чем у катушки, когда она приводится в прямое смещение электромагнитным полем катушки.Также выберите обратный диод, обратное напряжение которого выше номинального напряжения катушки.

Отсутствие обратного диода может стать вашим электрическим кошмаром.

В своей практике я размещаю обратные диоды как можно ближе к реле. Типичный диод 1N4007 хорошо подходит для большинства приложений и избавляет меня от проблемы создания отпечатков вручную. Более того, наличие хорошего программного обеспечения для ведомости материалов, такого как инструмент управления Altium Designer, упрощает управление их жизненным циклом и доступностью.Это особенно полезно, когда я переделываю старые дизайны.

Есть вопрос по обратным диодам? Свяжитесь со специалистом Altium Designer.

Проверьте Altium Designer в действии …

Мощный дизайн печатной платы

Как работают электронные компоненты

Электронные гаджеты стали неотъемлемой частью нашей жизни. Они сделали нашу жизнь комфортнее и удобнее. Электронные гаджеты находят широкое применение в современном мире, от авиации до медицины и здравоохранения.Фактически, революция в электронике и революция в компьютерах идут рука об руку.

Большинство гаджетов имеют крошечные электронные схемы, которые могут управлять машинами и обрабатывать информацию. Проще говоря, электронные схемы — это линия жизни различных электроприборов. В этом руководстве подробно рассказывается об общих электронных компонентах, используемых в электронных схемах, и о том, как они работают.

В этой статье я дам обзор электронных схем. Затем я предоставлю дополнительную информацию о 7 различных типах компонентов.Для каждого типа я буду обсуждать состав, принцип работы, а также функцию и значение компонента.

Конденсатор
Резистор
Диод
Транзистор
Катушка индуктивности
Реле
Кристалл кварца

Обзор электронной схемы

Электронная схема — это структура, которая направляет электрический ток и управляет им для выполнения различных функций, включая усиление сигнала, вычисление и передачу данных.Он состоит из нескольких различных компонентов, таких как резисторы, транзисторы, конденсаторы, катушки индуктивности и диоды. Для соединения компонентов друг с другом используются токопроводящие провода или дорожки. Однако цепь считается завершенной, только если она начинается и заканчивается в одной и той же точке, образуя цикл.

Элементы электронной схемы

Сложность и количество компонентов в электронной схеме могут изменяться в зависимости от ее применения. Однако простейшая схема состоит из трех элементов, включая токопроводящую дорожку, источник напряжения и нагрузку.

Элемент 1: токопроводящий путь

Электрический ток течет по токопроводящей дорожке. Хотя медные провода используются в простых цепях, они быстро заменяются токопроводящими дорожками. Проводящие дорожки — это не что иное, как медные листы, наклеенные на непроводящую основу. Они часто используются в небольших и сложных схемах, таких как печатные платы (PCB).

Элемент 2: Источник напряжения

Основная функция цепи — обеспечить безопасное прохождение электрического тока через нее.Итак, первый ключевой элемент — это источник напряжения. Это двухконтактное устройство, такое как аккумулятор, генераторы или энергосистемы, которые обеспечивают разность потенциалов (напряжение) между двумя точками в цепи, так что ток может течь через них.

Элемент 3: Нагрузка

Нагрузка — это элемент в цепи, который потребляет мощность для выполнения определенной функции. Лампочка — простейшая нагрузка. Однако сложные схемы имеют разные нагрузки, такие как резисторы, конденсаторы, транзисторы и транзисторы.

Факты об электронных схемах

Факт 1: Обрыв цепи

Как упоминалось ранее, цепь всегда должна образовывать петлю, позволяющую току течь через нее. Однако, когда дело доходит до разомкнутой цепи, ток не может течь, поскольку один или несколько компонентов отключены намеренно (с помощью переключателя) или случайно (сломанные части). Другими словами, любая цепь, не образующая петли, является разомкнутой.

Факт 2: Замкнутый контур

Замкнутый контур — это контур, который образует контур без каких-либо прерываний.Таким образом, это полная противоположность разомкнутой цепи. Однако полная цепь, которая не выполняет никаких функций, остается замкнутой цепью. Например, цепь, подключенная к разряженной батарее, может не работать, но это все равно замкнутая цепь.

Факт 3: Короткое замыкание

В случае короткого замыкания между двумя точками электрической цепи образуется соединение с низким сопротивлением. В результате ток имеет тенденцию течь через это вновь образованное соединение, а не по намеченному пути.Например, если есть прямое соединение между отрицательной и положительной клеммами батареи, ток будет проходить через нее, а не через цепь.

Однако короткое замыкание обычно приводит к серьезным несчастным случаям, так как ток может протекать на опасно высоких уровнях. Следовательно, короткое замыкание может повредить электронное оборудование, вызвать взрыв батарей и даже вызвать пожар в коммерческих и жилых зданиях.

Факт 4: Печатные платы (PCB)

Для большинства электронных приборов требуются сложные электронные схемы.Вот почему разработчикам приходится размещать крошечные электронные компоненты на печатной плате. Он состоит из пластиковой платы с соединительными медными дорожками с одной стороны и множества отверстий для крепления компонентов. Когда макет печатной платы наносится химическим способом на пластиковую плату, она называется печатной платой или печатной платой.

Рисунок 1: Печатная плата . [Источник изображения]

Факт 5: Интегральные схемы (ИС)

Хотя печатные платы могут предложить множество преимуществ, для большинства современных приборов, таких как компьютеры и мобильные телефоны, требуются сложные схемы, состоящие из тысяч и даже миллионов компонентов.Вот тут-то и пригодятся интегральные схемы. Это крошечные электронные схемы, которые могут поместиться внутри небольшого кремниевого чипа. Джек Килби изобрел первую интегральную схему в 1958 году в компании Texas Instruments. Единственная цель ИС — повысить эффективность электронных устройств при уменьшении их размера и стоимости производства. С годами интегральные схемы становились все более сложными, поскольку технологии продолжают развиваться. Вот почему персональные компьютеры, ноутбуки, мобильные телефоны и другая бытовая электроника с каждым днем становятся все дешевле и лучше.

Рисунок 2: Интегральные схемы. [Источник изображения]

Электронные компоненты

Благодаря современным технологиям процесс сборки электронных схем был полностью автоматизирован, особенно это касается изготовления микросхем и печатных плат. Количество и расположение компонентов в схеме может варьироваться в зависимости от ее сложности. Однако он построен с использованием небольшого количества стандартных компонентов.

Следующие компоненты используются для создания электронных схем.

Компонент 1: Конденсатор

Конденсаторы

широко используются для построения различных типов электронных схем.Конденсатор — это пассивный двухконтактный электрический компонент, который может электростатически накапливать энергию в электрическом поле. Проще говоря, он работает как небольшая аккумуляторная батарея, накапливающая электричество. Однако, в отличие от аккумулятора, он может заряжаться и разряжаться за доли секунды.

Рисунок 3: Конденсаторы [Источник изображения]

A. Состав Конденсаторы

бывают всех форм и размеров, но обычно они имеют одинаковые первичные компоненты. Между ними уложены два электрических проводника или пластины, разделенные диэлектриком или изолятором.Пластины состоят из проводящего материала, такого как тонкие пленки из металла или алюминиевой фольги. С другой стороны, диэлектрик — это непроводящий материал, такой как стекло, керамика, пластиковая пленка, воздух, бумага или слюда. Вы можете вставить два электрических соединения, выступающих из пластин, чтобы зафиксировать конденсатор в цепи.

B. Как это работает?

Когда вы прикладываете напряжение к двум пластинам или подключаете их к источнику, на изоляторе возникает электрическое поле, в результате чего одна пластина накапливает положительный заряд, а отрицательный заряд накапливается на другой.Конденсатор продолжает сохранять заряд, даже если вы отключите его от источника. В тот момент, когда вы подключаете его к нагрузке, накопленная энергия перетекает от конденсатора к нагрузке.

Емкость — это количество энергии, хранящейся в конденсаторе. Чем выше емкость, тем больше энергии он может хранить. Увеличить емкость можно, сдвинув пластины ближе друг к другу или увеличив их размер. В качестве альтернативы вы также можете улучшить изоляционные качества, чтобы увеличить емкость.

C. Функция и значение

Хотя конденсаторы выглядят как батареи, они могут выполнять различные типы функций в цепи, такие как блокировка постоянного тока, позволяя проходить переменному току, или сглаживать выходную мощность от источника питания. Они также используются в системах передачи электроэнергии для стабилизации напряжения и потока мощности. Одной из наиболее важных функций конденсатора в системах переменного тока является коррекция коэффициента мощности, без которой вы не сможете обеспечить достаточный пусковой момент для однофазных двигателей.

Фильтры для конденсаторов

Если вы используете микроконтроллер в цепи для запуска определенной программы, вы не хотите, чтобы его напряжение упало, поскольку это приведет к сбросу контроллера. Вот почему дизайнеры используют конденсатор. Он может обеспечить микроконтроллер необходимой мощностью на долю секунды, чтобы избежать перезапуска. Другими словами, он отфильтровывает шумы в линии питания и стабилизирует источник питания.

