At vi ikke kan forestille oss livet vårt uten dem. Disse surrende boksene på skrivebordene våre er satt sammen av mange forskjellige deler av maskinvare. Det er interessant å merke seg at ingen av disse byggeklossene alene har de samme egenskapene som en datamaskin.

Og til sammen er de noe helt unikt!

Uansett hvilken murstein du tar, er det bare et stykke bakt leire; Det er ikke umiddelbart klart til hvilket formål den – i seg selv – kan tilpasses.

Det er som et hus bygget av murstein.

Men flere tusen av disse leirstykkene samlet på en bestemt måte er en bolig som beskytter mot dårlig vær og gir tak over hodet.

Selvfølgelig kan du bruke en datamaskin (og bo i et hus) og ikke ha noen anelse om hvordan disse tingene fungerer.

Men hvis du vil lære å "helbrede" datamaskinene dine, må du forstå hvordan komponentene deres fungerer.

Derfor vil vi i dag snakke om en av datamaskinens "byggeklosser" litt mer detaljert. Vi skal prøve å kort sette oss inn i hva det er halvlederdioder og hvorfor de trengs.

Hva er en diode?

Dioder brukes i datamaskiner for å rette opp vekselstrøm.

En likeretterdiode er en del som inneholder to typer halvledere koblet sammen - p-type (positiv) og n-type (negativ).

Når de kobles sammen (sammensmeltes), dannes det et såkalt p-n-kryss. Dette krysset har forskjellig motstand for forskjellig polaritet til den påførte spenningen.

Hvis spenningen påføres i foroverretningen (den positive terminalen til spenningskilden er koblet til p-halvlederen - anoden, og den negative terminalen er koblet til n-halvlederen - katoden), så er motstanden til dioden er liten.

I dette tilfellet sies dioden å være åpen. Hvis polariteten til forbindelsen er reversert, vil diodemotstanden være svært høy. I dette tilfellet sies dioden å være lukket (låst).

Når dioden er åpen, faller noe spenning over den.

Dette spenningsfallet skapes av den såkalte foroverstrømmen som flyter gjennom dioden og avhenger av størrelsen på denne strømmen.

Dessuten denne avhengigheten ikke-lineær.

Den spesifikke verdien av spenningsfallet avhengig av den flytende strømmen kan bestemmes fra strøm-spenningskarakteristikken.

Denne egenskapen må angis i den fullstendige tekniske beskrivelsen (datablad, referanseblad).

For eksempel, på den vanlige 1N5408-dioden som brukes i en datamaskinstrømforsyning, når strømmen endres fra 0,2 til 3 A, endres spenningsfallet fra 0,6 til 0,9 V. Jo større strømmen som strømmer gjennom dioden, desto større blir spenningsfallet over dioden den og henholdsvis kraften som forsvinner på den (P = U * I). Jo mer kraft som dissiperes av dioden, jo mer varmes den opp.

I datasystemer, når nettspenningen korrigeres, brukes vanligvis en brorettingskrets - 4 dioder koblet på en bestemt måte.

Hvis terminal 1 har et positivt potensial i forhold til terminal 2, vil strømmen flyte gjennom dioden VD1, lasten og dioden VD3.

Hvis terminal 1 har et negativt potensial fra terminal 2, vil strømmen flyte gjennom dioden VD2, lasten og dioden VD4. Selv om strømmen gjennom belastningen varierer i størrelse (ved vekselspenning), flyter den alltid i én retning - fra terminal 3 til terminal 4.

Dette er den rette effekten. Hvis det ikke var noen diodebro, ville laststrømmen flyte i forskjellige retninger. Den renner i samme retning som broen. Denne strømmen kalles pulserende.

I et kurs med høyere matematikk er det bevist at pulserende spenning inneholder en konstant komponent og summen av harmoniske (frekvenser som er multipler av grunnfrekvensen til en vekselspenning på 50 Hertz). DC-komponenten er isolert av et filter (høykapasitetskondensator), som ikke lar harmoniske passere.

Likeretterdioder finnes også i lavspenningsdelen av strømforsyningen. Bare koblingskretsen består ikke av 4 dioder, men av to.

En oppmerksom leser kan spørre: «Hvorfor brukes forskjellige svitsjekretser? Er det mulig å bruke en diodebro i lavspentdelen?”

Det er mulig, men det vil ikke være den beste løsningen. Ved en diodebro går strømmen gjennom lasten og to dioder koblet i serie.

Hvis det brukes 1N5408 dioder, kan det totale spenningsfallet over dem være 1,8 V. Dette er svært lite sammenlignet med 220 V nettspenning.

Men hvis en slik krets brukes i lavspenningsdelen, vil dette fallet være veldig merkbart sammenlignet med spenninger på +3,3, +5 og +12 V. Bruken av en krets med to dioder reduserer tapene med det halve, siden en diode er koblet i serie med lasten, ikke to.

I tillegg er strømmen i sekundærkretsene til strømforsyningen mye større (flere ganger) enn i primærkretsen.

Det skal bemerkes at for denne kretsen må transformatoren ha to identiske viklinger, og ikke en. En to-diode likeretterkrets bruker begge halvsyklusene av AC-spenningen, akkurat som en brokrets.

Hvis potensialet til den øvre enden av sekundærviklingen til transformatoren (se diagram) er positivt i forhold til den nedre, flyter strømmen gjennom terminal 1, diode VD1, terminal 3, last, terminal 4 og midtpunktet av viklingen. Diode VD2 er låst på dette tidspunktet.

