Che non possiamo immaginare la nostra vita senza di loro. Queste scatole ronzanti sulle nostre scrivanie sono assemblate da molti pezzi diversi di hardware. È interessante notare che nessuno di questi elementi costitutivi da solo ha le stesse proprietà di un computer.

E messi insieme, sono qualcosa di assolutamente unico!

Qualunque mattone tu prenda, è solo un pezzo di argilla cotta; Non è immediatamente chiaro a quale scopo esso – di per sé – possa essere adattato.

È come una casa costruita di mattoni.

Ma diverse migliaia di questi pezzi di argilla, raccolti in un certo modo, costituiscono un'abitazione che protegge dalle intemperie e fornisce un tetto sopra la testa.

Naturalmente, puoi usare un computer (e vivere in una casa) e non avere idea di come funzionino queste cose.

Ma se vuoi imparare come “curare” i tuoi computer, dovrai capire come funzionano i loro componenti.

Pertanto, oggi parleremo un po’ più in dettaglio di uno dei “mattoni” del computer. Cercheremo di conoscere brevemente di cosa si tratta diodi semiconduttori e perché sono necessari.

Cos'è un diodo?

I diodi vengono utilizzati nei computer per rettificare la corrente alternata.

Un diodo raddrizzatore è una parte che contiene due tipi di semiconduttori collegati insieme: tipo p (positivo) e tipo n (negativo).

Quando sono collegati (fusi), si forma una cosiddetta giunzione p-n. Questa giunzione ha una resistenza diversa per la diversa polarità della tensione applicata.

Se la tensione viene applicata nella direzione in avanti (il terminale positivo della sorgente di tensione è collegato al semiconduttore p - l'anodo, e il terminale negativo è collegato al semiconduttore n - il catodo), la resistenza del diodo è piccolo.

In questo caso si dice che il diodo è aperto. Se la polarità del collegamento viene invertita, la resistenza del diodo sarà molto elevata. In questo caso il diodo si dice chiuso (bloccato).

Quando il diodo è aperto, ai suoi capi cade una certa tensione.

Questa caduta di tensione è creata dalla cosiddetta corrente diretta che scorre attraverso il diodo e dipende dall'entità di questa corrente.

Inoltre, questa dipendenza non lineare.

Il valore specifico della caduta di tensione in funzione della corrente circolante può essere determinato dalla caratteristica corrente-tensione.

Questa caratteristica deve essere riportata nella descrizione tecnica completa (schede tecniche, schede di riferimento).

Ad esempio, sul comune diodo 1N5408 utilizzato nell'alimentatore di un computer, quando la corrente cambia da 0,2 a 3 A, la caduta di tensione cambia da 0,6 a 0,9 V. Maggiore è la corrente che scorre attraverso il diodo, maggiore è la caduta di tensione ai capi esso e, rispettivamente, la potenza dissipata su di esso (P = U * I). Maggiore è la potenza dissipata dal diodo, più si riscalda.

Nei sistemi informatici, quando si rettifica la tensione di rete, viene solitamente utilizzato un circuito di rettifica a ponte: 4 diodi collegati in un certo modo.

Se il terminale 1 ha un potenziale positivo rispetto al terminale 2, la corrente fluirà attraverso il diodo VD1, il carico e il diodo VD3.

Se il terminale 1 ha un potenziale negativo dal terminale 2, la corrente fluirà attraverso il diodo VD2, il carico e il diodo VD4. Pertanto, sebbene la corrente attraverso il carico vari in intensità (a tensione alternata), scorre sempre in una direzione: dal terminale 3 al terminale 4.

Questo è l'effetto lisciante. Se non ci fosse il ponte a diodi, la corrente di carico fluirebbe in direzioni diverse. Scorre nella stessa direzione del ponte. Questa corrente è chiamata pulsante.

In un corso di matematica superiore si dimostra che la tensione pulsante contiene una componente costante e la somma delle armoniche (frequenze che sono multipli della frequenza fondamentale di una tensione alternata di 50 Hertz). La componente continua è isolata da un filtro (condensatore ad alta capacità), che non lascia passare le armoniche.

I diodi raddrizzatori sono presenti anche nella parte a bassa tensione dell'alimentatore. Solo il circuito di commutazione non è composto da 4 diodi, ma da due.

Un lettore attento potrebbe chiedersi: “Perché vengono utilizzati circuiti di commutazione diversi? È possibile utilizzare un ponte a diodi nella parte a bassa tensione?"

È possibile, ma non sarà la soluzione migliore. Nel caso di un ponte a diodi, la corrente passa attraverso il carico e due diodi collegati in serie.

Se si utilizzano diodi 1N5408, la caduta di tensione totale ai loro capi può essere di 1,8 V. Questo è molto piccolo rispetto alla tensione di rete di 220 V.

Ma se un tale circuito viene utilizzato nella parte a bassa tensione, questa caduta sarà molto evidente rispetto alle tensioni di +3,3, +5 e +12 V. L'uso di un circuito di due diodi riduce della metà le perdite, poiché uno il diodo è collegato in serie al carico, non due.

Inoltre, la corrente nei circuiti secondari dell'alimentatore è molto maggiore (più volte) rispetto al circuito primario.

Va notato che per questo circuito il trasformatore deve avere due avvolgimenti identici, e non uno. Un circuito di rettifica a due diodi utilizza entrambi i semicicli della tensione CA, proprio come un circuito a ponte.

Se il potenziale dell'estremità superiore dell'avvolgimento secondario del trasformatore (vedi diagramma) è positivo rispetto a quello inferiore, la corrente scorre attraverso il terminale 1, il diodo VD1, il terminale 3, il carico, il terminale 4 e il punto medio dell'avvolgimento. Il diodo VD2 è bloccato in questo momento.

