Dat we ons leven niet zonder hen kunnen voorstellen. Deze zoemende dozen op onze bureaus zijn samengesteld uit veel verschillende hardwareonderdelen. Het is interessant om op te merken dat geen van deze bouwstenen op zichzelf dezelfde eigenschappen heeft als een computer.

En samen zijn ze iets volkomen unieks!

Welke steen je ook neemt, het is gewoon een stuk gebakken klei; Het is niet meteen duidelijk voor welk doel het – op zichzelf – kan worden aangepast.

Het is als een huis gebouwd van bakstenen.

Maar enkele duizenden van deze op een bepaalde manier verzamelde stukjes klei vormen een woning die beschermt tegen slecht weer en een dak boven je hoofd biedt.

Je kunt natuurlijk een computer gebruiken (en in een huis wonen) en geen idee hebben hoe deze dingen werken.

Maar als u wilt leren hoe u uw computers kunt ‘genezen’, zult u moeten begrijpen hoe hun componenten werken.

Daarom zullen we vandaag iets gedetailleerder praten over een van de 'bouwstenen' van de computer. We zullen proberen kort kennis te maken met wat het is halfgeleiderdiodes en waarom ze nodig zijn.

Wat is een diode?

Diodes worden in computers gebruikt om wisselstroom gelijk te richten.

Een gelijkrichterdiode is een onderdeel dat twee soorten halfgeleiders bevat die met elkaar zijn verbonden: p-type (positief) en n-type (negatief).

Wanneer ze met elkaar worden verbonden (gesmolten), ontstaat er een zogenaamde p-n-overgang. Deze junctie heeft verschillende weerstanden voor verschillende polariteit van de aangelegde spanning.

Als de spanning in voorwaartse richting wordt aangelegd (de positieve pool van de spanningsbron is verbonden met de p-halfgeleider - de anode, en de negatieve pool is verbonden met de n-halfgeleider - de kathode), dan is de weerstand van de diode is klein.

In dit geval wordt gezegd dat de diode open is. Als de polariteit van de aansluiting wordt omgekeerd, zal de diodeweerstand zeer hoog zijn. In dit geval wordt gezegd dat de diode gesloten (vergrendeld) is.

Als de diode open is, valt er een bepaalde spanning over.

Deze spanningsval wordt veroorzaakt door de zogenaamde voorwaartse stroom die door de diode vloeit en is afhankelijk van de grootte van deze stroom.

Bovendien is deze afhankelijkheid niet-lineair.

Uit de stroom-spanningskarakteristiek kan de specifieke waarde van de spanningsval, afhankelijk van de vloeiende stroom, worden bepaald.

Dit kenmerk moet worden vermeld in de volledige technische beschrijving (gegevensbladen, referentiebladen).

Op de gewone 1N5408-diode die in een computervoeding wordt gebruikt, verandert de spanningsval bijvoorbeeld van 0,6 naar 0,9 V wanneer de stroom verandert van 0,2 naar 3 A. Hoe groter de stroom die door de diode vloeit, hoe groter de spanningsval over de diode. het en respectievelijk het vermogen dat erop wordt gedissipeerd (P = U * I). Hoe meer vermogen de diode dissipeert, hoe meer deze opwarmt.

In computersystemen wordt bij het gelijkrichten van de netspanning meestal een bruggelijkrichtcircuit gebruikt - 4 diodes die op een bepaalde manier zijn aangesloten.

Als klem 1 een positieve potentiaal heeft ten opzichte van klem 2, zal de stroom door diode VD1, de belasting en diode VD3 vloeien.

Als klem 1 een negatieve potentiaal heeft vanaf klem 2, zal er stroom vloeien door diode VD2, de belasting en diode VD4. Dus hoewel de stroom door de belasting in grootte varieert (bij wisselspanning), stroomt deze altijd in één richting: van klem 3 naar klem 4.

Dit is het rechttrekkende effect. Als er geen diodebrug zou zijn, zou de belastingsstroom in verschillende richtingen stromen. Het stroomt in dezelfde richting als de brug. Deze stroom wordt pulserend genoemd.

In een cursus hogere wiskunde is bewezen dat pulserende spanning een constante component bevat en de som van harmonischen (frequenties die veelvouden zijn van de grondfrequentie van een wisselspanning van 50 Hertz). De DC-component wordt geïsoleerd door een filter (condensator met hoge capaciteit), die geen harmonischen doorlaat.

Gelijkrichterdiodes zijn ook aanwezig in het laagspanningsgedeelte van de voeding. Alleen het schakelcircuit bestaat niet uit 4 diodes, maar uit twee.

Een oplettende lezer zou zich kunnen afvragen: “Waarom worden er verschillende schakelcircuits gebruikt? Is het mogelijk om in het laagspanningsgedeelte een diodebrug te gebruiken?”

Het is mogelijk, maar het zal niet de beste oplossing zijn. In het geval van een diodebrug loopt de stroom door de belasting en twee in serie geschakelde diodes.

Als er 1N5408-diodes worden gebruikt, kan de totale spanningsval erover 1,8 V bedragen. Dit is zeer weinig vergeleken met de 220 V-netspanning.

Maar als een dergelijk circuit wordt gebruikt in het laagspanningsgedeelte, zal deze daling zeer merkbaar zijn in vergelijking met spanningen van +3,3, +5 en +12 V. Het gebruik van een circuit van twee dioden vermindert de verliezen met de helft, aangezien één diode is in serie geschakeld met de belasting, niet met twee.

Bovendien is de stroom in de secundaire circuits van de voeding veel groter (meerdere keren) dan in het primaire circuit.

Opgemerkt moet worden dat voor dit circuit de transformator twee identieke wikkelingen moet hebben, en niet één. Een gelijkrichtcircuit met twee dioden gebruikt beide halve cycli van de wisselspanning, net als een brugcircuit.

Als het potentieel van het bovenste uiteinde van de secundaire wikkeling van de transformator (zie diagram) positief is ten opzichte van het onderste, dan vloeit er stroom door klem 1, diode VD1, klem 3, belasting, klem 4 en het middelpunt van de wikkeling. Diode VD2 is op dit moment vergrendeld.

