Da ne možemo zamisliti svoj život bez njih. Ove kutije koje se vrte na našim stolovima sastavljene su od mnogo različitih komada hardvera. Zanimljivo je napomenuti da nijedan od ovih građevinskih blokova sam po sebi nema ista svojstva kao računar.

A zajedno, oni su nešto potpuno jedinstveno!

Koju god ciglu da uzmete, to je samo komad pečene gline; Nije odmah jasno u koju svrhu se – sam po sebi – može prilagoditi.

To je kao kuća sagrađena od cigle.

Ali nekoliko hiljada ovih komada gline sakupljenih na određeni način je stan koji štiti od lošeg vremena i pruža krov nad glavom.

Naravno, možete koristiti kompjuter (i živjeti u kući) i nemati pojma kako te stvari funkcioniraju.

Ali ako želite da naučite kako da „izlečite“ svoje računare, moraćete da razumete kako njihove komponente rade.

Stoga ćemo danas malo detaljnije govoriti o jednom od kompjuterskih „građevnih blokova“. Pokušaćemo da se ukratko upoznamo o čemu se radi poluvodičke diode i zašto su potrebni.

Šta je dioda?

Diode se koriste u računarima za ispravljanje naizmenične struje.

Ispravljačka dioda je dio koji sadrži dvije vrste poluvodiča povezanih zajedno - p-tipa (pozitivno) i n-tipa (negativno).

Kada su spojeni (spojeni), formira se takozvani p-n spoj. Ovaj spoj ima različit otpor za različit polaritet primijenjenog napona.

Ako se napon primjenjuje u smjeru naprijed (pozitivni terminal izvora napona spojen je na p-poluvodič - anodu, a negativni terminal na n-poluvodič - katodu), tada je otpor diode je mali.

U ovom slučaju se kaže da je dioda otvorena. Ako je polaritet veze obrnut, otpor diode će biti vrlo visok. U ovom slučaju se kaže da je dioda zatvorena (zaključana).

Kada je dioda otvorena, neki napon pada na njoj.

Ovaj pad napona stvara takozvana struja naprijed koja teče kroz diodu i ovisi o veličini te struje.

Štaviše, ova zavisnost nelinearni.

Specifična vrijednost pada napona u zavisnosti od struje koja teče može se odrediti iz strujno-naponske karakteristike.

Ova karakteristika mora biti navedena u punom tehničkom opisu (liste sa podacima, referentni listovi).

Na primjer, na uobičajenoj diodi 1N5408 koja se koristi u računarskom napajanju, kada se struja promijeni od 0,2 do 3 A, pad napona se mijenja od 0,6 do 0,9 V. Što je struja veća koja teče kroz diodu, veći je pad napona na to i , respektivno, snaga raspršena na njemu (P = U * I). Što više snage troši dioda, to se više zagrijava.

U kompjuterskim sistemima, prilikom ispravljanja mrežnog napona, obično se koristi mosni ispravljački krug - 4 diode povezane na određeni način.

Ako terminal 1 ima pozitivan potencijal u odnosu na terminal 2, tada će struja teći kroz diodu VD1, opterećenje i diodu VD3.

Ako terminal 1 ima negativan potencijal sa terminala 2, tada će struja teći kroz diodu VD2, opterećenje i diodu VD4. Dakle, iako struja kroz opterećenje varira po veličini (pri naizmjeničnom naponu), ona uvijek teče u jednom smjeru - od terminala 3 do terminala 4.

Ovo je efekat ispravljanja. Da nije postojao diodni most, struja opterećenja bi tekla u različitim smjerovima. Teče u istom pravcu kao i most. Ova struja se naziva pulsirajuća.

U predmetu više matematike je dokazano da pulsirajući napon sadrži konstantnu komponentu i zbir harmonika (frekvencije koje su višekratne osnovne frekvencije naizmjeničnog napona od 50 Herca). DC komponenta je izolirana filterom (kondenzator velikog kapaciteta), koji ne propušta harmonike.

Ispravljačke diode su prisutne i u niskonaponskom dijelu napajanja. Samo sklopni krug se sastoji ne od 4 diode, već od dvije.

Pažljivi čitatelj može pitati: „Zašto se koriste različita sklopna kola? Da li je moguće koristiti diodni most u niskonaponskom dijelu?”

Moguće je, ali to neće biti najbolje rješenje. U slučaju diodnog mosta, struja prolazi kroz opterećenje i dvije diode povezane u seriju.

Ako se koriste diode 1N5408, ukupan pad napona na njima može biti 1,8 V. Ovo je vrlo malo u poređenju sa mrežnim naponom od 220 V.

Ali ako se takav krug koristi u niskonaponskom dijelu, tada će ovaj pad biti vrlo primjetan u usporedbi s naponom od +3,3, +5 i +12 V. Upotreba kruga od dvije diode smanjuje gubitke za polovicu, jer jedna dioda je povezana serijski sa opterećenjem, a ne dvije.

Osim toga, struja u sekundarnim krugovima napajanja je mnogo veća (nekoliko puta) nego u primarnom kolu.

Treba napomenuti da za ovaj krug transformator mora imati dva identična namota, a ne jedan. Dvodiodni ispravljački krug koristi oba poluciklusa naizmjeničnog napona, baš kao i mostni krug.

Ako je potencijal gornjeg kraja sekundarnog namota transformatora (vidi dijagram) pozitivan u odnosu na donji, tada struja teče kroz terminal 1, diodu VD1, terminal 3, opterećenje, terminal 4 i središnju točku namota. Dioda VD2 je u ovom trenutku zaključana.