Hvis potensialet til den nedre enden av sekundærviklingen er positivt i forhold til den øvre enden, flyter strømmen gjennom terminal 2, diode VD2, terminal 3, last, terminal 4 og midtpunktet av viklingen. Diode VD1 er låst på dette tidspunktet. Resultatet er den samme pulserende strømmen som med en brokrets.

La oss nå gjøre slutt på den kjedelige teorien og gå videre til det mest interessante - praksis.

Til å begynne med, la oss si at før du begynner å sjekke dioder, vil det være greit å gjøre deg kjent med hvordan du arbeider med en digital tester.

Dette er omtalt i de aktuelle artiklene, og.

En diode på elektriske kretser er symbolsk avbildet i form av en trekant (pil) og en pinne.

Pinnen er katoden, pilen (den indikerer retningen til strømmen, dvs. bevegelsen av positive ladninger) er anoden.

Du kan sjekke diodebroen med en digital tester ved å sette driftsbryteren i diodetestposisjonen (testerområdebryteren skal være motsatt av det symbolske bildet av dioden).

Hvis du kobler den røde sonden til testeren til anoden, og den svarte til katoden til en separat diode, vil dioden åpnes av spenningen fra testeren.

Displayet vil vise en verdi på 0,5 - 0,6 V.

Hvis du endrer polariteten til probene, vil dioden bli blokkert.

Displayet vil vise en i sifferet lengst til venstre.

En diodebro har ofte en symbolsk betegnelse på typen spenning på kroppen (~ vekselspenning, +, - likespenning).

Diodebroen kan kontrolleres ved å installere en sonde på en av "~" terminalene, og den andre - vekselvis på "+" og "-" terminalene.

I dette tilfellet vil en diode være åpen og den andre vil være lukket.

Hvis du endrer polariteten til probene, vil dioden som ble lukket nå åpne, og den andre lukkes.

Det skal bemerkes at katoden er den positive terminalen til broen.

Hvis noen av diodene er kortsluttet, vil testeren vise null (eller svært liten) spenning.

En slik bru er naturlig nok uegnet for arbeid.

Du kan verifisere at dioden er kortsluttet hvis du tester diodene i motstandsmålingsmodus.

Med en kortsluttet diode vil testeren vise svak motstand i begge retninger.

Som allerede nevnt, brukes en likeretterkrets med to dioder i sekundærkretsene.

Men selv på en diode faller spenningen ganske mye sammenlignet med utgangsspenningene +12 V, +5 V, +3,3 V.

Forbruksstrømmer kan komme opp i 20 A eller mer, og mye strøm vil bli spredd på diodene.

Som et resultat vil de bli veldig varme.

Effekttap vil avta hvis foroverspenningen over dioden er lavere.

Derfor brukes i slike tilfeller såkalte Schottky-dioder, som har et lavere spenningsfall fremover.

Schottky dioder

En Schottky-diode består ikke av to forskjellige halvledere, men av et metall og en halvleder.

Den resulterende såkalte potensielle barrieren vil bli mindre.

Datastrømforsyninger bruker doble Schottky-dioder i en tre-terminal pakke.

En typisk representant for en slik montering er SBL2040. Spenningsfallet over hver av diodene ved maksimal strøm vil ikke overstige (ifølge databladet) 0,55 V. Hvis du sjekker det med en tester (i diodetestmodus), vil det vise en verdi på ca. 0,17 V.

Den lavere spenningen skyldes at det går en veldig liten strøm gjennom dioden, langt fra maksimum.

Avslutningsvis, la oss si at dioden har en slik parameter som maksimal tillatt reversspenning. Hvis dioden er låst, påføres reversspenning på den. Ved utskifting av dioder må denne verdien tas i betraktning.

Hvis reversspenningen i en reell krets overskrider det maksimalt tillatte, vil dioden svikte!

En diode er en viktig maskinvare i elektronikk. Hvordan kunne vi ellers rette opp spenningen?

Du kan kjøpe dioder for eksperimenter

Vi sees på bloggen!

En diode er en av typene enheter designet på halvlederbasis. Den har ett p-n-kryss, samt anode- og katodeterminaler. I de fleste tilfeller er den designet for modulering, retting, konvertering og andre handlinger med innkommende elektriske signaler.

Driftsprinsipp:

1. Elektrisitet virker på katoden, varmeren begynner å lyse, og elektroden begynner å avgi elektroner.
2. Mellom to elektroder et elektrisk felt genereres.
3. Hvis anoden har et positivt potensial, så begynner den å tiltrekke seg elektroner til seg selv, og det resulterende feltet er en katalysator for denne prosessen. I dette tilfellet genereres en emisjonsstrøm.
4. Mellom elektrodene det dannes en negativ romladning, som kan forstyrre bevegelsen av elektroner. Dette skjer hvis anodepotensialet er for svakt. I dette tilfellet klarer noen av elektronene ikke å overvinne påvirkningen av den negative ladningen, og de begynner å bevege seg i motsatt retning og går tilbake til katoden igjen.
5. Alle elektroner, som nådde anoden og ikke kom tilbake til katoden, bestemme parametrene til katodestrømmen. Derfor avhenger denne indikatoren direkte av det positive anodepotensialet.
6. Strøm av alle elektroner, som var i stand til å komme til anoden, kalles anodestrømmen, hvis indikatorer i dioden alltid tilsvarer parametrene til katodestrømmen. Noen ganger kan begge indikatorene være null; dette skjer i situasjoner der anoden har en negativ ladning. I dette tilfellet akselererer ikke feltet som oppstår mellom elektrodene partiklene, men tvert imot bremser dem og returnerer dem til katoden. Dioden i dette tilfellet forblir i en låst tilstand, noe som fører til en åpen krets.