Als de potentiaal van het onderste uiteinde van de secundaire wikkeling positief is ten opzichte van het bovenste uiteinde, vloeit er stroom door klem 2, diode VD2, klem 3, belasting, klem 4 en het middelpunt van de wikkeling. Diode VD1 is op dit moment vergrendeld. Het resultaat is dezelfde pulserende stroom als bij een brugschakeling.

Laten we nu een einde maken aan de saaie theorie en verder gaan met het meest interessante: de praktijk.

Laten we om te beginnen zeggen dat het goed is om, voordat u diodes gaat controleren, vertrouwd te raken met het werken met een digitale tester.

Dit wordt besproken in de relevante artikelen, en.

Een diode op elektrische circuits wordt symbolisch weergegeven in de vorm van een driehoek (pijl) en een stok.

De stok is de kathode, de pijl (deze geeft de richting van de stroom aan, d.w.z. de beweging van positieve ladingen) is de anode.

U kunt de diodebrug controleren met een digitale tester door de bedrijfsschakelaar in de diodetestpositie te zetten (de bereikschakelaarwijzer van de tester moet tegenover het symbolische beeld van de diode staan).

Als je de rode sonde van de tester op de anode aansluit, en de zwarte op de kathode van een afzonderlijke diode, dan wordt de diode geopend door de spanning van de tester.

Het display toont een waarde van 0,5 - 0,6 V.

Als u de polariteit van de sondes verandert, wordt de diode geblokkeerd.

Op het display wordt één weergegeven in het meest linkse cijfer.

Een diodebrug heeft vaak een symbolische aanduiding van het type spanning op het lichaam (~ wisselspanning, +, - gelijkspanning).

De diodebrug kan worden gecontroleerd door één sonde op een van de "~" -klemmen te installeren, en de tweede - afwisselend op de "+" en "-" -klemmen.

In dit geval zal de ene diode open zijn en de andere gesloten.

Als je de polariteit van de sondes verandert, gaat de diode die gesloten was nu open en de andere sluit.

Opgemerkt moet worden dat de kathode de positieve pool van de brug is.

Als een van de diodes kortgesloten is, zal de tester een nul- (of heel weinig) spanning weergeven.

Zo'n brug is uiteraard niet geschikt voor werk.

U kunt controleren of de diode kortgesloten is als u de diodes test in de weerstandsmeetmodus.

Bij een kortgesloten diode zal de tester in beide richtingen een lichte weerstand vertonen.

Zoals reeds vermeld, wordt in de secundaire circuits een gelijkrichtcircuit van twee diodes gebruikt.

Maar zelfs op één diode daalt de spanning behoorlijk veel vergeleken met de uitgangsspanningen +12 V, +5 V, +3,3 V.

Verbruiksstromen kunnen 20 A of meer bereiken, en er zal veel stroom via de diodes worden gedissipeerd.

Als gevolg hiervan worden ze erg heet.

Het vermogensverlies zal afnemen als de voorwaartse spanning over de diode lager is.

Daarom worden in dergelijke gevallen zogenaamde Schottky-diodes gebruikt, die een lagere voorwaartse spanningsval hebben.

Schottky-diodes

Een Schottky-diode bestaat niet uit twee verschillende halfgeleiders, maar uit een metaal en een halfgeleider.

De resulterende zogenaamde potentiële barrière zal kleiner zijn.

Computervoedingen gebruiken dubbele Schottky-diodes in een pakket met drie aansluitingen.

Een typische vertegenwoordiger van een dergelijk samenstel is de SBL2040. De spanningsval over elk van zijn diodes bij maximale stroom zal (volgens het datablad) 0,55 V niet overschrijden. Als u dit met een tester controleert (in de diodetestmodus), zal deze een waarde van ongeveer 0,17 V weergeven.

De lagere spanning is te wijten aan het feit dat er een zeer kleine stroom door de diode vloeit, verre van het maximum.

Laten we tot slot zeggen dat de diode een parameter heeft als de maximaal toegestane sperspanning. Als de diode vergrendeld is, wordt er sperspanning op toegepast. Bij het vervangen van diodes moet met deze waarde rekening worden gehouden.

Als in een echt circuit de sperspanning de maximaal toegestane waarde overschrijdt, zal de diode defect raken!

Een diode is een belangrijk stuk hardware in de elektronica. Hoe kunnen we anders de spanning wegnemen?

Je kunt diodes kopen voor experimenten

Tot ziens op de blog!

Een diode is een van de soorten apparaten die op halfgeleiderbasis zijn ontworpen. Het heeft één pn-overgang, evenals anode- en kathode-aansluitingen. In de meeste gevallen is het ontworpen voor modulatie, rectificatie, conversie en andere acties met inkomende elektrische signalen.

Werkingsprincipe:

1. Elektriciteit werkt op de kathode, de verwarmer begint te gloeien en de elektrode begint elektronen uit te zenden.
2. Tussen twee elektroden er ontstaat een elektrisch veld.
3. Als de anode een positief potentieel heeft, dan begint het elektronen naar zich toe te trekken, en het resulterende veld is een katalysator voor dit proces. In dit geval wordt een emissiestroom gegenereerd.
4. Tussen elektroden er wordt een negatieve ruimtelijke lading gevormd die de beweging van elektronen kan verstoren. Dit gebeurt als het anodepotentiaal te zwak is. In dit geval zijn sommige elektronen niet in staat de invloed van de negatieve lading te overwinnen en beginnen ze in de tegenovergestelde richting te bewegen en keren ze weer terug naar de kathode.
5. Alle elektronen, die de anode bereikten en niet terugkeerden naar de kathode, bepalen de parameters van de kathodestroom. Daarom hangt deze indicator rechtstreeks af van het positieve anodepotentiaal.
6. Stroom van alle elektronen, die de anode konden bereiken, wordt de anodestroom genoemd, waarvan de indicatoren in de diode altijd overeenkomen met de parameters van de kathodestroom. Soms kunnen beide indicatoren nul zijn; dit gebeurt in situaties waarin de anode een negatieve lading heeft. In dit geval versnelt het veld dat tussen de elektroden ontstaat de deeltjes niet, maar vertraagt ​​het ze integendeel en stuurt ze terug naar de kathode. De diode blijft in dit geval in een vergrendelde toestand, wat leidt tot een open circuit.