Ako je potencijal donjeg kraja sekundarnog namota pozitivan u odnosu na gornji kraj, tada struja teče kroz terminal 2, diodu VD2, terminal 3, opterećenje, terminal 4 i središnju tačku namotaja. Dioda VD1 je u ovom trenutku zaključana. Rezultat je ista pulsirajuća struja kao kod mosnog kola.

Sada stavimo tačku na dosadnu teoriju i prijeđimo na najzanimljiviju stvar - praksu.

Za početak, recimo da bi prije nego što počnete provjeravati diode, bilo dobro upoznati se s radom s digitalnim testerom.

O tome se govori u relevantnim člancima i.

Dioda na električnim krugovima simbolično je prikazana u obliku trokuta (strelice) i štapa.

Štap je katoda, a strelica (označava smjer struje, tj. kretanje pozitivnih naboja) je anoda.

Diodni most možete provjeriti digitalnim testerom postavljanjem prekidača za rad u položaj za testiranje diode (pokazivač raspona testera treba biti nasuprot simboličke slike diode).

Ako spojite crvenu sondu testera na anodu, a crnu na katodu zasebne diode, tada će se dioda otvoriti naponom iz testera.

Na displeju će biti prikazana vrednost od 0,5 - 0,6 V.

Ako promijenite polaritet sondi, dioda će biti blokirana.

Na displeju će se prikazati jedan u krajnjoj lijevoj cifri.

Diodni most često ima simboličku oznaku tipa napona na tijelu (~ naizmjenični napon, +, - jednosmjerni napon).

Diodni most se može provjeriti ugradnjom jedne sonde na jedan od priključaka "~", a druge - naizmjenično na terminale "+" i "-".

U tom slučaju, jedna dioda će biti otvorena, a druga će biti zatvorena.

Ako promijenite polaritet sondi, tada će se dioda koja je bila zatvorena sada otvoriti, a druga će se zatvoriti.

Treba napomenuti da je katoda pozitivni terminal mosta.

Ako je bilo koja dioda kratko spojena, tester će pokazati nulti (ili vrlo mali) napon.

Takav most je prirodno neprikladan za rad.

Možete provjeriti da li je dioda kratko spojena ako testirate diode u načinu mjerenja otpora.

Sa kratko spojenom diodom, tester će pokazati blagi otpor u oba smjera.

Kao što je već spomenuto, u sekundarnim krugovima koristi se ispravljački krug od dvije diode.

Ali čak i na jednoj diodi napon dosta pada u odnosu na izlazne napone +12 V, +5 V, +3,3 V.

Struje potrošnje mogu doseći 20 A ili više, a na diodama će se raspršiti velika snaga.

Kao rezultat toga, oni će postati veoma vrući.

Rasipanje snage će se smanjiti ako je prednji napon na diodi manji.

Stoga se u takvim slučajevima koriste takozvane Schottky diode, koje imaju manji pad napona naprijed.

Schottky diode

Schottky dioda se ne sastoji od dva različita poluvodiča, već od metala i poluvodiča.

Rezultirajuća takozvana potencijalna barijera će biti manja.

Računarska napajanja koriste dvostruke Šotkijeve diode u paketu sa tri terminala.

Tipičan predstavnik takvog sklopa je SBL2040. Pad napona na svakoj od njegovih dioda pri maksimalnoj struji neće premašiti (prema podacima) 0,55 V. Ako ga provjerite testerom (u režimu testiranja dioda), pokazat će vrijednost od oko 0,17 V.

Niži napon je zbog činjenice da kroz diodu teče vrlo mala struja, daleko od maksimuma.

U zaključku, recimo da dioda ima takav parametar kao što je maksimalni dozvoljeni obrnuti napon. Ako je dioda zaključana, na nju se primjenjuje obrnuti napon. Prilikom zamjene dioda, ova vrijednost se mora uzeti u obzir.

Ako u stvarnom kolu obrnuti napon premašuje maksimalno dozvoljeni, dioda će otkazati!

Dioda je važan komad hardvera u elektronici. Kako bismo drugačije mogli da ispravimo napetost?

Možete kupiti diode za eksperimente

Vidimo se na blogu!

Dioda je jedna od vrsta uređaja dizajniranih na bazi poluvodiča. Ima jedan p-n spoj, kao i anodne i katodne terminale. U većini slučajeva dizajniran je za modulaciju, ispravljanje, konverziju i druge radnje s dolaznim električnim signalima.

Princip rada:

1. Struja djeluje na katodu, grijač počinje svijetliti, a elektroda počinje emitirati elektrone.
2. Između dve elektrode nastaje električno polje.
3. Ako anoda ima pozitivan potencijal, tada počinje privlačiti elektrone k sebi, a rezultirajuće polje je katalizator ovog procesa. U tom slučaju se stvara emisiona struja.
4. Između elektroda formira se negativan prostorni naboj, koji može ometati kretanje elektrona. To se događa ako je anodni potencijal preslab. U tom slučaju neki od elektrona ne uspijevaju savladati utjecaj negativnog naboja i počinju se kretati u suprotnom smjeru, vraćajući se ponovo na katodu.
5. Svi elektroni, koji je stigao do anode i nije se vratio na katodu, određuju parametre katodne struje. Stoga ovaj pokazatelj direktno ovisi o pozitivnom anodnom potencijalu.
6. Protok svih elektrona, koji su mogli doći do anode, naziva se anodna struja, čiji indikatori u diodi uvijek odgovaraju parametrima katodne struje. Ponekad oba indikatora mogu biti nula; to se događa u situacijama kada anoda ima negativan naboj. U ovom slučaju, polje koje nastaje između elektroda ne ubrzava čestice, već ih, naprotiv, usporava i vraća na katodu. Dioda u ovom slučaju ostaje u zaključanom stanju, što dovodi do otvorenog kruga.