Se il potenziale dell'estremità inferiore dell'avvolgimento secondario è positivo rispetto all'estremità superiore, la corrente scorre attraverso il terminale 2, il diodo VD2, il terminale 3, il carico, il terminale 4 e il punto medio dell'avvolgimento. Il diodo VD1 è bloccato in questo momento. Il risultato è la stessa corrente pulsante di un circuito a ponte.

Ora mettiamo fine alla noiosa teoria e passiamo alla cosa più interessante: la pratica.

Per cominciare, diciamo che prima di iniziare a controllare i diodi, sarebbe bene familiarizzare con come lavorare con un tester digitale.

Questo è discusso negli articoli pertinenti e.

Un diodo sui circuiti elettrici è raffigurato simbolicamente sotto forma di un triangolo (freccia) e un bastoncino.

Il bastoncino è il catodo, la freccia (indica la direzione della corrente, cioè il movimento delle cariche positive) è l'anodo.

È possibile controllare il ponte di diodi con un tester digitale impostando l'interruttore di funzionamento nella posizione di test diodi (il puntatore dell'interruttore di portata del tester dovrebbe essere opposto all'immagine simbolica del diodo).

Se colleghi la sonda rossa del tester all'anodo e quella nera al catodo di un diodo separato, il diodo verrà aperto dalla tensione del tester.

Il display mostrerà un valore di 0,5 - 0,6 V.

Se si cambia la polarità delle sonde, il diodo verrà bloccato.

Il display ne mostrerà uno nella cifra più a sinistra.

Un ponte a diodi ha spesso una designazione simbolica del tipo di tensione sul corpo (~ tensione alternata, +, - tensione continua).

Il ponte a diodi può essere controllato installando una sonda su uno dei terminali “~” e la seconda - alternativamente sui terminali “+” e “-”.

In questo caso un diodo sarà aperto e l'altro sarà chiuso.

Se cambi la polarità delle sonde, il diodo che era chiuso ora si aprirà e l'altro si chiuderà.

Va notato che il catodo è il terminale positivo del ponte.

Se uno qualsiasi dei diodi è in corto, il tester mostrerà una tensione pari a zero (o molto bassa).

Un ponte del genere è naturalmente inadatto al lavoro.

È possibile verificare che il diodo sia in cortocircuito se si testano i diodi in modalità di misurazione della resistenza.

Con un diodo in cortocircuito, il tester mostrerà una leggera resistenza in entrambe le direzioni.

Come già accennato, nei circuiti secondari viene utilizzato un circuito di rettifica di due diodi.

Ma anche su un diodo la tensione scende notevolmente rispetto alle tensioni di uscita +12 V, +5 V, +3,3 V.

Le correnti di consumo possono raggiungere 20 A o più e molta potenza verrà dissipata sui diodi.

Di conseguenza, diventeranno molto caldi.

La dissipazione di potenza diminuirà se la tensione diretta attraverso il diodo è inferiore.

Pertanto, in questi casi vengono utilizzati i cosiddetti diodi Schottky, che hanno una caduta di tensione diretta inferiore.

Diodi Schottky

Un diodo Schottky non è costituito da due semiconduttori diversi, ma da un metallo e un semiconduttore.

La cosiddetta barriera potenziale risultante sarà più piccola.

Gli alimentatori per computer utilizzano doppi diodi Schottky in un pacchetto a tre terminali.

Un tipico rappresentante di tale gruppo è l'SBL2040. La caduta di tensione su ciascuno dei suoi diodi alla corrente massima non supererà (secondo la scheda tecnica) 0,55 V. Se lo controlli con un tester (in modalità test diodi), mostrerà un valore di circa 0,17 V.

La tensione più bassa è dovuta al fatto che attraverso il diodo scorre una corrente molto piccola, lontana dal massimo.

In conclusione, diciamo che il diodo ha un parametro come la tensione inversa massima consentita. Se il diodo è bloccato, ad esso viene applicata una tensione inversa. Quando si sostituiscono i diodi, questo valore deve essere preso in considerazione.

Se in un circuito reale la tensione inversa supera il massimo consentito, il diodo fallirà!

Un diodo è un componente hardware importante nell'elettronica. In quale altro modo potremmo allentare la tensione?

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Ci vediamo sul blog!

Un diodo è uno dei tipi di dispositivi progettati sulla base dei semiconduttori. Ha una giunzione pn, nonché terminali anodici e catodici. Nella maggior parte dei casi, è progettato per la modulazione, rettifica, conversione e altre azioni con segnali elettrici in ingresso.

Principio di funzionamento:

1. Elettricità agisce sul catodo, il riscaldatore inizia a brillare e l'elettrodo inizia a emettere elettroni.
2. Tra due elettrodi viene generato un campo elettrico.
3. Se l'anodo ha un potenziale positivo, quindi inizia ad attrarre gli elettroni a sé e il campo risultante è un catalizzatore per questo processo. In questo caso viene generata una corrente di emissione.
4. Tra gli elettrodi si forma una carica spaziale negativa che può interferire con il movimento degli elettroni. Ciò accade se il potenziale dell'anodo è troppo debole. In questo caso, alcuni elettroni non sono in grado di superare l'influenza della carica negativa e iniziano a muoversi nella direzione opposta, tornando nuovamente al catodo.
5. Tutti gli elettroni, che ha raggiunto l'anodo e non è tornato al catodo, determina i parametri della corrente catodica. Pertanto, questo indicatore dipende direttamente dal potenziale dell'anodo positivo.
6. Flusso di tutti gli elettroni, che sono riusciti a raggiungere l'anodo, è chiamata corrente anodica, i cui indicatori nel diodo corrispondono sempre ai parametri della corrente catodica. A volte entrambi gli indicatori possono essere pari a zero; ciò accade in situazioni in cui l'anodo ha una carica negativa. In questo caso, il campo che si crea tra gli elettrodi non accelera le particelle, ma, al contrario, le rallenta e le riporta al catodo. Il diodo in questo caso rimane in uno stato bloccato, il che porta ad un circuito aperto.