Apparaat

Hieronder vindt u een gedetailleerde beschrijving van de diodestructuur; het bestuderen van deze informatie is noodzakelijk voor een beter begrip van de werkingsprincipes van deze elementen:

1. Kader is een vacuümcilinder die gemaakt kan worden van glas, metaal of duurzame keramische materiaalsoorten.
2. Binnenin de cilinder er zijn 2 elektroden. De eerste is een verwarmde kathode, die is ontworpen om het proces van elektronenemissie te garanderen. De eenvoudigste kathode in ontwerp is een gloeidraad met een kleine diameter, die tijdens bedrijf opwarmt, maar tegenwoordig komen indirect verwarmde elektroden vaker voor. Het zijn cilinders van metaal en hebben een speciale actieve laag die elektronen kan uitzenden.
3. Binnenin de kathode indirecte warmte Er is een specifiek element: een draad die gloeit onder invloed van elektrische stroom, het wordt een verwarming genoemd.
4. Tweede elektrode de anode is, is het noodzakelijk om de elektronen te accepteren die door de kathode zijn vrijgegeven. Om dit te doen, moet deze een potentiaal hebben die positief is ten opzichte van de tweede elektrode. In de meeste gevallen is de anode ook cilindrisch.
5. Beide elektroden vacuümapparaten zijn volledig identiek aan de emitter en basis van de verscheidenheid aan halfgeleiderelementen.
6. Voor het maken van een diodekristal Silicium of germanium wordt het meest gebruikt. Een van de onderdelen is elektrisch geleidend van het p-type en heeft een tekort aan elektronen, dat wordt gevormd door een kunstmatige methode. De andere kant van het kristal heeft ook geleidbaarheid, maar is van het n-type en heeft een overmaat aan elektronen. Er is een grens tussen de twee gebieden, die een p-n-overgang wordt genoemd.

Dergelijke kenmerken van de interne structuur geven diodes hun belangrijkste eigenschap: het vermogen om elektrische stroom in slechts één richting te geleiden.

Doel

Hieronder staan ​​​​de belangrijkste toepassingsgebieden van diodes, waaruit hun hoofddoel duidelijk wordt:

1. Diode bruggen zijn 4, 6 of 12 diodes met elkaar verbonden, hun aantal hangt af van het type circuit, dat eenfasig, driefasig met halve brug of driefasig met volledige brug kan zijn. Ze vervullen de functies van gelijkrichters; deze optie wordt het vaakst gebruikt in autogeneratoren, aangezien de introductie van dergelijke bruggen, evenals het gebruik van borstelcollectoreenheden ermee, het mogelijk heeft gemaakt om de omvang van dit apparaat aanzienlijk te verkleinen en de betrouwbaarheid ervan vergroten. Als de verbinding in serie en in één richting wordt gemaakt, verhoogt dit de minimale spanning die nodig is om de gehele diodebrug te ontgrendelen.
2. Diodedetectoren worden verkregen door deze apparaten te combineren met condensatoren. Dit is nodig zodat het mogelijk is laagfrequente modulatie te isoleren van verschillende gemoduleerde signalen, inclusief de amplitudegemoduleerde variant van het radiosignaal. Dergelijke detectoren maken deel uit van het ontwerp van veel huishoudelijke apparaten, zoals televisies of radio's.
3. Zorgen voor bescherming van consumenten tegen onjuiste polariteit bij het inschakelen van circuitingangen tegen optredende overbelasting of schakelaars tegen defecten door elektromotorische kracht die optreedt tijdens zelfinductie, wat optreedt wanneer de inductieve belasting wordt uitgeschakeld. Om de veiligheid van circuits tegen optredende overbelastingen te garanderen, wordt een keten gebruikt die bestaat uit verschillende diodes die in omgekeerde richting op de voedingsbussen zijn aangesloten. In dit geval moet de ingang waarop bescherming wordt geboden, op het midden van deze keten worden aangesloten. Tijdens de normale werking van het circuit bevinden alle diodes zich in een gesloten toestand, maar als ze hebben gedetecteerd dat de ingangspotentiaal de toegestane spanningslimieten heeft overschreden, wordt een van de beveiligingselementen geactiveerd. Hierdoor wordt dit toegestane potentieel beperkt binnen de toegestane voedingsspanning in combinatie met een directe spanningsval op het beveiligingsapparaat.
4. Schakelaars, gemaakt op basis van diodes, worden gebruikt om signalen met hoge frequenties te schakelen. Een dergelijk systeem wordt bestuurd met behulp van gelijkstroom, hoogfrequente scheiding en de toevoer van een stuursignaal, dat optreedt als gevolg van inductie en condensatoren.
5. Creëren van diodevonkbeveiliging. Er wordt gebruik gemaakt van shuntdiodebarrières, die veiligheid bieden door de spanning in het overeenkomstige elektrische circuit te beperken. In combinatie hiermee worden stroombegrenzende weerstanden gebruikt, die nodig zijn om de elektrische stroom die door het netwerk gaat te beperken en de mate van bescherming te vergroten.

Het gebruik van diodes in de elektronica is tegenwoordig zeer wijdverbreid, omdat vrijwel geen enkel modern type elektronische apparatuur zonder deze elementen kan.

Directe diode-aansluiting

De pn-overgang van de diode kan worden beïnvloed door spanning die wordt geleverd door externe bronnen. Indicatoren zoals magnitude en polariteit zullen het gedrag en de elektrische stroom die erdoorheen wordt geleid beïnvloeden.

Hieronder bekijken we in detail de optie waarbij de positieve pool is verbonden met het p-type gebied en de negatieve pool met het n-type gebied. In dit geval vindt directe omschakeling plaats:

1. Onder spanning van een externe bron zal er een elektrisch veld worden gevormd in de pn-overgang, en de richting ervan zal tegengesteld zijn aan het interne diffusieveld.
2. Veld spanning zal aanzienlijk afnemen, wat een scherpe vernauwing van de barrièrelaag zal veroorzaken.
3. Onder invloed van deze processen een aanzienlijk aantal elektronen zal zich vrij kunnen bewegen van het p-gebied naar het n-gebied, maar ook in de tegenovergestelde richting.
4. Driftstroomindicatoren tijdens dit proces blijven ze hetzelfde, omdat ze alleen rechtstreeks afhankelijk zijn van het aantal minderheidsgeladen dragers die zich in het gebied van de pn-overgang bevinden.
5. Elektronen hebben een verhoogd verspreidingsniveau, wat leidt tot de injectie van minderheidsdragers. Met andere woorden: in het n-gebied zal het aantal gaten toenemen, en in het p-gebied zal een verhoogde concentratie aan elektronen worden geregistreerd.
6. Gebrek aan evenwicht en toenemend aantal minderheidsdragers zorgt ervoor dat ze diep in de halfgeleider doordringen en zich vermengen met de structuur ervan, wat uiteindelijk leidt tot de vernietiging van de elektrische neutraliteitseigenschappen ervan.
7. Halfgeleider tegelijkertijd kan het zijn neutrale toestand herstellen, dit gebeurt als gevolg van de ontvangst van ladingen van een aangesloten externe bron, wat bijdraagt ​​​​aan het verschijnen van gelijkstroom in het externe elektrische circuit.

