+7 495 120-13-73 | 8 800 500-97-74

(для регионов бесплатно)

Содержание

Диод на схеме где плюс. Основные способы определения полярности у светодиода. Другие способы определения полярности

Все диоды обязательно имеют положительный и отрицательный выводы. Эти выводы получили специальные названия: положительный называется анодом , а отрицательный — катодом . Катод диода легко опознать по полоске красного или черного цвета, расположенной у этого вывода на корпусе.

На рис. 4.8 как раз показан диод с подобной маркировкой полярности . Полоска, таким образом, соответствует вертикальной линии схемотехнического символа данного элемента. Важно, чтобы, «читая» принципиальную схему какого-либо устройства, вы правильно трактовали расположение в ней диода и направление протекающего тока


Рис. 4.8. Используя диоды, всегда помните об их полярности. Полоска на одном из концов корпуса диода указывает его

Внимание
Как уже говорилось в самом начале этого раздела, диоды позволяют проходить через них току в прямом направлении и блокируют ток, протекающий в обратном.

Таким образом, если вставить диод в схему неправильно, схема или не заработает, или некоторые элементы рискуют выйти из строя. Всегда внимательно проверяйте полярность диодов в схеме — лучше дважды перепроверить, чем один раз устранять последствия!

Диоды относятся к категории электронных приборов, работающих по принципу полупроводника, который особым образом реагирует на приложенное к нему напряжение. С внешним видом и схемным обозначением этого полупроводникового изделия можно ознакомиться на рисунке, размещённом ниже.

Особенностью включения этого элемента в электронную схему является необходимость соблюдения полярности диода.

Дополнительное пояснение. Под полярностью подразумевается строго установленный порядок включения, при котором учитывается, где плюс, а где минус у данного изделия.

Эти два условных обозначения привязываются к его выводам, называемым анодом и катодом, соответственно.

Особенности функционирования

Известно, что любой полупроводниковый диод при подаче на него постоянного или переменного напряжения пропускает ток только в одном направлении. В случае обратного его включения постоянный ток не протекает, так как n-p переход будет смещён в непроводящем направлении. Из рисунка видно, что минус полупроводника располагается со стороны его катода, а плюс – с противоположного конца.

Особенно наглядно эффект односторонней проводимости может быть подтверждён на примере полупроводниковых изделий, называемых светодиодами и работающих лишь при условии правильного включения.

На практике нередки ситуации, когда на корпусе изделия нет явных признаков, позволяющих сразу же сказать, где у него какой полюс. Именно поэтому важно знать особые приметы, по которым можно научиться различать их.

Способы определения полярности

Для определения полярности диодного изделия можно воспользоваться различными приёмами, каждый из которых подходит для определённых ситуаций и будет рассмотрен отдельно. Эти методы условно делятся на следующие группы:

  • Метод визуального осмотра, позволяющий определиться с полярностью по имеющейся маркировке или характерным признакам;
  • Проверка посредством мультиметра, включённого в режим прозвонки;
  • Выяснение, где плюс, а где минус путём сборки несложной схемы с миниатюрной лампочкой.

Рассмотрим каждый из перечисленных подходов отдельно.

Визуальный осмотр

Этот способ позволяет расшифровать полярность по имеющимся на полупроводниковом изделии специальным меткам. У некоторых диодов это может быть точка или кольцевая полоска, смещённая в сторону анода. Некоторые образцы старой марки (КД226, например) имеют характерную заострённую с одной стороны форму, которая соответствует плюсу. С другого, совершенно плоского конца, соответственно, располагается минус.

Обратите внимание! При визуальном обследовании светодиодов, например, обнаруживается, что на одной из их ножек имеется характерный выступ.

По этому признаку обычно определяют, где у такого диода плюс, а где противоположный ему контакт.

Применение измерительного прибора

Самый простой и надёжный способ определения полярности – использование измерительного устройства типа «мультиметр», включённого в режим «Прозвонка». При измерении всегда нужно помнить, что на шнур в изоляции красного цвета от встроенной батарейки подаётся плюс, а на шнур в чёрной изоляции – минус.

После произвольного подсоединения этих «концов» к выводам диода с неизвестной полярностью нужно следить за показаниями на дисплее прибора. Если индикатор покажет напряжение порядка 0,5-0.7 Вольт – это значит, что он включён в прямом направлении, и та ножка, к которой подсоединён щуп в красной изоляции, является плюсовой.

В случае если индикатор показывает «единицу» (бесконечность), можно сказать, что диод включён в обратном направлении, и на основании этого можно будет судить о его полярности.

Дополнительная информация. Некоторые радиолюбители для проверки светодиодов используют панельку, предназначенную для измерения параметров транзисторов.

Диод в этом случае включается как один из переходов транзисторного прибора, а его полярность определяется по тому, светится он или нет.

Включение в схему

В крайнем случае, когда визуально определить расположение выводов не удаётся, а измерительного прибора под рукой не имеется, можно воспользоваться методом включения диода в несложную схему, изображённую на рисунке ниже.

При его включении в такую цепь лампочка либо загорится (это значит, что полупроводник пропускает через себя ток), либо нет. В первом случае плюс батарейки будет подключён к положительному выводу изделия (аноду), а во втором – наоборот, к его катоду.

В заключение отметим, что способов, как определить полярность диода, существует довольно много. При этом выбор конкретного приёма ее выявления зависит от условий проведения эксперимента и возможностей пользователя.

Видео

Известно, что светодиод в рабочем состоянии пропускает ток только в одном направлении. Если его подключить инверсионно, то постоянный ток через цепь не пройдет, и прибор не засветится. Происходит это потому, что по своей сущности прибор является диодом, просто не каждый диод способен светиться. Получается, что существует полярность светодиода, то есть он чувствует направление движения тока и работает только при определенном его направлении.

Определить полярность прибора по схеме не составит труда. Светодиод обозначают треугольником в кружке. Треугольник упирается всегда в катод (знак «−», поперечная черточка, минус), положительный анод находится с противоположной стороны.
Но как определить полярность, если вы держите в руках сам прибор? Вот перед вами маленькая лампочка с двумя выводами-проводками. К какому проводку подключать плюс источника, а к какому минус, чтобы схема заработала? Как правильно установить сопротивление где плюс?

Определяем зрительно

Первый способ – визуальный. Предположим, вам необходимо определить полярность абсолютно нового светодиода с двумя выводами. Посмотрите на его ножки, то есть выводы. Один из них будет короче другого. Это и есть катод. Запомнить, что это катод можно по слову «короткий», поскольку оба слова начинаются на буквы «к». Плюс будет соответствовать тому выводу, который длиннее. Иногда, правда, на глаз определить полярность сложновато, особенно когда ножки согнуты или поменяли свои размеры в результате предыдущего монтажа.

Глядя в прозрачный корпус, можно увидеть сам кристаллик. Он расположен как будто в маленькой чашечке на подставке. Вывод этой подставки и будет катодом. Со стороны катода также можно увидеть небольшую засечку, как бы срез.

Но не всегда эти особенности заметны у светодиода, поскольку некоторые производители отходят от стандартов. К тому же есть много моделей, изготовленных по другому принципу. На сложных конструкциях сегодня производитель ставит значки «+» и «−», делают отметку катода точкой или зеленой линией, чтобы все было предельно понятно. Но если таких отметок нет по каким-то причинам, то на помощь приходит электрическое тестирование.

Применяем источник питания

Более эффективный способ определить полярность – подключить светодиод к источнику питания. Внимание! Выбирать надо источник, напряжение которого не превышает допустимое напряжение светодиода. Можно соорудить самодельный тестер, используя обычную батарейку и резистор. Это требование связано с тем, что при обратном подключении светодиод может перегореть или ухудшить свои световые характеристики.

Некоторые говорят, что подключали светодиод и так и сяк, и он от этого не портился. Но все дело в предельном значении обратного напряжения. К тому же, лампочка может сразу и не погаснуть, но срок ее работы уменьшится, и тогда ваш светодиод проработает не 30-50 тысяч часов, как указано в его характеристиках, а в несколько раз меньше.

Если мощности элемента питания для светодиода не хватает, и прибор не светится, как вы его не подключаете, то можно соединить несколько элементов в батарею. Напоминаем, сто элементы соединяются последовательно плюс к минусу, а минус к плюсу.

Применение мультиметра

Существуют прибор, который называется мультиметром. Его с успехом можно использовать, чтобы узнать, куда подключать плюс, а куда минус. На это уходит ровным счетом одна минута. В мультиметре выбирают режим измерения сопротивления и прикасаются щупами к контактам светодиода. Красный провод указывает на подключение к плюсу, а черный – к минусу. Желательно, чтобы касание было кратковременным. При обратном включении прибор ничего не покажет, а при прямом включении (плюс к плюсу, а минус к минусу) прибор покажет значение в районе 1,7 кОм.

Можно также включать мультиметр на режим проверки диода. В этом случае при прямом включении светодиодная лампочка будет светиться.

Данный способ самый эффективный для лампочек, излучающих красный и зеленый свет. Светодиод, дающий синий или белый свет рассчитан на напряжение, большее 3 вольт, поэтому не всегда при подключении к мультиметру он будет светиться даже при правильной полярности. Из этой ситуации можно легко выйти, если использовать режим определения характеристик транзисторов. На современных моделях, таких как DT830 или 831, он присутствует.

Диод вставляют в пазы специальной колодки для транзисторов, которая обычно расположена в нижней части прибора. Используется часть PNP (как для транзисторов соответствующей структуры). Одну ножку светодиода засовывают в разъем С, который соответствует коллектору, вторую ножку – в разъем Е, соответствующий эмиттеру. Лампочка засветится, если катод (минус), будет подключен к коллектору. Таким образом, полярность определена.

Ответы на вопрос «Диоды в электронных схемах. Функции и работа …»

Дио́д  — двухэлектродный электронный прибор, обладает различной проводимостью в зависимости от направления электрического тока. Электрод диода, подключённый к положительному полюсу источника тока, когда диод открыт (то есть имеет маленькое сопротивление), называют анодом, подключённый к отрицательному полюсу — катодом.

Диоды бывают электровакуумными (кенотроны), газонаполненными (газотроны, игнитроны, стабилитроны), полупроводниковыми и др. В настоящее время в подавляющем большинстве случаев применяются полупроводниковые диоды.