Dispositivo

Di seguito la descrizione dettagliata della struttura dei diodi; lo studio di queste informazioni è necessario per comprendere meglio i principi di funzionamento di questi elementi:

1. Telaioè un cilindro a vuoto che può essere realizzato in vetro, metallo o varietà di materiali ceramici durevoli.
2. All'interno del cilindro ci sono 2 elettrodi. Il primo è un catodo riscaldato, progettato per garantire il processo di emissione di elettroni. Il catodo più semplice nel design è un filamento di piccolo diametro, che si riscalda durante il funzionamento, ma oggi sono più comuni elettrodi riscaldati indirettamente. Sono cilindri di metallo e hanno uno speciale strato attivo in grado di emettere elettroni.
3. All'interno del catodo calore indiretto C'è un elemento specifico: un filo che si illumina sotto l'influenza della corrente elettrica, si chiama riscaldatore.
4. Secondo elettrodoè l'anodo, è necessario accettare gli elettroni rilasciati dal catodo. Per fare ciò, deve avere un potenziale positivo rispetto al secondo elettrodo. Nella maggior parte dei casi anche l'anodo è cilindrico.
5. Entrambi gli elettrodi i dispositivi a vuoto sono completamente identici all'emettitore e alla base della varietà di elementi semiconduttori.
6. Per realizzare un cristallo di diodo Il più delle volte viene utilizzato il silicio o il germanio. Una delle sue parti è di tipo p elettricamente conduttiva e presenta una carenza di elettroni, che è formata con un metodo artificiale. Anche il lato opposto del cristallo ha conduttività, ma è di tipo n e ha un eccesso di elettroni. Esiste un confine tra le due regioni, chiamato giunzione p-n.

Tali caratteristiche della struttura interna conferiscono ai diodi la loro proprietà principale: la capacità di condurre la corrente elettrica in una sola direzione.

Scopo

Di seguito sono riportati i principali ambiti di applicazione dei diodi, da cui risulta chiaro il loro scopo principale:

1. Ponti di diodi sono 4, 6 o 12 diodi collegati tra loro, il loro numero dipende dal tipo di circuito, che può essere monofase, trifase a mezzo ponte o trifase a ponte intero. Eseguono le funzioni dei raddrizzatori; questa opzione è spesso utilizzata nei generatori di automobili, poiché l'introduzione di tali ponti, così come l'uso di unità di raccolta spazzole con essi, ha permesso di ridurre significativamente le dimensioni di questo dispositivo e aumentarne l'affidabilità. Se il collegamento viene effettuato in serie e in una direzione, aumenta la tensione minima necessaria per sbloccare l'intero ponte di diodi.
2. Rivelatori a diodi si ottengono abbinando questi dispositivi a condensatori. Ciò è necessario affinché sia ​​possibile isolare la modulazione a bassa frequenza da vari segnali modulati, inclusa la varietà modulata in ampiezza del segnale radio. Tali rilevatori fanno parte della progettazione di molti elettrodomestici, come televisori o radio.
3. Garantire la protezione dei consumatori dalla polarità errata quando si accendono gli ingressi del circuito da sovraccarichi o interruttori da guasto dovuto alla forza elettromotrice che si verifica durante l'autoinduzione, che si verifica quando il carico induttivo è spento. Per garantire la sicurezza dei circuiti dai sovraccarichi che si verificano, viene utilizzata una catena composta da diversi diodi collegati ai bus di alimentazione nella direzione inversa. In questo caso l'ingresso a cui viene fornita la protezione deve essere collegato al centro di questa catena. Durante il normale funzionamento del circuito, tutti i diodi sono in uno stato chiuso, ma se rilevano che il potenziale di ingresso ha superato i limiti di tensione consentiti, uno degli elementi protettivi viene attivato. Per questo motivo questo potenziale consentito viene limitato entro la tensione di alimentazione consentita in combinazione con una caduta diretta della tensione sul dispositivo di protezione.
4. Interruttori, creati sulla base di diodi, vengono utilizzati per commutare segnali con alte frequenze. Tale sistema è controllato utilizzando corrente elettrica continua, separazione ad alta frequenza e fornitura di un segnale di controllo, che avviene a causa di induttanza e condensatori.
5. Creazione di protezione da scintille a diodi. Vengono utilizzate barriere a diodi shunt che garantiscono sicurezza limitando la tensione nel circuito elettrico corrispondente. In combinazione con essi vengono utilizzati resistori limitatori di corrente, necessari per limitare la corrente elettrica che passa attraverso la rete e aumentare il grado di protezione.

L'uso dei diodi nell'elettronica oggi è molto diffuso, poiché praticamente nessun tipo moderno di apparecchiatura elettronica può fare a meno di questi elementi.

Collegamento diretto al diodo

La giunzione p-n del diodo può essere influenzata dalla tensione fornita da fonti esterne. Indicatori come grandezza e polarità influenzeranno il suo comportamento e la corrente elettrica condotta attraverso di esso.

Di seguito consideriamo in dettaglio l'opzione in cui il polo positivo è collegato alla regione di tipo p e il polo negativo alla regione di tipo n. In questo caso, si verificherà la commutazione diretta:

1. Sotto tensione da una sorgente esterna, si formerà un campo elettrico nella giunzione p-n, e la sua direzione sarà opposta al campo di diffusione interno.
2. Tensione di campo diminuirà in modo significativo, il che causerà un forte restringimento dello strato barriera.
3. Sotto l'influenza di questi processi un numero significativo di elettroni potrà muoversi liberamente dalla regione p alla regione n, così come nella direzione opposta.
4. Indicatori di corrente deriva durante questo processo rimangono gli stessi, poiché dipendono direttamente solo dal numero di portatori minoritari situati nella regione della giunzione pn.
5. Elettroni hanno un maggiore livello di diffusione, che porta all’iniezione di portatori minoritari. In altre parole, nella regione n si registrerà un aumento del numero di lacune, mentre nella regione p si registrerà un aumento della concentrazione di elettroni.
6. Mancanza di equilibrio e aumento del numero di vettori minoritari li fa penetrare in profondità nel semiconduttore e mescolarsi con la sua struttura, il che alla fine porta alla distruzione delle sue proprietà di neutralità elettrica.
7. Semiconduttore allo stesso tempo è in grado di ripristinare il suo stato neutro, ciò avviene a causa della ricezione di cariche da una fonte esterna collegata, che contribuisce alla comparsa di corrente continua nel circuito elettrico esterno.

