Kad be jų neįsivaizduojame savo gyvenimo. Šios sūkurinės dėžės ant mūsų stalų yra surinktos iš daugybės skirtingų techninės įrangos dalių. Įdomu pastebėti, kad nė vienas iš šių elementų neturi tokių pačių savybių kaip kompiuteris.

Ir kartu jie yra kažkas visiškai unikalaus!

Kad ir kokią plytą imtum, tai tik iškepto molio gabalėlis; Iš karto neaišku, kokiam tikslui ji – savaime – gali būti pritaikyta.

Tai tarsi namas, pastatytas iš plytų.

Tačiau keli tūkstančiai šių tam tikru būdu surinktų molio gabalėlių yra būstas, saugantis nuo blogo oro ir suteikiantis stogą virš galvos.

Žinoma, galite naudotis kompiuteriu (ir gyventi name) ir net neįsivaizduoti, kaip šie dalykai veikia.

Bet jei norite išmokti „išgydyti“ savo kompiuterius, turėsite suprasti, kaip veikia jų komponentai.

Todėl šiandien mes kalbėsime apie vieną iš kompiuterio „statybinių blokų“ šiek tiek išsamiau. Pabandysime trumpai susipažinti su kuo tai yra puslaidininkiniai diodai ir kam jie reikalingi.

Kas yra diodas?

Diodai naudojami kompiuteriuose kintamajai srovei ištaisyti.

Lygintuvo diodas yra dalis, kurioje yra dviejų tipų puslaidininkiai, sujungti kartu - p tipo (teigiamas) ir n tipo (neigiamas).

Jas sujungus (susiliejus) susidaro vadinamoji p-n sandūra. Ši jungtis turi skirtingą atsparumą skirtingam naudojamos įtampos poliškumui.

Jei įtampa yra nukreipta į priekį (teigiamas įtampos šaltinio gnybtas yra prijungtas prie p-puslaidininkio - anodo, o neigiamas - su n-puslaidininkiu - katodu), tada diodo varža. yra mažas.

Šiuo atveju sakoma, kad diodas yra atidarytas. Jei jungties poliškumas yra atvirkštinis, diodo varža bus labai didelė. Šiuo atveju sakoma, kad diodas yra uždarytas (užrakintas).

Kai diodas atidarytas, jame nukrenta tam tikra įtampa.

Šis įtampos kritimas susidaro dėl vadinamosios tiesioginės srovės, tekančios per diodą, ir priklauso nuo šios srovės dydžio.

Be to, ši priklausomybė netiesinis.

Konkrečią įtampos kritimo vertę, priklausančią nuo tekančios srovės, galima nustatyti iš srovės-įtampos charakteristikos.

Ši charakteristika turi būti pateikta visame techniniame aprašyme (duomenų lapuose, informaciniuose lapuose).

Pavyzdžiui, ant įprasto 1N5408 diodo, naudojamo kompiuterio maitinimo šaltinyje, kai srovė pakinta nuo 0,2 iki 3 A, įtampos kritimas keičiasi nuo 0,6 iki 0,9 V. Kuo didesnė srovė teka per diodą, tuo didesnis įtampos kritimas jis ir atitinkamai ant jo išsisklaidė galia (P = U * I). Kuo daugiau galios išsklaido diodas, tuo jis įkaista.

Kompiuterinėse sistemose, ištaisant tinklo įtampą, dažniausiai naudojama tilto ištaisymo grandinė - 4 tam tikru būdu sujungti diodai.

Jei 1 gnybtas turi teigiamą potencialą, palyginti su 2 gnybtu, tada srovė tekės per diodą VD1, apkrovą ir diodą VD3.

Jei 1 gnybtas turi neigiamą potencialą iš 2 gnybto, srovė tekės per diodą VD2, apkrovą ir diodą VD4. Taigi, nors srovė per apkrovą skiriasi savo dydžiu (esant kintamajai įtampai), ji visada teka viena kryptimi - nuo 3 gnybto iki 4 gnybto.

Tai yra tiesinimo efektas. Jei diodinio tiltelio nebūtų, apkrovos srovė tekėtų skirtingomis kryptimis. Jis teka ta pačia kryptimi kaip ir tiltas. Ši srovė vadinama pulsuojančia.

Aukštosios matematikos kurse įrodyta, kad pulsuojanti įtampa turi pastovų komponentą ir harmonikų sumą (dažnius, kurie yra 50 Hz kintamosios įtampos pagrindinio dažnio kartotiniai). Nuolatinės srovės komponentas yra izoliuotas filtru (didelės talpos kondensatoriumi), kuris nepraleidžia harmonikų.

Lygintuvų diodai taip pat yra maitinimo šaltinio žemos įtampos dalyje. Tik perjungimo grandinė susideda ne iš 4, o iš dviejų diodų.

Dėmesingas skaitytojas gali paklausti: „Kodėl naudojamos skirtingos perjungimo grandinės? Ar galima žemos įtampos dalyje naudoti diodinį tiltelį?

Tai įmanoma, bet tai nebus geriausias sprendimas. Diodinio tiltelio atveju srovė praeina per apkrovą ir du nuosekliai sujungtus diodus.

Jei naudojami 1N5408 diodai, bendras įtampos kritimas juose gali būti 1,8 V. Tai labai mažai, palyginti su 220 V tinklo įtampa.

Bet jei tokia grandinė naudojama žemos įtampos dalyje, tada šis kritimas bus labai pastebimas, palyginti su +3,3, +5 ir +12 V įtampa. Naudojant dviejų diodų grandinę, nuostoliai sumažėja perpus, nes vienas diodas jungiamas nuosekliai su apkrova, o ne dviem.

Be to, antrinėse maitinimo šaltinio grandinėse srovė yra daug didesnė (kelis kartus) nei pirminėje grandinėje.

Reikėtų pažymėti, kad šiai grandinei transformatorius turi turėti dvi identiškas apvijas, o ne vieną. Dviejų diodų ištaisymo grandinėje, kaip ir tilto grandinėje, naudojami abu kintamosios srovės įtampos pusės ciklai.

Jei transformatoriaus antrinės apvijos viršutinio galo potencialas (žr. diagramą) yra teigiamas apatinės atžvilgiu, tada srovė teka per gnybtą 1, diodą VD1, gnybtą 3, apkrovą, 4 gnybtą ir apvijos vidurio tašką. Diodas VD2 šiuo metu yra užrakintas.

