Содержание: Одним из электронных устройств, широко использующихся в различных схемах, является выпрямительный диод, с помощью которого переменный ток преобразуется в постоянный. Его конструкция создана в виде двухэлектродного прибора с односторонней электрической проводимостью. Выпрямление переменного тока происходит на переходах металл-полупроводник и полупроводник-металл. Точно такой же эффект достигается в электронно-дырочных переходах некоторых кристаллов – германия, кремния, селена. Эти кристаллы во многих случаях используются в качестве основных элементов приборов. Выпрямительные диоды применение нашли в различных электронных, радиотехнических и электрических устройствах. С их помощью осуществляется замыкание и размыкание цепей, детектирование и коммутация импульсов и электрических сигналов, а также другие аналогичные преобразования. Каждый диод оборудуется двумя выводами, то есть электродами – анодом и катодом. Анод соединяется с р-слоем, а катод – с n-слоем. В случае прямого включения диода на анод поступает плюс, а на катод – минус. В результате, через диод начинает проходить электрический ток. Если же подачу тока выполнить наоборот – к аноду подать минус, а к катоду – плюс получится так называемое обратное включение диода. В этом случае течения тока уже не будет, на что указывает вольтамперная характеристика выпрямительного диода. Поэтому при поступлении на вход переменного напряжения, через диод будет проходить только одна полуволна. Представленный рисунок наглядно отражает вольтамперную характеристику диода. Ее прямая ветвь расположена в первом квадранте графика. Она описывает диод в состоянии высокой проводимости, когда к нему приложено прямое напряжение. Данная ветвь выражается в виде кусочно-линейной функции u = U0 + RД x i, в которой u представляет собой напряжением на вентиле во время прохождения тока i. Соответственно, U0 и RД являются пороговым напряжением и динамическим сопротивлением. Третий квадрант содержит обратную ветвь вольтамперной характеристики, указывающей на низкую проводимость при обратном напряжении, приложенном к диоду. В этом состоянии течение тока через полупроводниковую структуру практически отсутствует. Данное положение будет правильным лишь до определенного значения обратного напряжения. В этом случае напряженность электрического поля в области p-n-перехода может достичь уровня 105 В/см. Такое поле сообщает электронам и дыркам – подвижным носителям заряда, кинетическую энергию, способную вызвать ионизацию нейтральных атомов кремния. Стандартная структура выпрямительного диода предполагает наличие дырок и электронов проводимости, постоянно возникающих под действием термической генерации по всему объему структуры проводника. В дальнейшем происходит их ускорение под действием электрического поля p-n-перехода. То есть электроны и дырки также участвуют в ионизации нейтральных атомов кремния. В этом случае обратный ток нарастает лавинообразно, возникают так называемые лавинные пробои. Напряжение, при котором резко повышается обратный ток, обозначается на рисунке в виде напряжения пробоя U3. Определяя параметры выпрямительных элементов, следует учитывать следующие факторы: Выпрямительные устройства выпускаются различной формы и могут монтироваться разными способами. В соответствии с физическими характеристиками, они разделяются на следующие группы: Выбирая то или иное устройство, необходимо учитывать вольтамперные характеристики обратного и пикового максимальных токов, максимально допустимое прямое и обратное напряжение, среднюю силу выпрямленного тока, а также материал изделия и тип его монтажа. Все основные свойства выпрямительного диода и его параметры наносятся на корпус в виде условных обозначений. Маркировка элементов указывается в специальных справочниках и каталогах, ускоряя и облегчая их выбор. Схемы с использованием выпрямительных диодов отличаются количеством фаз: В зависимости от используемого материала, выпрямительные диоды и схемы с диодами могут быть германиевыми или