Collegamento inverso del diodo

Considereremo ora un altro metodo di accensione, durante il quale cambia la polarità della sorgente esterna da cui viene trasmessa la tensione:

1. La differenza principale rispetto alla connessione diretta è questa che il campo elettrico creato avrà una direzione che coincide completamente con la direzione del campo di diffusione interno. Di conseguenza, lo strato barriera non si restringerà più, ma, al contrario, si espanderà.
2. Campo situato nella giunzione pn, avrà un effetto accelerante su una serie di portatori di tariffe di minoranza, per questo motivo gli indicatori della corrente di deriva rimarranno invariati. Determinerà i parametri della corrente risultante che passa attraverso la giunzione pn.
3. Mentre cresci Tensione inversa, la corrente elettrica che attraversa la giunzione tenderà a raggiungere valori massimi. Ha un nome speciale: corrente di saturazione.
4. Secondo la legge esponenziale, con un graduale aumento della temperatura, aumenteranno anche gli indicatori della corrente di saturazione.

Tensione diretta e inversa

La tensione che interessa il diodo viene divisa secondo due criteri:

1. Tensione diretta- questo è quando il diodo si apre e la corrente continua inizia a attraversarlo, mentre la resistenza del dispositivo è estremamente bassa.
2. Tensione inversa- questo è quello che ha polarità inversa e garantisce che il diodo si chiuda quando la corrente inversa lo attraversa. Allo stesso tempo, gli indicatori di resistenza del dispositivo iniziano ad aumentare in modo significativo e significativo.

La resistenza di una giunzione pn è un indicatore in costante cambiamento, influenzato principalmente dalla tensione diretta applicata direttamente al diodo. Se la tensione aumenta, la resistenza di giunzione diminuirà proporzionalmente.

Ciò porta ad un aumento dei parametri della corrente diretta che passa attraverso il diodo. Quando questo dispositivo è chiuso, ad esso viene applicata praticamente l'intera tensione, per questo motivo la corrente inversa che passa attraverso il diodo è insignificante e la resistenza di transizione raggiunge i parametri di picco.

Funzionamento del diodo e sue caratteristiche corrente-tensione

La caratteristica corrente-tensione di questi dispositivi è intesa come una linea curva che mostra la dipendenza della corrente elettrica che scorre attraverso la giunzione p-n dal volume e dalla polarità della tensione che agisce su di essa.

Un grafico di questo tipo può essere descritto come segue:

1. Asse verticale: La zona superiore corrisponde ai valori della corrente diretta, la zona inferiore ai parametri della corrente inversa.
2. Asse orizzontale: L'area a destra è riservata ai valori della tensione diretta; area a sinistra per i parametri di tensione inversa.
3. Ramo diretto della caratteristica corrente-tensione riflette il passaggio della corrente elettrica attraverso il diodo. È diretto verso l'alto e corre in prossimità dell'asse verticale, poiché rappresenta l'aumento della corrente elettrica diretta che si verifica quando aumenta la tensione corrispondente.
4. Secondo ramo (inverso). corrisponde e visualizza lo stato chiuso della corrente elettrica che attraversa anche il dispositivo. La sua posizione è tale che corre praticamente parallelo all'asse orizzontale. Quanto più ripido questo ramo si avvicina alla verticale, tanto maggiore è la capacità di rettifica di un particolare diodo.
5. Secondo il programma che puoi vedere che dopo un aumento della tensione diretta che scorre attraverso la giunzione p-n, si verifica un lento aumento della corrente elettrica. Tuttavia, gradualmente, la curva raggiunge un'area in cui si nota un salto, dopo di che si verifica un aumento accelerato dei suoi indicatori. Ciò è dovuto all'apertura del diodo e alla conduzione della corrente alla tensione diretta. Per i dispositivi in ​​germanio ciò avviene con una tensione compresa tra 0,1 V e 0,2 V (valore massimo 1 V), mentre per gli elementi in silicio è richiesto un valore più elevato da 0,5 V a 0,6 V (valore massimo 1,5 V).
6. Aumento attuale mostrato può portare al surriscaldamento delle molecole dei semiconduttori. Se la rimozione del calore dovuta ai processi naturali e al funzionamento dei radiatori è inferiore al livello del suo rilascio, la struttura delle molecole può essere distrutta e questo processo sarà irreversibile. Per questo motivo è necessario limitare i parametri della corrente diretta per evitare il surriscaldamento del materiale semiconduttore. Per fare ciò, al circuito vengono aggiunti resistori speciali, collegati in serie ai diodi.
7. Esplorando il ramo inverso puoi notare che se la tensione inversa applicata alla giunzione p-n inizia ad aumentare, l'aumento dei parametri attuali è praticamente impercettibile. Tuttavia, nei casi in cui la tensione raggiunge parametri superiori alle norme consentite, può verificarsi un improvviso salto nella corrente inversa, che surriscalderà il semiconduttore e contribuirà alla successiva rottura della giunzione p-n.

Guasti di base dei diodi

A volte i dispositivi di questo tipo si guastano, ciò può accadere a causa del naturale deprezzamento e invecchiamento di questi elementi o per altri motivi.