Jei antrinės apvijos apatinio galo potencialas yra teigiamas viršutinio galo atžvilgiu, srovė teka per 2 gnybtą, diodą VD2, 3 gnybtą, apkrovą, 4 gnybtą ir apvijos vidurio tašką. Šiuo metu diodas VD1 yra užrakintas. Rezultatas yra ta pati pulsuojanti srovė, kaip ir tilto grandinėje.

Dabar baigkime nuobodžią teoriją ir pereikime prie įdomiausio dalyko – praktikos.

Pirmiausia, tarkime, kad prieš pradedant tikrinti diodus, būtų gerai susipažinti, kaip dirbti su skaitmeniniu testeriu.

Tai aptariama atitinkamuose straipsniuose ir.

Diodas ant elektros grandinių simboliškai pavaizduotas trikampio (rodyklės) ir lazdos pavidalu.

Lazda yra katodas, rodyklė (ji rodo srovės kryptį, t.y. teigiamų krūvių judėjimą) yra anodas.

Galite patikrinti diodo tiltelį skaitmeniniu testeriu, nustatydami veikimo jungiklį į diodo bandymo padėtį (testerio diapazono jungiklio rodyklė turi būti priešais simbolinį diodo vaizdą).

Jei raudoną testerio zondą prijungiate prie anodo, o juodą - prie atskiro diodo katodo, diodas bus atidarytas testerio įtampa.

Ekrane bus rodoma 0,5–0,6 V vertė.

Jei pakeisite zondų poliškumą, diodas bus užblokuotas.

Ekrane bus rodomas vienas kairiajame kairiajame skaitmenyje.

Diodinis tiltelis dažnai turi simbolinį kūno įtampos tipo žymėjimą (~ kintamoji įtampa, +, - nuolatinė įtampa).

Diodų tiltelį galima patikrinti įrengus vieną zondą viename iš „~“ gnybtų, o antrąjį - pakaitomis ant „+“ ir „-“ gnybtų.

Tokiu atveju vienas diodas bus atidarytas, o kitas - uždarytas.

Jei pakeisite zondų poliškumą, tada atsidarys uždarytas diodas, o kitas - užsidarys.

Reikėtų pažymėti, kad katodas yra teigiamas tilto gnybtas.

Jei kuris nors iš diodų yra sutrumpintas, testeris parodys nulinę (arba labai mažą) įtampą.

Toks tiltas natūraliai netinkamas darbui.

Galite patikrinti, ar diodas yra trumpasis, jei išbandysite diodus varžos matavimo režimu.

Su trumpuoju diodu testeris parodys nedidelį pasipriešinimą abiem kryptimis.

Kaip jau minėta, antrinėse grandinėse naudojama dviejų diodų ištaisymo grandinė.

Bet net ir ant vieno diodo įtampa nukrenta gana daug, palyginti su išėjimo įtampomis +12 V, +5 V, +3,3 V.

Vartojimo srovės gali siekti 20 A ar daugiau, o ant diodų bus išsklaidyta daug galios.

Dėl to jie taps labai karšti.

Galios išsklaidymas sumažės, jei tiesioginė įtampa per diodą bus mažesnė.

Todėl tokiais atvejais naudojami vadinamieji Šotkio diodai, kurie turi mažesnį tiesioginės įtampos kritimą.

Schottky diodai

Schottky diodas susideda ne iš dviejų skirtingų puslaidininkių, o iš metalo ir puslaidininkio.

Gautas vadinamasis potencialus barjeras bus mažesnis.

Kompiuterių maitinimo šaltiniuose naudojami du Schottky diodai trijų gnybtų pakete.

Tipiškas tokio mazgo atstovas yra SBL2040. Įtampos kritimas kiekviename iš jo diodų esant maksimaliai srovei neviršys (pagal duomenų lapą) 0,55 V. Jei patikrinsite testeriu (diodų testavimo režimu), jis parodys apie 0,17 V reikšmę.

Mažesnė įtampa yra dėl to, kad per diodą teka labai maža srovė, toli nuo didžiausios.

Apibendrinant, tarkime, kad diodas turi tokį parametrą kaip didžiausia leistina atvirkštinė įtampa. Jei diodas yra užrakintas, jam taikoma atvirkštinė įtampa. Keičiant diodus, reikia atsižvelgti į šią vertę.

Jei tikroje grandinėje atvirkštinė įtampa viršija maksimalią leistiną, diodas suges!

Diodas yra svarbi elektronikos įranga. Kaip kitaip galėtume numalšinti įtampą?

Eksperimentams galite nusipirkti diodų

Iki pasimatymo tinklaraštyje!

Diodas yra vienas iš puslaidininkių įrenginių tipų. Jame yra viena p-n jungtis, taip pat anodo ir katodo gnybtai. Daugeliu atvejų jis skirtas moduliavimui, ištaisymui, konvertavimui ir kitiems veiksmams su gaunamais elektros signalais.

Veikimo principas:

1. Elektra veikia katodą, šildytuvas pradeda švytėti, o elektrodas pradeda skleisti elektronus.
2. Tarp dviejų elektrodų susidaro elektrinis laukas.
3. Jei anodas turi teigiamą potencialą, tada jis pradeda traukti elektronus į save, o susidaręs laukas yra šio proceso katalizatorius. Tokiu atveju sukuriama emisijos srovė.
4. Tarp elektrodų susidaro neigiamas erdvinis krūvis, galintis trukdyti elektronų judėjimui. Taip atsitinka, jei anodo potencialas yra per silpnas. Tokiu atveju dalis elektronų nepajėgia įveikti neigiamo krūvio įtakos, ir jie pradeda judėti priešinga kryptimi, vėl grįždami į katodą.
5. Visi elektronai, kuris pasiekė anodą ir negrįžo prie katodo, nustato katodo srovės parametrus. Todėl šis indikatorius tiesiogiai priklauso nuo teigiamo anodo potencialo.
6. Visų elektronų srautas, kurie galėjo patekti į anodą, vadinami anodo srove, kurios indikatoriai diode visada atitinka katodo srovės parametrus. Kartais abu indikatoriai gali būti lygūs nuliui, tai atsitinka situacijose, kai anodas turi neigiamą krūvį. Tokiu atveju laukas, atsirandantis tarp elektrodų, nepagreitina dalelių, o, priešingai, jas sulėtina ir grąžina į katodą. Diodas šiuo atveju lieka užrakintas, o tai veda į atvirą grandinę.

