Montagpena.ru

Строительство и Монтаж
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Работа диода и устройство

Работа диода и устройство

Наверное любой начинающий радиолюбитель знает, что диод в одну сторону пропускает ток, а в другую нет. Но как, и почему он так делает, знают, а тем более понимают не многие, даже некоторые инженеры не знают этого.

Работа диода — общие принципы внутреннего устройства

Структурно диод можно представить кристаллом полупроводника, состоящим из двух областей. Одна с проводимостью p-типа, а другая – проводимостью n-типа.


Работа диода поясняющая структурная схема

Анод это плюсовой электрод, в нем основными носителями заряда являются дырки.

Катод это минусовой электрод, в нем основными носителями заряда являются электроны.

На внешних поверхностях двух областей имеются контактные металлические слои, к которым припаяны внешние выводы. Такой полупроводниковый прибор может быть только в одном из двух состояний: открыт и закрыт

Работа диода при прямом включении

Если к выводам полупроводникового прибора подсоединить постоянное напряжение: на анод подать плюс» а на вывод катода соответственно «минус», то диод откроется и через него начнет идти ток, величина которого зависит от приложенного напряжения и внутренних свойств диода.

При прямом включении электроны из n области устремятся навстречу дыркам в p-область, а дырки из p в область n. На границе электронно-дырочного перехода, они встретятся, и осуществится их взаимное поглощение или рекомбинация.

Вывод диода, подключенный к минусу, будет посылать в область n огромное количество электронов, пополняя их убывание. А вывод, соединенный с плюсом, помогает восстанавливать концентрация дырок в области p. То есть, проводимость электронно-дырочного перехода увеличится, а сопротивление току резко уменьшится, а значит, через диод потечет ток, называемый прямым током диода Iпр.

Изменим полярность нашего подключения и посмотрим на изменения в работе подключенного полупроводникового прибора.

В этом случае электроны и дырки будут, оттеснятся от p-n перехода, а на границе электронно-дырочного перехода резко возрастает потенциальный барьер или другими словами зона обедненная носителями заряда дырками и электронами, которая будет препятствовать прохождению тока.

Но, так как в каждой из области имеется небольшое количество неосновных носителей заряда, то небольшой обмен носителями заряда между областями все же происходит, но он очень мал. Такой ток получил название обратный ток Iобр.

Напряжение, открытия диода, когда через него течет прямой ток называют прямым Uпр, а напряжение обратной полярности, при котором он запирается и через него течет Iобр называют обратным Uобр. При Uпр внутреннее сопротивление не выше нескольких десятков Ом, зато при Uобр сопротивление резко увеличивается до сотен и даже тысяч килоом. Это легко увидеть, если измерить обратное сопротивление с помощью мультиметра.

Сопротивление электронно-дырочного перехода величина не постоянная и зависит от Uпр. Чем оно выше, тем меньше сопротивление p-n переход, тем выше Iпр идущий через полупроводник. В закрытом состоянии на нем падает почти все напряжение, поэтому, Iобр ничтожно мал, а сопротивление p-n перехода огромно.

Если мы подсоединим диод в цепь переменного тока, то он будет открыт при положительных полуволне синусоидального напряжения, пропуская прямой ток , и заперт при отрицательной полуволне, почти не пропуская Iобр. Это главное свойства диодов используют для преобразования переменного напряжения в постоянный, и такие приборы называют выпрямительными.

Читайте так же:
Ремонт микроволновки самсунг своими руками подробно видео

Зависимость тока, проходящего через электронно-дырочный переход, от величины и полярности напряжения изображают в виде кривой, называемой ВАХ

Она состоит из двух ветвей: прямая ветвь — соответствует прямому току через диод, и обратная ветвь, соответствующая обратному току.

Прямая ветвь графика круто поднимается вверх и характеризует быстрый рост прямого тока с ростом значения прямого напряжения. Обратная ветвь, наоборот следует почти параллельно горизонтальной оси и характеризует медленный рост Iобр. Чем ближе к вертикальной оси прямая ветвь и чем ближе к горизонтальной оси обратная ветвь, тем лучше выпрямительные свойства полупроводника. Наличие Iобр является недостатком. Из кривой ВАХ видно, что Iпр во много больше Iобр.