Применения удерживающего конденсатора

В отличие от батареи, конденсатор быстро разряжается.Вот почему он используется для кратковременного питания цепи. Батареи вашей камеры заряжают конденсатор, прикрепленный к вспышке. Когда вы делаете снимок со вспышкой, конденсатор высвобождает свой заряд за доли секунды, генерируя вспышку света.

Применение конденсатора таймера

В резонансной или зависящей от времени схеме конденсаторы используются вместе с резистором или катушкой индуктивности в качестве элемента синхронизации. Время, необходимое для зарядки и разрядки конденсатора, определяет работу схемы.

Компонент 2: Резистор

Резистор — это пассивное двухконтактное электрическое устройство, которое препятствует прохождению тока. Это, наверное, самый простой элемент в электронной схеме. Это также один из наиболее распространенных компонентов, поскольку сопротивление является неотъемлемым элементом почти всех электронных схем. Обычно они имеют цветовую маркировку.

Рисунок 4: Резисторы [Источник изображения]

A. Состав

Резистор — это совсем не модное устройство, потому что сопротивление — это естественное свойство, которым обладают почти все проводники.Итак, конденсатор состоит из медной проволоки, обернутой вокруг изоляционного материала, такого как керамический стержень. Количество витков и толщина медной проволоки прямо пропорциональны сопротивлению. Чем больше количество витков и чем тоньше провод, тем выше сопротивление.

Также можно встретить резисторы, изготовленные по спирали из углеродной пленки. Отсюда и название резисторы с углеродной пленкой. Они предназначены для схем с низким энергопотреблением, потому что резисторы с углеродной пленкой не так точны, как их аналоги с проволочной обмоткой.Однако они дешевле проводных резисторов. К обоим концам прикреплены клеммы проводов. Поскольку резисторы не учитывают полярность в цепи, ток может протекать в любом направлении. Таким образом, не нужно беспокоиться о том, чтобы прикрепить их вперед или назад.

B. Как это работает?

А резистор может выглядеть не очень. Можно подумать, что он ничего не делает, кроме как потребляет энергию. Однако он выполняет жизненно важную функцию: контролирует напряжение и ток в вашей цепи.Другими словами, резисторы дают вам контроль над конструкцией вашей схемы.

Когда электрический ток начинает течь по проводу, все электроны начинают двигаться в одном направлении. Это похоже на воду, текущую по трубе. По тонкой трубе будет течь меньше воды, потому что у нее меньше места для ее движения.

Точно так же, когда ток проходит через тонкий провод в резисторе, электронам становится все труднее двигаться через него. Короче говоря, количество электронов, проходящих через резистор, уменьшается по мере увеличения длины и толщины провода.

C. Функция и значение У резисторов

есть множество применений, но три наиболее распространенных — это управление током, деление напряжения и цепи резистор-конденсатор.

Ограничение потока тока

Если вы не добавите резисторы в цепь, ток будет опасно высоким. Это может привести к перегреву других компонентов и их повреждению. Например, если вы подключите светодиод напрямую к батарее, он все равно будет работать.Однако через некоторое время светодиод нагреется, как огненный шар. В конечном итоге он сгорит, поскольку светодиоды менее устойчивы к нагреванию.

Но, если ввести в схему резистор, он снизит протекание тока до оптимального уровня. Таким образом, вы можете дольше держать светодиод включенным, не перегревая его.

Делительное напряжение Резисторы

также используются для понижения напряжения до нужного уровня. Иногда для определенной части схемы, такой как микроконтроллер, может потребоваться более низкое напряжение, чем для самой схемы.Здесь на помощь приходит резистор.

Допустим, ваша схема питается от аккумулятора 12 В. Однако для микроконтроллера требуется только питание 6 В. Итак, чтобы разделить напряжение пополам, все, что вам нужно сделать, это подключить последовательно два резистора с равным сопротивлением. Проволока между двумя резисторами снизит наполовину напряжение вашей цепи, к которой может быть подключен микроконтроллер. Используя соответствующие резисторы, вы можете снизить напряжение в цепи до любого уровня.

цепи резистор-конденсатор Резисторы

также используются в сочетании с конденсаторами для создания интегральных схем, содержащих массивы резистор-конденсатор в одной микросхеме.Их также называют RC-фильтрами или RC-сетями. Они часто используются для подавления электромагнитных помех (EMI) или радиочастотных помех (RFI) в различных инструментах, включая порты ввода / вывода компьютеров и ноутбуков, локальные сети (LAN) и глобальные сети (WAN), среди прочего. Они также используются в станках, распределительных устройствах, контроллерах двигателей, автоматизированном оборудовании, промышленных приборах, лифтах и эскалаторах.

Компонент 3: Диод

Диод — это устройство с двумя выводами, которое позволяет электрическому току течь только в одном направлении.Таким образом, это электронный эквивалент обратного клапана или улицы с односторонним движением. Он обычно используется для преобразования переменного тока (AC) в постоянный ток (DC). Он изготовлен либо из полупроводникового материала (полупроводниковый диод), либо из вакуумной трубки (вакуумный ламповый диод). Однако сегодня большинство диодов изготовлено из полупроводникового материала, особенно из кремния.

Рисунок 5: Диод [Источник изображения]

A. Состав

Как упоминалось ранее, существует два типа диодов: вакуумные диоды и полупроводниковые диоды.Вакуумный диод состоит из двух электродов (катода и анода), помещенных внутри герметичной вакуумной стеклянной трубки. Полупроводниковый диод состоит из полупроводников p-типа и n-типа. Поэтому он известен как диод с p-n переходом. Обычно он изготавливается из кремния, но также можно использовать германий или селен.

B. Как это работает?

Вакуумный диод

Когда катод нагревается нитью накала, в вакууме образуется невидимое облако электронов, называемое пространственным зарядом.Хотя электроны испускаются катодом, отрицательный объемный заряд отталкивает их. Поскольку электроны не могут достичь анода, через цепь не протекает ток. Однако, когда анод становится положительным, объемный заряд исчезает. В результате ток начинает течь от катода к аноду. Таким образом, электрический ток внутри диода течет только от катода к аноду и никогда от анода к катоду.

P-N переходной диод

Диод с p-n переходом состоит из кремниевых полупроводников p-типа и n-типа.Полупроводник p-типа обычно легируется бором, оставляя в нем дырки (положительный заряд). С другой стороны, полупроводник n-типа легирован сурьмой, добавляя в него несколько дополнительных электронов (отрицательный заряд). Таким образом, электрический ток может протекать через оба полупроводника.

Когда вы складываете блоки p-типа и n-типа вместе, лишние электроны n-типа объединяются с дырками p-типа, создавая зону обеднения без каких-либо свободных электронов или дырок. Короче, ток через диод больше не может проходить.

Когда вы подключаете отрицательную клемму батареи к кремнию n-типа, а положительную клемму к p-типу (прямое смещение), ток начинает течь, поскольку электроны и дырки теперь могут перемещаться по переходу. Однако, если вы перевернете клеммы (обратное смещение), ток не будет течь через диод, потому что дырки и электроны отталкиваются друг от друга, расширяя зону истощения. Таким образом, как и вакуумный диод, переходной диод может пропускать ток только в одном направлении.

С.Функция и значение

Хотя диоды являются одними из простейших компонентов электронной схемы, они находят уникальное применение в различных отраслях промышленности.

Преобразование переменного тока в постоянный

Наиболее распространенное и важное применение диодов — преобразование переменного тока в постоянный. Обычно полуволновой (один диод) или двухполупериодный (четыре диода) выпрямитель используется для преобразования мощности переменного тока в мощность постоянного тока, особенно в бытовых источниках питания. Когда вы пропускаете источник питания переменного тока через диод, через него проходит только половина формы волны переменного тока.Поскольку этот импульс напряжения используется для зарядки конденсатора, он создает устойчивые и непрерывные постоянные токи без каких-либо пульсаций. Различные комбинации диодов и конденсаторов также используются для создания различных типов умножителей напряжения для умножения небольшого переменного напряжения на высокие выходы постоянного тока.

Обходные диоды

Байпасные диоды часто используются для защиты солнечных батарей. Когда ток от остальных элементов проходит через поврежденный или пыльный солнечный элемент, это вызывает перегрев.В результате общая выходная мощность снижается, создавая горячие точки. Диоды подключаются параллельно солнечным элементам, чтобы защитить их от проблемы перегрева. Эта простая конструкция ограничивает напряжение на неисправном солнечном элементе, позволяя току проходить через неповрежденные элементы во внешнюю цепь.

Защита от скачков напряжения

Когда источник питания внезапно прерывается, в большинстве индуктивных нагрузок возникает высокое напряжение.Этот неожиданный скачок напряжения может повредить нагрузку. Однако вы можете защитить дорогое оборудование, подключив диод к индуктивным нагрузкам. В зависимости от типа защиты эти диоды известны под разными названиями, включая демпферный диод, обратный диод, подавляющий диод и диод свободного хода, среди других.