Įrenginys

Žemiau pateikiamas išsamus diodo struktūros aprašymas, būtinas norint geriau suprasti šių elementų veikimo principus:

1. Rėmas yra vakuuminis cilindras, kuris gali būti pagamintas iš stiklo, metalo ar patvarios keramikos medžiagų.
2. Cilindro viduje yra 2 elektrodai. Pirmasis yra šildomas katodas, skirtas elektronų emisijos procesui užtikrinti. Paprasčiausias katodas yra mažo skersmens siūlelis, kuris eksploatacijos metu įkaista, tačiau šiandien netiesiogiai šildomi elektrodai yra labiau paplitę. Jie yra metaliniai cilindrai ir turi specialų aktyvų sluoksnį, galintį skleisti elektronus.
3. Katodo viduje netiesioginė šiluma Yra specifinis elementas – laidas, kuris šviečia veikiant elektros srovei, jis vadinamas šildytuvu.
4. Antrasis elektrodas yra anodas, būtina priimti elektronus, kuriuos išleido katodas. Norėdami tai padaryti, jis turi turėti teigiamą potencialą antrojo elektrodo atžvilgiu. Daugeliu atvejų anodas taip pat yra cilindrinis.
5. Abu elektrodai vakuuminiai įtaisai yra visiškai identiški puslaidininkinių elementų emiteriui ir pagrindui.
6. Diodo kristalo gamybai Dažniausiai naudojamas silicis arba germanis. Viena jo dalių yra p tipo elektrai laidus ir turi elektronų trūkumą, kuris susidaro dirbtiniu būdu. Priešinga kristalo pusė taip pat turi laidumą, tačiau ji yra n tipo ir turi elektronų perteklių. Tarp dviejų regionų yra riba, kuri vadinama p-n sandūra.

Tokios vidinės struktūros ypatybės suteikia diodams pagrindinę savybę – gebėjimą pravesti elektros srovę tik viena kryptimi.

Tikslas

Žemiau pateikiamos pagrindinės diodų taikymo sritys, iš kurių aiškėja jų pagrindinė paskirtis:

1. Diodiniai tilteliai yra 4, 6 arba 12 diodų, sujungtų vienas su kitu, jų skaičius priklauso nuo grandinės tipo, kuris gali būti vienfazis, trifazis pustiltinis arba trifazis pilno tilto. Jie atlieka lygintuvų funkcijas, ši parinktis dažniausiai naudojama automobilių generatoriuose, nes tokių tiltų įdiegimas, taip pat šepečių kolektoriaus blokų naudojimas leido žymiai sumažinti šio įrenginio dydį ir padidinti jo patikimumą. Jei prijungimas atliekamas nuosekliai ir viena kryptimi, tai padidina minimalią įtampą, reikalingą visam diodo tilteliui atrakinti.
2. Diodų detektoriai gaunami derinant šiuos įrenginius su kondensatoriais. Tai būtina, kad būtų galima atskirti žemo dažnio moduliaciją nuo įvairių moduliuojamų signalų, įskaitant amplitudės moduliuojamą radijo signalo įvairovę. Tokie detektoriai yra daugelio buitinių prietaisų, tokių kaip televizoriai ar radijo imtuvai, dizaino dalis.
3. Užtikrinti vartotojų apsaugą nuo neteisingo poliškumo įjungiant grandinės įėjimus nuo įvykstančių perkrovų arba perjungimus nuo gedimo nuo elektrovaros jėgos, atsirandančios savaiminės indukcijos metu, kuri atsiranda išjungus indukcinę apkrovą. Siekiant užtikrinti grandinių saugumą nuo perkrovų, naudojama grandinė, susidedanti iš kelių diodų, prijungtų prie maitinimo magistralių atvirkštine kryptimi. Tokiu atveju įvestis, kuriai teikiama apsauga, turi būti prijungta prie šios grandinės vidurio. Įprastai veikiant grandinei, visi diodai yra uždaroje būsenoje, tačiau nustačius, kad įėjimo potencialas peržengė leistinas įtampos ribas, įsijungia vienas iš apsauginių elementų. Dėl šios priežasties šis leistinas potencialas yra ribojamas leistinoje maitinimo įtampoje kartu su tiesioginiu apsauginio įtaiso įtampos kritimu.
4. Jungikliai, sukurti diodų pagrindu, naudojami aukšto dažnio signalams perjungti. Tokia sistema valdoma naudojant nuolatinę elektros srovę, aukšto dažnio atskyrimą ir valdymo signalo padavimą, kuris atsiranda dėl induktyvumo ir kondensatorių.
5. Diodinės apsaugos nuo kibirkščių sukūrimas. Naudojamos šunto-diodinės užtvaros, kurios užtikrina saugumą, ribodamos įtampą atitinkamoje elektros grandinėje. Kartu su jais naudojami srovės ribojimo rezistoriai, kurie yra būtini norint apriboti elektros srovę, tekančią per tinklą, ir padidinti apsaugos laipsnį.

Diodų naudojimas elektronikoje šiandien yra labai paplitęs, nes praktiškai jokia šiuolaikinė elektroninė įranga negali išsiversti be šių elementų.

Tiesioginis diodų prijungimas

Diodo p-n sandūrą gali paveikti iš išorinių šaltinių tiekiama įtampa. Rodikliai, tokie kaip dydis ir poliškumas, turės įtakos jo elgesiui ir per jį praleidžiamai elektros srovei.

Žemiau mes išsamiai aptariame variantą, kai teigiamas polius yra prijungtas prie p tipo srities, o neigiamas polius - su n tipo sritimi. Tokiu atveju įvyks tiesioginis perjungimas:

1. Esant įtampai iš išorinio šaltinio p-n sandūroje susidarys elektrinis laukas, kurio kryptis bus priešinga vidiniam difuziniam laukui.
2. Lauko įtampažymiai sumažės, o tai sukels staigų barjerinio sluoksnio susiaurėjimą.
3. Šių procesų įtakoje nemažas skaičius elektronų galės laisvai judėti iš p srities į n sritį, taip pat ir priešinga kryptimi.
4. Dreifo srovės indikatoriaišio proceso metu išlieka tie patys, nes jie tiesiogiai priklauso tik nuo mažumos įkrautų nešėjų, esančių pn sandūros srityje, skaičiaus.
5. Elektronai turi padidėjusį difuzijos lygį, dėl kurio suleidžiami mažumos nešiotojai. Kitaip tariant, n srityje padidės skylių skaičius, o p srityje bus fiksuojama padidėjusi elektronų koncentracija.
6. Pusiausvyros trūkumas ir padidėjęs mažumos vežėjų skaičius verčia juos giliai patekti į puslaidininkį ir susimaišyti su jo struktūra, o tai galiausiai sunaikina jo elektrinio neutralumo savybes.
7. Puslaidininkis tuo pačiu metu jis gali atkurti neutralią būseną, tai atsitinka dėl įkrovų gavimo iš prijungto išorinio šaltinio, o tai prisideda prie nuolatinės srovės atsiradimo išorinėje elektros grandinėje.