Как мы видим из графика с увеличением прямого напряжения через электронно-дырочный переход ток сначало возрастает медленно, а затем гораздо быстрее.

Но такое резкое увеличение тока нагревает молекулы полупроводника. И если количество тепла будет выше отводимого от кристалл, то могут случится необратимые изменения и разрушение кристаллической решетки.

Поэтому необходимо использовать ограничительное сопротивление включенное последовательно.

При сильном увеличении обратного напряжения, может произойти пробой электронно-дырочного прибора. Даже существуют специальные полупроводниковые приборы называемые стабилитронами в которых применяется это свойство.

Пробой p-n перехода это явление резкого возрастания обратного тока при достижении обратным напряжением определенного критического уровня. Тепловые пробои в свою очередь делятся на электрический и тепловой, а электрический пробой бывает туннельный и лавинный.

Электрический пробой происходит в результате воздействия сильного электрического поля в переходе. Такой пробой считается обратимым, так как он не приводит к повреждению кристалла, и при снижении уровня обратного напряжения характеристики диода сохраняются.

Туннельный пробой возникает в результате туннельного эффекта, который заключается в том, что при высокой напряженности электрического поля в узком p-n переходе, отдельные электроны просачиваются через переход. Такие p-n переходы возможны только при условии высокой концентрации примесей в молекуле полупроводника.

При туннельном пробое происходит резкий рост Iобр при малом обратном напряжении. На основе этого свойства были разработаны туннельные диоды. Они применяются в усилителях, генераторах синусоидальных колебаний и в различных переключающих устройствах на высоких частотах.

Лавинный пробой происходит также под действием сильного электрического поля, когда неосновные носители зарядов под действием тепла в переходе ускоряются на столько, что выбивают из атома один из валентных электронов и выкидывают его в зону проводимости, создав при этом пару электрон – дырка. Образовавшиеся свободные носители начинают разгоняться и сталкиваться с другими атомами, выбивая другие электроны. Процесс носит лавинообразный характер, что приводит к резкому увеличению Iобр при практически неизменном уровне напряжения.

Эффект лавинного пробоя применяется в мощных выпрямительных агрегатах, используемых в металлургической и химической промышленности, а также в железнодорожном транспорте.

Читайте так же:
Реноватор спец бми 300к отзывы

Тепловой пробой происходит из-за перегрева p-n перехода при протекании большого уровня тока, и при плохом теплоотводе. Это приводит к резкому возрастанию температуры перехода и соседних с ним областе, увеличивается колебания атомов структуры кристалла, исчезает связь валентных электронов. Электроны начинают уходить в в зону проводимости, идет лавинообразное повышение температуры, что приводит к разрушению кристалла и выходу из строя радиокомпонента.

Описание работы выпрямительного устройства на полупроводниковых диодах

Светодиод это полупроводниковый источник света. Генерация света в нем осуществляется за счет энергии, выделяемой при рекомбинации носителей тока дырок или электронов, в зависимости от проводимости p-n перехода, на границе полупроводниковых материалов.

Тиристор это полупроводниковый прибор, изготовленный на основе монокристаллического полупроводника, обладающего тремя и более p-n-переходами.

Стабилитрон — разновидность полупроводникового диода, работающего при напряжении обратного смещении в режиме пробоя. До момента наступления пробоя через стабилитрон текут совсем незначительные токи утечки, а его сопротивление достаточно высокое. В момент пробоя ток через него резко увеличивается, а его дифференциальное сопротивление снижается до малых величин. За счет этого в режиме пробоя напряжение на стабилитроне поддерживается с неплохой точностью в большом диапазоне обратных токов.

Варикап — это очередная разновидность полупроводникового диод, который способен изменять свою внутреннюю емкость прямо пропорционально уровню приложенного обратного напряжения смещения p-n перехода от единиц до сотен пикофарад.