Uređaj

Ispod je detaljan opis strukture diode; proučavanje ovih informacija je neophodno za dalje razumijevanje principa rada ovih elemenata:

1. Okvir je vakuumski cilindar koji može biti napravljen od stakla, metala ili izdržljive keramike.
2. Unutar cilindra postoje 2 elektrode. Prva je zagrijana katoda, koja je dizajnirana da osigura proces emisije elektrona. Najjednostavnija katoda u dizajnu je filament malog promjera, koji se zagrijava tijekom rada, ali danas su indirektno zagrijane elektrode češće. Oni su cilindri napravljeni od metala i imaju poseban aktivni sloj sposoban da emituje elektrone.
3. Unutar katode indirektna toplota Postoji specifičan element - žica koja svijetli pod utjecajem električne struje, zove se grijač.
4. Druga elektroda je anoda, potrebno je prihvatiti elektrone koje je otpustila katoda. Da bi se to postiglo, mora imati potencijal koji je pozitivan u odnosu na drugu elektrodu. U većini slučajeva, anoda je također cilindrična.
5. Obe elektrode Vakumski uređaji su potpuno identični emiteru i bazi poluvodičkih elemenata.
6. Za izradu diodnog kristala Najčešće se koristi silicijum ili germanijum. Jedan od njegovih dijelova je p-tipa električno provodljiv i ima nedostatak elektrona, koji se formira umjetnom metodom. Suprotna strana kristala također ima provodljivost, ali je n-tipa i ima višak elektrona. Postoji granica između dva regiona, koja se naziva p-n spoj.

Takve karakteristike unutrašnje strukture daju diodama njihovo glavno svojstvo - sposobnost provođenja električne struje samo u jednom smjeru.

Svrha

Ispod su glavna područja primjene dioda, iz kojih postaje jasna njihova glavna svrha:

1. Diodni mostovi su 4, 6 ili 12 dioda spojenih jedna na drugu, njihov broj ovisi o vrsti strujnog kola, koje može biti jednofazno, trofazno polumostno ili trofazno punomostno. Oni obavljaju funkcije ispravljača; ova opcija se najčešće koristi u automobilskim generatorima, budući da je uvođenje takvih mostova, kao i upotreba četkicnih kolektorskih jedinica s njima, omogućilo značajno smanjenje veličine ovog uređaja i povećati njegovu pouzdanost. Ako je veza napravljena u seriji iu jednom smjeru, to povećava minimalni napon potreban za otključavanje cijelog diodnog mosta.
2. Diodni detektori se dobijaju kombinovanjem ovih uređaja sa kondenzatorima. Ovo je neophodno kako bi se mogla izolovati niskofrekventna modulacija od različitih moduliranih signala, uključujući i amplitudno moduliranu raznolikost radio signala. Takvi detektori su dio dizajna mnogih kućanskih aparata, poput televizora ili radija.
3. Osiguravanje zaštite potrošača od nepravilnog polariteta pri uključivanju ulaza kola od nastalih preopterećenja ili prekidača od kvara elektromotornom silom koja nastaje prilikom samoindukcije, a koja nastaje kada se induktivno opterećenje isključi. Kako bi se osigurala sigurnost krugova od preopterećenja koja se javljaju, koristi se lanac koji se sastoji od nekoliko dioda povezanih na sabirnice napajanja u obrnutom smjeru. U tom slučaju, ulaz na koji je obezbeđena zaštita mora biti povezan sa sredinom ovog lanca. Tokom normalnog rada kola, sve diode su u zatvorenom stanju, ali ako otkriju da je ulazni potencijal prešao granice dozvoljenog napona, aktivira se jedan od zaštitnih elemenata. Zbog toga je ovaj dozvoljeni potencijal ograničen unutar dozvoljenog napona napajanja u kombinaciji sa direktnim padom napona na zaštitnom uređaju.
4. Prekidači, kreirani na bazi dioda, koriste se za prebacivanje signala visokih frekvencija. Ovakvim sistemom se upravlja pomoću jednosmerne električne struje, visokofrekventnog odvajanja i dovoda upravljačkog signala, koji se javlja zbog induktivnosti i kondenzatora.
5. Izrada diodne zaštite od varničenja. Koriste se šant-diodne barijere koje obezbeđuju sigurnost ograničavanjem napona u odgovarajućem električnom kolu. U kombinaciji s njima koriste se otpornici za ograničavanje struje, koji su neophodni za ograničavanje električne struje koja prolazi kroz mrežu i povećanje stupnja zaštite.

Upotreba dioda u elektronici danas je vrlo raširena, jer gotovo nijedna moderna vrsta elektroničke opreme ne može bez ovih elemenata.

Direktna diodna veza

Na p-n spoj diode može utjecati napon koji se dovodi iz vanjskih izvora. Indikatori kao što su veličina i polaritet će uticati na njegovo ponašanje i električnu struju koja se provodi kroz njega.