Diodų atvirkštinė jungtis

Dabar apsvarstysime kitą įjungimo būdą, kurio metu pasikeičia išorinio šaltinio, iš kurio perduodama įtampa, poliškumas:

1. Pagrindinis skirtumas nuo tiesioginio ryšio yra tas kad sukurtas elektrinis laukas turės kryptį, kuri visiškai sutampa su vidinio difuzinio lauko kryptimi. Atitinkamai, barjerinis sluoksnis nebesiaurės, o, priešingai, išsiplės.
2. Laukas, esantis p-n sandūroje, turės greitinantį poveikį daugeliui mažumos krūvininkų, dėl šios priežasties dreifo srovės rodikliai išliks nepakitę. Jis nustatys gaunamos srovės, kuri praeina per pn sandūrą, parametrus.
3. Kai augate atvirkštinė įtampa, elektros srovė, tekanti per sandūrą, bus linkusi pasiekti didžiausias vertes. Jis turi specialų pavadinimą - soties srovė.
4. Pagal eksponentinį dėsnį, palaipsniui didėjant temperatūrai, soties srovės indikatoriai taip pat padidės.

Priekinė ir atbulinė įtampa

Įtampa, kuri veikia diodą, yra padalinta pagal du kriterijus:

1. Priekinė įtampa- štai tada atsidaro diodas ir juo pradeda tekėti nuolatinė srovė, o įrenginio varža itin maža.
2. Atvirkštinė įtampa- tai yra tas, kuris turi atvirkštinį poliškumą ir užtikrina, kad diodas užsidarytų, kai per jį praeina atvirkštinė srovė. Tuo pačiu metu prietaiso atsparumo rodikliai pradeda smarkiai ir žymiai didėti.

Pn sandūros varža yra nuolat kintantis indikatorius, kurį pirmiausia įtakoja tiesioginė įtampa, nukreipta tiesiai į diodą. Jei įtampa didėja, sankryžos varža proporcingai sumažės.

Tai padidina tiesioginės srovės, einančios per diodą, parametrus. Kai šis prietaisas uždarytas, jame patenka praktiškai visa įtampa, dėl šios priežasties per diodą einanti atvirkštinė srovė yra nereikšminga, o pereinamoji varža pasiekia didžiausius parametrus.

Diodo veikimas ir jo srovės-įtampos charakteristikos

Šių prietaisų srovės-įtampos charakteristika suprantama kaip lenkta linija, parodanti elektros srovės, tekančios per p-n sandūrą, priklausomybę nuo ją veikiančios įtampos tūrio ir poliškumo.

Tokį grafiką galima apibūdinti taip:

1. Vertikali ašis: viršutinė sritis atitinka tiesioginės srovės reikšmes, apatinė – atvirkštinės srovės parametrus.
2. Horizontali ašis: Dešinėje esanti sritis skirta tiesioginės įtampos vertėms; kairėje esanti sritis atvirkštinės įtampos parametrams.
3. Tiesioginė srovės įtampos charakteristikos šaka atspindi elektros srovės praėjimą per diodą. Jis nukreiptas į viršų ir eina arti vertikalios ašies, nes jis reiškia tiesioginės elektros srovės padidėjimą, kuris atsiranda, kai padidėja atitinkama įtampa.
4. Antroji (atvirkštinė) šaka atitinka ir rodo uždarą elektros srovės būseną, kuri taip pat praeina per įrenginį. Jo padėtis yra tokia, kad ji eina beveik lygiagrečiai horizontaliai ašiai. Kuo statesnė ši šaka artėja prie vertikalės, tuo didesnės konkretaus diodo ištaisymo galimybės.
5. Pagal tvarkaraštį galite pamatyti kad padidėjus priekinei įtampai, tekančiai per p-n sandūrą, lėtai didėja elektros srovė. Tačiau palaipsniui kreivė pasiekia sritį, kurioje pastebimas šuolis, po kurio pagreitėja jos rodiklių padidėjimas. Taip yra dėl diodo atidarymo ir srovės laidumo ties įtampa. Įrenginiams, pagamintiems iš germanio, tai vyksta esant nuo 0,1 V iki 0,2 V įtampai (didžiausia vertė 1 V), o silicio elementams reikalinga didesnė vertė nuo 0,5 V iki 0,6 V (maksimali vertė 1,5 V).
6. Rodomas dabartinis padidėjimas gali sukelti puslaidininkių molekulių perkaitimą. Jei šilumos pašalinimas, atsirandantis dėl natūralių procesų ir radiatorių veikimo, yra mažesnis nei jo išsiskyrimo lygis, tada molekulių struktūra gali būti sunaikinta ir šis procesas bus negrįžtamas. Dėl šios priežasties būtina apriboti tiesioginės srovės parametrus, kad būtų išvengta puslaidininkinės medžiagos perkaitimo. Norėdami tai padaryti, į grandinę pridedami specialūs rezistoriai, sujungti nuosekliai su diodais.
7. Atvirkštinės šakos tyrinėjimas galite pastebėti, kad jei atvirkštinė įtampa, taikoma p-n sandūrai, pradeda didėti, tada srovės parametrų padidėjimas yra beveik nepastebimas. Tačiau tais atvejais, kai įtampa pasiekia parametrus, viršijančius leistinas normas, gali įvykti staigus atvirkštinės srovės šuolis, kuris perkais puslaidininkį ir prisidės prie vėlesnio p-n sandūros gedimo.

Pagrindiniai diodų gedimai

Kartais tokio tipo įrenginiai sugenda, tai gali įvykti dėl natūralaus šių elementų nusidėvėjimo ir senėjimo arba dėl kitų priežasčių.