Enhet

Nedenfor er en detaljert beskrivelse av diodestrukturen; å studere denne informasjonen er nødvendig for ytterligere forståelse av prinsippene for drift av disse elementene:

1. Ramme er en vakuumsylinder som kan være laget av glass, metall eller slitesterke keramiske varianter av materialer.
2. Inne i sylinderen det er 2 elektroder. Den første er en oppvarmet katode, som er designet for å sikre prosessen med elektronemisjon. Den enkleste katoden i design er en filament med liten diameter, som varmes opp under drift, men i dag er indirekte oppvarmede elektroder mer vanlig. De er sylindre laget av metall og har et spesielt aktivt lag som er i stand til å sende ut elektroner.
3. Inne i katoden indirekte varme Det er et spesifikt element - en ledning som lyser under påvirkning av elektrisk strøm, det kalles en varmeapparat.
4. Andre elektrode er anoden, er det nødvendig å akseptere elektronene som ble frigjort av katoden. For å gjøre dette må den ha et potensial som er positivt i forhold til den andre elektroden. I de fleste tilfeller er anoden også sylindrisk.
5. Begge elektrodene Vakuumenheter er helt identiske med emitteren og basen til halvlederens utvalg av elementer.
6. For å lage en diodekrystall Silisium eller germanium brukes oftest. En av delene er elektrisk ledende av p-type og har en mangel på elektroner, som dannes ved en kunstig metode. Den motsatte siden av krystallen har også ledningsevne, men den er n-type og har et overskudd av elektroner. Det er en grense mellom de to regionene, som kalles et p-n-kryss.

Slike funksjoner i den interne strukturen gir dioder deres hovedegenskap - evnen til å lede elektrisk strøm i bare én retning.

Hensikt

Nedenfor er de viktigste bruksområdene for dioder, hvorfra deres hovedformål blir klart:

1. Diodebroer er 4, 6 eller 12 dioder koblet til hverandre, deres antall avhenger av typen krets, som kan være enfase, trefase halvbro eller trefase fullbro. De utfører funksjonene til likerettere; dette alternativet brukes oftest i bilgeneratorer, siden introduksjonen av slike broer, samt bruken av børstesamlerenheter med dem, har gjort det mulig å redusere størrelsen på denne enheten betydelig og øke påliteligheten. Hvis koblingen gjøres i serie og i én retning, øker dette minimumsspenningen som kreves for å låse opp hele diodebroen.
2. Diode detektorer oppnås ved å kombinere disse enhetene med kondensatorer. Dette er nødvendig slik at det er mulig å isolere lavfrekvent modulasjon fra forskjellige modulerte signaler, inkludert den amplitudemodulerte variasjonen til radiosignalet. Slike detektorer er en del av utformingen av mange husholdningsapparater, som fjernsyn eller radioer.
3. Sikre beskyttelse av forbrukere mot feil polaritet når kretsinnganger slås på fra forekommende overbelastninger eller bryter fra sammenbrudd av elektromotorisk kraft som oppstår under selvinduksjon, som oppstår når den induktive belastningen er slått av. For å sikre sikkerheten til kretser fra overbelastninger som oppstår, brukes en kjede bestående av flere dioder koblet til forsyningsbussene i motsatt retning. I dette tilfellet må inngangen som beskyttelsen gis til, kobles til midten av denne kjeden. Ved normal drift av kretsen er alle diodene i lukket tilstand, men hvis de har oppdaget at inngangspotensialet har gått utover de tillatte spenningsgrensene, aktiveres et av beskyttelseselementene. På grunn av dette begrenses dette tillatte potensialet innenfor den tillatte forsyningsspenningen i kombinasjon med et direkte spenningsfall på verneanordningen.
4. Brytere, opprettet på grunnlag av dioder, brukes til å bytte signaler med høye frekvenser. Et slikt system styres ved hjelp av likestrøm, høyfrekvent separasjon og tilførsel av et styresignal, som oppstår på grunn av induktans og kondensatorer.
5. Opprettelse av diodegnistbeskyttelse. Det brukes shuntdiodebarrierer, som gir sikkerhet ved å begrense spenningen i den tilsvarende elektriske kretsen. I kombinasjon med dem brukes strømbegrensende motstander, som er nødvendige for å begrense den elektriske strømmen som går gjennom nettverket og øke beskyttelsesgraden.

Bruken av dioder i elektronikk i dag er svært utbredt, siden praktisk talt ingen moderne type elektronisk utstyr kan klare seg uten disse elementene.

Direkte diodetilkobling

Diodens p-n-kryss kan påvirkes av spenning tilført fra eksterne kilder. Indikatorer som størrelse og polaritet vil påvirke oppførselen og den elektriske strømmen som ledes gjennom den.