U nastavku ćemo detaljno razmotriti opciju u kojoj je pozitivni pol spojen na područje p-tipa, a negativni pol na područje n-tipa. U ovom slučaju doći će do direktnog prebacivanja:

1. Pod naponom iz vanjskog izvora će se formirati električno polje u p-n spoju, a njegov smjer će biti suprotan od unutrašnjeg difuzijskog polja.
2. Napon polja značajno će se smanjiti, što će uzrokovati oštro sužavanje sloja barijere.
3. Pod uticajem ovih procesa značajan broj elektrona će se moći slobodno kretati iz p-područja u n-područje, kao iu suprotnom smjeru.
4. Indikatori struje pomaka tokom ovog procesa ostaju isti, jer direktno zavise samo od broja manjinskih naelektrisanih nosilaca koji se nalaze u oblasti pn spoja.
5. Elektroni imaju povećan nivo difuzije, što dovodi do ubrizgavanja manjinskih nosača. Drugim riječima, u n-području će doći do povećanja broja rupa, au p-području će se bilježiti povećana koncentracija elektrona.
6. Nedostatak ravnoteže i povećan broj manjinskih nosača uzrokuje da idu duboko u poluvodič i miješaju se s njegovom strukturom, što na kraju dovodi do uništenja njegovih svojstava električne neutralnosti.
7. Semiconductor istovremeno je u stanju vratiti svoje neutralno stanje, to se događa zbog primanja naboja iz povezanog vanjskog izvora, što doprinosi pojavi istosmjerne struje u vanjskom električnom kolu.

Reverzna veza diode

Sada ćemo razmotriti još jednu metodu uključivanja, tokom koje se mijenja polaritet vanjskog izvora iz kojeg se prenosi napon:

1. Glavna razlika od direktne veze je u tome da će stvoreno električno polje imati smjer koji se potpuno poklapa sa smjerom unutrašnjeg difuzijskog polja. U skladu s tim, sloj barijere se više neće sužavati, već se, naprotiv, širiti.
2. Polje se nalazi u pn spoju, imaće ubrzavajući efekat na brojne manjinske nosioce naboja, zbog čega će indikatori struje drifta ostati nepromenjeni. On će odrediti parametre rezultujuće struje koja prolazi kroz pn spoj.
3. Kako rasteš obrnuti napon, električna struja koja teče kroz spoj će težiti da dostigne maksimalne vrijednosti. Ima poseban naziv - struja zasićenja.
4. Prema eksponencijalnom zakonu, s postepenim povećanjem temperature, indikatori struje zasićenja će se također povećati.

Napon naprijed i nazad

Napon koji utječe na diodu dijeli se prema dva kriterija:

1. Napon naprijed- to je kada se dioda otvara i jednosmjerna struja počinje da prolazi kroz nju, dok je otpor uređaja izuzetno nizak.
2. Reverzni napon- ovo je onaj koji ima obrnuti polaritet i osigurava da se dioda zatvori uz obrnutu struju koja prolazi kroz nju. Istovremeno, pokazatelji otpora uređaja počinju naglo i značajno rasti.

Otpor pn spoja je indikator koji se stalno mijenja, prvenstveno pod utjecajem napona naprijed koji se primjenjuje direktno na diodu. Ako se napon poveća, tada će se otpor spoja proporcionalno smanjiti.

To dovodi do povećanja parametara struje naprijed koja prolazi kroz diodu. Kada je ovaj uređaj zatvoren, na njega se primjenjuje gotovo cijeli napon, zbog čega je reverzna struja koja prolazi kroz diodu neznatna, a prijelazni otpor dostiže vršne parametre.

Rad diode i njene strujno-naponske karakteristike

Pod strujno-naponskom karakteristikom ovih uređaja podrazumijeva se kriva linija koja pokazuje ovisnost električne struje koja teče kroz p-n spoj o volumenu i polarnosti napona koji na njega djeluje.

Takav graf se može opisati na sljedeći način:

1. Vertikalna os: Gornja oblast odgovara vrednostima prednjih struja, donja oblast parametrima reverzne struje.
2. Horizontalna os: Područje desno je za vrijednosti napona naprijed; područje s lijeve strane za parametre obrnutog napona.
3. Direktna grana strujno-naponske karakteristike odražava prolazak električne struje kroz diodu. Usmjeren je prema gore i teče u neposrednoj blizini vertikalne ose, budući da predstavlja povećanje prednje električne struje koje se javlja kada se odgovarajući napon poveća.
4. Druga (obrnuta) grana odgovara i prikazuje zatvoreno stanje električne struje koja također prolazi kroz uređaj. Njegov položaj je takav da ide praktično paralelno s horizontalnom osom. Što se ova grana strmije približava vertikali, to su veće ispravljačke sposobnosti određene diode.
5. Prema rasporedu možete pogledati da nakon povećanja napona naprijed koji teče kroz p-n spoj, dolazi do sporog povećanja električne struje. Međutim, postupno, kriva dostiže područje u kojem je primjetan skok, nakon čega dolazi do ubrzanog povećanja njegovih pokazatelja. To je zbog otvaranja diode i vođenja struje pri prednjem naponu. Za uređaje napravljene od germanijuma to se dešava pri naponu od 0,1V do 0,2V (maksimalna vrednost 1V), a za silicijumske elemente potrebna je veća vrednost od 0,5V do 0,6V (maksimalna vrednost 1,5V).
6. Prikazano trenutno povećanje može dovesti do pregrijavanja molekula poluvodiča. Ako je uklanjanje topline do kojeg dolazi zbog prirodnih procesa i rada radijatora manje od razine njegovog oslobađanja, tada se struktura molekula može uništiti, a ovaj proces će biti nepovratan. Iz tog razloga, potrebno je ograničiti parametre prednje struje kako bi se spriječilo pregrijavanje poluvodičkog materijala. Da biste to učinili, u krug se dodaju posebni otpornici, povezani serijski s diodama.
7. Istraživanje obrnute grane možete primijetiti da ako obrnuti napon primijenjen na p-n spoj počne rasti, tada je povećanje parametara struje gotovo neprimjetno. Međutim, u slučajevima kada napon dosegne parametre koji prelaze dozvoljene norme, može doći do naglog skoka obrnute struje, što će pregrijati poluvodič i doprinijeti naknadnom kvaru p-n spoja.