In totale, ci sono 3 tipi principali di guasti comuni:

1. Rottura della transizione porta al fatto che il diodo, invece di un dispositivo a semiconduttore, diventa essenzialmente il conduttore più comune. In questo stato, perde le sue proprietà di base e inizia a far passare la corrente elettrica in qualsiasi direzione. Tale guasto può essere facilmente rilevato utilizzando uno standard, che inizia a emettere un segnale acustico e mostra un basso livello di resistenza nel diodo.
2. Quando rotto si verifica il processo inverso: il dispositivo generalmente smette di far passare la corrente elettrica in qualsiasi direzione, cioè diventa essenzialmente un isolante. Per determinare con precisione un'interruzione, è necessario utilizzare tester con sonde di alta qualità e riparabili, altrimenti a volte possono diagnosticare erroneamente questo malfunzionamento. Nelle varietà di semiconduttori in lega, tale guasto è estremamente raro.
3. Una perdita, durante il quale la tenuta del corpo del dispositivo viene interrotta, per cui non può funzionare correttamente.

Rottura della giunzione pn

Tali guasti si verificano in situazioni in cui la corrente elettrica inversa inizia ad aumentare improvvisamente e bruscamente, ciò è dovuto al fatto che la tensione del tipo corrispondente raggiunge valori elevati inaccettabili.

Solitamente ne esistono di diversi tipi:

1. Guasti termici, che sono causati da un forte aumento della temperatura e dal successivo surriscaldamento.
2. Guasti elettrici, derivante sotto l'influenza della corrente sulla transizione.

Il grafico della caratteristica corrente-tensione consente di studiare visivamente questi processi e la differenza tra loro.

Guasto elettrico

Le conseguenze causate dai guasti elettrici non sono irreversibili, poiché non distruggono il cristallo stesso. Pertanto, con una graduale diminuzione della tensione, è possibile ripristinare tutte le proprietà e i parametri operativi del diodo.

Allo stesso tempo, i guasti di questo tipo sono divisi in due tipi:

1. Guasti al tunnel si verificano quando l'alta tensione passa attraverso giunzioni strette, che consentono ai singoli elettroni di scivolare attraverso di esse. Di solito si verificano se le molecole dei semiconduttori contengono un gran numero di impurità diverse. Durante tale guasto, la corrente inversa inizia ad aumentare bruscamente e rapidamente e la tensione corrispondente è a un livello basso.
2. Tipi di crolli delle valanghe sono possibili a causa dell'influenza di forti campi in grado di accelerare i portatori di carica al livello massimo, grazie ai quali eliminano un certo numero di elettroni di valenza dagli atomi, che poi volano nella regione conduttiva. Questo fenomeno è di natura simile a una valanga, motivo per cui questo tipo di guasto ha ricevuto il suo nome.

Rottura termica

Il verificarsi di un tale guasto può verificarsi per due ragioni principali: insufficiente rimozione del calore e surriscaldamento della giunzione p-n, che si verifica a causa del flusso di corrente elettrica che la attraversa a velocità troppo elevate.

Un aumento della temperatura nella zona di transizione e nelle zone limitrofe provoca le seguenti conseguenze:

1. Crescita delle vibrazioni atomiche, incluso nel cristallo.
2. Colpo elettroni nella banda di conduzione.
3. Un forte aumento della temperatura.
4. Distruzione e deformazione struttura di cristallo.
5. Fallimento completo e guasto dell'intera componente radio.

Per controllare la direzione della corrente elettrica, è necessario utilizzare diversi componenti radio ed elettrici. L'elettronica moderna utilizza a questo scopo soprattutto un diodo a semiconduttore, il cui utilizzo garantisce una corrente uniforme.

Dispositivo

Un diodo elettrico a semiconduttore o una valvola a diodi è un dispositivo costituito da materiali semiconduttori (solitamente silicio) e funziona solo con un flusso unidirezionale di particelle cariche. Il componente principale è una parte in cristallo, con una giunzione p-n, collegata a due contatti elettrici. I tubi a diodi a vuoto hanno due elettrodi: una piastra (anodo) e un catodo riscaldato.

Foto - diodo a semiconduttore

Il germanio e il selenio vengono utilizzati per creare diodi semiconduttori, proprio come avvenivano più di 100 anni fa. La loro struttura consente di utilizzare le parti per migliorare i circuiti elettronici, convertire la corrente alternata e continua in corrente pulsante unidirezionale e per migliorare vari dispositivi. Nel diagramma appare così:

Foto: designazione del diodo

Esistono diversi tipi di diodi semiconduttori, la loro classificazione dipende dal materiale, dal principio di funzionamento e dal campo di utilizzo: diodi zener, pulsati, in lega, puntiformi, varicap, laser e altri tipi. Molto spesso vengono utilizzati analoghi dei ponti: si tratta di raddrizzatori planari e policristallini. La loro comunicazione avviene anche utilizzando due contatti.

I principali vantaggi di un diodo a semiconduttore:

1. Intercambiabilità completa;
2. Eccellenti parametri di produttività;
3. Disponibilità. Puoi acquistarli in qualsiasi negozio di materiale elettrico oppure rimuoverli gratuitamente dai vecchi circuiti. Il prezzo parte da 50 rubli. I nostri negozi offrono sia marchi nazionali (KD102, KD103, ecc.) che esteri.

Marcatura

La marcatura di un diodo a semiconduttore è un'abbreviazione dei parametri principali del dispositivo. Ad esempio, KD196V è un diodo al silicio con una tensione di rottura fino a 0,3 V, una tensione di 9,6, un modello del terzo sviluppo.

Basato su questo:

1. La prima lettera determina il materiale con cui è realizzato il dispositivo;
2. Nome del dispositivo;
3. Un numero che definisce lo scopo;
4. Voltaggio del dispositivo;
5. Un numero che determina altri parametri (a seconda del tipo di parte).