Diode omgekeerde aansluiting

Nu zullen we een andere inschakelmethode overwegen, waarbij de polariteit van de externe bron waaruit de spanning wordt verzonden verandert:

1. Het belangrijkste verschil met directe verbinding is dat dat het gecreëerde elektrische veld een richting zal hebben die volledig samenvalt met de richting van het interne diffusieveld. Dienovereenkomstig zal de barrièrelaag niet langer smaller worden, maar juist uitzetten.
2. Veld gelegen in de pn-kruising, zal een versnellend effect hebben op een aantal minderheidsladingsdragers, om deze reden zullen de driftstroomindicatoren ongewijzigd blijven. Het zal de parameters bepalen van de resulterende stroom die door de pn-overgang gaat.
3. Naarmate je groeit omgekeerde spanning, zal de elektrische stroom die door de junctie vloeit de neiging hebben maximale waarden te bereiken. Het heeft een speciale naam: verzadigingsstroom.
4. Volgens de exponentiële wet Bij een geleidelijke temperatuurstijging zullen ook de verzadigingsstroomindicatoren toenemen.

Voorwaartse en omgekeerde spanning

De spanning die de diode beïnvloedt, wordt verdeeld volgens twee criteria:

1. Voorwaartse spanning- dit is wanneer de diode opengaat en er gelijkstroom doorheen gaat, terwijl de weerstand van het apparaat extreem laag is.
2. Omgekeerde spanning- dit is degene met omgekeerde polariteit en zorgt ervoor dat de diode sluit terwijl er tegenstroom doorheen gaat. Tegelijkertijd beginnen de weerstandsindicatoren van het apparaat scherp en aanzienlijk te stijgen.

De weerstand van een pn-overgang is een constant veranderende indicator, voornamelijk beïnvloed door de voorwaartse spanning die rechtstreeks op de diode wordt aangelegd. Als de spanning toeneemt, zal de junctieweerstand proportioneel afnemen.

Dit leidt tot een toename van de parameters van de voorwaartse stroom die door de diode gaat. Wanneer dit apparaat gesloten is, wordt vrijwel de volledige spanning erop toegepast, om deze reden is de tegenstroom die door de diode gaat onbeduidend en bereikt de overgangsweerstand piekparameters.

Diodewerking en zijn stroom-spanningskarakteristieken

De stroom-spanningskarakteristiek van deze apparaten wordt opgevat als een gebogen lijn die de afhankelijkheid weergeeft van de elektrische stroom die door de pn-overgang vloeit van het volume en de polariteit van de spanning die erop inwerkt.

Een dergelijke grafiek kan als volgt worden beschreven:

1. Verticale as: Het bovenste gebied komt overeen met de voorwaartse stroomwaarden, het onderste gebied met de tegenstroomparameters.
2. Horizontale as: Het gebied aan de rechterkant is voor voorwaartse spanningswaarden; gebied aan de linkerkant voor sperspanningsparameters.
3. Directe tak van de stroom-spanningskarakteristiek weerspiegelt de doorgang van elektrische stroom door de diode. Het is naar boven gericht en loopt dicht bij de verticale as, omdat het de toename van de voorwaartse elektrische stroom vertegenwoordigt die optreedt wanneer de overeenkomstige spanning toeneemt.
4. Tweede (omgekeerde) tak komt overeen met en geeft de gesloten toestand weer van de elektrische stroom die ook door het apparaat gaat. De ligging is zodanig dat deze vrijwel parallel loopt aan de horizontale as. Hoe steiler deze tak de verticaal nadert, hoe hoger het gelijkrichtvermogen van een bepaalde diode.
5. Volgens het schema dat je kunt zien dat na een toename van de voorwaartse spanning die door de pn-overgang stroomt, een langzame toename van de elektrische stroom optreedt. Geleidelijk bereikt de curve echter een gebied waarin een sprong merkbaar is, waarna een versnelde toename van de indicatoren optreedt. Dit komt door het openen van de diode en het geleiden van stroom bij doorlaatspanning. Voor apparaten gemaakt van germanium gebeurt dit bij een spanning van 0,1V tot 0,2V (maximale waarde 1V), en voor siliciumelementen is een hogere waarde vereist van 0,5V tot 0,6V (maximale waarde 1,5V).
6. Huidige stijging weergegeven kan leiden tot oververhitting van halfgeleidermoleculen. Als de warmteafvoer die optreedt als gevolg van natuurlijke processen en de werking van radiatoren kleiner is dan het niveau van de afgifte ervan, dan kan de structuur van de moleculen worden vernietigd, en dit proces zal onomkeerbaar zijn. Om deze reden is het noodzakelijk om de voorwaartse stroomparameters te beperken om oververhitting van het halfgeleidermateriaal te voorkomen. Om dit te doen, worden speciale weerstanden aan het circuit toegevoegd, in serie verbonden met de diodes.
7. Het verkennen van de omgekeerde tak je kunt merken dat als de sperspanning die op de pn-overgang wordt aangelegd begint te stijgen, de toename van de stroomparameters vrijwel onmerkbaar is. In gevallen waarin de spanning echter parameters bereikt die de toegestane normen overschrijden, kan er een plotselinge sprong in de tegenstroom optreden, die de halfgeleider zal oververhitten en zal bijdragen aan de daaropvolgende doorbraak van de pn-overgang.

Basisdiodefouten

Soms falen apparaten van dit type, dit kan gebeuren als gevolg van natuurlijke waardevermindering en veroudering van deze elementen of om andere redenen.

In totaal zijn er 3 hoofdtypen veelvoorkomende fouten:

1. Uitsplitsing van de transitie leidt ertoe dat de diode, in plaats van een halfgeleiderapparaat, in wezen de meest voorkomende geleider wordt. In deze toestand verliest het zijn basiseigenschappen en begint het elektrische stroom in absoluut elke richting door te laten. Een dergelijke storing kan eenvoudig worden gedetecteerd met behulp van een standaard exemplaar, dat begint te piepen en een laag weerstandsniveau in de diode vertoont.
2. Wanneer gebroken het omgekeerde proces vindt plaats: het apparaat stopt over het algemeen met het doorgeven van elektrische stroom in welke richting dan ook, dat wil zeggen dat het in wezen een isolator wordt. Om de breuk nauwkeurig te bepalen, is het noodzakelijk om testers te gebruiken met hoogwaardige en bruikbare sondes, anders kunnen ze deze storing soms ten onrechte diagnosticeren. Bij gelegeerde halfgeleidervariëteiten is een dergelijke storing uiterst zeldzaam.
3. Een lek, waarbij de dichtheid van de behuizing van het apparaat wordt verbroken, waardoor deze niet goed kan functioneren.

Uitsplitsing van p-n-overgang

Dergelijke storingen treden op in situaties waarin de omgekeerde elektrische stroom plotseling en scherp begint te stijgen, dit gebeurt vanwege het feit dat de spanning van het overeenkomstige type onaanvaardbaar hoge waarden bereikt.

Er zijn meestal verschillende soorten:

1. Thermische storingen, die worden veroorzaakt door een sterke temperatuurstijging en daaropvolgende oververhitting.
2. Elektrische storingen, ontstaan ​​onder invloed van stroming op de overgang.

Met de grafiek van de stroom-spanningskarakteristiek kunt u deze processen en het verschil daartussen visueel bestuderen.

Elektrische storing

De gevolgen veroorzaakt door elektrische storingen zijn niet onomkeerbaar, omdat ze het kristal zelf niet vernietigen. Daarom is het met een geleidelijke afname van de spanning mogelijk om alle eigenschappen en bedrijfsparameters van de diode te herstellen.

Tegelijkertijd zijn uitsplitsingen van dit type verdeeld in twee typen:

1. Tunnelstoringen treden op wanneer hoge spanning door nauwe kruispunten gaat, waardoor individuele elektronen er doorheen kunnen glippen. Ze komen meestal voor als halfgeleidermoleculen een groot aantal verschillende onzuiverheden bevatten. Tijdens een dergelijke storing begint de tegenstroom scherp en snel toe te nemen en bevindt de overeenkomstige spanning zich op een laag niveau.
2. Lawine soorten storingen zijn mogelijk door de invloed van sterke velden die ladingsdragers tot het maximale niveau kunnen versnellen, waardoor ze een aantal valentie-elektronen uit de atomen uitschakelen, die vervolgens in het geleidende gebied vliegen. Dit fenomeen is lawineachtig van aard en daarom heeft dit type storing zijn naam gekregen.

Thermische afbraak

Het optreden van een dergelijke storing kan om twee hoofdredenen plaatsvinden: onvoldoende warmteafvoer en oververhitting van de pn-overgang, die optreedt als gevolg van de stroom van elektrische stroom er met te hoge snelheden doorheen.

Een temperatuurstijging in de overgangs- en aangrenzende gebieden heeft de volgende gevolgen:

1. Groei van atomaire trillingen, inbegrepen in het kristal.
2. Hit elektronen in de geleidingsband.
3. Een sterke temperatuurstijging.
4. Vernietiging en vervorming kristal structuur.
5. Totale mislukking en uitsplitsing van de gehele radiocomponent.

Om de richting van de elektrische stroom te regelen, is het noodzakelijk om verschillende radio- en elektrische componenten te gebruiken. Vooral de moderne elektronica maakt hiervoor gebruik van een halfgeleiderdiode; het gebruik ervan zorgt voor een gelijkmatige stroom.

Apparaat

Een elektrische halfgeleiderdiode of diodeklep is een apparaat dat is gemaakt van halfgeleidermaterialen (meestal silicium) en alleen werkt met een eenrichtingsstroom van geladen deeltjes. Het hoofdbestanddeel is een kristalgedeelte, met een pn-overgang, dat is verbonden met twee elektrische contacten. Vacuümdiodebuizen hebben twee elektroden: een plaat (anode) en een verwarmde kathode.

Foto - halfgeleiderdiode

Germanium en selenium worden gebruikt om halfgeleiderdiodes te maken, net als meer dan 100 jaar geleden. Door hun structuur kunnen de onderdelen worden gebruikt om elektronische circuits te verbeteren, wissel- en gelijkstroom om te zetten in unidirectionele pulserende stroom en om verschillende apparaten te verbeteren. In het diagram ziet het er als volgt uit:

Foto - diode-aanduiding

Er zijn verschillende soorten halfgeleiderdiodes, hun classificatie hangt af van het materiaal, het werkingsprincipe en het toepassingsgebied: zenerdiodes, gepulseerd, legering, punt, varicaps, laser en andere typen. Heel vaak worden analogen van bruggen gebruikt - dit zijn vlakke en polykristallijne gelijkrichters. Hun communicatie verloopt ook via twee contacten.

De belangrijkste voordelen van een halfgeleiderdiode:

1. Volledige uitwisselbaarheid;
2. Uitstekende doorvoerparameters;
3. Beschikbaarheid. U kunt ze bij elke elektronicawinkel kopen of ze gratis uit oude circuits verwijderen. De prijs begint vanaf 50 roebel. Onze winkels bieden zowel binnenlandse merken (KD102, KD103, enz.) als buitenlandse merken.

Markering

De markering van een halfgeleiderdiode is een afkorting voor de belangrijkste parameters van het apparaat. KD196V is bijvoorbeeld een siliciumdiode met een doorslagspanning van maximaal 0,3 V, een spanning van 9,6, een model van de derde ontwikkeling.

Op basis hiervan:

1. De eerste letter bepaalt het materiaal waaruit het apparaat is gemaakt;
2. Toestelnaam;
3. Een getal dat het doel definieert;
4. Apparaatspanning;
5. Een getal dat andere parameters bepaalt (afhankelijk van het type onderdeel).

Video: gebruik van diodes

Werkingsprincipe

Halfgeleider- of gelijkrichtdiodes hebben een vrij eenvoudig werkingsprincipe. Zoals we al hebben gezegd, is een diode zo gemaakt van silicium dat het ene uiteinde van het p-type is en het andere uiteinde van het n-type. Dit betekent dat beide pinnen verschillende kenmerken hebben. De één heeft een teveel aan elektronen, terwijl de ander een teveel aan gaten heeft. Uiteraard is er een gebied in het apparaat waarin alle elektronen bepaalde gaten opvullen. Dit betekent dat er geen externe kosten zijn. Vanwege het feit dat dit gebied geen ladingsdragers meer heeft en bekend staat als het combinerende gebied.

Foto - werkingsprincipe

Ondanks het feit dat het verbindingsgebied erg klein is (vaak is de grootte ervan enkele duizendsten van een millimeter), kan er niet op de gebruikelijke manier stroom in stromen. Als er een zodanige spanning wordt aangelegd dat het p-type gebied positief wordt en het n-type gebied negatief wordt, bewegen de gaten naar de negatieve pool en helpen ze elektronen door het combinatiegebied te gaan. Op dezelfde manier bewegen elektronen naar het positieve contact en omzeilen als het ware het verenigende contact. Ondanks het feit dat alle deeltjes met verschillende ladingen in verschillende richtingen bewegen, vormen ze uiteindelijk een unidirectionele stroom, die helpt het signaal gelijk te richten en spanningspieken op de diodecontacten te voorkomen.

Als er spanning wordt aangelegd op een halfgeleiderdiode in de tegenovergestelde richting, zal er geen stroom doorheen stromen. De reden is dat de gaten worden aangetrokken door de negatieve potentiaal, die zich in het p-type gebied bevindt. Op dezelfde manier worden elektronen aangetrokken door een positieve potentiaal die wordt toegepast op het n-type gebied. Dit zorgt ervoor dat het combinerende gebied groter wordt, waardoor het onmogelijk wordt dat er een gerichte deeltjesstroom plaatsvindt.

Foto - kenmerken van halfgeleiders

Stroom-spanningskarakteristieken

De stroom-spanningskarakteristiek van een halfgeleiderdiode hangt af van het materiaal waaruit deze is gemaakt en enkele parameters. Een ideale halfgeleidergelijkrichter of diode heeft bijvoorbeeld de volgende parameters:

1. Weerstand voor directe aansluiting – 0 Ohm;
2. Thermisch potentieel – VG = +-0,1 V;
3. In het directe gedeelte RD > rD, d.w.z. de directe weerstand is groter dan de differentiële weerstand.

Als alle parameters overeenkomen, wordt de volgende grafiek verkregen:

Foto - CVC van een ideale diode

Deze diode wordt gebruikt in de digitale elektrotechniek, de laserindustrie en wordt ook gebruikt bij de ontwikkeling van medische apparatuur. Het is noodzakelijk voor hoge eisen aan logische functies. Voorbeelden: laserdiode, fotodiode.

In de praktijk verschillen deze parameters sterk van de werkelijke. Veel apparaten kunnen eenvoudigweg niet met zo'n hoge nauwkeurigheid werken, of dergelijke vereisten zijn niet nodig. Een gelijkwaardige circuitkarakterisering van een echte halfgeleider toont aan dat deze ernstige nadelen heeft:

Foto - stroom-spanningskarakteristiek in een echte halfgeleiderdiode

Deze stroom-spanningskarakteristiek van een halfgeleiderdiode geeft aan dat bij directe aansluiting de contacten de maximale spanning moeten bereiken. Dan gaat de halfgeleider open om de doorgang van elektronengeladen deeltjes mogelijk te maken. Deze eigenschappen tonen ook aan dat de stroom normaal en zonder onderbreking zal vloeien. Maar totdat alle parameters overeenkomen, geleidt de diode geen stroom. Tegelijkertijd varieert de spanning voor een siliciumgelijkrichter binnen 0,7 volt, en voor een germaniumgelijkrichter binnen 0,3 volt.

De werking van het apparaat is erg afhankelijk van het niveau van de maximale voorwaartse stroom die door de diode kan gaan. In het diagram wordt dit gedefinieerd door ID_MAX. Het apparaat is zo ontworpen dat het, wanneer het direct wordt ingeschakeld, slechts bestand is tegen een elektrische stroom van beperkte sterkte. Anders zal de gelijkrichter oververhit raken en doorbranden, net als een gewone LED. Er worden verschillende soorten apparaten gebruikt om de temperatuur te regelen. Uiteraard beïnvloeden sommige daarvan de geleidbaarheid, maar ze verlengen de prestaties van de diode.

Een ander nadeel is dat de diode bij het doorlaten van wisselstroom geen ideaal isolatieapparaat is. Het werkt maar in één richting, maar er moet altijd rekening gehouden worden met lekstroom. De formule hangt af van de andere parameters van de gebruikte diode. Meestal duiden circuits het aan als I OP. Uit een onderzoek door onafhankelijke deskundigen is gebleken dat germanium tot 200 µA doorlaat, en silicium tot 30 µA. Tegelijkertijd zijn veel geïmporteerde modellen beperkt tot een lekkage van 0,5 µA.

Foto – binnenlandse diodes

Alle soorten diodes zijn gevoelig voor spanningsdoorslag. Dit is een eigenschap van een netwerk dat wordt gekenmerkt door een beperkte spanning. Elk stabilisatieapparaat moet hiertegen bestand zijn (zenerdiode, transistor, thyristor, diodebrug en condensator). Wanneer het externe potentiaalverschil tussen de contacten van een gelijkrichtende halfgeleiderdiode aanzienlijk hoger is dan de begrensde spanning, wordt de diode een geleider, waardoor de weerstand in één seconde tot een minimum wordt teruggebracht. Het doel van het apparaat staat het niet toe zulke scherpe sprongen te maken, anders zal het de stroom-spanningskarakteristiek vervormen.