Демодуляция сигнала

Они также используются в процессе модуляции сигнала, поскольку диоды могут эффективно удалять отрицательный элемент сигнала переменного тока.Диод выпрямляет несущую волну, превращая ее в постоянный ток. Звуковой сигнал извлекается из несущей волны, этот процесс называется звуковой частотной модуляцией. Вы можете слышать звук после некоторой фильтрации и усиления. Следовательно, в радиоприемниках обычно используются диоды для извлечения сигнала из несущей волны.

Защита от обратного тока

Изменение полярности источника постоянного тока или неправильное подключение батареи может привести к протеканию значительного тока через цепь.Такое обратное подключение может повредить подключенную нагрузку. Вот почему защитный диод включен последовательно с плюсовой стороной клеммы аккумулятора. В случае правильной полярности диод становится смещенным в прямом направлении, и ток течет по цепи. Однако в случае неправильного подключения он становится смещенным в обратном направлении, блокируя ток. Таким образом, он может защитить ваше оборудование от возможных повреждений.

Компонент 4: Транзистор

Один из важнейших компонентов электронной схемы, транзисторы произвели революцию в области электроники.Эти крошечные полупроводниковые устройства с тремя выводами существуют уже более пяти десятилетий. Их часто используют как усилители и переключающие устройства. Вы можете думать о них как о реле без каких-либо движущихся частей, потому что они могут включать или выключать что-то без какого-либо движения.

Рисунок 6: Транзисторы [Источник изображения]

A. Состав

Вначале германий использовался для создания транзисторов, которые были чрезвычайно чувствительны к температуре. Однако сегодня они изготавливаются из кремния, полупроводникового материала, обнаруженного в песке, потому что кремниевые транзисторы гораздо более устойчивы к температуре и дешевле в производстве.Есть два разных типа биполярных переходных транзисторов (BJT), NPN и PNP. Каждый транзистор имеет три контакта, которые называются базой (b), коллектором (c) и эмиттером (e). NPN и PNP относятся к слоям полупроводникового материала, из которых изготовлен транзистор.

B. Как это работает?

Когда вы помещаете кремниевую пластину p-типа между двумя стержнями n-типа, вы получаете транзистор NPN. Эмиттер присоединен к одному n-типу, а коллектор — к другому.Основание прикреплено к р-образному. Избыточные дырки в кремнии p-типа действуют как барьеры, блокирующие прохождение тока. Однако, если вы приложите положительное напряжение к базе и коллектору и отрицательно зарядите эмиттер, электроны начнут течь от эмиттера к коллектору.

Расположение и количество блоков p-типа и n-типа остаются инвертированными в транзисторе PNP. В этом типе транзистора один n-тип находится между двумя блоками p-типа. Поскольку распределение напряжения отличается, транзистор PNP работает иначе.Транзистор NPN требует положительного напряжения на базу, в то время как PNP требует отрицательного напряжения. Короче говоря, ток должен течь от базы, чтобы включить PNP-транзистор.

C. Функция и значение Транзисторы

работают как переключатели и усилители в большинстве электронных схем. Разработчики часто используют транзистор в качестве переключателя, потому что, в отличие от простого переключателя, он может превратить небольшой ток в гораздо больший. Хотя вы можете использовать простой переключатель в обычной цепи, для усовершенствованной схемы может потребоваться различное количество токов на разных этапах.

Транзисторы в слуховых аппаратах

Одно из самых известных применений транзисторов — слуховой аппарат. Обычно небольшой микрофон в слуховом аппарате улавливает звуковые волны, преобразовывая их в колеблющиеся электрические импульсы или токи. Когда эти токи проходят через транзистор, они усиливаются. Затем усиленные импульсы проходят через динамик, снова преобразуя их в звуковые волны. Таким образом, вы можете услышать значительно более громкую версию окружающего шума.

Транзисторы в компьютерах и калькуляторах

Все мы знаем, что компьютеры хранят и обрабатывают информацию, используя двоичный язык «ноль» и «единица». Однако большинство людей не знают, что транзисторы играют решающую роль в создании чего-то, что называется логическими вентилями, которые являются основой компьютерных программ. Транзисторы часто соединяются с логическими вентилями, чтобы создать уникальный элемент устройства, называемый триггером. В этой системе транзистор остается включенным, даже если вы уберете ток базы.Теперь он переключается или выключается всякий раз, когда через него проходит новый ток. Таким образом, транзистор может хранить ноль, когда он выключен, или единицу, когда он включен, что является принципом работы компьютеров.

Транзисторы Дарлингтона

Транзистор Дарлингтона состоит из двух соединенных вместе транзисторов с полярным соединением PNP или NPN. Он назван в честь своего изобретателя Сидни Дарлингтона. Единственное назначение транзистора Дарлингтона — обеспечить высокий коэффициент усиления по току при низком базовом токе.Вы можете найти эти транзисторы в приборах, которым требуется высокий коэффициент усиления по току на низкой частоте, таких как регуляторы мощности, драйверы дисплея, контроллеры двигателей, световые и сенсорные датчики, системы сигнализации и усилители звука.

IGBT и MOSFET транзисторы

Биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT) часто используются в качестве усилителей и переключателей в различных инструментах, включая электромобили, поезда, холодильники, кондиционеры и даже стереосистемы.С другой стороны, полевые транзисторы металл-оксид-полупроводник (MOSFET) обычно используются в интегральных схемах для управления уровнями мощности устройства или для хранения данных.

Компонент 5: Индуктор

Катушка индуктивности, также известная как реактор, представляет собой пассивный компонент цепи, имеющей два вывода. Это устройство хранит энергию в своем магнитном поле, возвращая ее в цепь при необходимости. Было обнаружено, что когда две катушки индуктивности размещаются рядом, не касаясь друг друга, магнитное поле, создаваемое первой катушкой индуктивности, воздействует на вторую катушку индуктивности.Это был решающий прорыв, который привел к изобретению первых трансформаторов.

Рисунок 7: Катушки индуктивности [Источник изображения]

A. Состав

Вероятно, это простейший компонент, состоящий только из катушки медной проволоки. Индуктивность прямо пропорциональна количеству витков в катушке. Однако иногда катушка наматывается на ферромагнитный материал, такой как железо, слоистое железо и порошковое железо, для увеличения индуктивности. Форма этого сердечника также может увеличить индуктивность.Тороидальные (в форме бублика) сердечники обеспечивают лучшую индуктивность по сравнению с соленоидными (стержневыми) сердечниками на такое же количество витков. К сожалению, соединить индукторы в интегральную схему сложно, поэтому их обычно заменяют резисторами.

B. Как это работает?

Всякий раз, когда ток проходит по проводу, он создает магнитное поле. Однако уникальная форма индуктора приводит к созданию гораздо более сильного магнитного поля. Это мощное магнитное поле, в свою очередь, сопротивляется переменному току, но пропускает через него постоянный ток.Это магнитное поле также хранит энергию.

Рассмотрим простую схему, состоящую из батареи, переключателя и лампочки. Лампа будет ярко светиться, как только вы включите выключатель. Добавьте в эту цепь индуктивность. Как только вы включаете выключатель, лампочка переключается с яркой на тусклую. С другой стороны, когда переключатель выключен, он становится очень ярким, всего на долю секунды до полного выключения.

Когда вы включаете выключатель, индуктор начинает использовать электричество для создания магнитного поля, временно блокируя прохождение тока.Но только постоянный ток проходит через индуктор, как только магнитное поле заполнено. Вот почему лампочка переключается с яркой на тусклую. Все это время индуктор накапливает некоторую электрическую энергию в виде магнитного поля. Итак, когда вы выключаете выключатель, магнитное поле поддерживает постоянный ток в катушке. Таким образом, лампочка некоторое время горит ярко перед тем, как погаснуть.

C. Функция и значение

Хотя индукторы полезны, их трудно включить в электронные схемы из-за их размера.Поскольку они более громоздкие по сравнению с другими компонентами, они увеличивают вес и занимают много места. Следовательно, их обычно заменяют резисторами в интегральных схемах (ИС). Тем не менее, индукторы имеют широкий спектр промышленных применений.

Фильтры в настроенных схемах

Одним из наиболее распространенных применений индукторов является выбор желаемой частоты в настроенных схемах. Они широко используются с конденсаторами и резисторами, подключенными параллельно или последовательно, для создания фильтров.Импеданс катушки индуктивности увеличивается с увеличением частоты сигнала. Таким образом, автономная катушка индуктивности может действовать только как фильтр нижних частот. Однако, когда вы объединяете его с конденсатором, вы можете создать режекторный фильтр, потому что импеданс конденсатора уменьшается с увеличением частоты сигнала. Таким образом, вы можете использовать различные комбинации конденсаторов, катушек индуктивности и резисторов для создания различных типов фильтров. Они встречаются в большинстве электронных устройств, включая телевизоры, настольные компьютеры и радио.

Дроссели как дроссели

Если через дроссель протекает переменный ток, он создает противоположный ток. Таким образом, он может преобразовывать источник переменного тока в постоянный. Другими словами, он подавляет подачу переменного тока, но позволяет постоянному току проходить через него, отсюда и название «дроссель». Обычно они используются в цепях питания, которым необходимо преобразовать подачу переменного тока в подачу постоянного тока.