Video: utilizzo dei diodi

Principio di funzionamento

I diodi semiconduttori o raddrizzatori hanno un principio di funzionamento abbastanza semplice. Come abbiamo già detto, un diodo è realizzato in silicio in modo tale che un'estremità sia di tipo p e l'altra estremità sia di tipo n. Ciò significa che entrambi i perni hanno caratteristiche diverse. Uno ha un eccesso di elettroni, mentre l'altro ha un eccesso di lacune. Naturalmente nel dispositivo esiste una regione in cui tutti gli elettroni riempiono determinate lacune. Ciò significa che non ci sono oneri esterni. A causa del fatto che questa regione è priva di portatori di carica ed è nota come regione di combinazione.

Foto: principio di funzionamento

Nonostante il fatto che l'area di collegamento sia molto piccola (spesso la sua dimensione è di diversi millesimi di millimetro), la corrente non può fluire al suo interno come al solito. Se viene applicata una tensione tale che l'area di tipo p diventa positiva e l'area di tipo n diventa negativa, le lacune si spostano verso il polo negativo e aiutano gli elettroni a passare attraverso l'area di combinazione. Allo stesso modo, gli elettroni si spostano verso il contatto positivo e, per così dire, aggirano quello unificante. Nonostante tutte le particelle si muovano con cariche diverse in direzioni diverse, alla fine formano una corrente unidirezionale, che aiuta a rettificare il segnale e prevenire picchi di tensione sui contatti del diodo.

Se la tensione viene applicata a un diodo a semiconduttore nella direzione opposta, nessuna corrente lo attraverserà. Il motivo è che i buchi sono attratti dal potenziale negativo, che si trova nella regione di tipo p. Allo stesso modo, gli elettroni sono attratti da un potenziale positivo applicato alla regione di tipo n. Ciò fa sì che la regione di combinazione aumenti di dimensioni, rendendo impossibile il verificarsi di un flusso diretto di particelle.

Foto - caratteristiche dei semiconduttori

Caratteristiche corrente-tensione

La caratteristica corrente-tensione di un diodo a semiconduttore dipende dal materiale con cui è realizzato e da alcuni parametri. Ad esempio, un raddrizzatore o un diodo a semiconduttore ideale ha i seguenti parametri:

1. Resistenza per connessione diretta – 0 Ohm;
2. Potenziale termico – VG = +-0,1 V;
3. Nella sezione diretta RD > rD, cioè la resistenza diretta è maggiore della resistenza differenziale.

Se tutti i parametri corrispondono, si ottiene il seguente grafico:

Foto - CVC di un diodo ideale

Questo diodo viene utilizzato nell'ingegneria elettrica digitale, nell'industria dei laser e viene utilizzato anche nello sviluppo di apparecchiature mediche. È necessario per esigenze elevate di funzioni logiche. Esempi: diodo laser, fotodiodo.

In pratica questi parametri sono molto diversi da quelli reali. Molti dispositivi semplicemente non sono in grado di funzionare con una precisione così elevata oppure tali requisiti non sono necessari. Una caratterizzazione circuitale equivalente di un semiconduttore reale dimostra che presenta seri svantaggi:

Foto: caratteristica corrente-tensione in un vero diodo a semiconduttore

Questa caratteristica corrente-tensione di un diodo a semiconduttore indica che durante la connessione diretta i contatti devono raggiungere la tensione massima. Quindi il semiconduttore si aprirà per consentire il passaggio di particelle cariche di elettroni. Queste proprietà dimostrano anche che la corrente scorrerà normalmente e senza interruzioni. Ma finché tutti i parametri non corrispondono, il diodo non conduce corrente. Allo stesso tempo, la tensione per un raddrizzatore al silicio varia entro 0,7 e per un raddrizzatore al germanio varia entro 0,3 Volt.

Il funzionamento del dispositivo dipende molto dal livello della corrente diretta massima che può passare attraverso il diodo. Nel diagramma è definito da ID_MAX. L'apparecchio è progettato in modo tale che, se acceso direttamente, può sopportare solo una corrente elettrica di intensità limitata. Altrimenti, il raddrizzatore si surriscalderà e brucerà, come un normale LED. Per controllare la temperatura vengono utilizzati diversi tipi di dispositivi. Naturalmente alcuni di essi influiscono sulla conduttività, ma prolungano le prestazioni del diodo.

Un altro svantaggio è che quando si fa passare corrente alternata, il diodo non è un dispositivo di isolamento ideale. Funziona solo in una direzione, ma è necessario tenere sempre conto della corrente di dispersione. La sua formula dipende dagli altri parametri del diodo utilizzato. Molto spesso, i circuiti lo designano come IOP. Uno studio condotto da esperti indipendenti ha rilevato che il germanio trasmette fino a 200 µA e il silicio fino a 30 µA. Allo stesso tempo, molti modelli importati sono limitati a una dispersione di 0,5 µA.

Foto – diodi domestici

Tutti i tipi di diodi sono suscettibili alla rottura di tensione. Questa è una proprietà di una rete caratterizzata da una tensione limitata. Qualsiasi dispositivo stabilizzatore deve resistere (diodo zener, transistor, tiristore, ponte a diodi e condensatore). Quando la differenza di potenziale esterno tra i contatti di un diodo raddrizzatore a semiconduttore è significativamente superiore alla tensione limitata, il diodo diventa un conduttore, riducendo la resistenza al minimo in un secondo. Lo scopo del dispositivo non gli consente di fare salti così bruschi, altrimenti distorcerà la caratteristica corrente-tensione.