Полупроводниковые диоды

Полупроводниковые диоды используют свойство односторонней проводимости p-n перехода — контакта между полупроводниками с разным типом примесной проводимости, либо между полупроводником и металлом (Диод Шоттки).

Ламповые диоды

Ламповые диоды представляют собой радиолампу с двумя рабочими электродами, один из которых подогревается нитью накала. Благодаря этому, часть электронов покидает поверхность разогретого электрода (катода) и под действием электрического поля движется к другому электроду — аноду. Если же поле направлено в противоположную сторону, электрическое поле препятствует этим электронам и тока (практически) нет.

Специальные типы диодов

  • Стабилитроны (диод Зенера). Используют обратную ветвь характеристики диода с обратимым пробоем для стабилизации напряжения.
  • Туннельные диоды (диоды Лео Эсаки). Диоды, существенно использующие квантовомеханические эффекты. Имеют область т. н. «отрицательного сопротивления» на вольт-амперной характеристике. Применяются как усилители, генераторы и пр.
  • Варикапы(диоды Джона Джеумма). Используется то, что запертый p—n-переход обладает большой ёмкостью, причём ёмкость зависит от приложенного обратного напряжения. Применяются в качестве конденсаторов переменной ёмкости.
  • Светодиоды (диоды Генри Раунда). В отличие от обычных диодов, при рекомбинации электронов и дырок в переходе излучают свет в видимом диапазоне, а не в инфракрасном. Однако, выпускаются светодиоды и с излучением в ИК диапазоне, а с недавних пор — и в УФ.
  • Полупроводниковые лазеры. По устройству близки к светодиодам, однако имеют оптический резонатор, излучают когерентный свет.
  • Фотодиоды. Запертый фотодиод открывается под действием света.
  • Солнечный элемент. Подобен фотодиоду, но работает без смещения. Падающий на p-n переход свет вызывает движение электронов и генерацию тока.
  • Диоды Ганна. Используются для генерации и преобразования частоты в СВЧ диапазоне.
  • Диод Шоттки. Диод с малым падением напряжения при прямом включении.
  • Лавинный диод — диод, основанный на лавинном пробое обратного участка вольт-амперной характеристики. Применяется для защиты цепей от перенапряжений
  • Лавинно-пролётный диод — диод, основанный на лавинном умножении носителей заряда. Применяется для генерации колебаний в СВЧ-технике.
  • Магнитодиод. Диод, вольт-амперная характеристика которого существенно зависит от значения индукции магнитного поля и расположения его вектора относительно плоскости p-n-перехода.
  • Стабисторы. При работе используется участок ветви вольт-амперной характеристики, соответствующий «прямому напряжению» на диоде.
  • Смесительный диод — предназначен для перемножения двух высокочастотных сигналов.
  • pin диод — содержит область собственной проводимости между сильнолегированными областями. Используется в СВЧ-технике, силовой электронике, как фотодетектор.

Применение диодов

 Диодные выпрямители

Диоды широко используются для преобразования переменного тока в постоянный. Диодный выпрямитель или диодный мост (То есть 4 диода для однофазной схемы, 6 для трёхфазной полумостовой схемы или 12 для трёхфазной полномостовой схемы, соединённых между собой по схеме) — основной компонент блоков питания практически всех электронных устройств. Диодный трёхфазный выпрямитель по схеме Ларионова А. Н. на трёх параллельных полумостах применяется в автомобильных генераторах, он преобразует переменный трёхфазный ток генератора в постоянный ток бортовой сети автомобиля. Применение генератора переменного тока в сочетании с диодным выпрямителем вместо генератора постоянного тока с щёточно-коллекторным узлом позволило значительно уменьшить размеры автомобильного генератора и повысить его надёжность.

В некоторых выпрямительных устройствах до сих пор применяются селеновые выпрямители. Это вызвано той особенностью данных выпрямителей, что при превышении предельно допустимого тока, происходит выгорание селена (участками), не приводящее (до определенной степени) ни к потере выпрямительных свойств, ни к короткому замыканию — пробою

Диодные детекторы

Диоды в сочетании с конденсаторами применяются для выделения низкочастотной модуляции из амплитудно-модулированного радиосигнала или других модулированных сигналов. Диодные детекторы применяются в радиоприёмных устройствах: радиоприёмниках, телевизорах и т.п. Используется квадратичный участок вольт-амперной характеристики диода.

Диодная защита

Диоды применяются также для защиты разных устройств от неправильной полярности включения и т. п.Известна схема диодной защиты схем постоянного тока с индуктивностями от скачков при выключении питания. Диод включается параллельно катушке так, что в «рабочем» состоянии диод закрыт. В таком случае, если резко выключить сборку, возникнет ток через диод и сила тока будет уменьшаться медленно (ЭДС индукции будет равна падению напряжения на диоде), и не возникнет мощного скачка напряжения, приводящего к искрящим контактам и выгорающим полупроводникам.

Диодные переключатели

Применяются для коммутации высокочастотных сигналов. Управление осуществляется постоянным током, разделение ВЧ и управляющего сигнала с помощью конденсаторов и индуктивностей.

Диодная искрозащита

Этим не исчерпывается применение диодов в электронике, однако другие схемы, как правило, весьма узкоспециальны. Совершенно другую область применимости имеют специальные диоды, поэтому они будут рассмотрены в отдельных статьях.

Условные графические обозначения диодов (ГОСТ 2.730-73)
http://radiospravka.narod.ru/diod/vd0004.htm
 

 

Основы электроники | Electricdom.ru

Диод – пассивный нелинейный полупроводниковый прибор, с двумя электродами – анодом и катодом. Он проводит ток в прямом направлении, когда к аноду приложен положительный потенциал «+», а к катоду отрицательный «-» (рис. 1.1). Он не проводит ток в обратном направлении. Называется пассивным, потому, что не усиливает мощность.

Диод является нелинейным элементом, поэтому его ВАХ (вольтамперная характеристика) нелинейная (рис.1.2). Когда диод начинает проводить ток, на нем возникает падение напряжения. Постоянный прямой ток Iпр. может быть 10-20 мА, постоянный обратный ток Iобр. 1-2 мкА — для диодов общего назначения, Iобр. обычно не принимают во внимание до тех пор, пока постоянное обратное напряжение U обр. не достигнет напряжения пробоя, в этом случае Iобр. возрастает до значений I пр. и диод выходит из строя, Iпр. также не может превышать I макс.

Германиевые диоды открываются при U пр. = 0,2-0,4 В, кремниевые — 0,6-0,8 В. Германиевые диоды имеют меньшее сопротивление в прямом направлении, чем кремниевые, порядка 100 Ом, их обратное сопротивление больше 100 000 Ом, прямые и обратные сопротивления у кремниевых диодов выше. С повышением температуры Iпр. и I обр. увеличиваются. Д226 – германиевый диод. КД102 – кремниевый диод.

  

Проверка диода

Стабилитрон

Стабилитрон применяется для стабилизации уровней напряжений и токов. В стабилитронах обратная ветвь ВАХ имеет крутой излом, обусловленный резким ростом тока и используется для стабилизации постоянного напряжения. Эффект стабилизации основан на том, что большое увеличение или уменьшение тока вызывает малое изменение напряжения.

Стабилитроны имеют определенное напряжением стабилизации. На рисунке 2 показана схема последовательного стабилизатора. Стабилитрон соединен последовательно с сопротивлением R, которое обеспечивает прохождение через стабилитрон тока стабилизации. Входное постоянное напряжение должно быть выше напряжения стабилизации стабилитрона. Падение напряжения на сопротивлении равно разности входного напряжения и напряжения стабилизации. Входное напряжение может увеличиваться или уменьшаться. При этом ток через стабилитрон также увеличивается или уменьшается.

Когда стабилитрон работает при напряжении стабилизации, при увеличении входного напряжения через него может идти большой ток. Однако напряжение на стабилитроне остается прежним, при увеличении тока его сопротивление уменьшается. Изменение входного напряжения проявляется только в изменении напряжения на сопротивлении. Сумма падений напряжения на сопротивлении и стабилитроне равна входному напряжению. Выходное напряжение снимается со стабилитрона, оно может быть увеличено или уменьшено путем замены стабилитрона и включенного последовательно с ним сопротивления.  Основные параметры стабилитрона — напряжение стабилизации U ст (напряжение между выводами стабилитрона в рабочем режиме), ток стабилизации I ст (ток через стабилитрон).

Конденсатор

Конденсатор — элемент электрической цепи, накапливающий электрический заряд, состоит из двух проводников, изолированных друг от друга и
находящихся на малом расстоянии. Под действием переменного тока постоянно заряжается и разряжается.

Бывают электролитические и бумажные. В электролитических диэлектриком является электролит, в бумажном бумага. Электролитические конденсаторы обладают большей емкостью при тех же размерах. Сопротивление хорошего конденсатора стремится к бесконечности, не должно быть короткого замыкания. Емкость измеряется в Фарадах (Ф), емкость, равная 1 фарада очень большая, обычно емкость указывается в мкФ (10ˉ6Ф).

Формула для последовательного соединения конденсаторов: С=С1*С2/С1+С2

Формула для последовательного соединения конденсаторов: С=С1+С2

Индуктивность

Любой провод, прямой или свернутый в катушку, обладает индуктивностью. Если провод длинный и смотан в катушку, индуктивность у него гораздо выше.

Индуктивность — элемент электрической цепи, запасающий энергию за счет создания магнитного поля при протекании через катушку тока. Индуктивность измеряется в генри (Гн). Любая катушка индуктивности имеет сопротивление, которое не должно быть равно нулю.

Формула для последовательного соединения конденсаторов: L=L1+L2

Формула для последовательного соединения конденсаторов: L=L1*L2/L1+L2.

Тиристор

Тиристор – полупроводниковый прибор, который обычно используется в ключевом режиме (открыт – закрыт), может использоваться для включения и
отключения тока через реле, электродвигателей и так далее, может быть использован для плавной регулировки мощности, подаваемой на нагрузку.

Тиристор без управляющего электрода называется динистор, двунаправленный управляемый тиристор, который проводит переменный ток в обоих направлениях, называется симистор. Управление динистором осуществляется подачей или снятием управляющего напряжения.