Ферритовые бусины

Ферритовый шарик или ферритовый дроссель используется для подавления высокочастотного шума в электронных схемах.Некоторые из распространенных применений ферритовых шариков включают компьютерные кабели, телевизионные кабели и кабели для зарядки мобильных устройств. Эти кабели иногда могут действовать как антенны, взаимодействуя с аудио- и видеовыходами вашего телевизора и компьютера. Таким образом, индукторы используются в ферритовых шариках, чтобы уменьшить такие радиочастотные помехи.

Индукторы в датчиках приближения

Большинство датчиков приближения работают по принципу индуктивности. Индуктивный датчик приближения состоит из четырех частей, включая индуктор или катушку, генератор, схему обнаружения и выходную схему.Осциллятор генерирует флуктуирующее магнитное поле. Когда объект приближается к этому магнитному полю, начинают накапливаться вихревые токи, уменьшая магнитное поле датчика.

Схема обнаружения определяет силу датчика, а выходная схема вызывает соответствующий ответ. Индуктивные датчики приближения, также называемые бесконтактными датчиками, ценятся за их надежность. Они используются на светофорах для определения плотности движения, а также в качестве датчиков парковки легковых и грузовых автомобилей.

Асинхронные двигатели

Асинхронный двигатель, вероятно, является наиболее распространенным примером применения индукторов. Обычно в асинхронном двигателе индукторы устанавливаются в фиксированном положении. Другими словами, им не разрешается выравниваться с близлежащим магнитным полем. Источник питания переменного тока используется для создания вращающегося магнитного поля, которое затем вращает вал. Потребляемая мощность регулирует скорость вращения. Следовательно, асинхронные двигатели часто используются в приложениях с фиксированной скоростью.Асинхронные двигатели очень надежны и прочны, поскольку нет прямого контакта между двигателем и ротором.

Трансформаторы

Как упоминалось ранее, открытие индукторов привело к изобретению трансформаторов, одного из основных компонентов систем передачи энергии. Вы можете создать трансформатор, объединив индукторы общего магнитного поля. Обычно они используются для повышения или понижения напряжения в линиях электропередач до желаемого уровня.

Накопитель энергии

Катушка индуктивности, как и конденсатор, также может накапливать энергию. Однако, в отличие от конденсатора, он может накапливать энергию в течение ограниченного времени. Поскольку энергия хранится в магнитном поле, она схлопывается, как только отключается источник питания. Тем не менее, индукторы функционируют как надежные накопители энергии в импульсных источниках питания, например, в настольных компьютерах.

Компонент 6: реле

Реле — это электромагнитный переключатель, который может размыкать и замыкать цепи электромеханическим или электронным способом.Для работы реле необходим относительно небольшой ток. Обычно они используются для регулирования малых токов в цепи управления. Однако вы также можете использовать реле для управления большими электрическими токами. Реле — это электрический эквивалент рычага. Вы можете включить его небольшим током, чтобы включить (или усилить) другую цепь, использующую большой ток. Реле могут быть либо электромеханическими, либо твердотельными.

Рисунок 8: Реле [Источник изображения]

A. Состав

Электромеханическое реле (ЭМИ) состоит из рамы, катушки, якоря, пружины и контактов.Рама поддерживает различные части реле. Якорь — это подвижная часть релейного переключателя. Катушка (в основном из медной проволоки), намотанная на металлический стержень, создает магнитное поле, которое перемещает якорь. Контакты — это токопроводящие части, которые размыкают и замыкают цепь.

Твердотельное реле (SSR) состоит из входной цепи, цепи управления и выходной цепи. Входная цепь эквивалентна катушке электромеханического реле. Схема управления действует как связующее устройство между входными и выходными цепями, в то время как выходная цепь выполняет ту же функцию, что и контакты в ЭМИ.Твердотельные реле становятся все более популярными, поскольку они дешевле, быстрее и надежнее электромеханических реле.

B. Как это работает?

Используете ли вы электромеханическое реле или твердотельное реле, это нормально замкнутое (NC) или нормально разомкнутое (NO) реле. В случае реле NC контакты остаются замкнутыми при отсутствии питания. Однако в нормально разомкнутом реле контакты остаются разомкнутыми при отсутствии питания.Короче говоря, всякий раз, когда через реле протекает ток, контакты либо размыкаются, либо замыкаются.

В ЭМИ источник питания возбуждает катушку реле, создавая магнитное поле. Магнитная катушка притягивает металлическую пластину, установленную на якоре. Когда ток прекращается, якорь возвращается в исходное положение под действием пружины. EMR также может иметь один или несколько контактов в одном пакете. Если в цепи используется только один контакт, она называется цепью с одиночным разрывом (SB). С другой стороны, цепь двойного размыкания (DB) идет с буксировочными контактами.Обычно реле с одинарным размыканием используются для управления маломощными устройствами, такими как индикаторные лампы, в то время как контакты с двойным размыканием используются для управления мощными устройствами, такими как соленоиды.

Когда дело доходит до работы SSR, вам необходимо подать напряжение выше, чем указанное напряжение срабатывания реле, чтобы активировать входную цепь. Вы должны подать напряжение ниже установленного минимального напряжения падения реле, чтобы деактивировать входную цепь. Схема управления передает сигнал от входной цепи к выходной цепи.Выходная цепь включает нагрузку или выполняет желаемое действие.

C. Функция и значение

Поскольку они могут управлять сильноточной цепью с помощью слаботочного сигнала, в большинстве процессов управления используются реле в качестве первичных устройств защиты и переключения. Они также могут обнаруживать неисправности и нарушения в системах распределения электроэнергии. Типичные приложения включают телекоммуникации, автомобили, системы управления дорожным движением, бытовую технику и компьютеры, среди прочего.

Реле защиты

Защитные реле используются для отключения или отключения цепи при обнаружении каких-либо нарушений. Иногда они также могут подавать сигнал тревоги при обнаружении неисправности. Типы реле защиты зависят от их функции. Например, реле максимального тока предназначено для определения тока, превышающего заданное значение. При обнаружении такого тока реле срабатывает, отключая автоматический выключатель, чтобы защитить оборудование от возможного повреждения.

Дистанционное реле или реле импеданса, с другой стороны, может обнаруживать отклонения в соотношении тока и напряжения, а не контролировать их величину независимо. Он срабатывает, когда отношение V / I падает ниже заданного значения. Обычно защитные реле используются для защиты оборудования, такого как двигатели, генераторы, трансформаторы и т. Д.

Реле автоматического повторного включения

Реле автоматического повторного включения предназначено для многократного повторного включения автоматического выключателя, который уже отключен с помощью защитного реле.Например, при резком падении напряжения в электрической цепи вашего дома может наблюдаться несколько кратковременных перебоев в подаче электроэнергии. Эти сбои происходят из-за того, что реле повторного включения пытается автоматически включить защитное реле. В случае успеха питание будет восстановлено. В противном случае произойдет полное отключение электроэнергии.

Тепловые реле

Тепловое воздействие электрической энергии — принцип работы теплового реле. Короче говоря, он может обнаруживать повышение температуры окружающей среды и соответственно включать или выключать цепь.Он состоит из биметаллической полосы, которая нагревается при прохождении через нее сверхтока. Нагретая полоса изгибается и замыкает замыкающий контакт, отключая автоматический выключатель. Наиболее распространенное применение теплового реле — защита электродвигателя от перегрузки.

Компонент 7. Кристалл кварца

Кристаллы кварца находят несколько применений в электронной промышленности. Однако в основном они используются в качестве резонаторов в электронных схемах. Кварц — это встречающаяся в природе форма кремния.Однако теперь его производят синтетически, чтобы удовлетворить растущий спрос. Проявляет пьезоэлектрический эффект. Если вы приложите физическое давление к одной стороне, возникающие в результате вибрации создадут переменное напряжение на кристалле. Резонаторы из кварцевого кристалла доступны во многих размерах в зависимости от требуемых применений.

Рис. 9: Кристалл кварца [Источник изображения]

A. Состав

Как упоминалось ранее, кристаллы кварца либо производятся синтетическим путем, либо встречаются в природе.Их часто используют для создания кварцевых генераторов для создания электрического сигнала с точной частотой. Обычно форма кристаллов кварца гексагональная с пирамидками на концах. Однако для практических целей их разрезают на прямоугольные плиты. К наиболее распространенным типам форматов резки относятся X, Y и AT. Эта плита помещается между двумя металлическими пластинами, называемыми удерживающими пластинами. Внешняя форма кварцевого кристалла или кварцевого генератора может быть цилиндрической, прямоугольной или квадратной.

Б.Как это работает?

Если подать на кристалл переменное напряжение, он вызовет механические колебания. Огранка и размер кристалла кварца определяют резонансную частоту этих колебаний или колебаний. Таким образом, он генерирует постоянный сигнал. Кварцевые генераторы дешевы и просты в изготовлении синтетическим способом. Они доступны в диапазоне от нескольких кГц до нескольких МГц. Поскольку кварцевые генераторы имеют более высокую добротность или добротность, они очень стабильны во времени и температуре.