Questo è un diodo- un dispositivo a semiconduttore che consente alla corrente elettrica di fluire in una sola direzione.Questa è una descrizione molto breve delle proprietà del diodo e del suo funzionamento e la più accurata. Ora diamo uno sguardo più da vicino, soprattutto perché inizi a conoscere l'enorme famiglia dei semiconduttori con il diodo.Cos'è un semiconduttore?Dal nome stesso, un semiconduttore, è chiaro, è per metà conduttivo. In un caso specifico, un diodo lascia passare la corrente elettrica in una sola direzione e non la lascia passare nella direzione opposta. Funziona come un sistema di nipplo o bobina nella camera di un'auto o di una bicicletta. L'aria forzata dalla pompa attraverso la bobina o il nipplo entra nella camera dell'auto e non esce perché bloccata dalla bobina. La figura mostra un diodo così come è indicato negli schemi elettrici.

Secondo la figura, il triangolo (anodo) mostra in quale direzione scorre la corrente elettrica da più a meno, il diodo sarà “aperto” rispettivamente dalla parte della striscia verticale (catodo) il diodo risulterà “bloccato”.

Questa proprietà del diodo viene utilizzata per convertire la corrente alternata in corrente continua, per questo vengono assemblati i diodi ponte a diodi.

Ponte a diodi

Come funziona un ponte a diodi? La figura seguente mostra un diagramma schematico di un ponte a diodi. Si prega di notare che viene fornito l'ingresso del ponte a diodi corrente alternata, in uscita abbiamo già ottenuto DC Ora scopriamo come la CA viene convertita in CC.

Se leggi il mio articolo “Cos’è la corrente alternata” devi ricordare che la corrente alternata cambia direzione con una certa frequenza. In poche parole, ai terminali di ingresso del ponte a diodi, più e meno cambieranno posto con la frequenza della rete (in Russia questa frequenza è 50 Hertz), il che significa che (+) e (-) cambiano posto 50 volte al secondo. Diciamo che nel primo ciclo ci sarà un potenziale positivo (+) al terminale “A” e un potenziale negativo (-) al terminale “B”. Il positivo dal terminale “A” può passare solo in una direzione lungo la freccia rossa, attraverso il diodo “D1” al terminale di uscita con il segno (+) e poi attraverso resistore (R1) attraverso il diodo “D3” al terminale negativo “B”. Nel ciclo successivo, quando il più e il meno si scambiano di posto, tutto accadrà esattamente al contrario. Il positivo dal terminale “B” passerà attraverso il diodo “D2” al terminale di uscita con il segno (+) e poi attraverso resistore (R1) attraverso il diodo “D4” al terminale negativo “A”. Pertanto, all'ingresso del raddrizzatore otteniamo una corrente elettrica costante che si muove solo in una direzione dal più al meno (come in una normale batteria). Questo metodo di conversione della corrente alternata in corrente continua viene utilizzato in tutti i dispositivi elettronici alimentati da una rete elettrica a 220 volt. Oltre ai ponti di diodi assemblati da singoli diodi, vengono utilizzati componenti elettronici in cui, per facilità di installazione, i diodi raddrizzatori sono racchiusi in un unico alloggiamento compatto. Un tale dispositivo si chiama “assemblaggio diodi”.

Non esistono solo diodi raddrizzatori. Esistono diodi la cui conduttività dipende dall'illuminazione, come vengono chiamati “fotodiodi” sono designati come segue:

Potrebbero assomigliare a questo:

I LED vi sono ben noti: si trovano nelle ghirlande degli alberi di Natale, nei potenti faretti e nei fari delle automobili. Nel diagramma sono designati come segue:

I LED si presentano così:

Come testare un diodo

Controllo diodo Puoi usare un normale multimetro - come usare un multimetro In questo articolo, per verificare, passare il tester alla modalità di composizione. Colleghiamo le sonde del dispositivo agli elettrodi del diodo, la sonda nera al catodo

(sui moderni contenitori di diodi il catodo è contrassegnato da un segno ad anello),collega la sonda rossa all'anodo (come già sai, i diodi passano la tensione solo in una direzione)La resistenza del diodo sarà piccola, ad es. I numeri sul contatore faranno una grande differenza.

Invertiamo le sonde del dispositivo al contrario:

La resistenza sarà molto grande, quasi infinita. Se tutto funziona come ho scritto, il diodo funziona, se in entrambi i casi la resistenza è molto alta, allora il "diodo aperto" è difettoso e non passa affatto tensione, se la resistenza è molto piccola, allora il diodo è rotto e fa passare la tensione in entrambe le direzioni.

Come controllare un ponte a diodi

Se il ponte a diodi è assemblato da singoli diodi, ciascun diodo viene controllato separatamente, come descritto sopra. Non è necessario dissaldare ciascun diodo dal circuito, ma è meglio scollegare il terminale positivo o negativo del raddrizzatore dal circuito.

Se è necessario controllare un gruppo di diodi, dove i diodi si trovano in un unico alloggiamento ed è impossibile raggiungerli, procedere come segue:

Colleghiamo una sonda multimerta al plus del gruppo diodi, e con il secondo tocchiamo a turno i terminali del gruppo dove viene fornita corrente alternata. In una direzione, il dispositivo dovrebbe mostrare una bassa resistenza quando si cambiano le sonde nella direzione opposta, una resistenza molto elevata. Quindi controlliamo anche il raddrizzatore rispetto all'uscita negativa. Se durante la misurazione le letture in entrambe le direzioni sono piccole o grandi, il gruppo diodo è difettoso. Questo metodo di test viene utilizzato quando si riparano i componenti elettronici.

Diodi ad alta frequenza, diodi a impulsi, diodi tunnel, varicap: tutti questi diodi sono ampiamente utilizzati nelle apparecchiature domestiche e speciali. Per capire e capire come utilizzare correttamente e dove utilizzare quali diodi, è necessario migliorare le proprie conoscenze, studiare letteratura specializzata e, ovviamente, non esitare a porre domande.

Il nome diodo si traduce come "due elettrodi". Storicamente, l'elettronica ha origine dai dispositivi elettrici a vuoto. Il fatto è che le lampade, che molti ricordano dai vecchi televisori e ricevitori, portavano nomi come diodo, triodo, pentodo, ecc.