кремниевыми. Чаще всего применяется последний вариант, благодаря физическим свойствам кремния. Данные диоды обладают значительно меньшей величиной обратных токов при одном и том же напряжении, поэтому допустимое обратное напряжение имеет очень высокую величину, в пределах 1000-1500 вольт. Для сравнения, у германиевых диодов эта величина составляет 100-400 В. Кремниевые диоды сохраняют работоспособность в температурном диапазоне от - 60 до + 150 градусов, а германиевые – только в пределах от - 60 до + 850С. Электронно-дырочные пары при температуре, превышающей это значение, образуются с большой скоростью, что приводит к резкому увеличению обратного тока и снижению эффективности работы выпрямителя. Простейший выпрямитель работает по следующей схеме. На вход подается переменное напряжение сети с положительными и отрицательными полупериодами, окрашенными соответственно в красный и синий цвета. На выходе подключается обычная нагрузка RH, а выпрямляющим элементом будет диод VD. Когда на анод поступают положительные полупериоды напряжения, происходит открытие диода. В этот период через диод и нагрузку, запитанную от выпрямителя, будет протекать прямой ток диода Iпр. На графике, расположенном справа, эта волна обозначена красным цветом. При поступлении на анод отрицательных полупериодов напряжения, наступает закрытие диода, и во всей цепи начинается течение незначительного обратного тока. В данном случае отрицательная полуволна переменного тока отсекается диодом. Эту отсеченную полуволну обозначает синяя прерывистая линия. На схеме условное обозначение выпрямительного диода такое же, как обычно, только поверх значка проставляются символы VD. В результате, через нагрузку, подключенную через диод к сети, будет протекать уже не переменный, а пульсирующий ток одного направления. Фактически, это и есть выпрямленный переменный ток. Однако такое напряжение подходит лишь для нагрузок малой мощности, запитанных от сети переменного тока. Это могут быть лампы накаливания, которым не требуются особые условия питания. В этом случае напряжение будет проходить через лампу лишь во время импульсов – положительных волн. Наблюдается слабое мерцание лампы с частотой 50 Гц. При подключении питания с таким же напряжением к приемнику или усилителю мощности, в громкоговорителе или колонках, будет слышен гул с низкой тональностью, частотой 50 Гц, известный как фон переменного тока. В этих случаях аппаратура начинает «фонить». Причиной такого состояния считается пульсирующий ток, проходящий через нагрузку и создающий в ней пульсирующее напряжение. Именно оно и создает фон. Данный недостаток частично устраняется путем параллельного подключения к нагрузке фильтрующего электролитического конденсатора Сф с большой емкостью. В течение положительных полупериодов он заряжается импульсными токами, а во время отрицательных – разряжается с помощью нагрузки RH. Большая емкость конденсатора позволяет поддерживать на нагрузке непрерывный ток в течение всех полупериодов – положительных и отрицательных. На графике такой ток представляет собой сплошную волнистую линию красного цвета. Тем не менее, данный сглаженный ток все равно не обеспечивает нормальную работу, поскольку половина входного напряжения теряется при выпрямлении, когда задействуется только один полупериод. Этот недостаток компенсируют мощные выпрямительные диоды, собранные вместе в так называемый диодный мост. Данная схема состоит из четырех элементов, что позволяет пропускать ток в течение всех полупериодов. За счет этого преобразование переменного тока в постоянный происходит значительно эффективнее. electric-220.ru Какой элемент наряду с резисторами, конденсаторами и катушками индуктивности можно чаще всего встретить в принципиальной электрической схеме, как думаете? ) Конечно же диод! О нем то сегодня и поговорим, ему то и уделим наше время 😉 В первую очередь отметим, что полупроводниковый диод, в отличие от уже упомянутых других пассивных компонентов, является нелинейным элементом, то есть сигнал на