C. Функция и значение

Исключительно высокая добротность позволяет использовать кристаллы кварца и резонансный элемент в генераторах, а также в фильтрах в электронных схемах. Вы можете найти этот высоконадежный компонент в радиочастотных приложениях, в качестве тактовых схем генератора в платах микропроцессоров, а также в качестве элемента синхронизации в цифровых часах.

Кварцевые часы

Проблема традиционных часов с винтовой пружиной заключается в том, что вам нужно периодически заводить катушку.С другой стороны, маятниковые часы зависят от силы тяжести. Таким образом, они по-разному показывают время на разных уровнях моря и высотах из-за изменений силы тяжести. Однако на характеристики кварцевых часов не влияет ни один из этих факторов. Кварцевые часы питаются от батареек. Обычно крошечный кристалл кварца регулирует шестеренки, которые управляют секундной, минутной и часовой стрелками. Поскольку кварцевые часы потребляют очень мало энергии, батарея часто может работать дольше.

Фильтры

Вы также можете использовать кристаллы кварца в электронных схемах в качестве фильтров.Они часто используются для фильтрации нежелательных сигналов в радиоприемниках и микроконтроллерах. Большинство основных фильтров состоят из одного кристалла кварца. Однако усовершенствованные фильтры могут содержать более одного кристалла, чтобы соответствовать требованиям к рабочим характеристикам. Эти кварцевые фильтры намного превосходят фильтры, изготовленные с использованием ЖК-компонентов.

Заключение

От общения с близкими, живущими на разных континентах, до приготовления горячей чашки кофе — электронные гаджеты затрагивают практически все аспекты нашей жизни.Однако что заставляет эти электронные устройства выполнять, казалось бы, трудоемкие задачи всего за несколько минут? Крошечные электронные схемы — основа всего электронного оборудования. Чтение о различных компонентах электронной схемы поможет вам понять их функции и значение. Поделитесь своими предложениями и мнениями по этому поводу в разделе комментариев ниже.

// Эта статья изначально была опубликована на ICRFQ.

Чем полезен диод?

Диод полезен из-за его направленного действия, которое допускает прямое прохождение тока и блокировку в противоположном направлении.Свойство однонаправленности этого диода полезно для преобразования переменного тока в постоянный ток, называемого выпрямлением.

Причина такого однонаправленного поведения — их нелинейные характеристики v-i.

Диодный выпрямитель предназначен для остановки электрического тока в неправильном направлении. Диод иногда называют выпрямителем, так как он используется для восстановления переменного электрического тока в постоянный, удаляя отрицательную часть тока.

Светодиоды или светодиоды могут быть самыми известными и наиболее легко узнаваемыми.Светодиод излучает видимый свет, когда электроны прыгают через pn переход. Получающийся свет называется электролюминесценцией. Фотодиоды делают только тогда, когда они подвергаются воздействию света. это может быть полезно при создании проектов со световыми переключателями, поэтому схема активна только при наличии света. Стабилитроны предназначены для работы в обратном направлении, схема будет работать только при достижении чего-то, называемого полупрозрачным напряжением. диод — это неуправляемый переключатель, что означает, что мы не можем решить, когда его включать / выключать.они используются в схемах в зависимости от этой утилиты. они обеспечивают прямую блокировку для напряжений, меньших, чем построенное напряжение, прямую проводимость для напряжений, превышающих построенные напряжения, и они не работают при обратном напряжении (может существовать ток утечки).

Итак, приложение находится в любом месте, где нам нужна проводимость для положительного напряжения и блокировка для отрицательного напряжения, например. однополупериодный выпрямитель.

Диоды — это электронные устройства, которые позволяют току течь только в одном направлении. это полупроводник, состоящий из p-n-соединения.

используемый диод:

Чаще всего используются для

1. Выпрямление сигнала переменного тока для получения постоянного тока.

2. Демодуляция AM сигнала.

3. логика — определение, когда сигнал стал низким или высоким.

4. как прямое падение напряжения около 0,7 В для опорного напряжения.

Проверить разные типы диодов :

Диод пропорционален электрической версии клапана, вместо предотвращения попадания воды в обратный ход, диод останавливает электрический ток от реверса.

Общая электроника в паре с диодом:

Микросхема регулятора (7805, 7812, 7824) — стабилитрон переброшен с кучей резисторов для сброса перенапряжения. внутренне. все схемотехники увидят микросхему с 3 ножками.

Конденсатор — более эффективный метод — использовать конденсаторы до и после регулятора, чтобы немного стабилизировать форму волны. Дополнительные конденсаторы могут быть добавлены для создания цепи повышения напряжения.согласно стандартам IEEE электрический поток, ведущий к основному оборудованию, не должен превышать 10%.

Реле — диод установлен параллельно обмотке реле, предотвращая обратную ЭДС. от помех исходному сигналу, проблема, известная как ретрансляционные чаты.

Резистор — полезно для уменьшения исходного напряжения с помощью правила делителя напряжения, прежде чем вы разместите регулятор с умеренной формой волны. Если хотите, замените резистор на потенциометр. концепция vdr такая же.избыточное напряжение будет поглощаться резистором, а не диодным регулятором. регуляторы могут быть повреждены, поэтому важен следующий компонент.

Радиатор — для подобных силовых компонентов радиаторы продлевают срок службы компонентов. можно добавить вентиляторы для накопления охлаждающего эффекта.

Мостик диод — одиночная микросхема, состоящая из группы из 4 диодов. Волна переменного тока преобразуется в форму волны постоянного тока, хотя ее выход будет наполовину входным. например, если на входе 120 В переменного тока, на выходе выпрямителя будет 60 В постоянного тока.обычно используется для зарядных устройств для мобильных телефонов или источников питания.

Схема демпфера

— обзор

27.2.1 Блок преобразователя

Обычно он состоит из двух трехфазных мостов преобразователя, соединенных последовательно, чтобы сформировать блок 12-пульсного преобразователя. Конструкция клапанов основана на модульной концепции, в которой каждый модуль содержит ограниченное количество последовательно соединенных тиристорных уровней. Клапаны могут быть одно-, двух- или четырехклапанные.Преобразователь питается от преобразовательных трансформаторов, соединенных по схеме звезда / звезда и звезда / треугольник, чтобы сформировать 12-импульсную пару.

Клапаны могут охлаждаться воздухом, маслом, водой или фреоном. Однако охлаждение с использованием деионизированной воды является более современным и считается эффективным и надежным. Номинальные характеристики группы клапанов больше ограничиваются допустимыми токами короткого замыкания, чем требованиями установившейся нагрузки.

Сигналы срабатывания клапана генерируются в блоке управления преобразователем при потенциале земли и передаются на каждый тиристор клапана через волоконно-оптическую систему световодов.Световой сигнал, полученный на уровне тиристоров, преобразуется в электрический сигнал с помощью усилителей управления затвором с импульсными трансформаторами. Последние тенденции в отрасли указывают на то, что прямое оптическое зажигание клапанов с тиристорами LTT также возможно.

Клапаны защищены демпферными цепями, защитным зажиганием и беззазорными ограничителями перенапряжения.

27.2.1.1 Тиристорные клапаны

Многие отдельные тиристоры соединены последовательно для создания клапана HVDC. Для равномерного распределения напряжения клапана в закрытом состоянии по каждому тиристорному уровню и защиты клапана от напряжений di / dt и dv / dt на каждом тиристорном уровне используются специальные демпфирующие цепи (рис.27,5).

Рис. 27.5. Электрическая схема тиристорного уровня [2].

Демпферный контур состоит из следующих компонентов:

•: Реактор насыщения используется для защиты клапана от напряжений di / dt во время включения. Насыщающий реактор обеспечивает высокую индуктивность при низком токе и низкую индуктивность при больших токах.
•: Градиентный резистор постоянного тока R _G распределяет постоянное напряжение между различными уровнями тиристоров.Он также используется в качестве делителя напряжения для измерения уровня напряжения тиристора.
•: RC демпферные цепи используются для гашения колебаний напряжения от промышленной частоты до нескольких кГц.
•: Емкостная схема градуировки C _FG используется для защиты тиристорного уровня от колебаний напряжения с гораздо более высокой частотой.

Тиристор срабатывает запускающим импульсом, посылаемым по оптоволоконному кабелю от блока электроники клапана (VBE) с потенциалом земли.Волоконно-оптический сигнал усиливается электронным блоком затвора (GEU), который получает питание от демпферной RC-цепи во время периода выключения клапана.

GEU может также производить защитное срабатывание тиристора независимо от центрального блока управления. Это достигается с помощью переключающего диода (BOD) через токоограничивающий резистор, который запускает тиристор, когда прямое напряжение угрожает превысить номинальное напряжение для тиристора. Это может возникнуть в случае, когда одни тиристоры могут блокировать прямое напряжение, а другие — нет.

Добавление дополнительных резервных уровней тиристоров является нормальным, чтобы клапан оставался в рабочем состоянии после выхода из строя некоторых тиристоров. Металлооксидный ограничитель перенапряжения также используется на каждом клапане для защиты от перенапряжения.

Тиристоры производят значительные тепловые потери, обычно 24–40 Вт / см ² (или более 1 МВт для типичного четырехклапанного клапана), поэтому необходима эффективная система охлаждения.