Osnovni kvar dioda

Ponekad uređaji ovog tipa pokvare, to se može dogoditi zbog prirodne amortizacije i starenja ovih elemenata ili iz drugih razloga.

Ukupno postoje 3 glavne vrste uobičajenih kvarova:

1. Slom tranzicije dovodi do činjenice da dioda, umjesto poluvodičkog uređaja, postaje u suštini najčešći provodnik. U tom stanju gubi svoja osnovna svojstva i počinje propuštati električnu struju u apsolutno bilo kojem smjeru. Takav kvar se lako otkriva pomoću standardnog, koji počinje piskati i pokazuje nizak nivo otpora u diodi.
2. Kada se pokvari događa se obrnuti proces - uređaj općenito prestaje da propušta električnu struju u bilo kojem smjeru, odnosno u suštini postaje izolator. Da biste točno odredili prekid, potrebno je koristiti testere s visokokvalitetnim i servisiranim sondama, inače ponekad mogu lažno dijagnosticirati ovaj kvar. Kod varijanti legiranih poluvodiča takav je slom izuzetno rijedak.
3. Curenje, tokom kojeg je narušena nepropusnost tijela uređaja, uslijed čega on ne može pravilno funkcionirati.

Slom p-n spoja

Takvi kvarovi nastaju u situacijama kada obrnuta električna struja počinje naglo i naglo rasti, to se događa zbog činjenice da napon odgovarajućeg tipa doseže neprihvatljive visoke vrijednosti.

Obično postoji nekoliko tipova:

1. Termički kvarovi, koje su uzrokovane naglim porastom temperature i naknadnim pregrijavanjem.
2. Električni kvarovi, koji nastaje pod uticajem struje na tranziciju.

Grafikon strujno-naponske karakteristike omogućava vam da vizualno proučavate ove procese i razliku između njih.

Električni kvar

Posljedice uzrokovane električnim kvarovima nisu nepovratne, jer ne uništavaju sam kristal. Stoga je postupnim smanjenjem napona moguće vratiti sva svojstva i radne parametre diode.

Istovremeno, kvarovi ovog tipa podijeljeni su u dvije vrste:

1. Kvarovi tunela nastaju kada visoki napon prolazi kroz uske spojeve, što omogućava pojedinačnim elektronima da klize kroz njega. Obično se javljaju ako poluvodičke molekule sadrže veliki broj različitih nečistoća. Tokom takvog kvara, reverzna struja počinje naglo i brzo rasti, a odgovarajući napon je na niskom nivou.
2. Lavinske vrste kvarova mogući su zbog utjecaja jakih polja sposobnih da ubrzaju nosioce naboja do maksimalnog nivoa, zbog čega iz atoma izbijaju određeni broj valentnih elektrona, koji zatim odlete u vodljivo područje. Ova pojava je lavinske prirode, zbog čega je ova vrsta kvara i dobila ime.

Termički slom

Do takvog kvara može doći iz dva glavna razloga: nedovoljnog odvođenja topline i pregrijavanja p-n spoja, što nastaje zbog protoka električne struje kroz njega previsokim brzinama.

Povećanje temperature u prijelaznim i susjednim područjima uzrokuje sljedeće posljedice:

1. Rast atomskih vibracija, uključen u kristal.
2. Hit elektrona u provodni pojas.
3. Oštar porast temperature.
4. Destrukcija i deformacija kristalna struktura.
5. Potpuni neuspjeh i kvar cijele radio komponente.

Za kontrolu smjera električne struje potrebno je koristiti različite radio i električne komponente. Konkretno, moderna elektronika u tu svrhu koristi poluvodičku diodu, čija upotreba osigurava ravnomjernu struju.

Uređaj

Poluvodička električna dioda ili diodni ventil je uređaj koji je napravljen od poluvodičkih materijala (obično silicija) i radi samo s jednosmjernim protokom nabijenih čestica. Glavna komponenta je kristalni dio, sa p-n spojem, koji je spojen na dva električna kontakta. Vakuumske diodne cijevi imaju dvije elektrode: ploču (anodu) i zagrijanu katodu.

Fotografija - poluvodička dioda

Germanij i selen se koriste za stvaranje poluvodičkih dioda, baš kao i prije više od 100 godina. Njihova struktura omogućava da se dijelovi koriste za poboljšanje elektronskih kola, pretvaranje naizmjenične i jednosmjerne struje u jednosmjernu pulsirajuću struju, te za poboljšanje različitih uređaja. Na dijagramu to izgleda ovako:

Fotografija - oznaka diode

Postoje različite vrste poluvodičkih dioda, njihova klasifikacija ovisi o materijalu, principu rada i području upotrebe: zener diode, impulsne, legirane, točkaste, varikape, laserske i druge vrste. Često se koriste analozi mostova - to su planarni i polikristalni ispravljači. Njihova komunikacija se također odvija pomoću dva kontakta.

Glavne prednosti poluvodičke diode:

1. Potpuna zamjenjivost;
2. Odlični parametri propusnosti;
3. Dostupnost. Možete ih kupiti u bilo kojoj trgovini električne opreme ili ih besplatno ukloniti iz starih strujnih krugova. Cijena počinje od 50 rubalja. U našim prodavnicama se nalaze kako domaće robne marke (KD102, KD103 itd.), tako i strane.

Označavanje

Označavanje poluvodičke diode je skraćenica za glavne parametre uređaja. Na primjer, KD196V je silikonska dioda s probojnim naponom do 0,3 V, naponom 9,6, model trećeg razvoja.

Na osnovu ovoga:

1. Prvo slovo određuje materijal od kojeg je uređaj napravljen;
2. Naziv uređaja;
3. Broj koji definiše svrhu;
4. Napon uređaja;
5. Broj koji određuje druge parametre (ovisno o vrsti dijela).