Это еще одна разновидность типичного полупроводникового диода, его отличительная особенность это малое падение напряжения при прямом включении. Название свое он получил в честь немецкого физика изобретателя Вальтера Шоттки. В этих диодах в роли потенциального барьера применяется переход металл-полупроводник, а не p-n переход. Допустимое обратное напряжение диодов Шоттки обычно около 1200 вольт, например CSD05120 и его аналоги, на практике они используются в низковольтных цепях при обратном напряжении до нескольких десятков вольт.

Все эти компоненты различаются по назначению, применяемым материалам, типам р-n переходов, конструктивному исполнению, мощности и прочим признакам и характеристикам. Широкое распространение получили выпрямительные, импульсные диоды, варикапы, диоды Шотки, тринисторы, светодиоды, и тиристоры. Рассмотрим их основные технические характеристики и общие свойства, хотя у каждого типа из этих полупроводниковых компонентов много и своих сугубо индивидуальных параметров

Что такое диод для чайников

Если Вы, читатель, начинающий радиотехник и только-только начинаете ознакамливаться с принципом работы всех деталей, то я рекомендую не углубляться во все тонкости и принцип работы диода. Стоит ограничиться только основными определениями и параметрами диода. Потому, если что то не понятно, то смело пропускайте этот абзац и читайте далее. Но если Вам хочется все знать и понимать больше, непременно пишите в комментариях либо же на форуме, что конкретно не ясно, я все расскажу и поясню.

Диодом называется нелинейный двухполюсник (выводы: анод(+) и катод(-)) с односторонней проводимостью. Проще говоря, это такая радиодеталь с двумя выводами, которая в одну сторону пропускает напряжение, а в другую нет. В современном мире применяют, в основном, только полупроводниковые диоды, но существуют и другие типы. Их различают по принципу действия на вакуумные и полупроводниковые диоды.

Читайте так же:
Пятиконтактное реле схема подключения дхо

На принципиальных радиотехнических схемах обозначается так (А — анод, К — катод):

условное обозначение диода

Так как вывода всего два, то соответственно диод в схему можно включить двумя способами:
1. Прямое включение — анод к «+» и катод к «-«.
2. Обратное включение — анод к «-«, катод к «+».

У идеального диода при прямом включении сопротивление равно нулю, а при обратном бесконечности (Рис. 1.).

ВАХ идеального диода

Но к сожалению, таких в природе не существует. У реального же диода не все так красиво, он обладает небольшим сопротивлением. При прямом включении напряжение немного снижается, а при обратном включении присутствует небольшая утечка тока, т.е. диод не закрыт наглухо.

  • Полупроводниковый диод

Подробное строение и описание всех происходящих внутри диода процессах, рассмотрим в отдельной статье, сейчас скажу только что полупроводниковый диод представляет собой сочетание областей различной проводимости, электронной и дырочной (Рис. 2.).

Строение диода

На рисунке схематично изображен кристалл диода с n (от negative — отрицательный) и p (от positive — положительный) областями.

Вольт-амперная характеристика реального диода описывается замечательным уравнением Шоттки и имеет вид (Рис. 3.).

ВАХ диода

В формуле Шоттки Is-тепловой ток; φт=kT/e — тепловой потенциал, где k — постоянная Больцмана, Т — абсолютная температура, e — заряд электрона.

На графике ВАХ все что лежит левее красной линии, называют областью электрического пробоя. Область, которая, правее зеленой линии — это рабочая область диода. Между линиями — это область где диод закрыт.

Основные характеристики полупроводникового диода

Первая величина о которой стоит сказать — это Максимальное прямое напряжение и ток. Диоды бывают как малой мощности, у которых максимальное прямое напряжение несколько десяток вольт и максимальный прямой ток до 50 — 200 мА, так и большой, у которых те же величины до 1000 вольт и десяток ампер.
Вторая величина, строго обратная — Максимальное обратное напряжение/ток. Тут ситуация аналогичная, существуют всякие диоды и нужно подбирать такие, какие справятся с задачей. (Интересно знать: Диоды не сгорают от преувеличения допустимого напряжения, они сгорают от того что при увеличении напряжения они сильно греются и переходы плавятся.)

Существуют и другие характеристики, но для начинающего радиолюбителя этого предостаточно. Так же различные типы диодов (стабилитрон, варикап, фотодиод, светодиод и другие) будут рассмотрены в других статьях.