Что такое обратный диод? Необходимость и работа диода свободного хода

Определение : Диод свободного хода используется для защиты схемы от необычных повреждений, вызванных резким уменьшением тока, протекающего по цепи.Он также известен как диод обратного хода и образует соединение через индуктор для снятия напряжения обратного хода, генерируемого на нем.

Диоды свободного хода также известны как обратные диоды, фиксирующие диоды, коммутирующие диоды, подавляющие диоды или демпфирующие диоды и т. Д.

В этой статье мы обсудим факторы, обуславливающие необходимость использования таких диодов в схемах переключения. Но сначала мы должны иметь общее представление о диодах.

Что такое диод?

Диод — это полупроводниковый прибор , состоящий из полупроводникового материала P- и N-типа.Он проводит в условиях прямого смещения, когда приложенный потенциал превышает потенциал барьера. Таким образом действует как замкнутый переключатель.

В условиях обратного смещения диод перестает проводить ток и работает как разомкнутый переключатель.

Таким образом, диод свободного хода (обратного хода) работает так же, как и при прямом смещении, но не проводит при обратном смещении.

Обратный ход в основном определяется как резкое увеличение напряжения на индуктивной нагрузке, когда ток в цепи уменьшается.

Need for Freewheeling (Flyback) Диод

Рассмотрим схему, показанную ниже:

Как мы видим, показанная выше схема состоит из диода, переключателя и нагрузки RL. Также на него подается напряжение питания V.

Как только переключатель замыкается, так что из-за приложенного внешнего потенциала диод в цепи смещается в прямом направлении, и ток начинает течь через нагрузку RL.

Мы знаем, что индуктор — это, по сути, проводящая петля из проволоки, которая создает магнитное поле, когда через нее течет ток.Индуктор удерживает энергию в виде электромагнитного поля.

Итак, в состоянии замкнутого переключателя прохождение тока через индуктор приводит к генерации магнитного поля, заставляя его полностью заряжаться.

Но когда переключатель в цепи размыкается, как показано на рисунке ниже:

Тогда это приведет к прерыванию протекания тока через цепь. В результате это приведет к сворачиванию ранее созданного поля.

И согласно закону Ленца, это поле создает ток в цепи в противоположном направлении, что приводит к возникновению отрицательного потенциала на катушке индуктивности.Этот потенциал известен как Обратное напряжение .

И это обратное напряжение на катушке индуктивности имеет значительно большее значение, чем фактически приложенный потенциал от внешнего источника.

Это приводит к протеканию через цепь большого тока. В результате возникает высокое обратное напряжение на переключателе, а также на диоде, что может привести к повреждению устройств в цепи.

Скачок напряжения на катушке индуктивности определяется как:

V = L di / dt

: di / dt — это скорость изменения тока на катушке индуктивности, а

L обозначает индуктивность катушки.

Таким образом, можно сказать, что напряжение на катушке индуктивности и ток, протекающий по цепи, имеют прямую пропорциональность.

Итак, по этой причине к катушке индуктивности подключен безынерционный диод, чтобы избежать повреждения цепи.

Работа диода свободного хода (обратного хода)

На рисунке ниже представлена схема с обратным диодом:

Из рисунка видно, что диод свободного хода подключен непосредственно к катушке индуктивности.Наличие обратного диода дает альтернативный путь для тока, создаваемого обратным напряжением на катушке индуктивности.

В нормальных рабочих условиях, когда переключатель замкнут, внешний потенциал обратного смещения обратного смещения диода свободного хода, присутствующего в цепи. Таким образом, диод свободного хода не играет такой решающей роли в нормальном или установившемся состоянии.

Но при наличии FD, когда переключатель разомкнут, напряжение на катушке индуктивности смещает в прямом направлении диод свободного хода.

Из-за небольшого удельного сопротивления, предлагаемого FD, ток в состоянии разомкнутого переключателя теперь протекает через часть схемы, состоящую из обратного диода, R и L. Это, в результате, приводит к защите коммутирующего устройства, присутствующего в цепи.

Применение диода свободного хода

Как мы уже говорили, эти диоды используются для защиты коммутационных устройств. Таким образом, в основном находит применение в двухполупериодных выпрямителях, драйверах реле, драйверах двигателей с Н-мостом и т. Д.

Все, что вы хотели знать и многое другое

Добро пожаловать в мир диодов. В этом руководстве я расскажу вам обо всех основных моментах, от диодов до их использования в электронике.

Это часть нашей серии статей о диодах и транзисторах.

Что такое диод?

Самый простой способ определить диод — это:

Определение

диода = электрический компонент, который проводит ток в основном в одном направлении

Эта уникальная возможность делает диоды очень полезными в электронике.Они похожи на дороги с односторонним движением в городе. По этой аналогии они позволяют вам направлять поток так, как вы хотите.

# 1 Урок для диодов заключается в том, что они похожи на односторонние вентили, которые позволяют вам контролировать направление тока, протекающего через вашу схему.

Как работает диод?

Чтобы увидеть, как работает диод, давайте посмотрим на поведение диода.

Идеальный диод

Диод выполняет две функции:

позволяет току течь в одном направлении, называемом прямым направлением
блокирует ток в другом направлении, называемом обратным направлением

Он идеален в том смысле, что он делает и то, и другое отлично.Если мы построим график зависимости тока через диод от напряжения, это будет выглядеть следующим образом: идеальная ВАХ диода.

Реальные диоды не так совершенны из-за процесса изготовления. Мы обсудим, почему, по мере продолжения.

Символ диода

Оказывается, есть простой способ представить диоды с помощью символов на схеме. Вот они:

Обратите внимание, что существует множество различных символов диодов для типов диодов. Это небольшие отклонения от штатной диодной схемы.

Например, символ стабилитрона просто имеет две дополнительные линии, направленные в противоположные стороны.

Полярность диода

Теперь, когда у нас есть хорошая основа, мы должны обсудить полярность диода. Оказывается, направление диода играет ключевую роль в его поведении.

Почему?

Ну это тут физика в диоде. Давайте разберем два конца диода следующим образом:

Диодный анод: положительный конец диода, когда напряжение здесь выше, чем на катоде, и достаточно высокое, чтобы включить диод, через него будет протекать ток

Диод Катод: отрицательный конец диода, он не будет пропускать ток через этот конец, если напряжение не станет достаточно высоким, чтобы диод не мог с ним справиться, что известно как пробой.

PN Junction Diode

Физика твердого тела, лежащая в основе работы PN-диода, связана с манипуляциями с электронами.

Оказывается, мы можем изготавливать материалы с избытком электронов, N-тип, а также без электронов, или P-тип.

Когда мы помещаем материал N-типа рядом с материалом P-типа, мы получаем аккуратное поведение.

Секция P-типа, не имеющая электронов, действует как «дырки», которые создают положительные носители заряда.

Секция N-типа имеет избыток электронов.

Так почему бы электронам не присоединиться к дыркам и не уравновесить все в материале? электроны, потому что они сдвинуты по отношению друг к другу.

Когда на диод подается прямое напряжение, что означает, что на анод подается более положительное напряжение, то сдвиг между электронами и отверстиями перемещается намного ближе друг к другу, обеспечивая хорошее движение электронов (тока) через устройство.

Так создается ваша улица с односторонним движением.

Когда применяется обратное напряжение смещения, сдвиг между электронами и дырками, который уже существует, смещается еще больше, что затрудняет прохождение электронов через диод.

Дорожная преграда для тока создана.

Что делает диод

Как мы уже обсуждали, диоды похожи на улицу с односторонним движением. Мы можем использовать их, чтобы помочь направить ток определенными путями и предотвратить его возвращение определенными путями.

Мы более подробно рассмотрим различные способы использования диодов позже, в разделе «Использование диодов».

Во-первых, давайте обсудим еще несколько ключевых понятий о диодах.

Диод с прямым смещением

Что значит иметь диод с прямым смещением? Ответ довольно прост, если посмотреть на него правильно.

Видите ли, диод сам по себе состоит из материала N-типа и P-типа, зажатого вместе, как мы уже обсуждали ранее.

Объединяя эти два материала и их поведение, мы получаем то, что называется областью истощения, которая препятствует легкому протеканию тока через устройство.

Однако, если мы приложим прямое напряжение, которое обычно составляет 0,7 В для общего диода, между анодом и катодом, мы можем заставить исчезнуть область обеднения, что позволит току легко течь через диод.

Мы можем видеть этот эффект на изображении выше. Обратите внимание, как на анод подается 0,7 Вольт по сравнению с катодом в нижнем примере, и теперь ток свободно течет через устройство, потому что область истощения теперь исчезла.

Диод обратного смещения

Точно так же, как прямое напряжение может удалить область обеднения, напряжение обратного смещения может сделать область обеднения еще больше.

Это приводит к еще большему увеличению блокирующей способности диода, не позволяя току течь от катода к аноду через устройство.

Типичный диод имеет диапазон напряжения обратного смещения до 50 вольт. Конечно, вы можете получить диоды, которые идут намного выше этого. Иногда в технических данных эту переменную называют напряжением блокировки постоянного тока.