выходе нелинейно зависит от сигнала на входе. Проще говоря, увеличив, например, напряжение на входе в 1.5 раза, мы не получим на выходе увеличения тока во столько же раз. Посмотрите на вольт-амперную характеристику диода (ВАХ) – зависимость тока от приложенного к нему напряжения: А вот как выглядит обозначение полупроводниковых диодов на схеме… Как мы видим, в открытом состоянии полупроводниковый диод пропускает ток, а в закрытом нет, правда до тех пор, пока на него не зафигачат огромное напряжение, превышающее напряжение пробоя (на рисунке оно составляет примерно вольт 85, там, где ток дико улетает вниз на обратной ветви). Таким образом, диод можно рассматривать как проводник, который пропускает ток только в одном (!) направлении. И тут сразу приходит интересная мысль..а почему бы не использовать его в качестве выпрямителя тока, раз он пропускает ток только в одну сторону? Все верно! Для этого они и используются (конечно, не только для этого 😉 ). Но для начала, все-таки, остановимся на выпрямителях. Выпрямление тока, говоря строго, заключается в преобразовании переменного тока в постоянный. Кстати, вот важное уточнение – для работы диода в открытом состоянии, необходимо, чтобы напряжение превышало значение прямого напряжения используемого полупроводникового диода. Для кремниевых оно составляет величину в районе 0.6 В, для германиевых – поменьше, около 0.3 В. Вот так вот ) Возвращаемся к нашим делам. Рассмотрим схему простейшего выпрямителя тока, в которой, собственно кроме диода больше ничего и нету: Посмотрим, в чем же тут суть. Подадим-ка на вход синусоидальное напряжение и вот, что мы получим на нагрузке: Как видите, тут используется только половина того сигнала, который есть на входе. Поэтому схему назвали однополупериодной. А вот как выглядит схема двухполупериодного выпрямителя: Вот такая красотища! ) Давайте разберемся, почему при таком включении на нагрузке есть сигнал всегда, а не только половину периода. А дело вот в чем…Во время одного полупериода в открытом состоянии находятся диоды 2 и 3, а во время следующего полупериода открыты 1 и 4. Все просто 😉 В итоге на нагрузке мы имеем: Интервалы, на которых напряжение равно 0 появляются тогда, когда напряжение на входе не превышает значение прямого напряжения. А что в этом случае? А диод закрыт, вот и все, поэтому и ноль на выходе 😉 Итак, в итоге имеем на выходе то, что изображено на рисунке. И тут возникает вопрос…А ГДЕ ВООБЩЕ ПОСТОЯННОЕ НАПРЯЖЕНИЕ?!?! Собственно вопрос абсолютно верен =) То что мы получили, можно назвать постоянным сигналом только с той точки зрения, что сигнал не меняет свою полярность. Но в действительности это не то, что нам было нужно. Значит нужно допиливать схему выпрямителя тока 😉 Необходимо добавить фильтр низких частот. Хотя часто резистор не ставят, ограничиваясь только конденсатором. Вот что получаем после модернизации схемы: И как же это работает? А все просто: конденсатор постоянно заряжается и разряжается. То есть когда напряжение на входе меньше напряжения, до которого зарядился конденсатор, конденсатор начинает разряжаться через нагрузку. Когда напряжение на входе возрастает, конденсатор подзаряжается, чтобы потом при разряде поддерживать напряжение на нагрузке. И на выходе мы имеем уже другую картину: Ну понятно, что синим тут изображено то, что у нас на выходе если конденсатора нету, а зеленым – сигнал на выходе схемы с конденсатором. Вот теперь мы действительно выпрямили входной сигнал, хоть на выходе и остались небольшие пульсации. В общем, рассмотрели мы сегодня полупроводниковый диод и разобрались с его работой в качестве выпрямителя 😉 Конечно, еще полно всяких применения для диода, но, пожалуй, об этом все-таки потом. Как никак здесь нашей целью было именно разобраться и понять, как работает этот замечательный элемент в целом, а не в конкретных схемах. Так что на сегодня это все, если будут какие-нибудь вопросы, обязательно спрашивайте в комментариях! ) P.S. Другие статьи рубрики “Основы электроники” – часть 1, часть 