Dit is een diode- een halfgeleiderapparaat dat elektrische stroom slechts in één richting laat stromen.Dit is een zeer korte beschrijving van de eigenschappen van de diode en de werking ervan en de meest nauwkeurige. Laten we het nu eens nader bekijken, vooral omdat u met de diode uw kennismaking met de enorme familie van halfgeleiders begint.Wat is een halfgeleider?Uit de naam zelf blijkt dat een halfgeleider half geleidend is. In een specifiek geval laat een diode de elektrische stroom slechts in één richting door en niet in de tegenovergestelde richting. Het werkt als een tepel- of spoelsysteem in de kamer van een auto of fiets. De lucht die door de pomp door de spoel of nippel wordt geperst, komt de kamer van de auto binnen en komt niet meer naar buiten omdat deze door de spoel wordt geblokkeerd. De figuur toont een diode zoals deze is aangegeven op elektrische schema's.

In overeenstemming met de figuur laat de driehoek (anode) zien in welke richting de elektrische stroom van plus naar min stroomt, de diode zal "open" zijn respectievelijk aan de zijkant van de verticale strook (kathode) wordt de diode “vergrendeld”.

Deze eigenschap van de diode wordt gebruikt om wisselstroom om te zetten in gelijkstroom, hiervoor worden diodes samengesteld diode brug.

Diode brug

Hoe werkt een diodebrug? De volgende afbeelding toont een schematisch diagram van een diodebrug. Houd er rekening mee dat de ingang van de diodebrug wordt gevoed wisselstroom, bij de output die we al krijgen DC Laten we nu eens kijken hoe AC wordt omgezet in DC.

Als je mijn artikel leest “Wat is wisselstroom” je moet niet vergeten dat wisselstroom met een bepaalde frequentie van richting verandert. Simpel gezegd: bij de ingangsklemmen van de diodebrug veranderen plus en min van plaats met de netwerkfrequentie (in Rusland is deze frequentie 50 Hertz), wat betekent dat (+) en (-) 50 keer per seconde van plaats wisselen. Laten we zeggen dat er in de eerste cyclus een positieve potentiaal (+) zal zijn op aansluiting “A” en een negatieve potentiaal (-) op aansluiting “B”. De plus van klem “A” kan slechts in één richting langs de rode pijl gaan, via de diode “D1” naar de uitgangsklem met het (+) teken en vervolgens door weerstand (R1) via diode “D3” naar de minklem “B”. In de volgende cyclus, wanneer de plus en min van plaats wisselen, zal alles precies het tegenovergestelde gebeuren. De plus van klem “B” gaat via de diode “D2” naar de uitgangsklem met het teken (+) en vervolgens door weerstand (R1) via diode “D4” naar de minklem “A”. Zo verkrijgen we aan de ingang van de gelijkrichter een constante elektrische stroom die slechts in één richting beweegt van plus naar min (zoals in een gewone batterij). Deze methode om wisselstroom om te zetten in gelijkstroom wordt gebruikt in alle elektronische apparaten die worden gevoed door een 220 volt elektrisch netwerk. Naast diodebruggen samengesteld uit individuele diodes, worden elektronische componenten gebruikt waarbij, voor installatiegemak, gelijkrichterdiodes in één compacte behuizing zijn ingesloten. Zo'n apparaat heet “diodemontage”.

Er zijn niet alleen gelijkrichterdiodes. Er zijn diodes waarvan de geleidbaarheid afhangt van de verlichting, ze worden genoemd “fotodiodes” ze worden als volgt aangeduid:

Ze kunnen er zo uitzien:

LED's zijn u welbekend; u vindt ze in kerstboomslingers en in krachtige spotlights en autokoplampen. In het diagram worden ze als volgt aangeduid:

LED's zien er als volgt uit:

Hoe een diode te testen

Rekening diode U kunt een gewone multimeter gebruiken - hoe je een multimeter gebruikt In dit artikelOm dit te controleren, zet u de tester in de belmodus. We verbinden de sondes van het apparaat met de elektroden van de diode, de zwarte sonde met de kathode

(op moderne diodebehuizingen is de kathode gemarkeerd met een ringmarkering),sluit de rode sonde aan op de anode (zoals u al weet, laten diodes de spanning slechts in één richting door)De diodeweerstand zal klein zijn, d.w.z. De cijfers op de meter zullen een groot verschil maken.

We schakelen de sondes van het apparaat andersom -

De weerstand zal zeer groot zijn, bijna oneindig. Als alles werkt zoals ik schreef, werkt de diode, als in beide gevallen de weerstand erg hoog is, dan is de "open diode" defect en geeft helemaal geen spanning door, als de weerstand erg klein is, dan is de diode dat wel kapot en geeft spanning in beide richtingen door.

Hoe een diodebrug te controleren

Als de diodebrug uit afzonderlijke diodes is samengesteld, wordt elke diode afzonderlijk gecontroleerd, zoals hierboven beschreven. Het is niet nodig om elke diode uit het circuit te desolderen, maar het is beter om de positieve of negatieve pool van de gelijkrichter los te koppelen van het circuit.

Als u een diodesamenstel moet controleren, waarbij de diodes zich in één behuizing bevinden en u ze niet kunt bereiken, gaat u als volgt te werk:

We verbinden één sonde multimerta naar de plus van het diodesamenstel, en met de tweede raken we op hun beurt de klemmen van het geheel aan waar wisselstroom wordt geleverd. In één richting moet het apparaat een lage weerstand vertonen bij het wisselen van sondes in de tegenovergestelde richting, een zeer hoge weerstand. Vervolgens controleren we ook de gelijkrichter met de negatieve uitgang. Als tijdens de meting de metingen in beide richtingen klein of groot zijn, is de diodeconstructie defect. Deze testmethode wordt gebruikt bij reparatie van elektronica.

Hoogfrequente diodes, pulsdiodes, tunneldiodes, varicaps - al deze diodes worden veel gebruikt in huishoudelijke en speciale apparatuur. Om te begrijpen en erachter te komen hoe u welke diodes op de juiste manier kunt gebruiken en waar u deze moet gebruiken, moet u uw kennis verbeteren, gespecialiseerde literatuur bestuderen en natuurlijk niet aarzelen om vragen te stellen.

De naam diode vertaalt zich als "twee-elektroden". Historisch gezien is elektronica afkomstig van elektrische vacuümapparaten. Feit is dat de lampen, die velen zich herinneren van oude televisies en ontvangers, namen droegen als diode, triode, pentode, enz.