Что такое диод для чайников

Веб-камера на будівництві вестибюлю ст. «Центральна»:

P8016053

DSC01747

Диоды — назначение и принцип работы
26 січня 2017, 16:24

Назначение диодов

Диоды – это кремниевые лавинные диффузионные элементы. Предназначены для того, чтобы выполнять работы в цепи со статическим преобразователем электроэнергии с постоянными и переменными токами, с частотой 2 Кгц. У диода имеется 8 классов. В диоде применяется тип охлаждения – воздушный естественный, или принудительный. На корпус наносится обозначение: полярность вывода и топономиналы. Масса диода – не больше 0,5 кг.

Условное обозначение диодов

1 значение – буква ли цифра, обозначающая материала, из которого изготовлен диод.

2 значение – буква, указывающая класс для устройства.

3 значение – число, указывающее предназначение и качественные характеристики устройства.

Применение диодов

Диоды используются в радиоэлектронике, приборостроении, для коммутации сигналов на высоких частотах. Возможно применение в гальванических приборах, в сфере промышленности, для выпрямителей.

Принцип работы диодов

Диоды имеют переход, анодный и катодный вывод. Электрический ток действует на катод, подогреватель накаливается, электроны выходят из электрода. Между 2 электродами возникает поле. Положительный анод притягивает электроны, а возникшее при этом поле запускает катализацию всего процесса, появляется эмиссионный ток.

Появляется пространственный отрицательный заряд между электродом 1 и электродом 2. По причине этого заряда движение электронов замедляется по причине слабого потенциала анода. Электроны направляются к катоду. Если есть отрицательный заряд на аноде, то будут нулевые показатели.

Диоды могут выдержать высокое обратное напряжение, достигают сильной ионизации, необходимой для защитных приборов, источников питания.

Роль анода играет штыревая конструкция с медными основаниями. Используя лавинные диоды для выпрямителей, можно улучшить качество электросхемы, понизить диодные мощности.

Технические характеристики диодов

Диоды имеют разные степени проводимости, это зависит от направления на электрическом поле. Диоды электронные, например, подключенные на положительный полюс источника токов с условием, что диоды открыты, с небольшим сопротивлением, то в таком случае говорят об аноде, если же подключить на отрицательный полюс, то можно получить катод.

Технические параметры диодов:

— Обозначение среднего прямого тока – 200 ампер,

— Обозначение импульсного обратного напряжения – 1000 В,

— Охлаждение по типу принудительного, или естественного воздушного,

— Отвечают техническим характеристикам ТУ 16-529.765-73.

— Используется охладитель вида О171-80.

— Показатели для размерной комплектации:

— Общая длина – 277 мм,

— Обозначение длины для шпилек — 15 мм,

— Тип используемой резьбы — М20.

Нужно не забывать также о таких важных показателях, как: прямой максимальный ток, импульсное прямое напряжение, постоянное прямое напряжение, максимальная рабочая частота, частота рабочая для диодов, постоянный обратный ток. А также – максимальное постоянное обратное напряжение, время, нужное для обратного восстановления, импульсное прямое напряжение, средний допустимый максимальный прямой ток.

Не стоит забывать и о таких важных значениях, как: обратное импульсное повторяющееся допустимое максимальное напряжение, ударный допустимый максимальный ток, максимальная температура для перехода.

Это значение для каждого типа модели разные, обратитесь к специалисту для того, чтоб определиться с наилучшим для себя вариантом. Мы предоставим вам качественные и детальные консультации, которые помогут вам сделать верный выбор диода. Посетив наш сайт Энерджи Груп, вы сможете узнать более подробную информацию.

ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЕ ДИОДЫ

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

ВАХ диодаОна имеет две ветви, соответствующие прямому и обратному включению диода.

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

Подключение диода

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.

Мостовая схема диодов

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):

Схемы включения диодов

  1. 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».
  2. Защита от переполюсовки (жаргонное — «защита от дураков»). Если существует возможность неправильного подключения полярности напряжения питания эта схема защищает устройство от выхода из строя.
  3. 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.

© 2012-2021 г. Все права защищены.

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

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector