Video-praktik.ru




"06" декабря 2021 г.

КАК РАБОТАЕТ ДИОД

ВКЛЮЧЕНИЕ
ХАРАКТЕРИСТИКА ВАХ
СХЕМА

Принцип действия диода заключается в способности пропускать ток в определенном направлении.

Устройство диода подразумевает наличия в нем двух зон:

  • анода "+";
  • катода "-".

По физическим принципам, положенным в основу работы диодов их можно разделить на:

  • полупроводниковые;
  • вакуумные.

Для первого типа рабочей средой является полупроводниковый материал с различными добавками, например, кремний или германий.

В вакуумных ток возникает за счет эмиссии электронов с катода, все процессы происходят, извините за тавтологию, в вакууме. В настоящее время практически везде применяются полупроводниковые диоды.

Устройство и принцип работы будет рассмотрен на примере выпрямительного диода (есть и другие типы, но этот встречается чаще).

Обозначение полупроводникового диода (рис.1а).

Устройство полупроводникового диода

Анод на схеме условно обозначается треугольником, катод – поперечной чертой, проходящей через вершину и параллельной основанию.

Само обозначение способно подсказать порядок подключения: треугольник вершиной смотрит в направлении прямого тока. Направление тока принято считать от "плюса" к "минусу".


ВИДЫ ВКЛЮЧЕНИЯ ДИОДА

Прямое.

Прямым включением считается подключение "+" к аноду (рис. 1б). При этом основными являются такие характеристики как прямые ток Iпр и напряжение Uпр.

Кстати, Uпр – это падение напряжения на диоде, оно достаточно стабильно и для большинства кремниевых исполнений составляет 0,7-1,2 В. Подробнее про это поговорим при рассмотрении вольт амперной характеристики (ВАХ).

Ток же определяется сопротивлением нагрузки и характеризуется номинальным и максимально допустимым значениями.

Первый – это рабочий, при превышении второго диод выходит из строя. Это называется "пробой". При пробое полупроводниковый прибор утрачивает свойство односторонней проводимости и ток через него может течь в любом направлении.

Различают два вида пробоя:

  • электрический;
  • тепловой.

Электрический пробой обратим и при снижении тока до нормальных значений работоспособность восстанавливается.

При тепловом устройство идет "на выброс". Электрический пробой по истечении определенного времени может перейти в тепловой. Кстати, выход диода из строя в результате теплового пробоя происходит за счет перегрева кристалла и изменения его свойств.

Обратное.

При обратном включении на анод подается "минус", а на катод "плюс" (рис.1в).

Ток и напряжение, характеризующие этот режим работы называют обратными. В этом случае ток Iобр достаточно мал (доли миллиампер), а напряжение может изменяться в широких пределах, поскольку прикладывается оно с внешней стороны и все зависит от нас, сколько мы туда "закачаем".

Но при достижении максимального значения обратного напряжения, определяемого характеристиками диода опять же происходит пробой.


ВОЛЬТ АМПЕРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИОДА

Вольт амперная характеристика показывает зависимость ток от напряжения на выводах полупроводникового диода.

Она индивидуальная и зависит не только от назначения (технологии) прибора (выпрямительные, туннельные, Шоттки и т.д.), но и от его типа в пределах функционального назначения. Например, разные типы выпрямительных диодов будут иметь, пусть отличающиеся ВАХ.

Поэтому представленная на рис.2 характеристика предназначена исключительно для иллюстрации принципа действия диода.

Вольт амперная характеристика диода

Правый верхний квадрант иллюстрирует работу в прямом подключении, левый нижний – в обратном.

Обратите внимание на несколько характерных точек.

Напряжение открытия Uотк.

Это уже упоминавшиеся 07-1,2 Вольта. Пока напряжение не достигнет этой величины ток, даже в прямом включении будет мал.

После открывания значительный рост тока заметного влияния на увеличения напряжения на диоде не оказывает.

Ток пробоя Iпр.

В этой точке происходит электрический пробой и диод перестает работать в штатном режиме.

В принципе про это написано выше, так что я просто конспективно остановлюсь на этих характеристиках применительно к графику.

Напряжение пробоя Uпроб.

Обратное напряжение, вызывающее выход полупроводникового диода из строя. Обратите внимание, до достижения этого значения обратный ток увеличивается незначительно, а потом нарастает лавинообразно.

Итак, здесь рассмотрены только основные характеристики, определяющие принцип работы.

Существует еще множество других: температурные, частотные и пр., но это уже относится к области углубленного изучения вопросов применения полупроводниковых диодов для различных схемотехнических решений.

Для построения и реализации простых задач приведенной информации начинающему будет достаточно. В качестве примера давайте покажу реальную схему.


ПРОСТАЯ СХЕМА НА ПОЛУПРОВОДНИКОВОМ ДИОДЕ

Представьте, что имеется какое то устройство с питанием от батареек, например, радиоприемник. Для их экономии при наличии поблизости электрической сети хотелось бы подключать внешний блок питания.

Задача:

при отсутствии штатной возможности реализовать автоматический переход на внешний блок при его подключении и наоборот – переключение на питание от батарей при отключении адаптера.

Схема проста до смешного (рис.3).

Схема на полупроводниковом диоде

Первоначально имеем приемник (ПР) и элемент питания (GB) – рис. 3а.

В разрыв цепи питания (А-Б) ставим диод (любой выпрямительный на напряжение не меньше 20 В и ток, например, 100 мА).

В точке Б подключаем разъем для подачи "+" с блока питания (БП), минус подключаем на общий провод "0". Напряжение блока питания и батарей должны быть одинаковы. Получаем схему рис. 3б.

Как это работает.

При отсутствии внешнего напряжения диод находится в открытом состоянии и ток от встроенных элементов поступает на приемник. Обратите внимание, на диоде мы при этом потеряем 0,7-1,2 Вольта – кто внимательно читал статью вопросов иметь не должен.

Как правило, такая потеря на работоспособности приемника не сказывается.

При подключении внешнего блока напряжение в точке Б становится равным 9 В, так же как и в точке А. Диод закрывается, так как не обеспечивается необходимое напряжение открывания (см. ВАХ). Батареи отключаются, питание поступает с адаптера.

Отключите его – диод откроется и подключит батарею, принцип прост.

Кстати, таким образом можно реализовать автоматический переход на резервное питание любого слаботочного устройства. При пропадании сетевого напряжения блок отключится и питание пойдет от резервного источника GB.

Недостаток только один – данная схема не обеспечивает автоматическую подзарядку, если в качестве резерва используется аккумулятор.



  *  *  *

© 2014-2022 г.г. Все права защищены.
Материалы сайта имеют ознакомительный характер, могут выражать мнение автора и не подлежат использованию в качестве руководящих и нормативных документов.


СТАТЬИ



***