Как вы можете видеть на изображении выше, приложив напряжение к катодному концу диода в нижнем примере, вы можете еще больше увеличить область обеднения, блокируя прохождение любого тока через устройство.

Утечка обратного смещения

Настоящие диоды не идеальны, так как некоторый ток утечки будет проходить от катода к аноду. Однако это количество обычно невелико, но если это является проблемой для вашей конструкции, важен правильный выбор диода.

Напряжение пробоя

Что произойдет, если мы продолжим увеличивать напряжение на катоде и превысим номинальное значение обратного смещения на диод?

Поломка — вот что случается. Это происходит тогда, когда диод выходит за рамки ожидаемого расчетного поведения, и теперь диод начинает пропускать ток через него от катода к аноду.

Большинство диодов обычно повреждаются, когда это происходит

Характеристики диода

Чтобы наглядно представить себе, что мы только что узнали, давайте посмотрим на график, который показывает различные режимы работы диода. Это ВАХ реального диода.

Обратите внимание, как ток по оси Y протекает через диод при прямом напряжении 0,7 В для типичного диода. Напряжение пробоя — это когда ток начинает течь в противоположном направлении, что составляет -50 Вольт для типичного диода.

Все настоящие диоды также будут иметь ток утечки, в котором ток будет течь от катода к аноду без прямого смещения.

Иногда есть другие характеристики, которые вам может понадобиться понять, например, сопротивление диода. Для многих схем этот фактор не имеет значения.

Однако для более чувствительных схем одним из способов определения сопротивления диода в режиме прямого смещения является использование классического уравнения сопротивления = напряжение / ток.

В этом случае вы можете измерить падение напряжения на диоде для различных режимов схемы, которые вам интересны, в зависимости от тока через диод.

Уравнение диода

Полезным упражнением в понимании поведения диода является изучение уравнения тока диода.

Давайте сначала рассмотрим уравнение идеального диода, а затем посмотрим, как эффекты реального мира меняют его поведение. Это выглядит следующим образом:

где:

Is = ток темнового насыщения
q = значение заряда электрона
Vd = напряжение на диоде
n = идеальный коэффициент, n = 1 для идеальных диодов и n = 1-2 для реальных диоды
k = постоянная Больцмана, 1.38064852E-23 Джоуль / Кельвин
T = температура (Кельвин)

Чтобы сократить уравнение, мы знаем, что kT / q — это то, что называется тепловым напряжением, или Vt. Мы можем изменить уравнение следующим образом:

Здесь Vt = 0,026 В при нормальной температуре.

Как видите, уравнение нелинейное, что затрудняет моделирование поведения диодов. Это просто означает, что настоящие диоды в основном делают то, что делают идеальные диоды, но не идеально.

Если вас интересует моделирование диодов, здесь есть отличная статья.

Типы диодов

Лавинные диоды

Лавинные диоды — это диоды, которые специально предназначены для работы в режиме пробивного напряжения. Следовательно, они не повреждаются при переходе в режим пробоя, потому что их конструкция более равномерно распределяет плотность тока.

Эти диоды обычно используются как форма защиты от нежелательных или неожиданных напряжений. Они могут переходить в режим пробоя и проводить избыточную энергию в землю, сохраняя цепь, которая не предназначена для работы с этими напряжениями.

Германиевый диод

Обычные диоды изготовлены из кремния, который обладает особыми свойствами, благодаря которым его прямое напряжение составляет 0,7 Вольт. Но что, если вам нужен диод с более низким напряжением?

Вот где может пригодиться германиевый диод. Учитывая свойства материала, эти диоды имеют типичное прямое напряжение 0,3 В.

Низкое напряжение делает этот тип диода удобным в аудио- и FM-схемах. Раньше это был популярный диод еще до того, как кремниевые диоды стали мейнстримом.

Диод Ганна

Диод Ганна также известен как устройство с переносом электронов (TED). Он отличается от других диодов тем, что в нем используется только материал N-типа (в нем нет материала P-типа).

Он имеет две секции материала N-типа, соединенные тонкой секцией материала N-типа. Что происходит, так это то, что по мере увеличения напряжения на устройстве ток увеличивается до определенной точки, в которой ток начинает уменьшаться.

Это заставляет устройство работать так, как будто оно имеет отрицательное сопротивление.Он также может проводить ток в обоих направлениях из-за отсутствия материала P-типа.

Они обычно используются в схемах электронных генераторов для создания микроволн, в том числе в радарах и автоматических открывателях дверей.

Светодиодный диод

Светодиодный диод обозначает светоизлучающий диод. Диодный светодиод — это устройство, которое излучает фотоны, когда через него проходит ток.

Светодиоды в наши дни чрезвычайно распространены и их можно найти повсюду в электронике. Цена снизилась до такой степени, что они даже используются в схемах для обозначения функций на уровне платы.

Новые технологии работают над снижением стоимости органических светодиодов, которые предлагают еще больше преимуществ, включая гибкие дисплеи.

Фотодиод

Фотодиод — это устройство, которое генерирует ток, когда поглощает фотоны. Следовательно, эти устройства удобны для обнаружения фотонов на многих различных длинах волн.

Фактически, все технологии цифровых фотоаппаратов работают с использованием матрицы фотодиодов, где каждый диод считается пикселем.

Есть даже такие вещи, которые называются детекторами с диодной матрицей, которые имеют массив фотодиодов, которые работают при обнаружении разных длин волн света, так что можно собирать информацию в широком спектральном диапазоне.

PIN-диод

PIN-диоды, как следует из названия, — это место, где нелегированный материал помещается между материалами P-типа и N-типа. Нелегированный материал создает так называемую внутреннюю область.

Эти диоды удобны в высокочастотных цепях. Из них получаются отличные ВЧ- и СВЧ-аттенюаторы и переключатели.

Диод Шоттки

Диод Шоттки — это диод, в котором удаляется материал P-типа, а вместо материала N-типа используется металл для создания диода.

Преимущество — более низкое прямое напряжение, которое помогает увеличить частоту переключения в определенных приложениях. Это в сочетании с более быстрым временем восстановления делает их полезными в схемах, таких как импульсные источники питания.

Диод Шокли

Диод Шокли — один из первых диодов, изобретенных Уильямом Шокли.Он состоял из четырех слоев материала PNPN.

Эти диоды больше не производятся, но их поведение можно имитировать с помощью динисторов.

Кремниевый диод

Кремниевые диоды — это обычные диоды, которые вы найдете в схемах каждый день. Они являются наиболее распространенными и обычно имеют прямое напряжение около 0,7 В.

Изображение 1N914 можно увидеть ниже.

Туннельный диод

Туннельный диод использует эффект, называемый квантовым туннелированием.

В этих устройствах замечательно то, что сначала ток очень легко проходит от анода к катоду. Затем, когда прямое напряжение увеличивается, ток, протекающий через устройство, уменьшается, создавая отрицательное сопротивление.

Затем при повышении напряжения он начинает работать как обычный диод. Однако диод желателен из-за его области отрицательного сопротивления. Они полезны в схемах преобразователя частоты и детектора.

Варакторный диод

Назначение варакторного диода — использовать зависящую от напряжения емкость диода в режиме обратного смещения.

Фактически, они могут использоваться в качестве конденсаторов с регулируемым напряжением и удобны в схемах генератора и умножителя частоты.

Стабилитрон

Стабилитроны имеют гораздо более резкую кривую тока, чем другие диоды в области пробоя.

Это означает, что, хотя они работают как другие обычные диоды (от анода к катоду), они также могут пропускать ток в обратном направлении (от катода к аноду) при достижении напряжения обратного смещения.

Другие диоды не предназначены для работы в режим пробивного напряжения, тогда как стабилитроны рассчитаны на работу именно там.

Общие диоды

Серия 1N400X

Серия 1N400X отлично подходит для различных применений. Их часто можно найти в цепях питания постоянного тока для защиты. Изображение диода 1N4001 можно увидеть ниже.

Вот почему они великолепны:

низкая стоимость
низкая обратная утечка
высокий прямой импульсный ток
максимальный прямой ток = 1 А
максимальное прямое напряжение при максимальном токе = 1,1 В
максимальное обратное напряжение смещения меняется на выбранной части X, от 50 В до 1000 В

Некоторые конкретные примеры:

Диод 1N4001 — обратное смещение = 50 В, перемычка
1N4004 диод — обратное смещение = 400 В, перемычка
1N4007 диод — обратное смещение = 1000 В, ссылка

1N540X Серия

Если вам нужен больший прямой ток, то серия 1N540X — отличный вариант.Они очень похожи на серию 1N400X, за исключением:

максимальный прямой ток = 3 А
импульсный ток намного выше

Пример:

1N5408 диод — обратное смещение = 1000 вольт, л чернил

Малый сигнал

Для других типов схем, включая приложения для слабых сигналов, доступны более подходящие диоды.

Эти диоды пригодятся, когда вы имеете дело с более низкими токами и напряжениями.

Вот несколько отличных примеров:

1N914 диод — обратное смещение = 100 В, прямой ток = 0.2 А, ссылка
1N4148 диод — обратное смещение = 100 В, прямой ток = 0,2 А, ссылка

Упаковка диодов

Диоды поставляются во многих различных вариантах комплектации, включая сквозное отверстие, поверхностный монтаж и подобные более крупные корпуса используется в ВЧ-устройствах и приложениях с высокой мощностью

В зависимости от технических характеристик диода его размер может быть разным. Например, высоковольтные диоды обычно намного больше, чем низковольтные.

Маркировка диодов

Диоды будут иметь определенную маркировку для обозначения номера детали, а также полярности устройства.

Например, диоды со сквозным отверстием будут иметь цифры, напечатанные на детали, а также будут иметь тонкую полосу на одном конце диода, которая обозначает катод.

Техническое описание детали покажет вам, из чего состоит маркировка и что они означают.

Пример германиевого диода со сквозным отверстием можно увидеть ниже.

Использование диодов

Давайте рассмотрим некоторые из самых популярных диодных схем, чтобы лучше понять, как использовать диоды.

Выпрямительный диод

Диодный выпрямитель — один из наиболее распространенных способов использования диода.Давайте теперь рассмотрим некоторые конкретные примеры.

Диодный мост

Здесь стоит упомянуть две разновидности: полуволновые и двухполупериодные выпрямители.

Полуволновый выпрямитель

Скажем, например, у вас есть сигнал переменного тока (AC), и вам нужна только часть сигнал выше 0 В. Для этого можно использовать диод.

Обычно схемы этого типа используются для выпрямителя переменного тока на 120 В. Как показано ниже, это называется полуволновым выпрямителем.

Обратите внимание, как передаются только положительные компоненты входного сигнала, а отрицательные — нет.

Проблема в том, что в этом примере вы получаете только половину сигнала, положительную половину. Во многих ситуациях это может быть все, что вам нужно.

В ситуациях, когда вам нужны оба компонента, вам понадобится полная волна, которую мы рассмотрим далее.

Полнополупериодный выпрямитель

Полнополупериодный выпрямитель представляет собой комбинацию из 4 диодов вместе, чтобы преобразовать как положительную, так и отрицательную составляющие сигнала в положительный выход.

Диоды расположены таким образом, что входной сигнал всегда проходит через диоды, независимо от его положительного или отрицательного напряжения. Такое расположение диодов можно увидеть ниже.

Входной сигнал преобразуется во все положительные, как показано ниже (вход и выход имеют цвет, соответствующий приведенной выше диаграмме.

Двухполупериодные выпрямители

поставляются в готовой упаковке с более высокими предельными значениями тока. Пример можно увидеть ниже.

Вы также можете настроить свои собственные диоды индивидуально, чтобы создать свой собственный двухполупериодный мост.Вы можете выбрать хорошие силовые диоды или диоды с более высоким прямым током и более высоким напряжением пробоя для вашего приложения.

Детали 1N4007 и 1N5408 — отличный выбор для прямого выпрямления 120 В переменного тока, в зависимости от ваших требований к максимальному току. Обратите внимание, что максимальное обратное смещение здесь имеет решающее значение, а номинальное значение 1000 В на этих деталях дает вам большой запас прочности.

Если вы используете понижающий трансформатор между 120 В переменного тока и двухполупериодным мостом, определите максимальное напряжение и убедитесь, что выбранные вами диоды имеют достаточный запас (в 2-3 раза выше) для обратного смещения.

Если вы заинтересованы в сглаживании пульсаций, вы можете использовать конденсатор на выходе, который подходит для вашего тока в вашей цепи, и получить хорошее постоянное напряжение на выходе.

Обратный диод

Есть много названий для того же типа диода, включая демпферный диод, диод свободного хода и ограничительный диод.

Обратный диод — удобный способ использования диода для уменьшения внезапных скачков напряжения, возникающих при внезапном изменении тока через индуктивную нагрузку .

Как мы обсуждали в статье об индукторах, всякий раз, когда индуктор видит изменение тока, проходящего через него, он создает всплеск напряжения ЭДС, чтобы попытаться стабилизировать изменение тока.

Во многих схемах эта генерируемая ЭДС обычно нежелательна и иногда может вызывать повреждение других частей схемы.

Чтобы исключить повреждение, диод можно разместить так, чтобы в случае скачка напряжения ЭДС через диод протекал ток, а не через другие компоненты схемы, которые могут быть повреждены.

Распространенной схемой, в которой это может быть полезно, является управление маленьким вентилятором или реле индуктивности. Как правило, большинство цифровых выводов могут давать ток менее 20 мА, поэтому это необходимо для усилителя тока. См. Пример схемы диода ниже.

Здесь хорошо работает NPN-транзистор, потому что цифровой вывод может подавать 10 миллиампер для включения NPN-транзистора, а транзистор может обрабатывать примерно ампер тока, необходимого для вентилятора или катушки индуктивности реле.

Каждый раз, когда транзистор выключается, в катушке индуктивности происходит резкое падение тока и возникает всплеск обратной ЭДС.

Без диода пик будет проходить через транзистор, обычно повреждая его. При размещении диода параллельно катушке индуктивности скачок напряжения ЭДС включает диод и позволяет току течь через диод и обратно в катушку индуктивности, где он рассеивается.

Этот обратный ток обратно в катушку индуктивности является источником названия этого типа диода.

Для диода D1 в приведенной выше схеме обычно выбирают 1N4001, который имеет прямой ток 1 А. , высокий импульсный ток и обратное смещение 50 Вольт.Это хорошо работает в цепях с напряжением 12 В. Если у вас напряжение выше, вам может понадобиться более способная деталь.

Стабилитрон напряжения

Как мы обсуждали ранее, стабилитроны предназначены для работы в режиме напряжения пробоя.

Одним из способов воспользоваться этим преимуществом является стабилитрон. Нам просто нужен резистор и стабилитрон, правильно подобранные, чтобы дать нам желаемое выходное напряжение

Пример схемы стабилитрона можно увидеть ниже.

Стабилитрон будет ограничивать входное напряжение до напряжения пробоя диода в этой цепи для выхода.Для этого он должен пропускать ток через диод, который будет рассеиваться в виде тепла, но только тогда, когда входное напряжение выше напряжения пробоя.

Требуемое выходное напряжение будет определять стабилитрон, поскольку вы выбираете диод на основе его напряжения пробоя, чтобы соответствовать выходному напряжению. Вы должны получить диод, способный выдержать рассеиваемую мощность.

Резистор необходимо тщательно выбирать в зависимости от силы тока цепи. Отличный калькулятор для выбора этих деталей здесь.

Блокирующий диод

Такое использование диода — это просто название ситуации, когда диод используется для управления током, протекающим только в одном направлении.

Отличный пример — солнечная панель и схема зарядного устройства. Когда солнце не светит и солнечные панели вырабатывают ток, они обычно имеют более высокое напряжение, чем батарея, которую заряжает цепь, поэтому ток будет течь от панелей в батарею.

Однако в ночное время солнечный свет не попадает на солнечные панели, поэтому они не будут вырабатывать ток.Батарея в этот момент будет иметь более высокое напряжение, и без блокирующего диода ток будет течь от батареи к панелям, тратя энергию.

Когда диод помещается между солнечными панелями и батареей, он позволяет току течь от панелей к батарее, но не позволяет току течь от батареи к панелям.

Следовательно, он «блокирует» ток от нежелательного протекания

Другое место, где это полезно, — это батареи в цепи.Каждый раз, когда есть вероятность, что кто-то может вставить батареи задом наперед или подключить питание постоянного тока наоборот, отличный способ защитить цепь — это использовать блокирующий диод.

Диод гарантирует, что только правильная полярность напряжения позволит току течь в цепи, защищая их от отрицательного напряжения.

Загвоздка в том, что вы должны выбрать диод, который может выдерживать максимальный прямой ток, который будут тянуть цепи. Кроме того, напряжение в цепи будет уменьшено прямым напряжением диода.

Ограничивающий диод

Ограничивающий диод — это просто способ использования конденсатора и диода для управления уровнем постоянного тока сигнала.

В приведенном ниже примере схемы конденсатор и диод создают смещение постоянного тока на входном сигнале переменного тока.

Если мы хотим пойти в другом направлении для смещения постоянного тока, мы просто меняем направление диода, как показано ниже.

Вы можете пойти еще дальше, если поместите источник напряжения между диодом и землей, чтобы можно было добавить дополнительное смещение постоянного тока в желаемом направлении.

Клипсирующий диод

В отличие от зажима есть клипсование. Здесь вы можете использовать последовательный резистор и диод, чтобы отсечь нежелательную часть входного сигнала.

Для положительного ограничения диод расположен так, что он включен, когда сигнал выше прямого напряжения, и, следовательно, диод проводит ток, ограничивая верхнее напряжение на уровне около 0,7 В.

Пример можно увидеть ниже. R2 — это просто пример резистора и не требуется.

Обратите внимание, что в приведенном выше примере максимальное верхнее напряжение ограничено 0,7 В, что является прямым напряжением диода.

Если требуется отрицательное ограничение, вы можете просто перевернуть диод. В этом случае, когда входной сигнал отрицательный, за пределами прямого напряжения, диод будет включаться и проводить ток, ограничивая отрицательный сигнал на уровне -0,7 В.