2 и часть 3 =) microtechnics.ru Диоды полупроводниковые Полупроводниковый прибор с одним электрическим переходом, работа которого заключается в преобразования одних электрических значений в другие, называют диодом. В конструкции данного изделия предусматривается два вывода для монтажа. На принципиальных электрических схемах полупроводниковые диоды изображаются в виде треугольника и отрезка, расположенного на одной из его вершин и находящегося параллельно противолежащей стороне. В зависимости от разработки диода его обозначение может включать дополнительные символы. В любом случае вершина треугольника, примыкающая к осевой линии диода, указывает на направление протекания тока. В той части обозначения, где располагается треугольник, находится p-область, которую ещё называют анодом или эмиттером, а со стороны, где к треугольнику примыкает отрезок, находится n-область, которую соответственно называют катодом, или базой. Полупроводниковые диоды, назначение которых заключается в преобразовании переменного тока в постоянный ток, называются выпрямительными. Выпрямление переменного тока с использованием полупроводникового диода построено на основе его односторонней электропроводности, которая заключается в том, что диод создаёт очень малое сопротивление току, текущему в прямом направлении, и достаточно большое сопротивление обратному току. Для того чтобы выпрямить ток большой силы не опасаясь теплового пробоя, конструкция диодов должна предусматривать значительную площадь p-n-перехода. В связи, с чем в выпрямительных полупроводниковых диодах задействуют специальные p-n-переходы соответствующие последнему слову науки и техники. Технология создания p-n-перехода получается, за счёт ввода в полупроводник p-или n-типа примеси, которая создаёт в нем область с противоположным значением электропроводности. Примеси можно добавлять методом сплавления или диффузии. Диоды, получаемые методом сплавления, называют «сплавными», а изготавливаемые методом диффузии «диффузионными». Простейший выпрямитель В ходе положительного полупериода входного напряжения U1 диод V работает в прямом направлении, его сопротивление маленькое и на нагрузке RH напряжение U2 практически равно входящему напряжению. График напряжения на входе и выходе простейшего однополупериодного выпрямителя При отрицательном полупериоде данного входного напряжения диод включен в направлении обратно, где его сопротивление формируется значительно больше, чем сопротивление на нагрузке, и почти все входящее напряжение падает на диоде, а напряжение на нагрузке приближается к нулю. В такой схеме для получения выпрямленного напряжения используется всего лишь один полупериод входящего напряжения, поэтому такой тип выпрямителей называется однополупериодным. Полупроводниковые диоды, которые используются для стабилизации постоянного напряжения на нагрузке, называют стабилитронами. В стабилитронах задействован участок обратной участка вольтамперной характеристики в поле электрического пробоя. Схема простейшего стабилизатора напряжения В данном случае при изменении тока, проходящего через стабилитрон, от Iст. мин. до Iст. макс. напряжение на нем практически не изменяется. Если нагрузка RH включена параллельно стабилитрону, уровень напряжения на ней также будет оставаться неизменным в указанных пределах изменения тока, проходящего через стабилитрон. График стабилитрона Такими диодами стабилизируют уровень напряжения примерно от 3,5 В и выше. Для стабилизации постоянного напряжения до 1 вольта применяют стабисторы. У стабисторов работает не обратная, а прямая часть вольтамперной характеристики. Поэтому их подсоединяют не в обратном, как делают со стабилитронами, а в прямом направлении. Электронные компоненты, такие как стабисторы и стабилитроны, как правило, изготовляются, из кремния. Вольтамперная характеристика стабистора Плоскостные диоды обладают с высокими ёмкостными характеристиками. С увеличением частоты емкостное сопротивление понижается, что приводит к нарастанию его обратного тока.