Iš viso yra 3 pagrindiniai bendrų gedimų tipai:

1. Pereinamasis suskirstymas veda prie to, kad diodas, o ne puslaidininkinis įtaisas, iš esmės tampa labiausiai paplitusiu laidininku. Šioje būsenoje jis praranda savo pagrindines savybes ir pradeda praleisti elektros srovę absoliučiai bet kuria kryptimi. Tokį gedimą nesunku aptikti naudojant standartinį, kuris pradeda pypsėti ir rodo žemą diodo pasipriešinimo lygį.
2. Kai sulaužytas vyksta atvirkštinis procesas - prietaisas paprastai nustoja praleisti elektros srovę bet kuria kryptimi, tai yra, jis iš esmės tampa izoliatoriumi. Norint tiksliai nustatyti pertrauką, būtina naudoti testerius su aukštos kokybės ir tinkamais zondais, kitaip jie kartais gali klaidingai diagnozuoti šį gedimą. Lydinių puslaidininkių veislėse toks gedimas yra labai retas.
3. Nutekėjimas, kurio metu pažeidžiamas įrenginio korpuso sandarumas, dėl ko jis negali tinkamai funkcionuoti.

p-n sandūros suskirstymas

Tokie gedimai įvyksta situacijose, kai atvirkštinė elektros srovė pradeda staiga ir smarkiai didėti, taip nutinka dėl to, kad atitinkamo tipo įtampa pasiekia nepriimtinas aukštas vertes.

Paprastai yra keletas tipų:

1. Šiluminiai gedimai, kuriuos sukelia staigus temperatūros padidėjimas ir vėlesnis perkaitimas.
2. Elektros gedimai, atsirandantis veikiant srovei perėjimui.

Srovės ir įtampos charakteristikos grafikas leidžia vizualiai ištirti šiuos procesus ir skirtumą tarp jų.

Elektros gedimas

Elektros gedimų sukeltos pasekmės nėra negrįžtamos, nes jos nesunaikina paties kristalo. Todėl palaipsniui mažėjant įtampai galima atkurti visas diodo savybes ir veikimo parametrus.

Tuo pačiu metu šio tipo gedimai skirstomi į du tipus:

1. Tunelio gedimai atsiranda, kai aukšta įtampa praeina per siauras sandūras, o tai leidžia pro ją praslysti atskiriems elektronams. Paprastai jie atsiranda, jei puslaidininkių molekulėse yra daug įvairių priemaišų. Tokio gedimo metu atvirkštinė srovė pradeda staigiai ir greitai didėti, o atitinkama įtampa yra žemo lygio.
2. Lavinos gedimų tipai yra įmanomi dėl stiprių laukų, galinčių pagreitinti krūvininkus iki maksimalaus lygio, įtakos, dėl ko jie iš atomų išmuša nemažai valentinių elektronų, kurie vėliau nuskrenda į laidžiąją sritį. Šis reiškinys yra panašus į laviną, todėl šio tipo gedimai gavo savo pavadinimą.

Terminis gedimas

Toks gedimas gali atsirasti dėl dviejų pagrindinių priežasčių: nepakankamo šilumos pašalinimo ir p-n sandūros perkaitimo, kuris atsiranda dėl elektros srovės tekėjimo per ją per dideliu greičiu.

Temperatūros padidėjimas pereinamuose ir gretimuose rajonuose sukelia šias pasekmes:

1. Atominių virpesių augimas, įtraukta į kristalą.
2. Pataikė elektronai patenka į laidumo juostą.
3. Staigus temperatūros padidėjimas.
4. Destrukcija ir deformacija kristalų struktūros.
5. Visiška nesėkmė ir viso radijo komponento gedimas.

Norint valdyti elektros srovės kryptį, būtina naudoti skirtingus radijo ir elektros komponentus. Visų pirma, šiuolaikinė elektronika tam naudoja puslaidininkinį diodą, kuris užtikrina tolygią srovę.

Įrenginys

Puslaidininkinis elektrinis diodas arba diodinis vožtuvas – tai įtaisas, pagamintas iš puslaidininkinių medžiagų (dažniausiai silicio) ir veikiantis tik su vienpusiu įkrautų dalelių srautu. Pagrindinis komponentas yra kristalinė dalis su p-n jungtimi, kuri yra sujungta su dviem elektros kontaktais. Vakuuminiai diodiniai vamzdžiai turi du elektrodus: plokštelę (anodą) ir šildomą katodą.

Nuotrauka – puslaidininkinis diodas

Germanis ir selenas naudojami puslaidininkiniams diodams kurti, kaip ir prieš daugiau nei 100 metų. Jų struktūra leidžia panaudoti detales elektroninėms grandinėms tobulinti, kintamąją ir nuolatinę srovę paversti vienkrypte pulsuojančia srove, tobulinti įvairius įrenginius. Diagramoje tai atrodo taip:

Nuotrauka - diodo žymėjimas

Puslaidininkiniai diodai yra įvairių tipų, jų klasifikacija priklauso nuo medžiagos, veikimo principo ir naudojimo srities: zenerio diodai, impulsiniai, lydiniai, taškiniai, varikapiniai, lazeriniai ir kiti tipai. Gana dažnai naudojami tiltų analogai - tai plokštieji ir polikristaliniai lygintuvai. Jų bendravimas taip pat vyksta naudojant du kontaktus.

Pagrindiniai puslaidininkinių diodų privalumai:

1. Visiškas pakeičiamumas;
2. Puikūs pralaidumo parametrai;
3. Prieinamumas. Jų galite nusipirkti bet kurioje elektros prekių parduotuvėje arba nemokamai išimti iš senų grandinių. Kaina prasideda nuo 50 rublių. Mūsų parduotuvės siūlo tiek vietinių prekių ženklų (KD102, KD103 ir kt.), tiek užsienio prekių ženklų.

Žymėjimas

Puslaidininkinio diodo žymėjimas yra pagrindinių įrenginio parametrų santrumpa. Pavyzdžiui, KD196V yra silicio diodas, kurio gedimo įtampa yra iki 0,3 V, įtampa 9,6, trečios plėtros modelis.

Remiantis tuo:

1. Pirmoji raidė nustato medžiagą, iš kurios pagamintas prietaisas;
2. Įrenginio pavadinimas;
3. Skaičius, apibrėžiantis tikslą;
4. Įrenginio įtampa;
5. Skaičius, nurodantis kitus parametrus (priklausomai nuo detalės tipo).

Vaizdo įrašas: diodų naudojimas

Veikimo principas

Puslaidininkiniai arba lygintuviniai diodai turi gana paprastą veikimo principą. Kaip jau minėjome, diodas pagamintas iš silicio taip, kad vienas galas būtų p tipo, o kitas – n tipo. Tai reiškia, kad abu kaiščiai turi skirtingas charakteristikas. Viename yra elektronų perteklius, o kitame - skylių perteklius. Natūralu, kad įrenginyje yra sritis, kurioje visi elektronai užpildo tam tikras spragas. Tai reiškia, kad nėra jokių išorinių mokesčių. Dėl to, kad šis regionas yra išsekęs krūvininkų ir yra žinomas kaip jungiantis regionas.

Nuotrauka - veikimo principas

Nepaisant to, kad jungiamasis plotas yra labai mažas (dažnai jo dydis siekia kelias tūkstantąsias milimetro dalis), srovė joje negali tekėti įprastu būdu. Jei naudojama tokia įtampa, kad p tipo plotas tampa teigiamas, o n tipo plotas tampa neigiamas, skylės pereina į neigiamą polių ir padeda elektronams pereiti per susijungimo sritį. Taip pat elektronai pereina prie teigiamo kontakto ir tarsi apeina vienijantįjį. Nepaisant to, kad visos dalelės skirtingais krūviais juda skirtingomis kryptimis, jos galiausiai sudaro vienakryptę srovę, kuri padeda ištaisyti signalą ir išvengti įtampos šuolių diodų kontaktuose.

Jei įtampa į puslaidininkinį diodą įvedama priešinga kryptimi, srovė per jį netekės. Priežastis ta, kad skyles traukia neigiamas potencialas, kuris yra p tipo srityje. Taip pat elektronus traukia teigiamas potencialas, kuris taikomas n tipo sričiai. Dėl to padidėja susijungimo sritis, todėl neįmanoma nukreipti dalelių srauto.

Nuotrauka – puslaidininkių charakteristikos

Srovės-įtampos charakteristikos

Puslaidininkinio diodo srovės įtampos charakteristika priklauso nuo medžiagos, iš kurios jis pagamintas, ir kai kurių parametrų. Pavyzdžiui, idealus puslaidininkinis lygintuvas arba diodas turi šiuos parametrus:

1. Atsparumas tiesioginiam prijungimui – 0 omų;
2. Šiluminis potencialas – VG = +-0,1 V;
3. Tiesioginėje atkarpoje RD > rD, ty tiesioginė varža didesnė už diferencinę varžą.

Jei visi parametrai atitinka, gaunamas toks grafikas:

Nuotrauka - idealaus diodo CVC

Šis diodas naudojamas skaitmeninėje elektrotechnikoje, lazerių pramonėje, taip pat naudojamas kuriant medicinos įrangą. Tai būtina esant dideliems loginėms funkcijoms keliamiems reikalavimams. Pavyzdžiai: lazerinis diodas, fotodiodas.

Praktiškai šie parametrai labai skiriasi nuo tikrų. Daugelis įrenginių tiesiog negali veikti tokiu tikslumu arba tokie reikalavimai nėra būtini. Lygiavertis tikrojo puslaidininkio grandinės apibūdinimas rodo, kad jis turi rimtų trūkumų:

Nuotrauka - srovės įtampos charakteristika tikrame puslaidininkiniame diode

Ši puslaidininkinio diodo srovės įtampos charakteristika rodo, kad tiesioginio jungimo metu kontaktai turi pasiekti maksimalią įtampą. Tada puslaidininkis atsidarys, kad galėtų praeiti elektronų įkrautos dalelės. Šios savybės taip pat rodo, kad srovė tekės normaliai ir be pertrūkių. Bet kol visi parametrai nesutampa, diodas nelaidžia srovės. Tuo pačiu metu silicio lygintuvo įtampa svyruoja per 0,7, o germanio lygintuvo - 0,3 volto ribose.

Prietaiso veikimas labai priklauso nuo didžiausios tiesioginės srovės, kuri gali praeiti per diodą, lygio. Diagramoje jis apibrėžiamas ID_MAX. Prietaisas sukonstruotas taip, kad tiesiogiai įjungtas gali atlaikyti tik riboto stiprumo elektros srovę. Priešingu atveju lygintuvas perkais ir sudegs, kaip ir įprastas šviesos diodas. Temperatūrai valdyti naudojami įvairių tipų prietaisai. Natūralu, kad kai kurie iš jų turi įtakos laidumui, tačiau jie prailgina diodo veikimą.

Kitas trūkumas yra tas, kad perduodant kintamąją srovę, diodas nėra idealus izoliavimo įtaisas. Jis veikia tik viena kryptimi, tačiau visada reikia atsižvelgti į nuotėkio srovę. Jo formulė priklauso nuo kitų naudojamo diodo parametrų. Dažniausiai grandinės nurodo jį kaip I OP. Nepriklausomų ekspertų atliktas tyrimas parodė, kad germanis praleidžia iki 200 µA, o silicis – iki 30 µA. Tuo pačiu metu daugelio importuotų modelių nuotėkis yra 0,5 µA.

Nuotrauka – buitiniai diodai

Visų tipų diodai yra jautrūs įtampai. Tai tinklo savybė, kuriai būdinga ribota įtampa. Bet koks stabilizavimo įtaisas turi jį atlaikyti (zenerio diodas, tranzistorius, tiristorius, diodinis tiltelis ir kondensatorius). Kai išorinis potencialų skirtumas tarp lyginančiojo puslaidininkinio diodo kontaktų yra žymiai didesnis nei ribojama įtampa, diodas tampa laidininku, per vieną sekundę sumažinančiu varžą iki minimumo. Prietaiso paskirtis neleidžia atlikti tokių staigių šuolių, kitaip jis iškraipys srovės įtampos charakteristiką.