Video: korištenje dioda

Princip rada

Poluvodičke ili ispravljačke diode imaju prilično jednostavan princip rada. Kao što smo već rekli, dioda je napravljena od silikona na način da je jedan kraj p-tipa, a drugi kraj n-tipa. To znači da oba klina imaju različite karakteristike. Jedan ima višak elektrona, dok drugi ima višak rupa. Naravno, postoji područje u uređaju u kojem svi elektroni popunjavaju određene praznine. To znači da nema eksternih naknada. Zbog činjenice da je ova regija osiromašena nosiocima naboja i poznata je kao kombinovana regija.

Fotografija - princip rada

Unatoč činjenici da je površina povezivanja vrlo mala (često je njegova veličina nekoliko tisućitih dijelova milimetra), struja u njoj ne može teći na uobičajen način. Ako se primijeni napon tako da površina p-tipa postane pozitivna, a površina n-tipa negativna, rupe se pomiču na negativni pol i pomažu elektronima da prođu kroz kombinirano područje. Na isti način, elektroni se kreću do pozitivnog kontakta i, takoreći, zaobilaze onaj koji ujedinjuje. Unatoč činjenici da se sve čestice kreću s različitim nabojima u različitim smjerovima, one u konačnici formiraju jednosmjernu struju, koja pomaže u ispravljanju signala i sprječavanju napona na kontaktima diode.

Ako se napon dovede na poluvodičku diodu u suprotnom smjeru, struja neće teći kroz nju. Razlog je taj što su rupe privučene negativnim potencijalom, koji se nalazi u području p-tipa. Slično, elektroni se privlače pozitivnim potencijalom koji se primjenjuje na područje n-tipa. Ovo uzrokuje povećanje veličine područja kombiniranja, što onemogućuje usmjeravanje protoka čestica.

Fotografija - karakteristike poluprovodnika

Strujno-naponske karakteristike

Strujno-naponska karakteristika poluvodičke diode ovisi o materijalu od kojeg je napravljena i nekim parametrima. Na primjer, idealan poluvodički ispravljač ili dioda ima sljedeće parametre:

1. Otpor za direktnu vezu – 0 Ohm;
2. Toplotni potencijal – VG = +-0,1 V;
3. U direktnom presjeku RD > rD, tj. direktni otpor je veći od diferencijalnog otpora.

Ako svi parametri odgovaraju, onda se dobija sledeći grafikon:

Fotografija - CVC idealne diode

Ova dioda se koristi u digitalnoj elektrotehnici, laserskoj industriji, a koristi se i u razvoju medicinske opreme. Neophodan je za visoke zahtjeve za logičkim funkcijama. Primjeri: laserska dioda, fotodioda.

U praksi se ovi parametri veoma razlikuju od stvarnih. Mnogi uređaji jednostavno nisu u stanju da rade sa tako velikom preciznošću ili takvi zahtevi nisu potrebni. Karakterizacija ekvivalentnog kola pravog poluprovodnika pokazuje da on ima ozbiljne nedostatke:

Foto - strujno-naponska karakteristika u pravoj poluvodičkoj diodi

Ova strujno-naponska karakteristika poluvodičke diode ukazuje da tokom direktnog povezivanja kontakti moraju dostići maksimalni napon. Tada će se poluvodič otvoriti kako bi omogućio prolaz česticama nabijenim elektronima. Ova svojstva također pokazuju da će struja teći normalno i bez prekida. Ali dok se svi parametri ne poklope, dioda ne provodi struju. Istovremeno, napon za silicijumski ispravljač varira unutar 0,7, a za germanijumski ispravljač varira unutar 0,3 Volta.

Rad uređaja veoma zavisi od nivoa maksimalne struje koja može proći kroz diodu. U dijagramu je definiran sa ID_MAX. Uređaj je dizajniran na način da kada se direktno uključi, može izdržati samo električnu struju ograničene jačine. U suprotnom, ispravljač će se pregrijati i izgorjeti, poput obične LED diode. Za kontrolu temperature koriste se različite vrste uređaja. Naravno, neki od njih utiču na provodljivost, ali produžavaju rad diode.

Još jedan nedostatak je što pri propuštanju naizmjenične struje dioda nije idealan izolacijski uređaj. Radi samo u jednom smjeru, ali se uvijek mora uzeti u obzir struja curenja. Njegova formula ovisi o drugim parametrima diode koja se koristi. Najčešće, kola ga označavaju kao I OP. Studija nezavisnih stručnjaka pokazala je da germanijum prenosi do 200 µA, a silicijum prenosi do 30 µA. U isto vrijeme, mnogi uvezeni modeli su ograničeni na curenje od 0,5 µA.

Foto – domaće diode

Sve vrste dioda su podložne propadu napona. Ovo je svojstvo mreže koju karakterizira ograničen napon. Svaki stabilizator mora to izdržati (zener dioda, tranzistor, tiristor, diodni most i kondenzator). Kada je vanjska razlika potencijala između kontakata ispravljačke poluvodičke diode znatno veća od ograničenog napona, dioda postaje provodnik, smanjujući otpor na minimum u jednoj sekundi. Svrha uređaja ne dopušta mu da napravi tako oštre skokove, inače će iskriviti strujno-naponsku karakteristiku.