Тиристор включается положительным напряжением на управляющий электрод, выключается уменьшением напряжения анод-катод до нуля.
Если изменить полярность напряжения катод-анод, то через цепь, будет течь только маленький ток утечки. Тиристор включается положительным напряжением. Схема включения тиристора показана на рис. 3.

Резистор R2 и переключатель используется для ограничения тока управляющего электрода. Напряжение между анодом и катодом обеспечивается источником переменного напряжения. Последовательно включенный резистор R1 используется для ограничения тока анод-катод во включенном состоянии. Без резистора R1 через тиристор может течь слишком большой ток, способный повредить его.

Транзистор

Транзистор – устройство, которое используется для управления электрическим током. Изменяя величину напряжения, приложенного к его электродам, можно управлять величиной тока через транзистор, и использовать его для усиления или переключения сигнала.

Биполярный транзистор состоит из трех областей. Эти три области могут быть расположены двумя способами. В первом случае это n-p-n транзистор, во втором p-n-p транзистор, что показано на рис. 4.1. У транзисторов обоих типов средняя область называется базой, а внешние области называются эмиттер и коллектор. Для того, чтобы эти области взаимодействовали должным образом, к транзистору должно быть правильно приложено напряжение.

Транзистор, как и диод, может быть изготовлен из германия или кремния, но кремниевые используется чаще (в т.ч. в микросхемах), в основном применяются транзисторы n-p-n типа.

 

 

Биполярный транзистор для усиления сигнала

На рис. 4.2 изображен транзисторный усилитель с общим эмиттером, использующий один источник питания. Сопротивления Rб и Rк – для
распределения напряжения, обеспечивающего правильную работу схемы. Rк – сопротивление нагрузки коллектора.

Когда через коллектор течет ток, на сопротивлении Rк появляется падение напряжения. Сопротивление Rб соединяет базу транзистора с источником питания, управляет током базы. Входной сигнал подключается между базой транзистора и эмиттером, между выводом входа и землей. Выходной сигнал появляется между коллектором и эмиттером, выводом выхода и землей. Выходной ток Iвых=Iвх*h31э, где h31э – коэффициент усиления транзистора по току (э – в схеме с общим эмиттером).

Ток коллектора в десятки или сотни раз ( в зависимости от типа транзистора) больше тока базы. При увеличении тока увеличивается мощность.

Светодиод

Светодиод – наиболее распространенное полупроводниковое светоизлучающее устройство. Он имеет большой срок службы ввиду отсутствия
нагрева, что служит причиной выхода из строя ламп.

Светодиоды излучают свет при прохождении через них тока. Для того, чтобы светодиод излучал свет, на него должно быть подано напряжение,
превышающее 1,2 В. Так как светодиод легко может быть поврежден большим током, последовательно с ним включается сопротивление для ограничения тока.

На рис. 5 показана схема включения светодиода. Включенное последовательно сопротивление R1 используется для ограничения тока.
При использовании светодиода АЛ307Б ток I1 равен 20 мА.

 

Для чего ставят диод параллельно катушке, обмотке реле в цепи постоянного тока, в чем смысл.

На электронных схемах, где стоит электромагнитное реле, можно заметить, что параллельно его катушке припаян диод. Этот диод подсоединяется к обмотке обратным подключением. То есть, плюс диода (он же анод) будет лежать на минусе источника питания схемы, а минус диода (он же катод), будет находится на плюсе питания. Как известно, при таком способе подключения диода к питанию полупроводник находится в закрытом состоянии, он через себя не проводит электрический ток. Тогда возникает вопрос, а зачем он тогда нужен, если он работает как обычный диэлектрик?

А дело всё в том, что любая катушка, намотанная обычный образом (провод мотается в одном направлении) имеет помимо электрического сопротивления и индуктивность. Вокруг катушки при прохождении постоянного тока образуется электромагнитное поле. А в момент снятия напряжения с катушки, та энергия, которая была аккумулирована в этом электромагнитном поле резко преобразуется опять в электрическую. При этом на концах катушки появляется высоких разностный потенциал. То есть, проще говоря, в момент отключения от катушки питания на ней образуется кратковременный электрический всплески напряжения. Причем, этот всплеск ЭДС (электродвижущей силы) может в несколько раз превышать напряжение питания, которое ранее было подано на обмотку.

Такие скачки увеличенного напряжения, которые образуются на различных катушках, в том числе и на обмотке реле, способны негативно влиять на чувствительные элементы электронной схемы. Например, этот скачок легко может создать электрический пробой различных маломощных транзисторов, микросхем и т.д. Либо же это кратковременное увеличение напряжения может в момент процессов переключения реле вводить в электронную схему различные искажения, погрешности, плохо влиять на измерительные узлы и т. д. Одним словом явление возникновения подобных импульсов увеличенного напряжения – это плохо для любой электронной схемы.

А как же обычный диод может защитить от таких вот ЭДС скачков? Дело в том, что генерация ЭДС индукции имеет противоположную полярность, относительно подаваемого напряжения питания на катушку. Вначале мы на один конец катушки реле подавали плюс, а на второй – минус. При снятии напряжения питания с катушки полюса изменятся. Где был плюс, появится минус, а где был минус, появится плюс. Если наш защитный диод при одной полярности, когда идет питание катушки, находится в закрытом состоянии, работая как диэлектрик, то при другой полярности он уже будет переходить в открытое состояние. Другими словами говоря, при нормальной работе реле диод не будет себя проявлять как функциональный элемент, а при возникновении ЭДС индукции на катушки реле он сразу же станет проводником и замкнет этот импульс увеличенного напряжения на себе.

Может возникнуть вопрос. Если диод берет (замыкает) всю энергию ЭДС индукции катушки реле на себя, то не выйдет ли он от этого из строя (не сгорит ли)? Дело в том что у обычных катушек реле не столь большая энергия, что аккумулируется на ней в виде электромагнитного поля. Эта энергия имеет импульсный, одноразовый характер. Причем, при ЭДС индукции опасно именно увеличенное напряжение (относительно напряжения питания), токи же в этом импульсе достаточно малы. Задача диода нейтрализовать именно импульс увеличенного напряжения. Да и самый обычный, распространенный диод, такой как 1N4007 способен выдерживать обратное напряжение аж до 1000 вольт и прямой ток до 1 ампера (ток импульса намного меньше).

А какие диоды нужно ставить параллельно катушке реле, чтобы защитить электронную схему от подобный скачков напряжения ЭДС индукции? Как я только что уже сказал, энергия обычного маломощного реле (да и средней мощности) не такая уж и большая. Опасен именно сам увеличенный по напряжению импульс. Если питание катушки было, например, 12 вольт постоянного тока, то этот импульс может быть в несколько раз больше (ну пусть до 150 вольт, не больше). Токи, которые могут быть при этом импульсе могут иметь величину единицы и десятки миллиампер. На ток влияет диаметр провода, и его длина в катушке. Чем тоньше диаметр, и чем больше намотка, тем меньше ток. С напряжением наоборот. Чем больше витков в катушке, тем выше напряжение будет при ЭДС индукции.

Если не вдаваться в расчеты, то поставив на катушку обычного маломощного реле кремниевые диоды типа 1N4007 вы не ошибетесь. Их вполне хватит, чтобы надежно защитить электронную схему от подобный ЭДС импульсов, возникающих из-за переключающихся процессов.

Видео по этой теме:

P.S. Порой встречаются схемы (например электронная нагрузка), где в цепи мощных транзисторов стоят низкоомные резисторы. Эти резисторы на малое сопротивление иногда наматываются своими руками. Так вот если их мотать обычным образом (витки всего провода имеют одно направление) то это самодельное сопротивление будет обладать и активным сопротивлением и индуктивностью, которая также будет создавать эти ЭДС импульсы увеличенного напряжения. Но такие самодельные резисторы можно мотать и другим образом. Обмоточный провод складываем вдвое, его концы припаиваем на корпус обычного резистора, а сам сдвоенный провод одновременно наматываем на каркас резистора. В этом случае этот резистор будет иметь только активное сопротивление, индукция у него будет нулевая, что исключить возникновения ЭДС импульса. Дело в том, что электромагнитное поле провода одного направления будет компенсироваться полем другого провода, имеющего обратное направление.

2.4: Модели диодных схем — Разработка LibreTexts

Из характеристической кривой диода очень ясно одно: это не линейное двустороннее устройство 1 , в отличие от резистора. Следовательно, мы не можем использовать технику суперпозиции для решения диодных цепей, если у нас нет априорных знаний об этом, то есть, является ли это прямым или обратным смещением. Например, мы можем представить схему, состоящую из двух источников напряжения, резисторов и диода. Сам по себе один из источников напряжения может смещать диод в прямом направлении, а другой — в обратном. Очевидно, что диод не может иметь прямое и обратное смещение одновременно.

Вторая проблема, с которой мы сталкиваемся при анализе схем, — это дополнительная сложность уравнения Шокли. Для ускорения и простоты вычислений мы считаем полезным моделировать диод с более простыми схемными элементами. Три модели диодов показаны на рисунке \ (\ PageIndex {1} \).

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Упрощенные модели диодов. Сверху вниз: первое, второе и третье приближения с увеличением точности.

Первое приближение — самое простое из трех. Он рассматривает диод как простой зависимый переключатель: переключатель замкнут, если диод смещен в прямом направлении, и разомкнут, если он смещен в обратном направлении. Второе приближение добавляет эффект прямого напряжения. \ (V_ {колено} \) — потенциал «включения», необходимый для преодоления холма энергии. Для кремниевого устройства это будет 0,7 вольт. Третье приближение является наиболее точным из трех. Внимательно посмотрите на характеристическую кривую на Рисунке 2.2.4 показывает, что при достижении напряжения колена кривая не переходит в идеальную вертикальную линию. Вместо этого остается некоторый положительный, небесконечный наклон. То есть напряжение продолжает расти, хотя и незначительно, с дальнейшим увеличением тока. Мы можем аппроксимировать этот эффект как небольшое значение сопротивления, \ (R_ {bulk} \). Три соответствующих графика I-V показаны на рисунке \ (\ PageIndex {2} \). Сравните их с рисунком 2.2.6 и обратите внимание на возрастающую точность.

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): ВАХ для упрощенных моделей диодов.Сверху вниз: первое, второе и третье приближения.

Во многих приложениях второе приближение дает достаточно точные результаты, и мы будем стремиться максимально использовать его. Просто помните, что это модели поведения; не думайте, что в диодах буквально есть источники на 0,7 В или маленькие резисторы.

Следует отметить, что \ (R_ {bulk} \) не представляет «сопротивление диода» как таковое, скорее, он моделирует минимальное значение. На самом деле не существует такого понятия, как единичное сопротивление диода.Однако мы можем говорить об эффективном сопротивлении диода в конкретной цепи как по постоянному, так и по переменному току.

Ключ к пониманию этой концепции — помнить, что сопротивление является линейной функцией, прямой линией на графике ВАХ. Следовательно, нам нужно найти прямую, «подходящую» для диодной кривой. Две возможности показаны на рисунке \ (\ PageIndex {3} \).

Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): Эффективное сопротивление диода для постоянного и переменного тока.

Красная кривая — это характеристическая кривая диода (показаны произвольные значения тока).Для некоторой конкретной цепи постоянного тока через диод будет протекать определенный ток, который будет производить определенное напряжение, обозначенное на графике как рабочая точка. Если мы просто вычислим отношение этого напряжения к управляющему току, мы получим сопротивление. Это эффективное сопротивление диода постоянному току в этих условиях цепи и показано синей линией. То есть величина, обратная наклону синей линии, является эффективным сопротивлением постоянному току. Очевидно, что если мы сместим рабочую точку по красной кривой диода, наклон пересекающейся синей линии изменится, и, следовательно, мы придем к новому сопротивлению постоянному току.Чем выше ток, тем ниже эффективное сопротивление постоянному току.

Вместо постоянного тока диод может видеть комбинацию сигналов постоянного и переменного тока. Визуализируйте это как добавление небольшого изменения переменного тока поверх постоянного тока. Мы можем представить рабочую точку, перемещающуюся по кривой красного диода, туда и обратно относительно рабочей точки. Если мы разделим небольшое изменение напряжения переменного тока на соответствующее изменение переменного тока, мы получим эквивалентное сопротивление переменного тока, также известное как динамическое сопротивление. Графически это можно представить как нахождение наклона линии, касательной к рабочей точке (фиолетовая линия). Фактически, это будет среднее значение по вариации переменного тока. Также должно быть очевидно, что эффективное сопротивление переменного тока должно быть меньше, чем его аналог для постоянного тока, потому что приближение переменного тока (фиолетовая линия) должно быть круче, чем приближение постоянного тока (синяя линия) 2 . Пришло время привести несколько наглядных примеров.

Пример \ (\ PageIndex {1} \)

Рассмотрим схему резистор-диод на рисунке \ (\ PageIndex {4} \). Предположим, что источник напряжения составляет 12 В, а резистор — 2 кОм \ (\ Омега \).Кроме того, предположим, что диод изготовлен из кремния, а его объемное сопротивление составляет 10 \ (\ Omega \). Используя приближение трех диодов, вычислите циркулирующий ток.

Рисунок \ (\ PageIndex {4} \): Схема для примера \ (\ PageIndex {1} \).

Во-первых, обратите внимание, что диод смещен в прямом направлении. Это должно быть так, потому что есть одно напряжение, которое больше, чем напряжение колена, и его положительный вывод подключен к аноду диода. Независимо от того, какое приближение мы используем, закон напряжения Кирхгофа (KVL) должен быть верным, поэтому это будет вопрос суммирования доступных падений напряжения в зависимости от сопротивления (сопротивлений).

В первом приближении:

Здесь мы предполагаем, что диод является замкнутым переключателем. Следовательно, все напряжение источника должно падать на одном резисторе.

\ [I = \ frac {E} {R} \ nonumber \]

\ [I = \ frac {12V} {2 k \ Omega} \ nonumber \]

\ [I = 6 мА \ nonumber \]

Используя второе приближение:

В этом случае мы включаем напряжение колена.

\ [I = \ frac {E − V_ {колено}} {R} \ nonumber \]

\ [I = \ frac {12 В-0.7 V} {2 k \ Omega} \ nonumber \]

\ [I = 5,65 мА \ nonumber \]

Используя третье приближение:

Самый точный из трех, мы включаем как напряжение колена, так и объемное сопротивление.

\ [I = \ frac {E − V_ {колено}} {R + R_ {bulk}} \ nonumber \]

\ [I = \ frac {12 В − 0,7 В} {2 k \ Omega + 10 \ Omega} \ nonumber \]

\ [I = 5,622 мА \ nonumber \]

В данном конкретном случае разница между вторым и третьим приближениями составляет менее 1%. Также стоит отметить, что третье приближение предсказывает напряжение на диоде чуть более 0,7 вольт (примерно 0,756 вольт) из-за дополнительного потенциала через объемное сопротивление.

Пример \ (\ PageIndex {2} \)

Определите циркулирующий ток для схемы на рисунке \ (\ PageIndex {5} \). Также найдите напряжения диода и резистора. Предположим, что источник питания — 20 вольт, диод кремниевый, а резистор — 2 кОм (\ Omega \).

Рисунок \ (\ PageIndex {5} \): Схема для примера \ (\ PageIndex {2} \).

Эта проблема обманчиво проста. Обратите внимание, что положительный вывод источника подключен к катоду. Поскольку в схеме нет других источников, диод должен иметь обратное смещение. Модель диода с обратным смещением представляет собой разомкнутый переключатель, и циркулирующий ток в разомкнутой цепи равен нулю. Следовательно, напряжение резистора также должно быть нулевым, и значения для напряжения излома и объемного сопротивления не требуются. Чтобы удовлетворить KVL, напряжение на диоде должно быть равно источнику 20 вольт (+ к — от катода к аноду).

Единственный раз, когда этого не произойдет, — это если обратное напряжение пробоя диода меньше, чем у источника 20 вольт. В этом случае напряжение на диоде будет равно напряжению пробоя, а остальная часть напряжения источника будет падать на резисторе.

Пример \ (\ PageIndex {3} \)

Определите циркулирующий ток для схемы на рисунке \ (\ PageIndex {6} \). Также найдите напряжения диода и резистора. Предположим, что источник питания 9 вольт, диоды кремниевые и \ (R_1 \) = 1 k \ (\ Omega \), \ (R_2 \) = 2 k \ (\ Omega \).

Рисунок \ (\ PageIndex {6} \): Схема для примера \ (\ PageIndex {3} \).

Согласно KVL, приложенный источник должен равняться сумме падений напряжения на резисторах и диодах, поскольку это одиночный контур. Оба диода смещены в прямом направлении (на аноды поступает обычный ток).

\ [I = \ frac {E − V_ {колено1} — V_ {колено2}} {R_1 + R_2} \ nonumber \]

\ [I = \ frac {9V − 0. 7V − 0.7V} {1k \ Omega +2 k \ Omega} \ nonumber \]

\ [I = 2,533 мА \ nonumber \]

Обратите внимание, что если бы один из диодов был перевернут, не было бы тока, и весь потенциал источника упал бы на перевернутом диоде.

Пример \ (\ PageIndex {4} \)

Определите ток источника и напряжения резистора для схемы, показанной на рисунке \ (\ PageIndex {7} \). Также найдите напряжение резистора, если полярность диода обратная. Предположим, что источник питания — 10 В, диод кремниевый, а резисторы — 1 кОм каждый.

Рисунок \ (\ PageIndex {7} \): Схема для примера \ (\ PageIndex {4} \).

Поскольку \ (D \) и \ (R_2 \) включены параллельно, они должны иметь одинаковое падение напряжения.Также диод смещен в прямом направлении. Следовательно, напряжение на \ (R_2 \) должно составлять примерно 0,7 вольт, а на \ (R_1 \) должно падать 9,3 вольт. Ток через \ (R_1 \) — это ток источника.

\ [I = \ frac {E − V_D} {R_1} \ nonumber \]

\ [I = \ frac {10 В − 0,7 В} {1k \ Omega} \ nonumber \]

\ [I = 9,3 мА \ nonumber \]

Если диод перевернут, он ведет себя как разомкнутый переключатель. Схема сводится к простому делителю напряжения 1: 1, каждый резистор сбрасывает половину напряжения питания или 5 вольт каждый.

Компьютерное моделирование

Для проверки наших результатов смоделирован пример \ (\ PageIndex {4} \). Схема захвачена, как показано на рисунке \ (\ PageIndex {8a} \). Этот конкретный пример показан в Multisim, хотя подойдет любой симулятор достойного качества. Здесь используется очень распространенный переключающий диод 1N4148. Другой популярный выбор — это переключающий диод 1N914 или выпрямитель серии 1N400X.

Рисунок \ (\ PageIndex {8a} \): Схема примера \ (\ PageIndex {4} \) в Multisim.

Затем выполняется анализ рабочей точки постоянного тока. Результаты показаны на рисунке \ (\ PageIndex {8b} \). Обратите внимание, что потенциал диода примерно равен 0,7 В. Из этого мы можем сделать вывод, что падение напряжения на первом резисторе должно быть немного больше 9,3 В, что дает ток чуть больше 9,3 мА.

Рисунок \ (\ PageIndex {8b} \): Результаты моделирования рабочей точки постоянного тока для схемы из примера \ (\ PageIndex {4} \).

Наконец, Рисунок \ (\ PageIndex {8c} \) показывает результаты, когда диод в цепи перевернут.Второй резистор (узел 3 — земля) показывает 5 вольт, как и ожидалось. Следовательно, на первом резисторе также должно падать 5 вольт.

Рисунок \ (\ PageIndex {8c} \): Моделирование примера \ (\ PageIndex {4} \) с использованием обратной ориентации диода.

Прежде чем перейти к другой теме, давайте рассмотрим несколько более сложный пример с использованием нескольких диодов.

Пример \ (\ PageIndex {5} \)

Определите напряжения диодов и резисторов для схемы, показанной на рисунке \ (\ PageIndex {9} \).Предположим, что диоды кремниевые.

Рисунок \ (\ PageIndex {9} \): Схема для примера \ (\ PageIndex {5} \).

Первое, на что следует обратить внимание, это то, что \ (D_1 \) смещен вперед, а \ (D_2 \) — смещен в обратном направлении. Следовательно, источник 20 В должен соответствовать падению на \ (D_1 \) и двух резисторах. \ (D_2 \) возьмет на себя все, что достигается перепадом 2 k \ (\ Omega \), поскольку они параллельны.

\ [I = \ frac {E − V_ {D1}} {R_1 + R_2} \ nonumber \]

\ [I = \ frac {20 В-0.7V} {1k \ Omega +2 k \ Omega} \ nonumber \]

\ [I = 6,433 мА \ nonumber \]

Обратите внимание, что через \ (D_2 \) практически не течет ток, поскольку он имеет обратное смещение. По закону Ома падение напряжения на первом резисторе составляет 6,433 вольт, а на втором — 12,867 вольт.

Список литературы

1 График ВАХ не является прямой линией (линейной), и прямой и обратный квадранты не идентичны (двусторонние).

2 Динамическое сопротивление PN-перехода может быть приблизительно равно 26 мВ / \ (I_ {junction} \).Это будет показано в следующей главе.

схем диодов

Глава 2 Диодные схемы

В предыдущей главе мы обсудили некоторые свойства полупроводниковых материалов и представили диод. Мы представили идеальное соотношение тока и напряжения и рассмотрели кусочно-линейную модель, которая упрощает деанализ диодных цепей. В этой главе методы и концепции, разработанные в главе 1, используются для анализа и проектирования электронных схем, содержащих диоды.

Диодные схемы, которые следует рассматривать, выполняют такие функции, как выпрямление, ограничение. и зажим. Эти функции возможны только из-за нелинейных свойств диода на pn-переходе. Преобразование переменного напряжения в постоянное, например, для источника постоянного тока, называется выпрямлением. Схемы ограничивающих диодов ограничивают части сигнала, которые находятся выше или ниже некоторого опорного уровня. Цепи с фиксаторами сдвигают весь сигнал на некоторое значение постоянного тока. Стабилитроны, которые работают в области пробоя обратного смещения, имеют то преимущество, что напряжение на диоде в этой области почти постоянно в широком диапазоне токов.Такие диоды используются в схемах опорного напряжения или стабилизатора напряжения.

Наконец, рассмотрим схемы двух специальных диодов: светодиода (LED) и фотодиода. Светодиодная схема используется в визуальных дисплеях, таких как семисегментный цифровой дисплей. Схема фотодиода используется для обнаружения наличия или отсутствия света и преобразования этой информации в электрический сигнал.

Хотя диоды являются полезными электронными устройствами, мы начнем видеть ограничения этих устройств и желательность наличия какого-либо типа «усилительного» устройства.

2.1 ЦЕПИ ВЫПРЯМИТЕЛЯ
Одно из важных применений диодов — это конструкция выпрямительных цепей. Диодный выпрямитель образует первую ступень источника питания постоянного тока, как показано на рисунке 2.1 ниже.

Как мы увидим по всему тексту, для смещения всех электронных схем требуется источник питания постоянного тока. Выходное напряжение постоянного тока vo обычно находится в диапазоне от 3 до 24 В в зависимости от приложения.

Выпрямление — это процесс преобразования переменного напряжения в одну полярность.Диод полезен для этой функции из-за его нелинейных характеристик, то есть ток существует для одной полярности напряжения, но по существу равен нулю для противоположной полярности. Выпрямление подразделяется на полуволновое или двухполупериодное, причем полуволновое является самым простым.

2.1.1 Полуволновое выпрямление
На рисунке 2.2 (а) показан силовой трансформатор с диодом и резистором, подключенными к вторичной обмотке трансформатора.

Мы будем использовать кусочно-линейный подход при анализе этой схемы, предполагая, что прямое сопротивление диода rf = 0, когда диод включен.«

Входной сигнал vI часто представляет собой сигнал переменного тока 120 В (среднеквадратичное значение), 60 Гц. Напомним, что вторичное напряжение vs и первичное напряжение vI идеального трансформатора связаны соотношением

.

, где N1 и N2 — количество витков первичной и вторичной обмоток соответственно. Это отношение называется отношением витков трансформатора.

Обратите внимание, что при использовании кусочно-линейной модели диода мы обычно определяем линейные области (проводящие или нет), в которых работает диод, с помощью

  1. определение состояния входного напряжения, при котором диод включен.Затем найдите выходной сигнал для этого условия, тогда
  2. определить условие входного напряжения, при котором диод выключен, и найти выходной сигнал для этого условия (порядок этих двух значений НЕ важен).

На рисунке 2.2 (b) показаны характеристики передачи напряжения. v0 по сравнению с vs для схемы.

Когда vs <0, диод смещен в обратном направлении, что означает, что ток равен нулю, а выходное напряжение равно нулю.Пока vs vs> Vγ, диод смещается в прямом направлении и в цепи индуцируется ток. В этом случае мы можем написать

Для vs> Vγ наклон передаточной кривой равен 1.

Если vs — синусоидальный сигнал, как показано на рисунке 2.3 (a),

, выходное напряжение можно определить с помощью кривой передачи напряжения на Рисунке 2.2 (b) выше.

  1. Когда vs> Vγ, выходное напряжение равно нулю;
  2. Когда vs ≤ Vγ, выход vo = vs — Vγ

и показан на рисунке ниже.

Мы можем видеть, что, хотя входной сигнал vs меняет полярность и имеет среднее по времени значение, равное нулю, выходное напряжение vo является однонаправленным и имеет ненулевое среднее значение и, следовательно, выпрямляется. Поскольку выходное напряжение появляется только во время положительного периода входного сигнала, схема называется полуволновым выпрямителем.

Когда диод отключен и не проводит ток, на резисторе R не происходит падения напряжения: поэтому все напряжение входного сигнала появляется на диоде, как показано ниже.

Следовательно, диод должен выдерживать пиковый ток в прямом направлении и выдерживать большое пиковое обратное напряжение (PIV) без пробоя.

Одним из недостатков однополупериодного выпрямителя является то, что мы «тратим впустую» отрицательные полупериоды. Ток равен нулю во время отрицательных полупериодов, поэтому энергия не рассеивается, но в то же время мы не используем любую доступную доступную энергию.

2.1.2 Полноволновое выпрямление
Двухполупериодный выпрямитель инвертирует отрицательные части синусоиды, так что униполярный выходной сигнал генерируется во время обеих половин входной синусоиды. Один из примеров схемы двухполупериодного выпрямителя показан на рисунке 2.6 (а).

Вход выпрямителя состоит из силового трансформатора, на входе которого обычно используется сигнал переменного тока 120 В (среднеквадратичное значение), 60 Гц, а два выхода — вторичная обмотка с центральным отводом, обеспечивающая равные напряжения по сравнению с указанной полярностью. .Когда входное линейное напряжение положительное, оба выходных сигнала vs также положительны. Входной силовой трансформатор также обеспечивает гальваническую развязку между цепью линии питания и электронными цепями, которые смещаются выпрямительной цепью. Эта изоляция снижает риск поражения электрическим током.

В течение положительной половины цикла входного напряжения оба выходных напряжения vs положительны; следовательно, диод D1 смещен в прямом направлении и проводит, а диод D2 — в обратном направлении и отсечен.Ток через D1 и выходное сопротивление создают положительное выходное напряжение. Во время отрицательного полупериода ситуация с диодами обратная. Если мы предположим, что прямым сопротивлением каждого диода rf пренебрежимо мало, мы получим характеристики передачи напряжения yo по сравнению с vS, показанные на рисунке 2.6 (b).

Для синусоидального входного напряжения мы можем определить выходное напряжение в зависимости от времени, используя кривую передачи напряжения, показанную на рисунке 2.6 (b).Соответствующие сигналы входного и выходного напряжения показаны на Рисунке 2.6 (c).

Поскольку выпрямленное выходное напряжение возникает как в положительном, так и в отрицательном цикле входного сигнала, эта схема называется двухполупериодным выпрямителем.

Другой пример схемы двухполупериодного выпрямителя показан на Рисунке 2.7 (а).

Эта схема представляет собой мостовой выпрямитель, который обеспечивает гальваническую развязку между входной линией питания переменного тока и выходом выпрямителя, но не требует вторичной обмотки с центральным отводом.Однако в нем используются четыре диода.

Во время положительной половины цикла входного напряжения vs является положительным, D1 и D2 смещены в прямом направлении. D3 и D4 имеют обратное смещение, а направление тока показано на рисунке 2.7 (a). Во время отрицательного полупериода входного напряжения vs отрицательно, а D3 и D4 смещены в прямом направлении. Направление тока, показанное на рисунке 2.7 (b), дает ту же полярность выходного напряжения, что и раньше.

На рис. 2.7 (c) показаны синусоидальное напряжение vs и выпрямленное выходное напряжение vo.

Поскольку два диода включены последовательно в каждом из проводящих путей, величина v0 на два диода меньше, чем величина по сравнению с

.

2.1.3 Фильтры, пульсирующее напряжение и ток диода
Если конденсатор добавлен параллельно нагрузочному резистору полуволнового выпрямителя, чтобы сформировать простую схему фильтра (рис. 2.8 (а)), мы можем начать преобразовывать полуволновой синусоидальный выходной сигнал в постоянное напряжение. Фигура 2.8 (b) показывает положительную половину выходной синусоидальной волны и начальную часть напряжения на конденсаторе, если предположить, что конденсатор изначально не заряжен.

Когда напряжение сигнала достигает своего пика и начинает уменьшаться, напряжение на конденсаторе также начинает уменьшаться, что означает, что конденсатор начинает разряжаться. Единственный путь тока разряда — через резистор. Если постоянная времени RC велика, напряжение на конденсаторе экспоненциально разряжается со временем (рисунок 2.8 (в)). В это время диод отключен.

Более подробный анализ отклика схемы, когда входное напряжение близко к пиковому значению, указывает на небольшую разницу между фактической работой схемы и качественным описанием. Если предположить, что диод выключается сразу же, когда входное напряжение начинает уменьшаться от своего пикового значения, то выходное напряжение будет экспоненциально уменьшаться со временем, как указывалось ранее. Увеличенный эскиз этих двух напряжений показан на рисунке 2.8 (г). Выходное напряжение уменьшается быстрее, чем входное,
это означает, что в момент времени t1 напряжение на диоде больше Vγ. Однако этого условия не может быть, и диод не выключается сразу. Если постоянная времени RC велика, разница между временем пикового входного напряжения и временем выключения диода очень мала.

Во время следующего положительного цикла входного напряжения существует точка, в которой входное напряжение превышает напряжение конденсатора, и диод снова включается.Диод остается включенным до тех пор, пока входной сигнал не достигнет своего пикового значения и напряжение конденсатора не будет полностью заряжено.

Поскольку конденсатор отфильтровывает большую часть синусоидального сигнала, он называется конденсатором фильтра. Установившееся выходное напряжение RC-фильтра показано на Рисунке 2.8 (e).

Эффект пульсации на выходе схемы выпрямителя с двухполупериодной фильтрацией можно увидеть в форме выходного сигнала на рисунке 2.9.

Конденсатор заряжается до пикового значения напряжения, когда входной сигнал достигает пикового значения.По мере уменьшения входного сигнала диод становится смещенным в обратном направлении, и конденсатор разряжается через выходное сопротивление R. Определение напряжения пульсаций необходимо для разработки схемы с приемлемой величиной пульсаций. Вывод этого находится на стр. 58 вашего текста.

Если мы можем предположить, что эффект пульсации невелик, мы получим следующее приближение

где Tp — время между пиковыми значениями выходного напряжения.

Для двухполупериодного выпрямителя Tp составляет половину периода сигнала.Следовательно, мы можем связать Tp с частотой сигнала,

, а напряжение пульсации становится

Диод в цепи выпрямителя с фильтром проводит короткий интервал Δt около пика синусоидального входного сигнала (рисунок 2.10 (a)).

Ток диода обеспечивает заряд, потерянный конденсатором во время разряда. На рисунке 2.11 показана эквивалентная схема двухполупериодного выпрямителя во время зарядки.

Мы видим, что

В тексте приводится приблизительное значение среднего и максимального тока диода на стр.60.

2.1.4 Цепь удвоителя напряжения
Схема стабилизатора напряжения очень похожа на двухполупериодный выпрямитель, за исключением того, что два диода заменены конденсаторами, и она может создавать напряжение, примерно в два раза превышающее пиковое выходное напряжение трансформатора (рисунок 2.13).

На рисунке 2.14 (а) показана эквивалентная схема, когда полярность напряжения на «« верхней стороне »трансформатора отрицательная; на рисунке 2.14 (b) показана эквивалентная схема для противоположной полярности.В схеме на рис. 2.14 (а) прямое сопротивление диода D2 невелико; поэтому конденсатор C будет заряжаться почти до пикового значения vs. Клемма 2 на C1 положительна по отношению к клемме 1. Когда величина vs уменьшается от своего пикового значения, C1 разряжается через RL и C2. Мы предполагаем, что постоянная времени RLC2 очень велика по сравнению с периодом входного сигнала.

Поскольку полярность vs изменяется на полярность, показанную на рис. 2.14 (b), напряжение на C1 по существу остается постоянным на уровне VM, а клемма 2 остается положительной.Когда vs достигает своего максимального значения, напряжение на C2 по существу становится равным VM. Согласно закону Кирхгофа, пиковое напряжение на RL теперь по существу равно 2VM, что в два раза превышает пиковую мощность трансформатора. Возникает тот же эффект пульсаций, что и в выходном напряжении выпрямительных схем, но если C1 и C2 относительно велики, то пульсационное напряжение Vr довольно мало.

Существуют также схемы с тройным и учетверенным напряжением. Эти схемы обеспечивают средство, с помощью которого можно генерировать несколько напряжений постоянного тока из одного источника переменного тока и силового трансформатора.

2.2 ЦЕПИ ЗЕНЕР-ДИОДА
В главе 1 мы увидели, что напряжение пробоя стабилитрона почти постоянно в широком диапазоне токов обратного смещения. Это делает стабилитрон полезным в качестве стабилизатора напряжения или опорной цепи постоянного напряжения. В этой главе мы рассмотрим идеальную схему опорного напряжения и последствия включения неидеального сопротивления стабилитрона.

Результаты этого раздела позволят завершить проектирование электронного блока питания, показанного на Рисунке 2.1. Следует отметить, что в реальных конструкциях источников питания стабилизатор напряжения будет представлять собой более сложную интегральную схему, а не более простую конструкцию стабилитронов, которая будет разработана здесь. Одна из причин заключается в том, что стандартный стабилитрон с определенным желаемым напряжением пробоя может быть недоступен.

2.2.1 Цепь идеального опорного напряжения
На рисунке 2.15 показана схема стабилитронного стабилизатора напряжения. Для этой схемы выходное напряжение должно оставаться постоянным, даже когда сопротивление выходной нагрузки изменяется в довольно широком диапазоне, и когда входное напряжение изменяется в определенном диапазоне.

Сначала мы определяем правильное входное сопротивление Ri. Это сопротивление ограничивает ток через стабилитрон и снижает избыточное напряжение между VPS и VZ.

, который предполагает, что сопротивление стабилитрона для идеального диода равно нулю. Решение этого уравнения для тока диода. Из, получаем

, где 1L = Vz / RL, а переменными являются источник входного напряжения VPS и ток нагрузки 1L.

Для правильной работы этой схемы диод должен оставаться в зоне пробоя, а рассеиваемая мощность в диоде не должна превышать его номинальное значение.Другими словами:

  1. Ток в диоде минимален, Iz (rnin), когда ток нагрузки максимален, IL (max), а напряжение источника минимально, VPS (min).
  2. Ток в диоде является максимальным, Iz (max), когда ток нагрузки минимален, IL (min), а напряжение источника является максимальным, VPS (max).

Подставляя эти две характеристики в предыдущее уравнение, получаем

и

Приравнивая эти два выражения, получаем

Разумно предположить, что мы знаем диапазон входного напряжения, диапазон выходного тока нагрузки и напряжение стабилитрона.Тогда предыдущее уравнение содержит два неизвестных Iz (min) и Iz (max). Кроме того, в качестве минимального требования мы можем установить минимальный ток стабилитрона равным одной десятой максимального тока стабилитрона, или IZ (min) = 0,1 IZ (max). Затем мы можем решить для IZ (max), используя предыдущее уравнение, следующим образом:

Используя максимальный ток, полученный из приведенного выше уравнения, мы можем определить максимальную требуемую мощность стабилитрона. Затем мы можем определить необходимое значение входного сопротивления, используя одно из предыдущих уравнений.

2.2.2 Регулирование сопротивления стабилитрона и процента
В идеальном стабилитроне сопротивление стабилитрона равно нулю. Однако в реальных стабилитронах дело обстоит иначе. В результате выходное напряжение является функцией тока стабилитрона или тока нагрузки. На рисунке 2.17 показана эквивалентная схема регулятора напряжения.

Из-за сопротивления стабилитрона выходное напряжение не остается постоянным. Мы можем определить минимальные и максимальные значения выходного напряжения.Показатель качества регулятора напряжения называется процентным регулированием и определяется как

.


где VL (номинал) — номинальное значение выходного напряжения.

Когда процент регулирования приближается к нулю, схема приближается к идеальному стабилизатору напряжения.

2.3 ЦЕПИ КЛИПЕРА И ЗАЖИМА
В этом разделе мы продолжим обсуждение применения диодов в нелинейных схемах. Диоды могут использоваться в схемах формирования сигнала, которые либо ограничивают, либо «ограничивают» части сигнала, либо смещают уровень постоянного напряжения.Схемы называются клипсаторами и зажимами соответственно.

2.3.1 Машинки для стрижки
Схемы ограничителя, также называемые схемами ограничителя, используются для устранения частей сигнала, которые находятся выше или ниже заданного уровня. Например, полуволновой выпрямитель представляет собой схему с ограничителем, поскольку все напряжения ниже нуля устраняются. Простое применение ограничителя — ограничить напряжение на входе в электронную схему, чтобы предотвратить пробой транзисторов в цепи.Схема может использоваться для измерения частоты сигнала, поэтому амплитуда не является важной частью сигнала.

На рисунке 2.18 показаны общие характеристики передачи напряжения цепи ограничителя.

Ограничитель представляет собой линейную схему, если входной сигнал находится в диапазоне

.

, где Av — наклон передаточной кривой.

Если Av ≤ 1, как в диодных схемах, схема является пассивным ограничителем. На рисунке 2.18 показана общая передаточная кривая двойного ограничителя, в которой ограничиваются как положительные, так и отрицательные пиковые значения входного сигнала.

Возможны различные комбинации и. Оба параметра могут быть положительными, оба отрицательными или один может быть положительным, а другой отрицательным, как показано на рисунке.

На рис. 2.19 (а) показана схема с ограничителем на одном диоде.

Диод Dl не горит, пока vI VB + Vγ, диод включается, выходное напряжение ограничивается и vo = VB + Vγ.Выходной сигнал показан на рисунке 2.19 (b). Другие схемы ограничения могут быть созданы путем изменения диода, полярности источника напряжения или того и другого. Рисунки 2.20 (а). (b) и (c) показывают эти схемы вместе с соответствующими входными и выходными сигналами.

Положительное и отрицательное ограничение может выполняться одновременно с использованием двойного ограничителя или параллельного ограничителя, такого как схема, показанная на рисунке 2.21. Входные и выходные сигналы также показаны на рисунке.В параллельном ограничителе используются два диода и два источника напряжения, ориентированные в противоположных направлениях.

2.3.2 Зажимы
Фиксация сдвигает все напряжение сигнала на уровень постоянного тока. В установившемся режиме выходной сигнал является точной копией входного сигнала, но выходной сигнал смещен на величину постоянного тока, которая зависит от схемы. Отличительной особенностью фиксатора является то, что он регулирует уровень постоянного тока без необходимости знать точную форму сигнала.

Пример зажима показан на Рисунке 2.25 (а). Сигнал синусоидального входного напряжения показан на рисунке 2.25 (b).

Предположим, что конденсатор изначально не заряжен. Во время первых 90 градусов входного сигнала напряжение на конденсаторе следует за входом, и vc = vI (при условии, что rf и Vγ = 0). После того, как vI и vc достигают своих пиковых значений, vI начинает уменьшаться, и диод становится смещенным в обратном направлении. В идеале конденсатор не может разряжаться, поэтому напряжение на конденсаторе остается постоянным при vc = VM.По закону напряжения Кирхгофа

Конденсатор и выходное напряжение показаны на рисунках 2.25 (c) и (d).

Выходное напряжение «фиксируется» на уровне нуля вольт, то есть vo ≤ 0. В установившемся режиме формы входных и выходных сигналов одинаковы, а выходной сигнал смещен на определенный уровень постоянного тока по сравнению с входным. сигнал.

Схема ограничения, которая включает в себя независимый источник напряжения VB, показана на рисунке 2.26 (а). В этой схеме предполагается, что постоянная времени RLC большая, где RL — сопротивление нагрузки, подключенной к выходу.Если для простоты предположить, что rf и Vγ = 0, то выход будет ограничен на VB. На рисунке 2.26 (b) показан пример синусоидального входного сигнала и результирующего сигнала выходного напряжения.

Когда полярность VB такая, как показано, выход сдвигается в отрицательном направлении напряжения. Точно так же на рисунке 2.26 (c) показаны прямоугольный входной сигнал и результирующий сигнал выходного напряжения. Для прямоугольного сигнала мы пренебрегаем емкостными эффектами диода и предполагаем, что напряжение может изменяться мгновенно.

2.4 МНОГОДИОДНЫЕ ЦЕПИ
Поскольку диод является нелинейным устройством, часть анализа диодной цепи включает определение того, включен ли диод или нет. Если схема содержит более одного диода, анализ усложняется из-за различных возможных комбинаций «включено» и «выключено».

В этом разделе мы рассмотрим несколько схем с несколькими диодами. Мы увидим, например, как диодные схемы могут использоваться для выполнения логических функций.Этот раздел служит введением в цифровые логические схемы, которые будут подробно рассмотрены в главах 16 и 17.

2.4.1 Пример диодных схем
Вкратце рассмотрим две однодиодные схемы. На рисунке 2.30 (а) показан диод, включенный последовательно с резистором. График передаточных характеристик напряжения v0 в зависимости от vI показывает кусочно-линейный характер этой схемы (рис. 2.30 (b)).

Диод не начинает проводить до тех пор, пока vI = Vγ.Следовательно, при vI Vγ выходное напряжение vo = vI — Vγ.

На рис. 2.31 (a) показана аналогичная диодная схема, но с явно включенным источником входного напряжения, чтобы показать, что существует путь для тока диода. Передаточная характеристика напряжения показана на Рисунке 2.31 (b).

В этой схеме диод остается проводящим при vI VS — Vγ, диод выключается и ток через резистор равен нулю; следовательно, выход остается постоянным на уровне VS.

В многодиодных схемах каждый диод может быть включен или выключен. Рассмотрим двухдиодную схему на рис. 2.32. Поскольку каждый диод может быть включен или выключен, схема имеет четыре возможных состояния. Однако некоторые из этих состояний могут быть невозможны из-за направления диодов и полярности напряжения.

Если мы предположим, что V +> V- и что V + — V-> Vγ, есть вероятность, что D2 может быть включен. На рис. 2.33 показан результирующий график зависимости vo от vI.

Показаны три отдельные области, соответствующие различным проводящим состояниям D1 и D2. Четвертое возможное состояние, соответствующее отключению обоих диодов, в этой схеме невозможно

.

Метод решения проблем: схемы с несколькими диодами
Анализ многодиодных схем требует определения того, включены ли отдельные устройства или нет. Во многих случаях выбор неочевиден, поэтому мы должны сначала угадать состояние каждого устройства, а затем проанализировать схему, чтобы определить, есть ли у нас решение, соответствующее нашему первоначальному предположению.Для этого мы можем:

  1. Предположим состояние диода. Если предполагается, что диод «включен», предполагается, что напряжение на диоде равно Vγ. Если предполагается, что диод выключен, ток через диод считается равным нулю.
  2. Проанализируйте «линейную» схему с предполагаемыми состояниями диодов.
  3. Оцените результирующее состояние каждого диода. Если исходное предположение заключалось в том, что диод выключен, а анализ показывает, что ID = 0 и VD ≤ Vγ, то предположение верно.Если, однако, анализ действительно показывает, что что-то из этого неверно, то первоначальное предположение неверно. Мы также можем сделать то же самое, если изначально предполагали, что диод включен.
  4. Если какое-либо исходное предположение оказывается неверным, необходимо сделать новое предположение и проанализировать новую «линейную» схему. Затем необходимо повторить шаг 3.

2.4.2 Диодные логические схемы
Диоды в сочетании с другими элементами схемы могут выполнять определенные логические функции, такие как И и ИЛИ, но мы не будем рассматривать это, кроме как показать принципиальные схемы.


2.5 ФОТОДИОДНЫЕ И СВЕТОДИОДНЫЕ ЦЕПИ
Фотодиод преобразует оптический сигнал в электрический ток, а светоизлучающий диод (LED) преобразует электрический ток в оптический сигнал.

2.5.1 Схема фотодиода
Фигура 2.39 показывает типичную схему фотодиода, в которой к фотодиоду приложено напряжение обратного смещения. Если интенсивность фотонов равна нулю, единственный ток через диод — это ток обратного насыщения, который обычно очень мал. Фотоны, падающие на диод, создают избыточные электроны и дырки в области пространственного заряда, где электрическое поле быстро отделяет эти избыточные носители и выметает их из области пространственного заряда, создавая фототок в направлении обратного смещения.

2.5.2 Светодиодная схема
Светоизлучающий диод (LED) — это инверсия фотодиода; то есть ток преобразуется в оптический сигнал. Если диод смещен в прямом направлении, электроны и дырки инжектируются через область пространственного заряда, где они становятся избыточными неосновными носителями. Эти избыточные неосновные носители диффундируют в нейтральные области n и p, где они рекомбинируют с основными носителями, и рекомбинация может привести к излучению фотографии (с использованием материала с прямой запрещенной зоной, такого как GaAs).

Одно из применений светодиодов и фотодиодов — это оптоизоляторы, в которых входной сигнал электрически развязан с выходом (рис. 2.42). Входной сигнал, подаваемый на светодиод, генерирует свет, который впоследствии обнаруживается фотодиодом. Затем фотодиод преобразует свет обратно в электрический сигнал. Отсутствует электрическая обратная связь или взаимодействие между выходной и входной частями схемы.

2.6 РЕЗЮМЕ

  1. В этой главе мы проанализировали несколько классов диодных схем, которые можно использовать для создания различных желаемых выходных сигналов.Результирующие характеристики каждой из рассмотренных схем зависят от нелинейного отношения ВАХ диода. Мы продолжали использовать кусочно-линейную модель и методы аппроксимации в нашем ручном анализе. Компьютерное моделирование можно использовать для получения более точных результатов, когда известны фактические свойства диодов.
  2. Цепи однополупериодного и двухполупериодного выпрямителей преобразуют синусоидальный (т.е. переменный) сигнал в приблизительный сигнал постоянного тока. Источник питания постоянного тока, который используется для смещения электронных схем и систем, использует эти типы схем.К выходу схемы выпрямителя можно подключить RC-фильтр, чтобы уменьшить эффект пульсации. Пульсации напряжения в выходном сигнале определялись как функция RC-фильтра и других параметров схемы.
  3. Стабилитроны
  4. работают в области обратного пробоя. Поскольку напряжение пробоя почти постоянно в широком диапазоне токов, эти устройства полезны в схемах опорного напряжения или стабилизатора. Регулировка в процентах, показатель качества схемы, зависит от диапазона значений входного напряжения и сопротивления нагрузки, а также от индивидуальных параметров устройства.
  5. Обсуждались методы, используемые для анализа многодиодных схем, которые используются в различных приложениях обработки сигналов. Этот метод требует предположений относительно того, проводит ли диод (включен) или нет (выключен). Проанализировав схему с использованием этих предположений, мы должны вернуться и убедиться, что сделанные предположения действительны.
  6. Диодные схемы
  7. могут быть разработаны для выполнения основных функций цифровой логики. Мы рассмотрели схему, выполняющую логическую функцию ИЛИ, и схему, выполняющую логическую функцию И.
  8. Светодиод (LED) преобразует электрический ток в свет и широко используется в таких приложениях, как семисегментный буквенно-цифровой дисплей. И наоборот, фотодиод обнаруживает падающий световой сигнал и преобразует его в электрический ток. Были проанализированы примеры таких схем.

КОНЕЦ Гл. 2

Если вы являетесь автором приведенного выше текста и не соглашаетесь делиться своими знаниями для обучения, исследований, стипендий (для добросовестного использования, как указано в авторских правах США), отправьте нам электронное письмо, и мы удалим ваши текст быстро.Добросовестное использование — это ограничение и исключение из исключительного права, предоставленного законом об авторском праве автору творческой работы. В законах США об авторском праве добросовестное использование — это доктрина, которая разрешает ограниченное использование материалов, защищенных авторским правом, без получения разрешения от правообладателей. Примеры добросовестного использования включают комментарии, поисковые системы, критику, репортажи, исследования, обучение, архивирование библиотек и стипендии. Он предусматривает легальное, нелицензионное цитирование или включение материалов, защищенных авторским правом, в работы других авторов в соответствии с четырехфакторным балансирующим тестом.(источник: http://en.wikipedia.org/wiki/Fair_use)

Информация о медицине и здоровье, содержащаяся на сайте, носит общий характер и цель , которая является чисто информативной и по этой причине не может в любом случае заменить совет врача или квалифицированного лица, имеющего законную профессию.

Тексты являются собственностью соответствующих авторов, и мы благодарим их за предоставленную нам возможность бесплатно делиться своими текстами с учащимися, преподавателями и пользователями Интернета, которые будут использоваться только в иллюстративных образовательных и научных целях.

Что такое диод

Это сообщение про Что такое диод ? и Зачем нам нужен диод в цепи . Диод контролирует направление протекания тока в цепи. Он используется для преобразования переменного тока в постоянный (выпрямление) в коммутационных приложениях. Проще говоря, диод — это односторонний вентиль в электронике для управления током.