Nedenfor vurderer vi i detalj alternativet der den positive polen er koblet til p-type-området, og den negative polen til n-type-området. I dette tilfellet vil direkte bytte skje:

1. Under spenning fra en ekstern kilde vil det dannes et elektrisk felt i p-n-krysset, og dets retning vil være motsatt av det indre diffusjonsfeltet.
2. Feltspenning vil avta betydelig, noe som vil gi en kraftig innsnevring av barrierelaget.
3. Under påvirkning av disse prosessene et betydelig antall elektroner vil kunne bevege seg fritt fra p-regionen til n-regionen, så vel som i motsatt retning.
4. Driftstrømindikatorer under denne prosessen forblir de samme, siden de direkte avhenger bare av antall minoritetsladede operatører som befinner seg i regionen til pn-krysset.
5. Elektroner har økt diffusjonsnivå, noe som fører til injeksjon av minoritetsbærere. Med andre ord vil det i n-regionen være en økning i antall hull, og i p-regionen vil det registreres en økt konsentrasjon av elektroner.
6. Mangel på likevekt og økt antall minoritetsbærere får dem til å gå dypt inn i halvlederen og blande seg med strukturen, noe som til slutt fører til ødeleggelse av dens elektriske nøytralitetsegenskaper.
7. Halvleder samtidig er den i stand til å gjenopprette sin nøytrale tilstand, dette skjer på grunn av mottak av ladninger fra en tilkoblet ekstern kilde, noe som bidrar til utseendet til likestrøm i den eksterne elektriske kretsen.

Diode omvendt tilkobling

Nå vil vi vurdere en annen metode for å slå på, hvor polariteten til den eksterne kilden som spenningen overføres fra endres:

1. Hovedforskjellen fra direkte tilkobling er det at det skapte elektriske feltet vil ha en retning som er fullstendig sammenfallende med retningen til det indre diffusjonsfeltet. Følgelig vil barrierelaget ikke lenger smale, men tvert imot utvide seg.
2. Felt som ligger i pn-krysset, vil ha en akselererende effekt på en rekke minoritetsladningsbærere, av denne grunn vil driftstrømindikatorene forbli uendret. Det vil bestemme parametrene til den resulterende strømmen som passerer gjennom pn-krysset.
3. Når du vokser revers spenning, vil den elektriske strømmen som flyter gjennom krysset ha en tendens til å nå maksimale verdier. Den har et spesielt navn - metningsstrøm.
4. I henhold til eksponentiell lov, med en gradvis økning i temperaturen, vil metningsstrømindikatorene også øke.

Forover og revers spenning

Spenningen som påvirker dioden er delt inn etter to kriterier:

1. Foroverspenning- dette er når dioden åpnes og likestrøm begynner å passere gjennom den, mens motstanden til enheten er ekstremt lav.
2. Omvendt spenning- dette er den som har omvendt polaritet og sørger for at dioden lukkes med omvendt strøm som går gjennom den. Samtidig begynner motstandsindikatorene til enheten å øke kraftig og betydelig.

Motstanden til et pn-kryss er en konstant skiftende indikator, primært påvirket av foroverspenningen direkte på dioden. Hvis spenningen øker, vil kryssmotstanden reduseres proporsjonalt.

Dette fører til en økning i parametrene til foroverstrømmen som går gjennom dioden. Når denne enheten er lukket, blir praktisk talt hele spenningen påført den, av denne grunn er den omvendte strømmen som går gjennom dioden ubetydelig, og overgangsmotstanden når toppparametere.

Diodedrift og dens strømspenningsegenskaper

Strømspenningskarakteristikken til disse enhetene forstås som en buet linje som viser avhengigheten av den elektriske strømmen som strømmer gjennom p-n-krysset på volumet og polariteten til spenningen som virker på den.

En slik graf kan beskrives som følger:

1. Vertikal akse: Det øvre området tilsvarer de fremre strømverdiene, det nedre området tilsvarer de reverserte strømparametrene.
2. Horisontal akse: Området til høyre er for fremspenningsverdier; område til venstre for omvendt spenningsparametere.
3. Direkte gren av strøm-spenningskarakteristikken reflekterer passasjen av elektrisk strøm gjennom dioden. Den er rettet oppover og løper i umiddelbar nærhet til den vertikale aksen, siden den representerer økningen i forover elektrisk strøm som oppstår når den tilsvarende spenningen øker.
4. Andre (omvendt) gren tilsvarer og viser den lukkede tilstanden til den elektriske strømmen som også går gjennom enheten. Dens posisjon er slik at den løper praktisk talt parallelt med den horisontale aksen. Jo brattere denne grenen nærmer seg vertikalen, desto høyere er rettingsevnen til en bestemt diode.
5. I henhold til timeplanen kan du se at etter en økning i foroverspenningen som strømmer gjennom p-n-krysset, oppstår en langsom økning i elektrisk strøm. Imidlertid når kurven gradvis et område der et hopp er merkbart, hvoretter det oppstår en akselerert økning i indikatorene. Dette skyldes at dioden åpner og leder strøm ved foroverspenning. For enheter laget av germanium skjer dette ved en spenning på 0,1V til 0,2V (maksimal verdi 1V), og for silisiumelementer kreves en høyere verdi fra 0,5V til 0,6V (maksimal verdi 1,5V).
6. Nåværende økning vist kan føre til overoppheting av halvledermolekyler. Hvis varmefjerningen som oppstår på grunn av naturlige prosesser og driften av radiatorer er mindre enn nivået av frigjøringen, kan strukturen til molekylene bli ødelagt, og denne prosessen vil være irreversibel. Av denne grunn er det nødvendig å begrense foroverstrømparameterne for å forhindre overoppheting av halvledermaterialet. For å gjøre dette legges spesielle motstander til kretsen, koblet i serie med diodene.
7. Utforsker den omvendte grenen du kan legge merke til at hvis reversspenningen påført p-n-krysset begynner å øke, så er økningen i strømparametere praktisk talt umerkelig. Men i tilfeller der spenningen når parametere som overskrider de tillatte normene, kan det oppstå et plutselig hopp i omvendt strøm, noe som vil overopphete halvlederen og bidra til den påfølgende sammenbruddet av p-n-krysset.

Grunnleggende diodefeil

Noen ganger feiler enheter av denne typen, dette kan oppstå på grunn av naturlig avskrivning og aldring av disse elementene eller av andre årsaker.

Totalt er det 3 hovedtyper av vanlige feil:

1. Overgangssammenbrudd fører til at dioden, i stedet for en halvlederenhet, i hovedsak blir den vanligste lederen. I denne tilstanden mister den sine grunnleggende egenskaper og begynner å sende elektrisk strøm i absolutt alle retninger. Et slikt sammenbrudd oppdages enkelt ved hjelp av en standard, som begynner å pipe og viser et lavt motstandsnivå i dioden.
2. Når den er ødelagt den omvendte prosessen skjer - enheten slutter generelt å sende elektrisk strøm i alle retninger, det vil si at den i hovedsak blir en isolator. For nøyaktig å bestemme en pause, er det nødvendig å bruke testere med høykvalitets og brukbare prober, ellers kan de noen ganger feilaktig diagnostisere denne feilen. I legeringshalvledervarianter er en slik sammenbrudd ekstremt sjelden.
3. En lekkasje, hvor tettheten til enhetens kropp brytes, som et resultat av at den ikke kan fungere ordentlig.

Nedbryting av p-n-kryss

Slike sammenbrudd oppstår i situasjoner der den omvendte elektriske strømmen begynner å plutselig og kraftig øke, dette skjer på grunn av det faktum at spenningen av den tilsvarende typen når uakseptable høye verdier.

Det er vanligvis flere typer:

1. Termiske sammenbrudd, som er forårsaket av en kraftig økning i temperatur og påfølgende overoppheting.
2. Elektriske havarier, som oppstår under påvirkning av strøm på overgangen.

Grafen over strømspenningskarakteristikken lar deg visuelt studere disse prosessene og forskjellen mellom dem.

Elektrisk havari

Konsekvensene forårsaket av elektriske sammenbrudd er ikke irreversible, siden de ikke ødelegger selve krystallen. Derfor, med en gradvis reduksjon i spenning, er det mulig å gjenopprette alle egenskapene og driftsparametrene til dioden.

Samtidig er sammenbrudd av denne typen delt inn i to typer:

1. Tunnelhavari oppstår når høyspenning passerer gjennom trange veikryss, noe som gjør at individuelle elektroner kan slippe gjennom den. De oppstår vanligvis hvis halvledermolekyler inneholder et stort antall forskjellige urenheter. Under et slikt sammenbrudd begynner reversstrømmen å øke kraftig og raskt, og den tilsvarende spenningen er på et lavt nivå.
2. Skredtyper av sammenbrudd er mulig på grunn av påvirkning av sterke felt som er i stand til å akselerere ladningsbærere til maksimalt nivå, på grunn av hvilket de slår ut en rekke valenselektroner fra atomene, som deretter flyr inn i det ledende området. Dette fenomenet er skredaktig i naturen, og det er derfor denne typen sammenbrudd fikk navnet sitt.

Termisk sammenbrudd

Forekomsten av et slikt sammenbrudd kan oppstå av to hovedårsaker: utilstrekkelig varmefjerning og overoppheting av p-n-krysset, som oppstår på grunn av strømmen av elektrisk strøm gjennom det med for høye hastigheter.

En økning i temperatur i overgangen og nærliggende områder forårsaker følgende konsekvenser:

1. Vekst av atomvibrasjoner, inkludert i krystallen.
2. Truffet elektroner inn i ledningsbåndet.
3. En kraftig økning i temperaturen.
4. Ødeleggelse og deformasjon krystallstruktur.
5. Fullstendig fiasko og sammenbrudd av hele radiokomponenten.

For å kontrollere retningen til elektrisk strøm, er det nødvendig å bruke forskjellige radio- og elektriske komponenter. Spesielt moderne elektronikk bruker en halvlederdiode til dette formålet; bruken sikrer en jevn strøm.

Enhet

En elektrisk halvlederdiode eller diodeventil er en enhet som er laget av halvledermaterialer (vanligvis silisium) og fungerer bare med en enveis strøm av ladede partikler. Hovedkomponenten er en krystalldel, med et p-n-kryss, som er koblet til to elektriske kontakter. Vakuumdioderør har to elektroder: en plate (anode) og en oppvarmet katode.

Foto - halvlederdiode

Germanium og selen brukes til å lage halvlederdioder, akkurat som for mer enn 100 år siden. Strukturen deres gjør at delene kan brukes til å forbedre elektroniske kretser, konvertere vekselstrøm og likestrøm til ensrettet pulserende strøm, og til å forbedre ulike enheter. I diagrammet ser det slik ut:

Foto - diodebetegnelse

Det finnes forskjellige typer halvlederdioder, deres klassifisering avhenger av materialet, driftsprinsippet og bruksområdet: zenerdioder, pulsed, legering, punkt, varicaps, laser og andre typer. Ganske ofte brukes analoger av broer - disse er plane og polykrystallinske likerettere. Kommunikasjonen deres utføres også ved hjelp av to kontakter.

De viktigste fordelene med en halvlederdiode:

1. Full utskiftbarhet;
2. Utmerkede gjennomstrømningsparametere;
3. Tilgjengelighet. Du kan kjøpe dem i en hvilken som helst elektrisk varebutikk eller fjerne dem gratis fra gamle kretser. Prisen starter fra 50 rubler. Butikkene våre tilbyr både innenlandske merker (KD102, KD103, etc.) og utenlandske.

Merking

Merkingen av en halvlederdiode er en forkortelse for hovedparametrene til enheten. For eksempel er KD196V en silisiumdiode med en sammenbruddsspenning på opptil 0,3 V, en spenning på 9,6, en modell av den tredje utviklingen.