Ovo je dioda- poluvodički uređaj koji omogućava da struja teče samo u jednom smjeru.Ovo je vrlo kratak opis svojstava diode i njenog rada i najprecizniji. Sada pogledajmo izbliza, pogotovo jer započinjete svoje upoznavanje s ogromnom porodicom poluvodiča s diodom.Šta je poluprovodnik?Iz samog imena, poluprovodnik je, jasno je, poluprovodljiv. U konkretnom slučaju, dioda dopušta da električna struja prolazi samo u jednom smjeru i ne dopušta joj da prođe u suprotnom smjeru. Radi kao sistem bradavica ili kalema u komori automobila ili bicikla. Vazduh koji pumpa potiskuje kroz kalem ili bradavicu ulazi u komoru automobila i ne izlazi nazad jer je blokiran kalemom. Na slici je prikazana dioda kako je označena na električnim dijagramima.

U skladu sa slikom, trokut (anoda) pokazuje u kojem smjeru struja teče od plusa do minusa, dioda će biti "otvorena" respektivno sa strane vertikalne trake (katode) dioda će biti „zaključana“.

Ovo svojstvo diode koristi se za pretvaranje izmjenične struje u jednosmjernu; za to se diode sklapaju diodni most.

Diodni most

Kako radi diodni most? Sljedeća slika prikazuje shematski dijagram diodnog mosta. Imajte na umu da je ulaz diodnog mosta napajan naizmjenična struja, na izlazu već dobijamo D.C. Sada hajde da shvatimo kako se AC pretvara u DC.

Ako čitate moj članak "Šta je naizmjenična struja" morate zapamtiti da naizmjenična struja mijenja svoj smjer s određenom frekvencijom. Jednostavno rečeno, na ulaznim terminalima diodnog mosta, plus i minus će mijenjati mjesta sa frekvencijom mreže (u Rusiji je ova frekvencija 50 Herca), što znači (+) i (-) mijenjaju mjesta 50 puta u sekundi. Recimo da će u prvom ciklusu postojati pozitivan potencijal (+) na terminalu "A" i negativni potencijal (-) na terminalu "B". Plus sa terminala "A" može proći samo u jednom smjeru duž crvene strelice, kroz diodu "D1" do izlaznog terminala sa (+) znakom, a zatim kroz otpornik (R1) preko diode “D3” do minus terminala “B”. U sljedećem ciklusu, kada se plus i minus zamijene, sve će se dogoditi upravo suprotno. Plus sa terminala "B" će proći kroz diodu "D2" do izlaznog terminala sa znakom (+), a zatim kroz otpornik (R1) preko diode “D4” do minus terminala “A”. Tako na ulazu ispravljača dobijamo konstantnu električnu struju koja se kreće samo u jednom smjeru od plusa do minusa (kao u običnoj bateriji). Ova metoda pretvaranja naizmjenične struje u jednosmjernu koristi se u svim elektroničkim uređajima koji se napajaju električnom mrežom od 220 volti. Osim diodnih mostova sastavljenih od pojedinačnih dioda, koriste se elektroničke komponente u kojima su, radi lakše ugradnje, ispravljačke diode zatvorene u jedno kompaktno kućište. Takav uređaj se zove "montaža diode".

Ne postoje samo ispravljačke diode. Postoje diode čija provodljivost ovisi o osvjetljenju, nazivaju se "fotodiode" označeni su kako slijedi:

Mogu izgledati ovako:

LED diode su vam dobro poznate; nalaze se u vijencima za božićno drvce i u moćnim reflektorima i farovima automobila. Na dijagramu su označeni kako slijedi -

LED diode izgledaju ovako:

Kako testirati diodu

Provjeri dioda Možete koristiti običan multimetar - kako koristiti multimetar U ovom članku, da biste provjerili, prebacite tester u način biranja. Sonde uređaja spajamo na elektrode diode, crnu sondu na katodu

(na modernim kućištima dioda katoda je označena prstenastom oznakom),spojite crvenu sondu na anodu (kao što već znate, diode propuštaju napon samo u jednom smjeru)Otpor diode će biti mali, tj. Brojke na meraču će napraviti veliku razliku.

Prebacujemo sonde uređaja obrnuto -

Otpor će biti veoma velik, skoro beskonačan. Ako sve radi kako sam napisao, dioda radi, ako je u oba slučaja otpor vrlo visok, onda je "otvorena dioda" neispravna i uopće ne propušta napon, ako je otpor vrlo mali, onda je dioda pokvaren i propušta napon u oba smjera.

Kako provjeriti diodni most

Ako je diodni most sastavljen od pojedinačnih dioda, svaka dioda se provjerava zasebno, kao što je gore opisano. Nije potrebno odlemiti svaku diodu iz kola, ali je bolje odspojiti pozitivni ili negativni terminal ispravljača iz kola.

Ako trebate provjeriti sklop diode, gdje su diode u jednom kućištu i do njih je nemoguće doći, postupite na sljedeći način:

Povezujemo jednu sondu multimerta na plus sklopa diode, a drugom naizmjence dodirujemo terminale sklopa gdje se napaja naizmjenična struja. U jednom smjeru, uređaj bi trebao pokazati nizak otpor prilikom promjene sondi u suprotnom smjeru, vrlo visok otpor. Zatim također provjeravamo ispravljač u odnosu na negativan izlaz. Ako su tokom mjerenja očitanja u oba smjera mala ili velika, sklop diode je neispravan. Ova metoda testiranja se koristi kada se elektronika popravlja.

Visokofrekventne diode, pulsne diode, tunelske diode, varikapi - sve ove diode se široko koriste u kućanstvu i specijalnoj opremi. Da biste razumjeli i shvatili kako pravilno koristiti i gdje koristiti koje diode, morate unaprijediti svoje znanje, proučiti specijaliziranu literaturu i, naravno, ne ustručavati se postavljati pitanja.

Naziv dioda prevodi se kao "dvije elektrode". Istorijski gledano, elektronika potječe od električnih vakuum uređaja. Činjenica je da su lampe, koje mnogi pamte sa starih televizora i prijemnika, nosile nazive kao što su dioda, trioda, pentoda itd.