De naam bevatte het aantal elektroden of poten van het apparaat. Halfgeleiderdiodes werden begin vorige eeuw uitgevonden. Ze werden gebruikt om radiosignalen te detecteren.

De belangrijkste eigenschap van een diode zijn de geleidbaarheidskarakteristieken, die afhankelijk zijn van de polariteit van de spanning die op de aansluitingen wordt aangelegd. De diodeaanduiding vertelt ons de geleidingsrichting. De beweging van de stroom valt samen met de pijl op de UGO-diode.

UGO – conventionele grafische aanduiding. Met andere woorden: dit is een pictogram dat een element in het diagram aangeeft. Laten we eens kijken hoe we de LED-aanduiding in het diagram kunnen onderscheiden van andere soortgelijke elementen.

Diodes, wat zijn dat?

Naast de afzonderlijke gelijkrichterdiodes zijn deze afhankelijk van de toepassing in één behuizing gegroepeerd.

Benaming van de diodebrug

Zo wordt het bijvoorbeeld afgebeeld diode brug voor gelijkrichting van eenfasige wisselspanning. En hieronder ziet u het uiterlijk van diodebruggen en -assemblages.

Een ander type gelijkrichter is Schottky-diode– ontworpen voor gebruik in hoogfrequente circuits. Verkrijgbaar zowel in discrete vorm als in samenstellingen. Ze zijn vaak te vinden in schakelende voedingen, bijvoorbeeld voedingen voor een AT- of ATX-pc.

Bij Schottky-assemblages worden de pinout en het interne verbindingscircuit doorgaans op de behuizing aangegeven.

Specifieke diodes

We hebben al naar de gelijkrichterdiode gekeken, laten we eens kijken Zener diode, dat in de Russische literatuur wordt genoemd - Zener diode.

Benaming zenerdiode (Zenerdiode)

Uiterlijk lijkt het op een gewone diode: een zwarte cilinder met een markering aan één kant. Vaak te vinden in een versie met laag vermogen - een kleine rode glazen cilinder met een zwarte vlek op de kathode.

Het heeft een belangrijke eigenschap: spanningsstabilisatie, daarom wordt het parallel aan de belasting in de tegenovergestelde richting ingeschakeld, d.w.z. De plus van de voeding is verbonden met de kathode en de anode met de min.

Het volgende apparaat is varicap Het werkingsprincipe is gebaseerd op het veranderen van de waarde van de barrièrecapaciteit, afhankelijk van de grootte van de aangelegde spanning. Gebruikt in ontvangers en in circuits waar het nodig is om bewerkingen uit te voeren op de signaalfrequentie. Aangeduid als een diode gecombineerd met een condensator.

Varicap - aanduiding op het diagram en uiterlijk

– waarvan de aanduiding lijkt op een gekruiste diode. In feite is dit wat het is: het is een halfgeleiderapparaat met 3 knooppunten en 4 lagen. Vanwege zijn structuur heeft het de eigenschap stroom door te laten bij het overwinnen van een bepaalde spanningsbarrière.

Dinistors van ongeveer 30 V worden bijvoorbeeld vaak gebruikt in "spaarlampen", om een ​​autogenerator te starten, en andere voedingen die volgens een dergelijk circuit zijn gebouwd.

Dinistor-aanduiding

LED's en opto-elektronica

Omdat de diode licht uitzendt, betekent de aanduiding: LED er zou een indicatie van deze functie moeten zijn, dus werden er twee uitgaande pijlen toegevoegd aan de gebruikelijke diode.

In werkelijkheid zijn er veel verschillende manieren om de polariteit te bepalen; hieronder staat een hele sectie hierover, bijvoorbeeld de pinout van een groene LED.

Meestal zijn de pinnen van een LED gemarkeerd met een markering of met poten van verschillende lengtes. Het korte been is een minpuntje.

Fotodiode, het apparaat is het tegenovergestelde van de LED. Het verandert zijn geleidbaarheidstoestand afhankelijk van de hoeveelheid licht die op het oppervlak valt. Zijn benaming:

Dergelijke apparaten worden gebruikt in televisies, bandrecorders en andere apparatuur die wordt bestuurd door een afstandsbediening in het infraroodspectrum. Zo'n apparaat kan worden gemaakt door het lichaam van een gewone transistor af te snijden.

Vaak gebruikt in lichtsensoren, op apparaten voor het automatisch in- en uitschakelen van verlichtingscircuits, bijvoorbeeld de volgende:

Opto-elektronica is een vakgebied dat wijdverbreid is geworden op het gebied van datatransmissie, communicatie en besturingsapparatuur. Dankzij de snelle respons en het galvanische isolatievermogen garandeert het de veiligheid van de gevoede apparaten in het geval van een hoogspanningsstoot aan de primaire zijde. Echter niet in de vorm zoals aangegeven, maar in de vorm van een optocoupler.

Onderaan het diagram zie je een optocoupler. De LED wordt hier ingeschakeld door het stroomcircuit te sluiten met behulp van een optotransistor in het LED-circuit. Wanneer u de schakelaar sluit, stroomt er stroom door de LED in de optocoupler, in het onderste vierkant links. Het licht op en de transistor begint, onder invloed van de lichtstroom, stroom door LED1 te laten gaan, groen gemarkeerd.

Dezelfde toepassing wordt gebruikt in de stroom- of spanningsfeedbackcircuits (om ze te stabiliseren) van veel voedingen. Het toepassingsgebied loopt van opladers voor mobiele telefoons en voedingen voor LED-strips tot krachtige voedingssystemen.

Er is een grote verscheidenheid aan diodes, sommige zijn qua kenmerken vergelijkbaar, sommige hebben volledig ongebruikelijke eigenschappen en toepassingen, ze zijn verenigd door de aanwezigheid van slechts twee functionele terminals.

Je kunt deze elementen in elk elektrisch circuit vinden; hun belang en kenmerken kunnen niet worden onderschat. De juiste selectie van een diode in het snubbercircuit kan bijvoorbeeld de efficiëntie en warmteafvoer van stroomschakelaars aanzienlijk beïnvloeden, en daarmee de duurzaamheid van de voeding.

Als er iets onduidelijk voor je was, laat dan reacties achter en stel vragen; in de volgende artikelen zullen we zeker alle onduidelijke vragen en interessante punten onthullen!