Basert på dette:

1. Den første bokstaven bestemmer materialet som enheten er laget av;
2. Enhetsnavn;
3. Et tall som definerer formålet;
4. Enhetsspenning;
5. Et tall som bestemmer andre parametere (avhengig av type del).

Video: bruk av dioder

Prinsipp for operasjon

Halvleder- eller likeretterdioder har et ganske enkelt driftsprinsipp. Som vi allerede har sagt, er en diode laget av silisium på en slik måte at den ene enden er p-type og den andre enden er n-type. Dette betyr at begge pinnene har forskjellige egenskaper. Den ene har et overskudd av elektroner, mens den andre har et overskudd av hull. Naturligvis er det et område i enheten der alle elektronene fyller visse hull. Dette betyr at det ikke er noen eksterne kostnader. På grunn av det faktum at denne regionen er tømt for ladningsbærere og er kjent som den kombinerende regionen.

Foto - operasjonsprinsipp

Til tross for at tilkoblingsområdet er veldig lite (ofte er størrelsen flere tusendeler av en millimeter), kan ikke strøm flyte i det på vanlig måte. Hvis en spenning påføres slik at p-type-området blir positivt og n-type-området blir negativt, beveger hullene seg til den negative polen og hjelper elektroner med å passere gjennom kombineringsområdet. På samme måte beveger elektroner seg til den positive kontakten og omgår så å si den samlende. Til tross for at alle partiklene beveger seg med forskjellige ladninger i forskjellige retninger, danner de til slutt en ensrettet strøm, som bidrar til å rette opp signalet og forhindre spenningsstøt ved diodekontaktene.

Hvis det påføres spenning til en halvlederdiode i motsatt retning, vil det ikke gå strøm gjennom den. Årsaken er at hullene tiltrekkes av det negative potensialet, som er i området p-type. På samme måte blir elektroner tiltrukket av et positivt potensial som påføres n-type-området. Dette fører til at det kombinerende området øker i størrelse, noe som gjør det umulig for rettet partikkelstrøm.

Foto - egenskapene til halvledere

Strøm-spenningsegenskaper

Strømspenningskarakteristikken til en halvlederdiode avhenger av materialet den er laget av og noen parametere. For eksempel har en ideell halvlederlikeretter eller diode følgende parametere:

1. Motstand for direkte tilkobling – 0 Ohm;
2. Termisk potensial – VG = +-0,1 V;
3. I den direkte seksjonen RD > rD, dvs. den direkte motstanden er større enn differensialmotstanden.

Hvis alle parametere samsvarer, oppnås følgende graf:

Foto - CVC av en ideell diode

Denne dioden brukes i digital elektroteknikk, laserindustrien, og brukes også i utviklingen av medisinsk utstyr. Det er nødvendig for høye krav til logiske funksjoner. Eksempler: laserdiode, fotodiode.

I praksis er disse parameterne svært forskjellige fra de virkelige. Mange enheter er rett og slett ikke i stand til å operere med så høy nøyaktighet, eller slike krav er ikke nødvendige. En ekvivalent kretskarakterisering av en ekte halvleder viser at den har alvorlige ulemper:

Foto - strøm-spenningskarakteristikk i en ekte halvlederdiode

Denne strømspenningskarakteristikken til en halvlederdiode indikerer at under direkte tilkobling må kontaktene nå maksimal spenning. Deretter vil halvlederen åpne seg for å tillate passasje av elektronladede partikler. Disse egenskapene viser også at strømmen vil flyte normalt og uten avbrudd. Men inntil alle parametere stemmer, leder ikke dioden strøm. Samtidig varierer spenningen for en silisium likeretter innenfor 0,7, og for en germanium likeretter varierer den innenfor 0,3 Volt.

Driften av enheten er veldig avhengig av nivået på den maksimale foroverstrømmen som kan passere gjennom dioden. I diagrammet er det definert av ID_MAX. Enheten er utformet på en slik måte at når den slås på direkte, kan den bare tåle en elektrisk strøm med begrenset styrke. Ellers vil likeretteren overopphetes og brenne ut, som en vanlig LED. Ulike typer enheter brukes til å kontrollere temperaturen. Naturligvis påvirker noen av dem ledningsevnen, men de forlenger ytelsen til dioden.

En annen ulempe er at når du sender vekselstrøm, er ikke dioden en ideell isolasjonsenhet. Den fungerer kun i én retning, men det må alltid tas hensyn til lekkasjestrøm. Formelen avhenger av de andre parameterne til dioden som brukes. Oftest betegner kretser det som I OP. En studie av uavhengige eksperter fant at germanium overfører opptil 200 µA, og silisium overfører opptil 30 µA. Samtidig er mange importerte modeller begrenset til en lekkasje på 0,5 µA.

Foto – husdioder

Alle typer dioder er utsatt for spenningsbrudd. Dette er en egenskap ved et nettverk som er preget av begrenset spenning. Enhver stabiliserende enhet må tåle det (zenerdiode, transistor, tyristor, diodebro og kondensator). Når den eksterne potensialforskjellen mellom kontaktene til en likeretterende halvlederdiode er betydelig høyere enn den begrensede spenningen, blir dioden en leder, og reduserer motstanden til et minimum på ett sekund. Formålet med enheten tillater ikke at den gjør så skarpe hopp, ellers vil den forvrenge strømspenningskarakteristikken.

Dette er en diode- en halvlederenhet som lar elektrisk strøm flyte i bare én retning.Dette er en veldig kort beskrivelse av egenskapene til dioden og dens drift og den mest nøyaktige. La oss nå se nærmere, spesielt siden du begynner å bli kjent med den enorme familien av halvledere med dioden.Hva er en halvleder?Fra selve navnet er en halvleder, det er klart, halvt ledende. I et spesifikt tilfelle lar en diode elektrisk strøm passere i bare én retning og lar den ikke passere i motsatt retning. Det fungerer som et brystvorte eller spolesystem i kammeret på en bil eller sykkel. Luften som presses av pumpen gjennom spolen eller nippelen kommer inn i bilens kammer og kommer ikke ut igjen på grunn av at den er låst av spolen. Figuren viser en diode slik den er angitt på elektriske diagrammer.

I samsvar med figuren viser trekanten (anode) i hvilken retning den elektriske strømmen flyter fra pluss til minus, dioden vil være "åpen" hhv på siden av den vertikale stripen (katoden) vil dioden være "låst".

Denne egenskapen til dioden brukes til å konvertere vekselstrøm til likestrøm; for dette settes dioder sammen diodebro.

Diodebro

Hvordan fungerer en diodebro? Følgende figur viser et skjematisk diagram av en diodebro. Vær oppmerksom på at inngangen til diodebroen er levert vekselstrøm, på utgangen vi allerede får D.C. La oss nå finne ut hvordan AC konverteres til DC.

Hvis du leser artikkelen min "Hva er vekselstrøm" du må huske at vekselstrøm endrer retning med en viss frekvens. Enkelt sagt, ved inngangsterminalene til diodebroen, vil pluss og minus bytte plass med nettverksfrekvensen (i Russland er denne frekvensen 50 Hertz), noe som betyr at (+) og (-) bytter plass 50 ganger per sekund. La oss si at det i den første syklusen vil være et positivt potensial (+) ved terminal "A" og negativt potensial (-) ved terminal "B". Plusset fra terminal "A" kan bare gå i én retning langs den røde pilen, gjennom dioden "D1" til utgangsterminalen med (+) tegnet og deretter gjennom motstand (R1) gjennom dioden “D3” til minusklemmen “B”. I neste syklus, når pluss og minus bytter plass, vil alt skje akkurat det motsatte. Plusset fra klemme "B" vil gå gjennom dioden "D2" til utgangsklemmen med tegnet (+) og deretter gjennom motstand (R1) gjennom dioden “D4” til minusklemmen “A”. Dermed får vi ved inngangen til likeretteren en konstant elektrisk strøm som beveger seg bare i én retning fra pluss til minus (som i et vanlig batteri). Denne metoden for å konvertere vekselstrøm til likestrøm brukes i alle elektroniske enheter som drives av et 220-volts elektrisk nettverk. I tillegg til diodebroer satt sammen av individuelle dioder, brukes elektroniske komponenter der likeretterdioder er innelukket i ett kompakt hus for enkel installasjon. En slik enhet kalles "diodemontering".

Det finnes ikke bare likeretterdioder. Det er dioder hvis ledningsevne avhenger av belysningen, kalles de "fotodioder" de er utpekt som følger:

De kan se slik ut:

LED er godt kjent for deg; de finnes i juletrekranser og i kraftige spotlights og billykter. I diagrammet er de utpekt som følger -

LED ser slik ut:

Hvordan teste en diode

Kryss av diode Du kan bruke et vanlig multimeter - hvordan bruke et multimeter I denne artikkelen, for å sjekke, bytt testeren til ringemodus. Vi kobler probene til enheten til elektrodene til dioden, den svarte sonden til katoden

(på moderne diodekasser er katoden merket med et ringmerke),koble den røde sonden til anoden (som du allerede vet, sender dioder bare spenning i én retning)Diodemotstanden vil være liten d.v.s. Tallene på måleren vil utgjøre en stor forskjell.

Vi bytter probene på enheten omvendt -

Motstanden vil være veldig stor, nesten uendelig. Hvis alt fungerer som jeg skrev, fungerer dioden, hvis motstanden i begge tilfeller er veldig høy, så er "åpen diode" defekt og passerer ikke spenning i det hele tatt, hvis motstanden er veldig liten, er dioden ødelagt og sender spenning i begge retninger.

Hvordan sjekke en diodebro

Hvis diodebroen er satt sammen av individuelle dioder, kontrolleres hver diode separat, som beskrevet ovenfor. Det er ikke nødvendig å desoldere hver diode fra kretsen, men det er bedre å koble den positive eller negative terminalen til likeretteren fra kretsen.

Hvis du trenger å sjekke en diodesammenstilling, der diodene er i ett hus og det er umulig å nå dem, fortsett som følger:

Vi kobler til en sonde multimerta til pluss av diodesammenstillingen, og med den andre berører vi etter tur terminalene til enheten der vekselstrøm tilføres. I én retning skal enheten vise lav motstand når man skifter prober i motsatt retning, veldig høy motstand. Da sjekker vi også likeretteren mot den negative utgangen. Hvis avlesningene i begge retninger er små eller store under måling, er diodesammenstillingen defekt. Denne testmetoden brukes når elektronikk repareres.

Høyfrekvente dioder, pulsdioder, tunneldioder, varicaps - alle disse diodene er mye brukt i husholdnings- og spesialutstyr. For å forstå og finne ut hvordan du bruker riktig og hvor du skal bruke hvilke dioder, må du forbedre kunnskapen din, studere spesialisert litteratur og selvfølgelig ikke nøl med å stille spørsmål.

Navnet diode oversettes som "to-elektrode". Historisk sett stammer elektronikk fra elektriske vakuumenheter. Faktum er at lampene, som mange husker fra gamle fjernsyn og mottakere, bar navn som diode, triode, pentode osv.

Navnet inkluderte antall elektroder eller ben på enheten. Halvlederdioder ble oppfunnet på begynnelsen av forrige århundre. De ble brukt til å oppdage radiosignaler.

Hovedegenskapen til en diode er dens konduktivitetsegenskaper, som avhenger av polariteten til spenningen som påføres terminalene. Diodebetegnelsen forteller oss ledende retning. Strømmens bevegelse faller sammen med pilen på UGO-dioden.

UGO – konvensjonell grafisk betegnelse. Dette er med andre ord et ikon som angir et element på diagrammet. La oss se på hvordan du skiller LED-betegnelsen på diagrammet fra andre lignende elementer.

Dioder, hva er de?

I tillegg til individuelle likeretterdioder er de gruppert etter bruk i ett hus.

Betegnelse på diodebroen

For eksempel er det slik det er avbildet diodebro for likeretting av enfaset vekselspenning. Og nedenfor er utseendet til diodebroer og sammenstillinger.

En annen type likeretter er Schottky diode– designet for drift i høyfrekvente kretser. Tilgjengelig både i diskret form og i sammenstillinger. De kan ofte finnes i bytte av strømforsyninger, for eksempel strømforsyninger til en AT- eller ATX-PC.

Vanligvis, på Schottky-montasjer, er pinout og interne koblingskrets angitt på dekselet.

Spesifikke dioder

Vi har allerede sett på likeretterdioden, la oss ta en titt på Zener diode, som i russisk litteratur kalles - zener diode.

Zenerdiodebetegnelse (Zenerdiode)

Utad ser det ut som en vanlig diode - en svart sylinder med et merke på den ene siden. Ofte funnet i en laveffektversjon - en liten rød glassylinder med et svart merke på katoden.

Den har en viktig egenskap - spenningsstabilisering, derfor slås den på parallelt med lasten i motsatt retning, dvs. Plusset til strømforsyningen er koblet til katoden, og anoden til minus.

Den neste enheten er varicap, prinsippet for dens drift er basert på å endre verdien av barrierekapasitansen, avhengig av størrelsen på den påførte spenningen. Brukes i mottakere og i kretser hvor det er nødvendig å utføre operasjoner på signalfrekvensen. Beregnet som en diode kombinert med en kondensator.

Varicap - betegnelse på diagrammet og utseende

– hvis betegnelse ser ut som en diode krysset over. Faktisk er dette hva det er - det er en 3-kryss, 4-lags halvlederenhet. På grunn av sin struktur har den egenskapen å passere strøm når den overvinner en viss spenningsbarriere.

For eksempel brukes ofte dinistorer på 30V eller så i "energisparende" lamper, for å starte en autogenerator og andre strømforsyninger bygget i henhold til en slik krets.

Dinistorbetegnelse

LED og optoelektronikk

Siden dioden sender ut lys, betyr betegnelsen LED det skal være en indikasjon på denne funksjonen, så to utgående piler ble lagt til den vanlige dioden.

I virkeligheten er det mange forskjellige måter å bestemme polaritet på; det er en hel del om dette nedenfor, for eksempel pinouten til en grønn LED.

Vanligvis er en LEDs pinner merket enten med et merke eller med ben av forskjellige lengder. Det korte beinet er et minus.

Fotodiode, er enheten det motsatte av LED-en. Den endrer sin konduktivitetstilstand avhengig av mengden lys som faller på overflaten. Dens betegnelse:

Slike enheter brukes i fjernsyn, båndopptakere og annet utstyr som styres av en fjernkontroll i det infrarøde spekteret. En slik enhet kan lages ved å kutte av kroppen til en vanlig transistor.

Ofte brukt i lyssensorer, på enheter for automatisk å slå på og av lyskretser, for eksempel følgende:

Optoelektronikk er et felt som har blitt utbredt innen dataoverføring og kommunikasjon og kontrollenheter. Takket være dens raske respons og galvaniske isolasjonsevne, sikrer den sikkerhet for de drevne enhetene i tilfelle en høyspenningsstøt på primærsiden. Imidlertid ikke i form som angitt, men i form av en optokobler.

Nederst i diagrammet ser du en optokobler. LED-en slås på her ved å lukke strømkretsen ved hjelp av en optotransistor i LED-kretsen. Når du lukker bryteren, flyter strømmen gjennom LED-en i optokobleren, i den nederste firkanten til venstre. Den lyser og transistoren, under påvirkning av lysfluksen, begynner å sende strøm gjennom LED1, merket grønt.

Den samme applikasjonen brukes i strøm- eller (for å stabilisere dem) til mange strømforsyninger. Bruksomfanget starter fra mobiltelefonladere og strømforsyninger for LED-strips, til kraftige strømforsyningssystemer.

Det er et stort utvalg av dioder, noen av dem er like i sine egenskaper, noen har helt uvanlige egenskaper og applikasjoner, de er forent av tilstedeværelsen av bare to funksjonelle terminaler.

Du kan finne disse elementene i enhver elektrisk krets; deres betydning og egenskaper kan ikke undervurderes. Riktig valg av en diode i snubberkretsen kan for eksempel påvirke effektiviteten og varmespredningen til strømbrytere betydelig, og følgelig holdbarheten til strømforsyningen.

Hvis det var noe uklart for deg, legg igjen kommentarer og still spørsmål; i de følgende artiklene vil vi definitivt avsløre alle de uklare spørsmålene og interessante punktene!