Naziv je uključivao broj elektroda ili nogu uređaja. Poluprovodničke diode izumljene su početkom prošlog stoljeća. Korišćeni su za otkrivanje radio signala.

Glavno svojstvo diode su njene karakteristike vodljivosti koje zavise od polariteta napona primijenjenog na terminale. Oznaka diode nam govori o smjeru provođenja. Kretanje struje poklapa se sa strelicom na UGO diodi.

UGO – konvencionalna grafička oznaka. Drugim riječima, ovo je ikona koja označava element na dijagramu. Pogledajmo kako razlikovati LED oznaku na dijagramu od drugih sličnih elemenata.

Diode, šta su one?

Osim pojedinačnih ispravljačkih dioda, grupisane su prema primjeni u jedno kućište.

Oznaka diodnog mosta

Na primjer, ovako je to prikazano diodni most za ispravljanje jednofaznog izmjeničnog napona. A ispod je izgled diodnih mostova i sklopova.

Druga vrsta ispravljača je Schottky dioda– dizajniran za rad u visokofrekventnim kolima. Dostupan iu diskretnom obliku iu sklopovima. Često se mogu naći u prekidačkim izvorima napajanja, na primjer u izvorima napajanja za AT ili ATX personalni računar.

Tipično, na Schottky sklopovima, njegov pinout i interni spojni krug su naznačeni na kućištu.

Specifične diode

Već smo pogledali ispravljačku diodu, hajde da je pogledamo Zener dioda, koji se u ruskoj književnosti naziva - zener dioda.

Oznaka Zener diode (Zener dioda)

Izvana izgleda kao obična dioda - crni cilindar s oznakom na jednoj strani. Često se nalazi u verziji male snage - mali crveni stakleni cilindar s crnom oznakom na katodi.

Ima važno svojstvo - stabilizaciju napona, stoga se uključuje paralelno sa opterećenjem u suprotnom smjeru, tj. Plus napajanja je spojen na katodu, a anoda na minus.

Sljedeći uređaj je varicap, princip njegovog rada zasniva se na promjeni vrijednosti kapacitivnosti barijere u zavisnosti od veličine primijenjenog napona. Koristi se u prijemnicima i u kolima gdje je potrebno izvršiti operacije na frekvenciji signala. Označen kao dioda u kombinaciji s kondenzatorom.

Varicap - oznaka na dijagramu i izgled

– čija oznaka izgleda kao ukrštena dioda. U stvari, to je ono što je - to je 3-spojni, 4-slojni poluvodički uređaj. Zbog svoje strukture ima svojstvo propuštanja struje prilikom savladavanja određene naponske barijere.

Na primjer, dinistori od 30V ili više se često koriste u lampama koje štede energiju, za pokretanje autogeneratora i drugih izvora napajanja izgrađenih prema takvom kolu.

Oznaka dinistora

LED diode i optoelektronika

Budući da dioda emituje svjetlost, oznaka znači LED trebalo bi da postoji indikacija ove karakteristike, pa su dvije odlazne strelice dodane uobičajenoj diodi.

U stvarnosti, postoji mnogo različitih načina za određivanje polariteta; postoji cijeli odjeljak o tome ispod, na primjer, pinout zelene LED diode.

Tipično, igle LED-a su označene ili oznakom ili nogama različite dužine. Kratka noga je minus.

Photodiode, uređaj je suprotan LED diodi. Mijenja svoje stanje provodljivosti ovisno o količini svjetlosti koja pada na njegovu površinu. Njegova oznaka:

Takvi uređaji se koriste u televizorima, kasetofonima i drugoj opremi kojom se upravlja daljinskim upravljačem u infracrvenom spektru. Takav uređaj se može napraviti odsijecanjem tijela običnog tranzistora.

Često se koristi u senzorima svjetlosti, na uređajima za automatsko uključivanje i isključivanje rasvjetnih krugova, na primjer:

Optoelektronika je područje koje je postalo široko rasprostranjeno u prijenosu podataka i komunikacijskim i upravljačkim uređajima. Zahvaljujući brzom odzivu i sposobnosti galvanske izolacije, osigurava sigurnost za napajane uređaje u slučaju prenapona visokog napona na primarnoj strani. Međutim, ne u obliku kako je naznačeno, već u obliku optokaplera.

Na dnu dijagrama vidite optokapler. LED se ovdje uključuje zatvaranjem strujnog kruga pomoću optotranzistora u LED kolu. Kada zatvorite prekidač, struja teče kroz LED u optokapleru, u donjem kvadratu s lijeve strane. Pali se i tranzistor, pod uticajem svetlosnog toka, počinje da propušta struju kroz LED1, označen zelenom bojom.

Ista aplikacija se koristi u strujnim ili naponskim povratnim krugovima (za njihovu stabilizaciju) mnogih izvora napajanja. Opseg primjene počinje od punjača za mobilne telefone i napajanja za LED trake, do moćnih sistema napajanja.

Postoji veliki izbor dioda, neke od njih su slične po svojim karakteristikama, neke imaju potpuno neobična svojstva i primjenu, objedinjuje ih prisustvo samo dva funkcionalna terminala.

Ove elemente možete pronaći u bilo kojem električnom kolu, njihova važnost i karakteristike se ne mogu podcijeniti. Ispravan odabir diode u snubber krugu, na primjer, može značajno utjecati na efikasnost i rasipanje topline prekidača za napajanje i, shodno tome, na trajnost napajanja.

Ako vam je bilo što nejasno, ostavite komentare i postavljajte pitanja; u sljedećim člancima svakako ćemo otkriti sva nejasna pitanja i zanimljivosti!