Tai yra diodas- puslaidininkinis įtaisas, leidžiantis elektros srovei tekėti tik viena kryptimi.Tai labai trumpas diodo savybių ir jo veikimo aprašymas ir pats tiksliausias. Dabar pažvelkime atidžiau, ypač todėl, kad pažintį su didžiule puslaidininkių šeima pradedate nuo diodo.Kas yra puslaidininkis?Iš paties pavadinimo aišku, puslaidininkis yra pusiau laidus. Konkrečiu atveju diodas leidžia elektros srovei praeiti tik viena kryptimi, o priešinga – neleidžia. Jis veikia kaip nipelis arba ritės sistema automobilio ar dviračio kameroje. Siurblio per ritę ar spenelį stumiamas oras patenka į automobilio kamerą ir nebegrįžta, nes jį užrakina ritė. Paveikslėlyje parodytas diodas, kaip jis nurodytas elektros schemose.

Pagal paveikslą trikampis (anodas) rodo, kuria kryptimi elektros srovė teka iš pliuso į minusą, diodas bus „atviras“ atitinkamai vertikalios juostos (katodo) šone diodas bus „užrakintas“.

Ši diodo savybė naudojama kintamajai srovei konvertuoti į nuolatinę srovę, diodai surenkami diodinis tiltas.

Diodų tiltas

Kaip veikia diodinis tiltas? Toliau pateiktame paveikslėlyje parodyta diodinio tiltelio schema. Atkreipkite dėmesį, kad tiekiamas diodinio tiltelio įėjimas kintamoji srovė, išėjime jau gauname D.C. Dabar išsiaiškinkime, kaip kintamoji srovė konvertuojama į DC.

Jei perskaitysite mano straipsnį "Kas yra kintamoji srovė" turite atsiminti, kad kintamoji srovė keičia savo kryptį tam tikru dažniu. Paprasčiau tariant, diodinio tiltelio įvesties gnybtuose pliusas ir minusas keisis vietomis su tinklo dažniu (Rusijoje šis dažnis yra 50 Hertz), o tai reiškia, kad (+) ir (-) keisis vietomis 50 kartų per sekundę. Tarkime, kad pirmame cikle bus teigiamas potencialas (+) gnybte „A“, o neigiamas potencialas (-) gnybte „B“. Pliusas iš gnybto „A“ gali eiti tik viena kryptimi išilgai raudonos rodyklės, per diodą „D1“ iki išvesties gnybto su (+) ženklu ir tada per rezistorius (R1) per diodą „D3“ iki minuso gnybto „B“. Kitame cikle, kai pliusas ir minusas susikeis vietomis, viskas vyks visiškai priešingai. Pliusas iš gnybto „B“ pereis per diodą „D2“ į išvesties gnybtą su ženklu (+), o tada per rezistorius (R1) per diodą „D4“ iki minuso gnybto „A“. Taigi lygintuvo įėjime gauname pastovią elektros srovę, kuri juda tik viena kryptimi nuo pliuso iki minuso (kaip įprastoje baterijoje). Šis kintamosios srovės pavertimo nuolatine srove būdas naudojamas visuose elektroniniuose įrenginiuose, kurie maitinami 220 voltų elektros tinklu. Be diodų tiltelių, surinktų iš atskirų diodų, naudojami elektroniniai komponentai, kuriuose, kad būtų lengviau montuoti, lygintuvų diodai yra įtaisyti viename kompaktiškame korpuse. Toks prietaisas vadinamas "diodų surinkimas".

Yra ne tik lygintuvų diodai. Yra diodų, kurių laidumas priklauso nuo apšvietimo, jie vadinami "fotodiodai" jie žymimi taip:

Jie gali atrodyti taip:

Šviesos diodai jums gerai žinomi, jie yra eglučių girliandose ir galinguose prožektoriuose bei automobilių žibintuose. Diagramoje jie žymimi taip -

Šviesos diodai atrodo taip:

Kaip patikrinti diodą

Patikrinti diodas Galite naudoti įprastą multimetrą - kaip naudotis multimetruŠiame straipsnyje, norėdami patikrinti, perjunkite testerį į rinkimo režimą. Prietaiso zondus jungiame prie diodo elektrodų, juodą zondą prie katodo

(šiuolaikiniuose diodų korpusuose katodas pažymėtas žiedo ženklu),prijunkite raudoną zondą prie anodo (kaip jau žinote, diodai perduoda įtampą tik viena kryptimi)Diodo varža bus maža t.y. matuoklio skaičiai labai pasikeis.

Įrenginio zondus perjungiame atvirkščiai -

Pasipriešinimas bus labai didelis, beveik begalinis. Jei viskas pavyksta kaip rašiau, diodas veikia, jei abiem atvejais varža labai didelė, tai "atviras diodas" yra sugedęs ir visiškai nepraleidžia įtampos, jei varža labai maža, tada diodas yra sugenda ir perduoda įtampą abiem kryptimis.

Kaip patikrinti diodinį tiltelį

Jei diodų tiltelis surenkamas iš atskirų diodų, kiekvienas diodas tikrinamas atskirai, kaip aprašyta aukščiau. Nebūtina išlituoti kiekvieno diodo iš grandinės, bet geriau atjungti teigiamą arba neigiamą lygintuvo gnybtą nuo grandinės.

Jei reikia patikrinti diodų mazgą, kur diodai yra viename korpuse ir jų pasiekti neįmanoma, elkitės taip:

Sujungiame vieną zondą multimerta prie diodo mazgo pliuso, o antruoju paeiliui paliečiame mazgo gnybtus, kur tiekiama kintamoji srovė. Viena kryptimi prietaisas turėtų rodyti mažą pasipriešinimą keičiant zondus priešinga kryptimi, labai didelį pasipriešinimą. Tada taip pat patikriname lygintuvą su neigiama išvestimi. Jei matavimo metu rodmenys abiem kryptimis yra maži arba dideli, diodo mazgas yra sugedęs. Šis bandymo metodas naudojamas taisant elektroniką.

Aukšto dažnio diodai, impulsiniai diodai, tuneliniai diodai, varikapai – visi šie diodai plačiai naudojami buityje ir specialioje įrangoje. Norint suprasti ir išsiaiškinti, kaip taisyklingai naudoti ir kur kokius diodus naudoti, reikia tobulinti žinias, studijuoti specializuotą literatūrą ir, žinoma, nedvejodami užduoti klausimus.

Pavadinimas diodas verčiamas kaip „dviejų elektrodų“. Istoriškai elektronika atsirado iš elektrinių vakuuminių prietaisų. Faktas yra tas, kad lempos, kurias daugelis prisimena iš senų televizorių ir imtuvų, turėjo tokius pavadinimus kaip diodas, triodas, pentodas ir kt.