На больших частотах вследствие того в диоде есть ёмкость, величина его обратного тока может достичь значения прямого тока, и этот диод, таким образом, утратит свое основное свойство односторонней электропроводности. Для сохранения своих функциональных качеств необходимо снизить емкость диода. Это достигается с помощью всевозможных технологических и конструктивных методов, направленных на сокращения площади p-n-перехода. В диодах, используемых в схемах, работающих с высокочастотным током, применяют изделия с точечными и микросплавными p-n-переходами. Нужный точечный p-n-переход, получается в месте контакта заостренного окончания специальной металлической иглы с полупроводником.
При этом применяют способ электроформования, заключающемся в том, что через соединение проволоки и кристалла полупроводники протекают импульсы электрического тока, формирующие в месте их контакта p-n-переход. Микросплавными называются такие диоды, у которых p-n-переход создаётся при электроформовании контакта между пластинкой полупроводника и металлическим предметом с плоским торцом. selectelement.ru Диод (Diode -eng.) – электронный прибор, имеющий 2 электрода, основным функциональным свойством которого является низкое сопротивление при передаче тока в одну сторону и высокое при передаче в обратную. То есть при передаче тока в одну сторону он проходит без проблем, а при передаче в другую, сопротивление многократно увеличивается, не давая току пройти без сильных потерь в мощности. При этом диод довольно сильно нагревается. Диоды бывают электровакуумные, газоразрядные и самые распространённые – полупроводниковые. Свойства диодов, чаще всего в связках между собой, используются для преобразования переменного тока электросети в постоянный ток, для нужд полупроводниковых и других приборов. Конструктивно, полупроводниковый диод состоит из небольшой пластинки полупроводниковых материалов (кремния или германия), одна сторона (часть пластинки) которой обладает электропроводимостью p-типа, то есть принимающей электроны (содержащей искусственно созданный недостаток электронов («дырочная»)), другая обладает электропроводимостью n-типа, то есть отдающей электроны (содержащей избыток электронов («электронной»)). Слой между ними называется p-n переходом. Здесь буквы p и n — первые в латинских словах negative — «отрицательный», и positive — «положительный». Сторона p-типа, у полупроводникового прибора является анодом (положительным электродом), а область n-типа — катодом (отрицательным электродом) диода. Электровакуумные (ламповые) диоды, представляют собой лампу с двумя электродами внутри, один из которых имеет нить накаливания, таким образом подогревая себя и создавая вокруг себя магнитное поле. При разогреве, электроны отделяются от одного электрода (катода) и начинают движение к другому электроду (аноду), благодаря электрическому магнитному полю. Если направить ток в обратную сторону (изменить полярность), то электроны практически не будут двигаться к катоду из-за отсутствия нити накаливания в аноде. Такие диоды, чаще всего применяются в выпрямителях и стабилизаторах, где присутствует высоковольтная составляющая. Диоды на основе германия, более чувствительны на открытие при малых токах, поэтому их чаще используют в высокоточной низковольтной технике, чем кремниевые. Применяются в лазеростроении, по принципу работы схожи с диодами, но излучают в когерентном диапазоне. Для данных диодов используют прозрачные корпуса для возможности рассеивания света. Также производят диоды, которые могут давать излучение в ультрафиолетовом, инфракрасном и других требуемых диапазонах (в основном, литографической и космической сфере). www.xtechx.ruТипы полупроводниковых диодов. Диод на схеме
Выпрямительный диод: параметры и схема
Принцип работы выпрямительного диода
Основные параметры выпрямительных диодов
Схема включения выпрямительного диода
Основы электроники. Полупроводниковый диод. | MicroTechnics
Полупроводниковый диод:
Типы полупроводниковых диодов
Диод - полупроводниковый элемент. Принцип работы, устройство и разновидности.
Конструкция диодов.
Типы диодов:
интернет-магазин светодиодного освещения
Пн - Вс с 10:30 до 20:00
Санкт-Петербург, просп. Энгельса, 138, корп. 1, тк ''Стройдвор''
Поделиться с друзьями: