To znamená, že obe polvlny striedavého napätia, prechádzajúce cez diódový mostík, budú mať rovnakú polaritu jednosmerného napätia na záťaži.
K dispozícii je tiež obvod využívajúci iba 2 diódy na usmernenie striedavého prúdu pomocou transformátora s odbočkou zo stredového bodu. V ňom je správna činnosť diód spôsobená skutočnosťou, že použitý transformátor má dve identické sekundárne vinutia s rovnakým napätím. Jeden polovičný cyklus pracuje s jedným vinutím a druhý - druhý. Túto možnosť môžete nájsť a rozobrať sami. V praxi sa však oveľa častejšie používa schéma diskutovaná vyššie.
Ak nebudete používať diódy vo vysokofrekvenčných obvodoch a ide o samostatné série diód, musíte poznať dva hlavné parametre usmerňovacích diód:
1)Maximálny dopredný prúd, Ipr. Ide o rovnaký prúd, ktorý bude prechádzať záťažou, keď je dióda otvorená. Vo väčšine používaných diód je táto hodnota od 0,1 do 10A. Existujú aj výkonnejšie. Treba si však uvedomiť, že v každom prípade, keď diódou preteká jednosmerný prúd Ipr, „usadí sa“ na nej malé napätie. Jeho hodnota závisí od množstva pretekajúceho prúdu, ale vo všeobecnosti je to asi 1V. Táto hodnota sa nazýva priamy pokles napätia a zvyčajne sa označuje ako Upr alebo Upad. Pre každú diódu je uvedená v referenčnej knihe.
2)Maximálne spätné napätie, Uarr. Toto je najvyššie napätie v opačnom smere, pri ktorom si dióda stále zachováva svoje ventilové vlastnosti. Vo všeobecnosti ide len o striedavé napätie, ktoré môžeme pripojiť na jeho výstupy. A pri výbere diód pre rovnaký mostíkový usmerňovač je potrebné riadiť sa práve touto hodnotou. Pri prekročení hodnoty tohto napätia dochádza k nevratnému rozpadu diódy, ako aj pri prekročení jednosmerného prúdu Ipr. Táto hodnota je dostupná aj v referenčných knihách diód.
Za zmienku stojí ďalšia rozmanitosť, ak to môžem povedať, diód - to sú zenerove diódy. Trochu viac informácií o nich.
Ďalšou skupinou diód sú zenerove diódy. Ich účelom nie je usmerniť prúd, ale stabilizovať napätie. Majú tiež p-n križovatku. Na rozdiel od diódy je zenerova dióda zapojená v opačnom smere. Jeho prúdovo-napäťová charakteristika a symbol sú na obr.5. Z obr. 5 je zrejmé, že pri určitej hodnote napätia na svorkách zenerovej diódy menšej ako Umin je prúd prakticky rovný nule. Pri napätí Umin sa zenerova dióda otvorí a začne ňou pretekať prúd. Napäťový úsek od Umin po Umax, t.j. medzi bodmi 1 a 2 na grafe, je pracovný úsek referenčnej diódy (zenerovej diódy). Minimálne a maximálne hodnoty sa môžu líšiť iba o desatiny voltu. Tieto hodnoty zodpovedajú minimálnym a maximálnym stabilizačným prúdom. Hlavné parametre zenerovej diódy sú:
1)Stabilizačné napätie Ust. Zenerove diódy sa vyrábajú so stabilizačným napätím, najčastejšie od 6 do 12V, existujú však aj od 2 do 6V, zriedkavejšie sa používajú aj nad 12 a do 300V;
2)Minimálny stabilizačný prúd Ist.min. Toto je najmenší prúd pretekajúci zenerovou diódou, v dôsledku čoho sa na nej objaví jej pasovo stabilizované napätie. Zvyčajne je to 4...5 mA;
3M maximálny stabilizačný prúd. Toto je maximálny prúd cez zenerovu diódu, ktorý nesmie byť počas prevádzky prekročený, pretože zenerova dióda sa neprijateľne zahrieva. V modeloch s nízkym výkonom je to najčastejšie 20 ... 40 mA.
Čím strmší je úsek 1 - 2 voltampérovej charakteristiky zenerovej diódy, tým lepšie stabilizuje napätie.
Konkrétna aplikácia stabilizátorov napätia s výpočtami je uvedená v častiach "Výpočet parametrického stabilizátora" a "Kontinuálny kompenzačný regulátor napätia".
Existujú aj iné typy diód. Ide o pulzné diódy, mikrovlnné diódy, stabistory, varikapy, tunelové diódy, emisné diódy, fotodiódy. Ale berme ako fakt, že sa stále používajú nie v jednoduchých elektrických zariadeniach, ale v tej najčistejšej elektronickej vode, preto na ne nebudeme zameriavať svoju pozornosť. Okrem toho, po preštudovaní základných vlastností uvažovaných diód, informácie o vyššie uvedených možno ľahko nájsť v technickej literatúre.
A na záver pár informácií o označovaní polovodičových diód. Zamerajme sa na ruštinu.
Prvý znak je písmeno (pre zariadenia na všeobecné použitie) alebo číslo (pre zariadenia na špeciálne účely) označujúce počiatočný polovodičový materiál, z ktorého je dióda vyrobená: G (alebo 1) - germánium; K (alebo 2) - kremík; A (alebo 3) - GaAS. Druhý znak je písmeno označujúce podtriedu diódy: D - usmerňovač, vysokofrekvenčný (univerzálny) a impulzný; B - varicaps; C - zenerove diódy; L - LED diódy. Tretím znakom je číslo označujúce účel diódy (pre zenerove diódy - rozptylový výkon): napríklad 3 - spínanie, 4 - univerzálne atď. Štvrtý a piaty znak sú 2-miestne číslo označujúce sériové číslo vývoja (pre zenerove diódy - nominálne stabilizačné napätie). Šiestym znakom je písmeno označujúce parametrickú skupinu zariadenia (pre zenerove diódy - postupnosť vývoja).
Niekoľko príkladov označení:
GD412A - germániová (G) dióda (D), univerzálna (4), vývojové číslo 12, skupina A; KS196V - kremíková (K) zenerova dióda (C), stratový výkon nie viac ako 0,3W (1), menovité stabilizačné napätie 9,6V, tretí vývoj (V).
Pre polovodičové diódy s malými veľkosťami balenia sa používa farebné označenie vo forme značiek aplikovaných na telo zariadenia.

Všetci veľmi dobre vieme, čo je polovodičová dióda, ale málokto z nás vie o princípe fungovania diódy, dnes, najmä pre začiatočníkov, vysvetlím princíp jej fungovania. Ako viete, dióda prechádza prúdom dobre na jednej strane a veľmi zle v opačnom smere. Dióda má dva vývody - anódu a katódu. Žiadne elektronické zariadenie nie je kompletné bez použitia diód. Dióda slúži na usmernenie striedavého prúdu, pomocou diódového mostíka, ktorý sa skladá zo štyroch diód, môžete striedavý prúd premeniť na jednosmerný prúd, alebo pomocou šiestich diód premeniť trojfázové napätie na jednofázové, používajú sa diódy v rôznych napájacích zdrojoch, v audio-video zariadeniach, takmer všade. Fotky niektorých si môžete pozrieť tu.

Na výstupe diódy si môžete všimnúť pokles počiatočnej úrovne napätia o 0,5-0,7 voltov. Pre nízkonapäťové výkonové zariadenia sa používa Schottkyho dióda, na takejto dióde je pozorovaný najmenší pokles napätia - asi 0,1 V. V zásade sa Schottkyho diódy používajú v rádiových vysielacích a prijímacích zariadeniach a v iných zariadeniach pracujúcich hlavne pri vysokých frekvenciách. Princíp činnosti diódy na prvý pohľad je pomerne jednoduchý: dióda je polovodičové zariadenie s jednosmerným vedením elektrického prúdu.

Výstup diódy pripojenej k kladnému pólu zdroja energie sa nazýva anóda, k zápornej katóde. Diódový kryštál je vyrobený hlavne z germánia alebo kremíka, ktorého jedna oblasť má elektrickú vodivosť typu n, to znamená dierovú, ktorá obsahuje umelo vytvorený nedostatok elektrónov, druhá oblasť má vodivosť typu n, tj. , obsahuje nadbytok elektrónov, hranica medzi nimi sa nazýva n-n prechod , p - v latinčine prvé písmeno slova kladné, n - prvé písmeno v slove zápor. Ak je na anódu diódy privedené kladné napätie a na katódu je privedené záporné napätie, dióda prejde prúdom, nazýva sa to priame spojenie, v tejto polohe je dióda otvorená, ak sa použije spätný chod, diódou neprejde prúd, v tejto polohe je dióda zatvorená, nazýva sa to spätné zapojenie.

Spätný odpor diódy je veľmi veľký a v obvodoch sa berie ako dielektrikum (izolátor). Na demonštráciu činnosti polovodičovej diódy môžete zostaviť jednoduchý obvod, ktorý pozostáva zo zdroja energie, záťaže (napríklad žiarovky alebo elektromotora s nízkym výkonom) a samotnej polovodičovej diódy. Všetky súčiastky obvodu zapojíme do série, plus napájame zo zdroja na anódu diódy, do série s diódou, to znamená, že jeden koniec žiarovky pripojíme na katódu diódy, a pripojte druhý koniec tej istej lampy k mínus zdroju energie. Pozorujeme žiaru lampy, teraz otočíme diódu, lampa už nebude svietiť, pretože dióda je zapojená späť, prechod je uzavretý. Dúfam, že vám to v budúcnosti nejakým spôsobom pomôže, nováčikovia - A. Kasyan (AKA).

Konštrukčne najjednoduchšie v rodine polovodičov sú diódy, ktoré majú v konštrukcii len dve elektródy, medzi ktorými je vedenie elektrického prúdu jedným smerom. Tento typ vodivosti v polovodičoch vzniká vďaka ich vnútornej štruktúre.

Funkcie zariadenia

Bez znalosti konštrukčných prvkov diódy nie je možné pochopiť jej princíp činnosti. Štruktúra diódy pozostáva z dvoch vrstiev s rôznym typom vedenia.

Dióda pozostáva z nasledujúcich hlavných prvkov:

• Rám. Vykonáva sa vo forme vákuového valca, ktorého materiálom môže byť keramika, kov, sklo a iné odolné materiály.
• Katóda. Nachádza sa vo vnútri balóna, slúži na vytváranie emisie elektrónov. Najjednoduchším katódovým zariadením je tenké vlákno, ktoré sa počas pôsobenia zahrieva. Moderné diódy sú vybavené nepriamo žiariacimi elektródami, ktoré sú vyrobené vo forme kovových valcov s vlastnosťou aktívnej vrstvy, ktorá dokáže emitovať elektróny.
• Ohrievač. Ide o špeciálny prvok vo forme závitu, ktorý sa zahrieva elektrickým prúdom. Ohrievač je umiestnený vo vnútri nepriamo vyhrievanej katódy.
• anóda. Ide o druhú elektródu diódy, ktorá slúži na príjem elektrónov emitovaných z katódy. Anóda má kladný potenciál v porovnaní s katódou. Tvar anódy je najčastejšie rovnaký ako katóda, valcový. Obe elektródy sú podobné emitoru a báze polovodičov.
• Crystal. Jeho výrobným materiálom je germánium alebo kremík. Jedna časť kryštálu je typu p s nedostatkom elektrónov. Druhá časť kryštálu má vodivosť typu n s prebytkom elektrónov. Hranica nachádzajúca sa medzi týmito dvoma časťami kryštálu sa nazýva p-n prechod.

Tieto konštrukčné vlastnosti diódy umožňujú viesť prúd v jednom smere.

Princíp fungovania

Činnosť diódy je charakterizovaná jej rôznymi stavmi a vlastnosťami polovodiča v týchto stavoch. Pozrime sa podrobnejšie na hlavné typy pripojení diód a na to, aké procesy sa vyskytujú vo vnútri polovodiča.

Diódy v pokoji

Ak dióda nie je pripojená k obvodu, potom sa v nej stále vyskytujú zvláštne procesy. V oblasti „n“ je prebytok elektrónov, čo vytvára negatívny potenciál. Kladný náboj je sústredený v oblasti "p". Tieto náboje spolu vytvárajú elektrické pole.

Pretože sa priťahujú náboje s rôznymi znakmi, elektróny z „n“ prechádzajú do „p“, pričom vypĺňajú diery. V dôsledku takýchto procesov sa v polovodiči objaví veľmi slabý prúd, hustota látky v oblasti „p“ sa zvýši na určitú hodnotu. V tomto prípade sa častice rozchádzajú rovnomerne po celom objeme priestoru, to znamená, že dochádza k pomalej difúzii. V dôsledku toho sa elektróny vrátia do oblasti „n“.

Pre mnoho elektrických zariadení nezáleží na smere prúdu, všetko funguje dobre. Pre diódu je smer toku prúdu veľmi dôležitý. Hlavnou úlohou diódy je prepúšťať prúd v jednom smere, čo je podporované prechodom p-n.

Obrátené začlenenie

Ak sú diódy pripojené k napájaciemu zdroju podľa znázorneného diagramu, potom prúd neprejde cez p-n prechod. Kladný pól napájania je pripojený k oblasti „n“ a záporný pól je pripojený k oblasti „p“. Výsledkom je, že elektróny z oblasti "n" idú na kladný pól výkonu. Diery sú priťahované záporným pólom. Pri prechode sa objaví prázdnota a nie sú tam žiadne nosiče náboja.

Keď sa napätie zvyšuje, diery a elektróny sa priťahujú silnejšie a na križovatke nie sú žiadne nosiče náboja. Keď je dióda obrátená, netečie žiadny prúd.

Zvýšenie hustoty látky v blízkosti pólov vytvára difúziu, to znamená túžbu rozložiť látku po celom objeme. K tomu dochádza, keď je napájanie vypnuté.

spätný prúd

Pripomeňme si prácu menších nosičov náboja. Keď je dióda zatvorená, prechádza ňou malé množstvo spätného prúdu. Tvoria ho menšinové nosiče pohybujúce sa v opačnom smere. K tomuto pohybu dochádza pri obrátení napájania. Spätný prúd je zvyčajne zanedbateľný, pretože počet menšinových nosičov je veľmi malý.

Keď teplota kryštálu stúpa, ich počet sa zvyšuje a spôsobuje zvýšenie spätného prúdu, čo zvyčajne vedie k poškodeniu prechodu. Aby sa obmedzila prevádzková teplota polovodičov, ich puzdro je namontované na chladiacich radiátoroch odvádzajúcich teplo.

Priame pripojenie

Vymeňte elektrické póly medzi katódou a anódou. Na strane "n" sa elektróny budú pohybovať preč od záporného pólu a prejdú na križovatku. Na strane "p" sa otvory, ktoré majú kladný náboj, odpudzujú od kladného napájacieho terminálu. Preto sa elektróny a diery začnú rýchlo pohybovať smerom k sebe.

V blízkosti prechodu sa hromadia častice s rôznym nábojom a medzi nimi vzniká elektrické pole. Elektróny prechádzajú cez p-n prechod a presúvajú sa do oblasti "p". Niektoré z elektrónov sa rekombinujú s dierami, zatiaľ čo zvyšok prejde na kladný pól. Existuje dopredný prúd diódy, ktorý je obmedzený jej vlastnosťami. Ak je táto hodnota prekročená, dióda môže zlyhať.

Pri priamom diódovom obvode je jeho odpor na rozdiel od reverzného obvodu zanedbateľný. Predpokladá sa, že spätný prúd cez diódu neprechádza. V dôsledku toho sme zistili, že diódy fungujú na princípe ventilu: otočte gombík doľava - voda tečie, doprava - nie je voda. Preto sa nazývajú aj polovodičové ventily.

Dopredné a spätné napätie

Počas otvárania diódy je na nej dopredné napätie. Spätné napätie sa považuje za hodnotu počas zatvárania diódy a prechodu spätného prúdu cez ňu. Odpor diódy s priepustným napätím je veľmi malý, na rozdiel od spätného napätia, ktoré sa zvyšuje na tisíce ohmov. Dá sa to overiť meraním multimetrom.

Odpor polovodičového kryštálu sa môže meniť v závislosti od napätia. Keď sa táto hodnota zvyšuje, odpor klesá a naopak.

Ak sa diódy používajú pri práci so striedavým prúdom, potom s kladnou polvlnou sínusu napätia bude otvorená a pri zápornej bude zatvorená. Táto vlastnosť diód sa využíva na usmernenie napätia. Preto sa takéto zariadenia nazývajú usmerňovače.

Charakteristika diód

Charakteristika diódy je vyjadrená grafom, ktorý znázorňuje závislosť prúdu, napätia a jej polarity. Vertikálna súradnicová os v hornej časti určuje dopredný prúd, v spodnej časti - spätný.

Vodorovná os vpravo označuje dopredné napätie, vľavo - spätné. Priama vetva grafu vyjadruje priepustný prúd diódy, prechádza blízko zvislej osi, pretože vyjadruje nárast priepustného prúdu.

Druhá vetva grafu zobrazuje prúd so zatvorenou diódou a prebieha rovnobežne s horizontálnou osou. Čím je graf strmší, tým lepšie dióda usmerňuje prúd. Keď sa napätie vpred zvyšuje, prúd pomaly stúpa. Po dosiahnutí oblasti skoku sa jeho hodnota prudko zvyšuje.

Na reverznej vetve grafu je vidieť, že so zvýšením spätného napätia sa aktuálna hodnota prakticky nezvyšuje. Keď sa však dosiahnu limity prípustných noriem, dôjde k prudkému skoku v spätnom prúde. V dôsledku toho sa dióda prehreje a zlyhá.

Názov dióda sa prekladá ako "dvojelektróda". Historicky elektronika pochádza z elektrovákuových zariadení. Faktom je, že lampy, ktoré si mnohí pamätajú zo starých televízorov a prijímačov, boli pomenované ako dióda, trióda, pentóda atď.

Názov zahŕňal počet elektród alebo nôh zariadenia. Polovodičové diódy boli vynájdené začiatkom minulého storočia. Používali sa na detekciu rádiových signálov.

Hlavnou vlastnosťou diódy je jej vodivosť, ktorá závisí od polarity napätia aplikovaného na svorky. Označenie diódy nám hovorí o smere vodivosti. Prúdový tok sa zhoduje so šípkou na UGO diódy.

UGO - podmienené grafické označenie. Inými slovami, toto je ikona, ktorá označuje prvok na diagrame. Pozrime sa, ako rozlíšiť označenie LED v diagrame od iných podobných prvkov.

Diódy, čo to je?

Okrem jednotlivých usmerňovacích diód sú zoskupené podľa oblasti použitia do jedného krytu.

Označenie diódového mostíka

Napríklad takto diódový mostík na usmernenie jednofázového striedavého napätia. A nižšie je vzhľad diódových mostíkov a zostáv.

Ďalším typom usmerňovača je Schottkyho dióda- Navrhnuté pre prácu vo vysokofrekvenčných obvodoch. Dostupné v samostatnej forme aj v zostavách. Často ich možno nájsť v spínaných zdrojoch napájania, ako je PSU pre osobný počítač AT alebo ATX.

Na zostavách Schottky sú zvyčajne na puzdre uvedené jeho pinout a schéma vnútorného zapojenia.

Špecifické diódy

Usmerňovaciu diódu sme už prebrali, poďme sa na ňu pozrieť zenerova dióda, ktorý sa v domácej literatúre nazýva - zenerova dióda.

Označenie Zenerovej diódy (Zenerova dióda)

Navonok to vyzerá ako obyčajná dióda - čierny valec so štítkom na jednej strane. Často sa vyskytuje vo verzii s nízkym výkonom - malý červený sklenený valec s čiernou značkou na katóde.

Má dôležitú vlastnosť - stabilizáciu napätia, preto sa zapína paralelne so záťažou v opačnom smere, t.j. katóda je pripojená k plusovému napájaniu a anóda k mínusovému.

Ďalším zariadením je varicap, princíp jeho činnosti je založený na zmene hodnoty kapacity bariéry v závislosti od hodnoty použitého napätia. Používa sa v prijímačoch a v obvodoch, kde je potrebné vykonávať operácie s frekvenciou signálu. Označuje sa ako dióda kombinovaná s kondenzátorom.

Varicap - označenie na schéme a vzhľad

- ktorého označenie vyzerá ako preškrtnutá dióda. V skutočnosti je - je to 3-prechodové, 4-vrstvové polovodičové zariadenie. Vďaka svojej štruktúre má vlastnosť prechodu prúdu, pri prekonaní určitej napäťovej bariéry.

Napríklad dinistory s napätím 30 V sa často používajú v „úsporných“ žiarovkách, na prevádzku oscilátora a iných napájacích zdrojov zostavených podľa tejto schémy.

Dinistor označenie

LED diódy a optoelektronika

Keďže dióda vyžaruje svetlo, tak označenie LED by mala naznačovať túto vlastnosť, takže k bežnej dióde boli pridané dve vystupujúce šípky.

V skutočnosti existuje veľa rôznych spôsobov, ako určiť polaritu, viac o tom je celé Nižšie, napríklad pinout zelenej LED.

Typicky sa označenie kolíkov LED vykonáva buď štítkom alebo nohami rôznych dĺžok. Krátka noha je mínus.

Fotodióda, zariadenie je reverzné vo svojej činnosti od LED. Mení stav svojej vodivosti v závislosti od množstva svetla, ktoré dopadá na jej povrch. Jeho označenie:

Takéto zariadenia sa používajú v televízoroch, magnetofónoch a iných zariadeniach, ktoré sú ovládané diaľkovým ovládačom v infračervenom spektre. Takéto zariadenie je možné vyrobiť odrezaním puzdra bežného tranzistora.

Často sa používa vo svetelných senzoroch, na zariadeniach na automatické zapínanie a vypínanie svetelných okruhov, napríklad:

Optoelektronika je oblasť, ktorá sa rozšírila v oblasti prenosu dát a komunikačných a riadiacich zariadení. Vďaka rýchlej odozve a schopnosti galvanického oddelenia zaisťuje bezpečnosť napájaných zariadení v prípade prepätia vysokého napätia na primárnej strane. Nie však v naznačenej forme, ale vo forme optočlena.

V spodnej časti diagramu vidíte optočlen. LED sa tu zapína uzavretím napájacieho obvodu pomocou optotranzistora v obvode LED. Keď zatvoríte spínač, prúd preteká LED diódou v optočlene, v dolnom štvorci vľavo. Rozsvieti sa a tranzistor vplyvom svetelného toku začne prechádzať prúd cez LED1 LED, označenú zelenou farbou.

Rovnaká aplikácia sa používa v obvodoch prúdovej alebo napäťovej spätnej väzby (na ich stabilizáciu) mnohých napájacích zdrojov. Rozsah použitia začína od nabíjačiek mobilných telefónov a napájacích zdrojov pre LED pásy až po výkonné napájacie systémy.

Existuje veľké množstvo diód, niektoré z nich sú podobné vo svojich charakteristikách, niektoré majú úplne neobvyklé vlastnosti a aplikácie, spája ich prítomnosť iba dvoch funkčných záverov.

Tieto prvky nájdete v každom elektrickom obvode, ich dôležitosť a vlastnosti nemožno podceňovať. Napríklad správny výber diódy v tlmiacom obvode môže výrazne ovplyvniť účinnosť a odvod tepla na výkonových spínačoch, a teda aj životnosť napájacieho zdroja.

Ak ste niečomu nerozumeli, zanechajte komentáre a pýtajte sa, v nasledujúcich článkoch určite odhalíme všetky nepochopiteľné otázky a zaujímavé body!

Dióda je jednou z odrôd zariadení navrhnutých na polovodičovom základe. Má jeden p-n prechod, ako aj anódový a katódový výstup. Vo väčšine prípadov je určený na moduláciu, usmernenie, konverziu a iné akcie s prichádzajúcimi elektrickými signálmi.

Princíp činnosti:

1. Elektrina pôsobí na katódu, ohrievač začne žiariť a elektróda vyžaruje elektróny.
2. Medzi dvoma elektródami vzniká elektrické pole.
3. Ak je anóda kladná, potom začne k sebe priťahovať elektróny a výsledné pole je katalyzátorom tohto procesu. V tomto prípade vzniká emisný prúd.
4. Medzi elektródami vzniká priestorový záporný náboj, ktorý môže interferovať s pohybom elektrónov. To sa stane, ak je anódový potenciál príliš slabý. V tomto prípade časti elektrónov nedokážu prekonať účinok negatívneho náboja a začnú sa pohybovať opačným smerom a opäť sa vrátia ku katóde.
5. Všetky elektróny, ktoré dosiahli anódu a nevrátili sa na katódu, určia parametre katódového prúdu. Preto tento indikátor priamo závisí od kladného anódového potenciálu.
6. Tok všetkých elektrónov, ktorý by sa mohol dostať k anóde, sa nazýva anódový prúd, ktorého indikátory v dióde vždy zodpovedajú parametrom katódového prúdu. Niekedy môžu byť oba indikátory nulové, to sa stáva v situáciách, keď má anóda záporný náboj. V tomto prípade pole, ktoré vzniklo medzi elektródami, častice nezrýchľuje, ale naopak spomaľuje a vracia späť na katódu. Dióda v tomto prípade zostáva v zablokovanom stave, čo vedie k prerušeniu obvodu.

Zariadenie

Nasleduje podrobný popis diódového zariadenia, štúdium týchto informácií je potrebné na ďalšie pochopenie princípov fungovania týchto prvkov:

1. Rám je vákuová fľaša, ktorá môže byť vyrobená zo skla, kovu alebo odolného keramického materiálu.
2. Vo vnútri balóna sú tam 2 elektródy. Prvou je vyhrievaná katóda, ktorá je navrhnutá tak, aby zabezpečovala proces emisie elektrónov. Konštrukčne najjednoduchšia katóda je vlákno s malým priemerom, ktoré sa počas prevádzky zahrieva, ale dnes sú bežnejšie nepriamo zahrievané elektródy. Sú to valce vyrobené z kovu a majú špeciálnu aktívnu vrstvu schopnú emitovať elektróny.
3. Vo vnútri katódy nepriame vykurovanie existuje špecifický prvok - drôt, ktorý svieti pod vplyvom elektrického prúdu, nazýva sa ohrievač.
4. Druhá elektróda je anóda, je potrebná na príjem elektrónov, ktoré boli uvoľnené katódou. Na to musí mať kladný potenciál vzhľadom na druhú elektródu. Vo väčšine prípadov má anóda tiež valcový tvar.
5. Obe elektródy vákuové zariadenia sú úplne identické s emitorom a základňou polovodičových rôznych prvkov.
6. Na výrobu diódového kryštálu najčastejšie sa používa kremík alebo germánium. Jedna z jeho častí je elektricky vodivá typu p a má nedostatok elektrónov, ktoré sa tvoria umelou metódou. Opačná strana kryštálu má tiež vodivosť, ale je typu n a má prebytok elektrónov. Medzi týmito dvoma oblasťami je hranica, ktorá sa nazýva p-n križovatka.

Takéto vlastnosti vnútorného zariadenia dávajú diódam ich hlavnú vlastnosť - schopnosť viesť elektrický prúd iba v jednom smere.

Účel

Nižšie sú uvedené hlavné oblasti použitia diód, na príklade ktorých je jasný ich hlavný účel:

1. diódové mostíky sú navzájom prepojené 4, 6 alebo 12 diód, ich počet závisí od typu obvodu, ktorý môže byť jednofázový, trojfázový polomostový alebo trojfázový plnomostíkový. Vykonávajú funkcie usmerňovačov, táto možnosť sa najčastejšie používa v automobilových generátoroch, pretože zavedenie takýchto mostov, ako aj použitie zostáv kefy a kolektora s nimi, výrazne znížilo veľkosť tohto zariadenia a zvýšilo jeho spoľahlivosť. Ak je zapojenie uskutočnené v sérii a v jednom smere, potom sa tým zvýši minimálne napätie, ktoré bude potrebné na odblokovanie celého diódového mostíka.
2. Diódové detektory získané kombinovaným použitím týchto zariadení s kondenzátormi. Je to potrebné na to, aby bolo možné izolovať nízkofrekvenčnú moduláciu od rôznych modulovaných signálov, vrátane verzie rádiového signálu s amplitúdovou moduláciou. Takéto detektory sú súčasťou dizajnu mnohých domácich spotrebiteľov, ako sú televízory alebo rádiá.
3. Zabezpečenie ochrany spotrebiteľov pred prepólovaním, keď sú vstupy obvodu zapnuté pred vznikajúcimi preťaženiami alebo kľúčmi pred poruchou elektromotorickou silou, ku ktorej dochádza počas samoindukcie, ku ktorej dochádza pri vypnutí indukčnej záťaže. Na zaistenie bezpečnosti obvodov pred výskytom preťaženia sa používa reťaz pozostávajúca z niekoľkých diód pripojených k napájacím zberniciam v opačnom smere. V tomto prípade musí byť vstup, na ktorý sa poskytuje ochrana, pripojený k stredu tohto reťazca. Počas normálnej prevádzky obvodu sú všetky diódy v zatvorenom stave, ale ak zaznamenali, že vstupný potenciál prekročil povolené napäťové limity, aktivuje sa jeden z ochranných prvkov. V dôsledku toho je tento prípustný potenciál okrem priameho poklesu napätia na ochrannom zariadení obmedzený v rámci prípustného napájacieho napätia.
4. Prepínače, vytvorené na báze diód, sa používajú na vykonávanie spínania signálov s vysokými frekvenciami. Riadenie takéhoto systému sa vykonáva pomocou jednosmerného elektrického prúdu, oddelenia vysokých frekvencií a dodávania riadiaceho signálu, ku ktorému dochádza v dôsledku indukčnosti a kondenzátorov.
5. Vytvorenie ochrany diódy pred iskrou. Používajú sa bočné diódové bariéry, ktoré poskytujú bezpečnosť obmedzením napätia v príslušnom elektrickom obvode. Spolu s nimi sa používajú odpory obmedzujúce prúd, ktoré sú potrebné na obmedzenie indikátorov elektrického prúdu prechádzajúceho sieťou a zvýšenie stupňa ochrany.

Využitie diód v elektronike je dnes veľmi široké, keďže bez týchto prvkov sa nezaobíde prakticky žiadny moderný typ elektronických zariadení.

Priame pripojenie diódy

P-n prechod diódy môže byť ovplyvnený napätím dodávaným z externých zdrojov. Indikátory ako veľkosť a polarita ovplyvnia jeho správanie a elektrický prúd, ktorý ním prechádza.

Nižšie podrobne zvážime možnosť, v ktorej je plus spojený s oblasťou typu p a záporný pól s oblasťou typu n. V tomto prípade dôjde k priamemu začleneniu:

1. Pod stresom z vonkajšieho zdroja sa v p-n prechode vytvorí elektrické pole, pričom jeho smer bude opačný ako vnútorné difúzne pole.
2. Poľné napätie sa výrazne zníži, čo spôsobí prudké zúženie bariérovej vrstvy.
3. Pod vplyvom týchto procesov značný počet elektrónov sa bude môcť voľne pohybovať z p-oblasti do n-oblasti, ako aj v opačnom smere.
4. Posun aktuálneho hodnotenia počas tohto procesu zostávajú rovnaké, pretože priamo závisia iba od počtu minoritných nabitých nosičov nachádzajúcich sa v oblasti p-n prechodu.
5. Elektróny majú zvýšenú úroveň difúzie, čo vedie k injekcii menšinových nosičov. Inými slovami, v n-oblasti nastane nárast počtu dier a v p-oblasti bude zaznamenaná zvýšená koncentrácia elektrónov.
6. Nedostatok rovnováhy a zvýšený počet menšinových nosičov spôsobí, že sa dostanú hlboko do polovodiča a zmiešajú sa s jeho štruktúrou, čo v konečnom dôsledku vedie k zničeniu jeho vlastností elektrickej neutrality.
7. Polovodič zároveň je schopný obnoviť svoj neutrálny stav, je to spôsobené prijímaním poplatkov z pripojeného externého zdroja, čo prispieva k vzniku jednosmerného prúdu vo vonkajšom elektrickom obvode.

Reverzná dióda

Teraz sa zváži iný spôsob zapnutia, počas ktorého sa zmení polarita externého zdroja, z ktorého sa prenáša napätie:

1. Hlavným rozdielom od priameho začlenenia je tože vytvorené elektrické pole bude mať smer, ktorý sa úplne zhoduje so smerom vnútorného difúzneho poľa. V dôsledku toho sa bariérová vrstva už nebude zužovať, ale naopak rozširovať.
2. Pole nachádzajúce sa v p-n križovatke, bude mať zrýchľujúci účinok na množstvo menšinových nosičov náboja, z tohto dôvodu zostanú indikátory driftového prúdu nezmenené. Určí parametre výsledného prúdu, ktorý prechádza cez p-n prechod.
3. Ako rastieš spätné napätie, elektrický prúd pretekajúci cez križovatku bude mať tendenciu dosiahnuť svoj maximálny výkon. Má špeciálny názov - saturačný prúd.
4. Podľa exponenciálneho zákona, s postupným zvyšovaním teploty sa bude zvyšovať aj saturačný prúd.

Dopredné a spätné napätie

Napätie, ktoré ovplyvňuje diódu, je rozdelené podľa dvoch kritérií:

1. predné napätie- to je ten, pri ktorom sa dióda otvorí a začne cez ňu pretekať jednosmerný prúd, zatiaľ čo indikátory odporu zariadenia sú extrémne nízke.
2. spätné napätie- je to ten, ktorý má opačnú polaritu a zabezpečuje, že dióda je uzavretá s prechodom spätného prúdu cez ňu. Zároveň ukazovatele odporu zariadenia začínajú prudko a výrazne rásť.

Odpor p-n prechodu je neustále sa meniaci indikátor, v prvom rade je ovplyvnený dopredným napätím aplikovaným priamo na diódu. Ak sa napätie zvýši, indikátory odporu prechodu sa úmerne znížia.

To vedie k zvýšeniu parametrov dopredného prúdu prechádzajúceho diódou. Keď je toto zariadenie zatvorené, potom naň pôsobí prakticky všetko napätie, z tohto dôvodu sú indikátory spätného prúdu prechádzajúceho diódou nevýznamné a prechodový odpor súčasne dosahuje špičkové parametre.

Činnosť diódy a jej prúdovo-napäťová charakteristika

Prúdovo-napäťová charakteristika týchto zariadení sa chápe ako zakrivená čiara, ktorá znázorňuje závislosť elektrického prúdu pretekajúceho cez p-n prechod od objemu a polarity napätia, ktoré naň pôsobí.

Takýto graf možno opísať takto:

1. Vertikálna os: horná oblasť zodpovedá hodnotám dopredného prúdu, spodná oblasť parametrom spätného prúdu.
2. Horizontálna os: oblasť napravo je určená pre hodnoty napätia v priepustnom smere; oblasť vľavo je pre možnosti spätného napätia.
3. Priama vetva prúdovo-napäťovej charakteristiky odráža elektrický prúd cez diódu. Smeruje nahor a prechádza v tesnej blízkosti zvislej osi, pretože predstavuje zvýšenie jednosmerného elektrického prúdu, ku ktorému dochádza so zvýšením zodpovedajúceho napätia.
4. Druhá (spätná) vetva zodpovedá a zobrazuje stav uzavretého elektrického prúdu, ktorý tiež prechádza zariadením. Jeho poloha je taká, že prebieha prakticky rovnobežne s horizontálnou osou. Čím strmšie sa táto vetva blíži k vertikále, tým vyššie sú usmerňovacie schopnosti konkrétnej diódy.
5. Môžete vidieť na grafeže po zvýšení priepustného napätia pretekajúceho p-n prechodom dochádza k pomalému nárastu elektrického prúdu. Postupne sa však krivka dostáva do oblasti, v ktorej je badateľný skok, po ktorom dochádza k zrýchlenému nárastu jej ukazovateľov. Je to spôsobené otvorením diódy a vedením prúdu pri priepustnom napätí. Pri zariadeniach vyrobených z germánia k tomu dochádza pri napätí 0,1V až 0,2V (maximálna hodnota 1V) a pri kremíkových prvkoch je potrebná vyššia hodnota od 0,5V do 0,6V (maximálna hodnota 1,5V).
6. Zobrazený aktuálny nárast môže viesť k prehriatiu polovodičových molekúl. Ak je odvod tepla, ku ktorému dochádza v dôsledku prírodných procesov a prevádzky radiátorov, menší ako úroveň jeho uvoľňovania, môže dôjsť k zničeniu štruktúry molekúl a tento proces už bude nezvratný. Z tohto dôvodu je potrebné obmedziť parametre priepustného prúdu, aby sa zabránilo prehriatiu polovodičového materiálu. Na tento účel sa do obvodu pridávajú špeciálne odpory, ktoré majú sériové pripojenie s diódami.
7. Skúmanie zadnej vetvy je vidieť, že ak sa spätné napätie začne zvyšovať, čo sa aplikuje na p-n prechod, tak je nárast aktuálnych parametrov vlastne nepostrehnuteľný. Avšak v prípadoch, keď napätie dosiahne parametre, ktoré prekračujú prípustné limity, môže dôjsť k náhlemu skoku v spätnom prúde, ktorý prehreje polovodič a prispeje k následnému rozpadu p-n prechodu.

Základné poruchy diódy

Niekedy zariadenia tohto typu zlyhajú, môže to byť spôsobené prirodzeným znehodnocovaním a starnutím týchto prvkov alebo z iných dôvodov.

Celkovo existujú 3 hlavné typy bežných porúch:

1. rozpad prechodu vedie k tomu, že dióda namiesto polovodičového zariadenia sa v podstate stáva najbežnejším vodičom. V tomto stave stráca svoje základné vlastnosti a začína prechádzať elektrický prúd absolútne akýmkoľvek smerom. Takáto porucha sa ľahko zistí pomocou štandardnej, ktorá začne pípať a vykazuje nízku úroveň odporu v dióde.
2. Na prestávke dochádza k opačnému procesu - zariadenie vo všeobecnosti prestáva prenášať elektrický prúd v akomkoľvek smere, to znamená, že sa stáva vo svojej podstate izolátorom. Pre presnosť určenia prestávky je potrebné použiť testery s kvalitnými a prevádzkyschopnými sondami, inak môžu niekedy túto poruchu diagnostikovať nesprávne. V odrodách legovaných polovodičov je takéto rozdelenie extrémne zriedkavé.
3. Únik, pri ktorej je porušená tesnosť puzdra prístroja, v dôsledku čoho nemôže správne fungovať.

Členenie p-n-križovatka

Takéto poruchy sa vyskytujú v situáciách, keď sa indikátory spätného elektrického prúdu začnú náhle a prudko zvyšovať, k tomu dochádza v dôsledku skutočnosti, že napätie zodpovedajúceho typu dosahuje neprijateľne vysoké hodnoty.

Zvyčajne existuje niekoľko typov:

1. Tepelné poruchy, ktoré sú spôsobené prudkým zvýšením teploty a následným prehriatím.
2. Elektrické poruchy vznikajúce vplyvom prúdu na prechod.

Graf charakteristiky prúdového napätia vám umožňuje vizuálne študovať tieto procesy a rozdiel medzi nimi.

elektrická porucha

Následky spôsobené elektrickými poruchami nie sú nezvratné, pretože nezničia samotný kryštál. Preto s postupným poklesom napätia je možné obnoviť celé vlastnosti a prevádzkové parametre diódy.

Zároveň sú poruchy tohto typu rozdelené do dvoch typov:

1. poruchy tunelov sa vyskytujú pri prechode vysokého napätia cez úzke spoje, ktoré umožňujú jednotlivým elektrónom prekĺznuť cez ne. Zvyčajne vznikajú, ak je v polovodičových molekulách veľké množstvo rôznych nečistôt. Počas takéhoto rozpadu spätný prúd začne prudko a rýchlo stúpať a zodpovedajúce napätie je na nízkej úrovni.
2. Lavínové typy porúch sú možné vplyvom silných polí schopných urýchliť nosiče náboja na hraničnú úroveň, vďaka čomu vyradia z atómov množstvo valenčných elektrónov, ktoré následne vyletia do vodivej oblasti. Tento jav má lavínový charakter, vďaka čomu dostal tento typ porúch svoj názov.

tepelný rozpad

Výskyt takéhoto rozpadu môže nastať z dvoch hlavných dôvodov: nedostatočné odvádzanie tepla a prehriatie p-n prechodu, ku ktorému dochádza v dôsledku toku elektrického prúdu cez neho s príliš vysokými rýchlosťami.

Zvýšenie teplotného režimu v prechodových a susedných oblastiach spôsobuje tieto dôsledky:

1. Rast vibrácií atómov zahrnuté v kryštáli.
2. zasiahnuť elektrónov do vodivého pásma.
3. Prudký nárast teploty.
4. Zničenie a deformácia kryštálové štruktúry.
5. Kompletný rozpis a zlyhanie celého rádiového komponentu.