Pavadinime buvo nurodytas įrenginio elektrodų arba kojų skaičius. Puslaidininkiniai diodai buvo išrasti praėjusio amžiaus pradžioje. Jie buvo naudojami radijo signalams aptikti.

Pagrindinė diodo savybė yra jo laidumo charakteristikos, kurios priklauso nuo į gnybtus patenkančios įtampos poliškumo. Diodo žymėjimas nurodo laidumo kryptį. Srovės judėjimas sutampa su rodykle ant UGO diodo.

UGO – įprastinis grafinis žymėjimas. Kitaip tariant, tai yra piktograma, žyminti elementą diagramoje. Pažiūrėkime, kaip atskirti LED žymėjimą diagramoje nuo kitų panašių elementų.

Diodai, kas jie?

Be atskirų lygintuvų diodų, jie yra sugrupuoti pagal pritaikymą į vieną korpusą.

Diodinio tiltelio žymėjimas

Pavyzdžiui, taip jis pavaizduotas diodinis tiltas vienfazės kintamosios srovės įtampos ištaisymui. Ir žemiau yra diodų tiltelių ir mazgų išvaizda.

Kitas lygintuvo tipas yra Schottky diodas– skirtas darbui aukšto dažnio grandinėse. Galima tiek atskira forma, tiek komplektais. Juos dažnai galima rasti perjungiamuose maitinimo šaltiniuose, pavyzdžiui, AT arba ATX asmeninio kompiuterio maitinimo šaltiniuose.

Paprastai „Schottky“ mazguose jo kištukas ir vidinė jungties grandinė nurodoma ant korpuso.

Specifiniai diodai

Mes jau žiūrėjome į lygintuvo diodą, pažiūrėkime Zenerio diodas, kuris rusų literatūroje vadinamas - zenerio diodas.

Zenerio diodo žymėjimas (Zener diodas)

Iš išorės jis atrodo kaip įprastas diodas - juodas cilindras su ženklu vienoje pusėje. Dažnai randama mažos galios versijoje - mažas raudonas stiklo cilindras su juodu ženklu ant katodo.

Jis turi svarbią savybę – įtampos stabilizavimą, todėl įjungiamas lygiagrečiai apkrovai priešinga kryptimi, t.y. Maitinimo pliusas yra prijungtas prie katodo, o anodas - prie minuso.

Kitas įrenginys yra varicap, jo veikimo principas pagrįstas barjerinės talpos vertės keitimu, priklausomai nuo taikomos įtampos dydžio. Naudojamas imtuvuose ir grandinėse, kur būtina atlikti signalo dažnio operacijas. Skirtas kaip diodas kartu su kondensatoriumi.

Varicap - žymėjimas diagramoje ir išvaizda

– kurio žymėjimas atrodo kaip perbrauktas diodas. Tiesą sakant, taip ir yra – tai 3 sandūrų, 4 sluoksnių puslaidininkinis įrenginys. Dėl savo struktūros jis turi savybę praleisti srovę įveikiant tam tikrą įtampos barjerą.

Pavyzdžiui, 30 V ar daugiau dinistoriai dažnai naudojami „energiją taupančiose“ lempose, autogeneratoriaus paleidimui ir kituose maitinimo šaltiniuose, pagamintuose pagal tokią grandinę.

Dinistoriaus žymėjimas

Šviesos diodai ir optoelektronika

Kadangi diodas skleidžia šviesą, žymėjimas reiškia LED turėtų būti šios funkcijos nuoroda, todėl prie įprasto diodo buvo pridėtos dvi išeinančios rodyklės.

Tiesą sakant, yra daug skirtingų būdų, kaip nustatyti poliškumą, toliau pateikiamas išsamus informacijos apie tai sąrašas, pavyzdžiui, žalios šviesos diodo išjungimas.

Paprastai šviesos diodo kaiščiai yra pažymėti arba žyma, arba skirtingo ilgio kojelėmis. Trumpa koja yra minusas.

Fotodiodas, prietaisas veikia priešingai nei LED. Jis keičia savo laidumo būseną, priklausomai nuo šviesos kiekio, patenkančio į jo paviršių. Jo žymėjimas:

Tokie įrenginiai naudojami televizoriuose, magnetofonuose ir kitoje įrangoje, kuri valdoma nuotolinio valdymo pulteliu infraraudonųjų spindulių spektre. Tokį įrenginį galima pagaminti nupjaunant įprasto tranzistoriaus korpusą.

Dažnai naudojamas šviesos jutikliuose, įrenginiuose, skirtuose automatiškai įjungti ir išjungti apšvietimo grandines, pavyzdžiui:

Optoelektronika yra plačiai paplitusi duomenų perdavimo ir ryšio bei valdymo prietaisų sritis. Dėl greito reagavimo ir galvaninės izoliacijos jis užtikrina maitinamų įrenginių saugumą pirminės pusės aukštos įtampos šuolių atveju. Tačiau ne tokia forma, kaip nurodyta, o optrono pavidalu.

Diagramos apačioje matote optinį jungtį. Šviesos diodas čia įjungiamas uždarant maitinimo grandinę naudojant optotransistorių LED grandinėje. Kai uždarote jungiklį, srovė teka per šviesos diodą, esantį optrone, apatiniame kvadrate kairėje. Jis užsidega ir tranzistorius, veikiamas šviesos srauto, pradeda leisti srovę per LED1, pažymėtą žaliai.

Ta pati programa naudojama daugelio maitinimo šaltinių srovės arba įtampos grįžtamojo ryšio grandinėse (joms stabilizuoti). Taikymo sritis prasideda nuo mobiliųjų telefonų įkroviklių ir maitinimo šaltinių LED juostelėms iki galingų maitinimo sistemų.

Diodų yra labai įvairių, kai kurie iš jų yra panašūs savo savybėmis, kai kurie turi visiškai neįprastas savybes ir pritaikymą, juos vienija tik du funkciniai gnybtai.

Šiuos elementus galite rasti bet kurioje elektros grandinėje. Pavyzdžiui, teisingas diodo pasirinkimas slopinimo grandinėje gali žymiai paveikti maitinimo jungiklių efektyvumą ir šilumos išsklaidymą bei atitinkamai maitinimo šaltinio ilgaamžiškumą.

Jei jums kas nors buvo neaišku, palikite komentarus ir užduokite klausimus tolesniuose straipsniuose, mes tikrai atskleisime visus neaiškius klausimus ir įdomius dalykus!