Il nome includeva il numero di elettrodi o piedini del dispositivo. I diodi a semiconduttore furono inventati all'inizio del secolo scorso. Erano usati per rilevare i segnali radio.

La proprietà principale di un diodo sono le sue caratteristiche di conduttività, che dipendono dalla polarità della tensione applicata ai terminali. La designazione del diodo ci dice la direzione di conduzione. Il movimento della corrente coincide con la freccia sul diodo UGO.

UGO – designazione grafica convenzionale. In altre parole, questa è un'icona che denota un elemento sul diagramma. Diamo un'occhiata a come distinguere la designazione LED sul diagramma da altri elementi simili.

Diodi, cosa sono?

Oltre ai singoli diodi raddrizzatori, questi sono raggruppati in un unico alloggiamento a seconda dell'applicazione.

Designazione del ponte a diodi

Ad esempio, ecco come viene rappresentato ponte a diodi per il raddrizzamento della tensione alternata monofase. E sotto c'è l'aspetto dei ponti e dei gruppi di diodi.

Un altro tipo di raddrizzatore è Diodo Schottky– progettato per il funzionamento in circuiti ad alta frequenza. Disponibili sia in forma discreta che in assemblaggi. Si trovano spesso negli alimentatori a commutazione, ad esempio negli alimentatori per personal computer AT o ATX.

In genere, sui gruppi Schottky, la piedinatura e il circuito di connessione interno sono indicati sulla custodia.

Diodi specifici

Abbiamo già esaminato il diodo raddrizzatore, diamo un'occhiata a Diodo Zener, che nella letteratura russa si chiama - diodo zener.

Designazione del diodo Zener (diodo Zener)

Esternamente, sembra un diodo normale: un cilindro nero con un segno su un lato. Spesso si trova in una versione a bassa potenza: un piccolo cilindro di vetro rosso con un segno nero sul catodo.

Ha una proprietà importante: la stabilizzazione della tensione, quindi viene acceso parallelamente al carico nella direzione opposta, ad es. Il positivo dell'alimentatore è collegato al catodo e l'anodo al meno.

Il prossimo dispositivo è varicap, il principio del suo funzionamento si basa sulla modifica del valore della capacità della barriera, a seconda dell'entità della tensione applicata. Utilizzato nei ricevitori e nei circuiti dove è necessario effettuare operazioni sulla frequenza del segnale. Designato come un diodo combinato con un condensatore.

Varicap: designazione sul diagramma e aspetto

– la cui designazione assomiglia ad un diodo incrociato. In effetti, è quello che è: è un dispositivo semiconduttore a 3 giunzioni e 4 strati. A causa della sua struttura, ha la proprietà di far passare la corrente quando supera una determinata barriera di tensione.

Ad esempio, dinistori da 30 V circa vengono spesso utilizzati nelle lampade a “risparmio energetico”, per avviare un autogeneratore e altri alimentatori costruiti secondo tale circuito.

Designazione Dinistor

LED e optoelettronica

Poiché il diodo emette luce, la designazione significa GUIDATO dovrebbe esserci un'indicazione di questa caratteristica, quindi al solito diodo sono state aggiunte due frecce in uscita.

In realtà ci sono molti modi diversi per determinare la polarità; di seguito c'è un'intera sezione su questo, ad esempio la piedinatura di un LED verde.

In genere, i pin di un LED sono contrassegnati con un segno o con gambe di diversa lunghezza. La gamba corta è un aspetto negativo.

Fotodiodo, il dispositivo ha un funzionamento opposto al LED. Cambia il suo stato di conduttività a seconda della quantità di luce che cade sulla sua superficie. La sua designazione:

Tali dispositivi vengono utilizzati in televisori, registratori e altre apparecchiature controllate da un telecomando nello spettro degli infrarossi. Un tale dispositivo può essere realizzato tagliando il corpo di un normale transistor.

Spesso utilizzato nei sensori di luce, sui dispositivi per l'accensione e lo spegnimento automatico dei circuiti di illuminazione, ad esempio i seguenti:

L'optoelettronica è un campo che si è diffuso ampiamente nella trasmissione dei dati e nei dispositivi di comunicazione e controllo. Grazie alla risposta rapida e alla capacità di isolamento galvanico, garantisce la sicurezza dei dispositivi alimentati in caso di sovratensione ad alta tensione sul lato primario. Tuttavia non nella forma indicata, ma sotto forma di accoppiatore ottico.

Nella parte inferiore del diagramma si vede un fotoaccoppiatore. Il LED viene acceso qui chiudendo il circuito di alimentazione utilizzando un optotransistor nel circuito LED. Quando chiudi l'interruttore, la corrente scorre attraverso il LED nel fotoaccoppiatore, nel quadrato in basso a sinistra. Si accende e il transistor, sotto l'influenza del flusso luminoso, inizia a far passare corrente attraverso il LED1, contrassegnato in verde.

La stessa applicazione viene utilizzata nei circuiti di feedback di corrente o tensione (per stabilizzarli) di molti alimentatori. Il campo di applicazione parte dai caricabatterie per cellulari e dagli alimentatori per strisce LED, fino ai potenti sistemi di alimentazione.

Esistono una grande varietà di diodi, alcuni sono simili nelle loro caratteristiche, altri hanno proprietà e applicazioni del tutto insolite, sono accomunati dalla presenza di soli due terminali funzionali.

Questi elementi sono presenti in qualsiasi circuito elettrico; la loro importanza e le loro caratteristiche non possono essere sottovalutate. La corretta selezione di un diodo nel circuito smorzatore, ad esempio, può influenzare in modo significativo l'efficienza e la dissipazione del calore degli interruttori di potenza e, di conseguenza, la durata dell'alimentatore.

Se c'è qualcosa che non ti è chiaro, lascia commenti e fai domande; nei seguenti articoli sveleremo sicuramente tutte le domande poco chiare e i punti interessanti!