Простейшим однонаправленным пассивным полупроводниковым прибором является диод. В идеале диод позволяет протекать току только в одном направлении, называемом прямым током.Диод имеет два разных поляризованных вывода: анод и катод. Прямой ток течет через диод от анода к катоду.

Условное обозначение диода

Как работает диод?

Диод работает в режиме прямого или обратного смещения. Давайте сначала рассмотрим идеальный диод. Когда идеальный диод смещен в прямом направлении, он закорачивает (включается) и проводит ток. Когда диод смещен в обратном направлении, он разомкнет цепь (выключится), и через нее не будет протекать ток.ВИ-характеристика идеального диода линейна и показана ниже.

VI характеристика идеального диода

Между идеальными и практическими характеристиками диодов нет большой разницы. Практически некоторая мощность потребляется диодом при прямом смещении. При обратном смещении он не блокирует весь обратный ток. Эта мощность, потребляемая при прямом смещении, определяется как прямое напряжение . Это напряжение также известно как напряжение включения или напряжения колена. Это ~ 0,7 В для кремния и ~ 0,3 В для германия.Практическое прямое напряжение зависит от тока, температуры и типа используемого диода. Давайте посмотрим на практические характеристики диодов на следующих примерах.

Пример 1 — Диод в прямом смещении
Пример диода с прямым смещением

При прямом смещении практический диод действует как короткое замыкание, когда входное напряжение превышает прямое напряжение ( В F ). При положительном прямом напряжении через диод протекает значительный ток, называемый прямым током. На приведенной ниже форме сигнала показано моделирование VI-характеристик диода с прямым смещением.Ток в прямом смещении обычно в милиампах. Здесь резистор между источником напряжения и диодом минимизирует ток до микроампер.

VI Характеристики практического диода с прямым смещением
Пример 2 — Диод с обратным смещением
Пример диода с обратным смещением

При обратном смещении практический диод работает как разомкнутая цепь. Здесь напряжение меньше VF, но больше большого отрицательного напряжения, называемого напряжением пробоя ( V BR ). Приведенная ниже форма волны показывает моделирование VI-характеристик диода с обратным смещением.Во время обратного смещения через диод обычно протекает незначительное количество тока. Если обратное напряжение превышает напряжение пробоя диодов ( В, BR ), через диод протекает большой ток, разрушая диодный переход.

VI Характеристики практического диода с обратным смещением

Паспорт диода

Техническое описание диода содержит механические детали, номинальные значения напряжения и тока, рабочие характеристики (кривые VI) и т. Д. Эти детали имеют большое значение при моделировании, проектировании схем и печатных плат.Возьмем для примера диоды серии 1N400X. Вы можете погуглить, чтобы получить таблицу. Это техническое описание содержит информацию о диодах от 1N4001 до 1N4007. Выделенные детали имеют большое значение при выборе диода.

Основные характеристики диодов серии 1N400x: напряжение и номинальный ток диода

серии 1N400X. Надеюсь, теперь вы знаете, что такое диод и зачем нам диод в цепи. Диоды являются ключевым компонентом регулируемых источников питания, ИБП и инверторов. В следующем посте мы узнаем о различных типах диодов.Спасибо за прочтение.

# 4: Диодные схемы — веб-страница мистера Бриджера

Введение : цель этой лабораторной работы — изучить фундаментальные свойства диодов и затем примените их к построению множества полезных схем. А диод — это направленное устройство, которое нелинейно реагирует на приложенные напряжение (в отличие от предыдущих компонентов, которые мы рассматривали). Оно может можно рассматривать как «одностороннее» устройство, позволяющее току течь только в Одно направление.

Дополнительный Необходимое оборудование : диоды, резисторы и соединители.

Упражнение # 1: Чтобы проверить свойства направленности диодов, подключите диод 914 и резистор 1кВт в серии , подключенный к источнику 5 В (прямо с макета). Обязательно заземлите конец схема. Вы заметите, что на диоде есть полоса (см. Изображение ниже). Если полоса справа, то ток может течь вправо. (и наоборот слева). Выровняйте диод так, чтобы ток мог течь через него. схема.Используйте цифровой мультиметр для измерьте падение напряжения на резисторе и диоде. Как большая часть 5 Вольт теряется на диоде? Теперь измените направление диод и убедитесь, что напряжение на резисторе теперь равно нулю.


914 Диоды, показывающие полосы направления.

Упражнение # 2: Следующая диодная схема называется однополупериодным выпрямителем. В Схема показана ниже. Игнорировать 110 В переменного тока до 6,3 В переменного тока конвертер — вы просто прогоните свою схему от Pasco с 6.Синусоидальная волна 3 В.


Схема однополупериодного выпрямителя
( Art. of Electronics , Horowitz & Hill)

Build эту схему, обращая особое внимание на заземленные сигналы (подключите заземление от усилителя мощности до земли макета) и направление диода. Настройте Data Studio для измерения входного сигнала и выходной сигнал по отдельным прицелам. Выходное напряжение от выход разомкнутого круга на землю. Управляйте цепью сигналом 6,3 В 60 Гц. (вы будете использовать синусоидальную волну 60 Гц для всех упражнений в этом разделе ). Сохраните отдельные трассировки входных и выходных сигналов. Ваш результат должен выглядят примерно так:


Выходной сигнал однополупериодного выпрямителя

Вы Теперь следует понять, почему это называется схемой полуволнового выпрямителя. Объясните, как работает схема — что происходит с отрицательной частью синуса волна?

Упражнение №3: Следующим шагом будет создание двухполупериодного выпрямителя. Схема показано ниже. Как только схема построена, подключите сигналы + и — от усилителя к цепи (на верхнем и нижние темные точки на ромбе).Это убережет землю от сигнал отдельно от общего заземления в цепи. Выходное напряжение измеряется от A до B через мостовой резистор. Схема двухполупериодного выпрямителя


( Art of Electronics , Horowitz & Hill)

Соблюдать входные и выходные сигналы (включая изображения обоих) — почему это называется двухполупериодный выпрямитель? Как работает эта схема? См. Видео ниже, чтобы понять, как изменяется протекание тока в цепи:

Моделирование протекания тока для полноволнового выпрямителя


Если у вас проблемы с тем, чтобы схема заработала, обратитесь за помощью к своему инструктору.если ты обратите внимание, что любые диоды в лаборатории либо очень теплые, либо дымятся, отключите вашу цепь. Эти диоды «зажарены». Наверняка, у вас проблема с заземлением или проблема с полярностью (диоды указывают на неправильное направление). Тщательно перенастройте схему перед подключением. больше диодов. Жареные диоды нужно выбросить — и не волнуйтесь, диоды стоят недорого.

Схема зажима диода

( Art of Electronics , Horowitz & Hill)

Упражнение №4: В этом упражнении вы создадите диодный зажим.Схема показана выше. Постройте эту схему и проверьте вход и выход. Ты нужно будет использовать источник 5 В от вашей макетной платы — подключите его напрямую к одному из удлинителей на макетной плате, чтобы его было легко доступ. Убедитесь, что вы меняете амплитуду от 1 до 10 вольт. Сохранить ваши выходные сигналы и используйте их, чтобы объяснить, как эта схема работает и что это относится к входному сигналу. Почему этот сорт был назван «5 Вольт-зажим »?

Упражнение # 5:

Один Тип искажения, используемый в музыкальной индустрии, включает двойное ограничение звука вход, чтобы заставить синусоидальные волны стать прямоугольными.Как мы видели в В предыдущем блоке прямоугольные волны имеют более сложный спектр Фурье частоты, а значит, и звук более искаженный. Синусоидальная волна, примерно преобразованный в прямоугольную форму путем зажима, может выглядеть примерно так, как на выходе показано ниже:


Форма выходного синусоидального сигнала с ограничением

Изменить ваша схема зажима для создания этого типа двойного «клиппирования» вывод и сохраните формы выходных сигналов. Будет ли это работать для Triangle Wave Входы — попробовать и записать результаты? Подключите выходной сигнал к усилителя и слушайте искажения по мере увеличения амплитуды (и, следовательно, увеличить отсечение).Посмотрите на БПФ как для входа, так и для выхода сигналов и обратите внимание на дополнительные всплески в обрезанной версии — объясните, как это может привести к «желаемым» искажениям при игре на рок-гитаре. соло? Примеры БПФ показаны ниже. Сделайте свой собственный для разных количество клиппирования и обсудите результаты — для каждого покажите форму волны и БПФ бок о бок.


БПФ ограниченной синусоидальной волны

In в дополнение к преобразованию переменного тока в постоянное, ограничению и искажению звуковых сигналов и выпрямление, какие еще применения могут служить диоды? Как они могут защитить тонкая электроника? Как они могут устранить небольшой шум в цепь?

Ниже представлена ​​другая форма выходного сигнала.Входным сигналом был сигнал 10 В, 60 Гц.


Форма выходного сигнала таинственной схемы

Эта схема преобразует входной переменный ток в примерно постоянный выход — задача, которая чрезвычайно полезна в электронике (подумайте, сколько у вас приборов, которые требуют преобразования переменного тока в постоянный). Чтобы сделать эту схему, вам нужно будет объединить схемы, указанные выше. Сначала создайте схему на бумаге, а затем перенесите ее на свой макет. Запишите ваши выходные формы волны. Какие изменения можно сделать, чтобы этот сигнал больше походил на сигнал постоянного тока? Подсказка: отправьте выходной сигнал вашей схемы с двойным зажимом и отправьте его на вход вашей двухполупериодной схемы выпрямителя.

[Задача: если вы измените порядок предыдущей схемы и отправите выход схемы двухполупериодного выпрямителя в схему фиксации + 5 В, вы можете подумать, что получите тот же результат. Но вы этого не сделаете — вместо этого вы получите результат, показанный ниже:


Объясните, почему в этом случае ограничивается только половина сигнала.]

The Diode | CircuitBread

Diode

Рис. 1. Соотношение v-i и схематический символ для диода. Здесь параметры диода были комнатными и

.

Резистор, конденсатор и катушка индуктивности являются линейными элементами цепи в том смысле, что их отношения v-i линейны в математическом смысле. Источники напряжения и тока являются (технически) нелинейными устройствами: проще говоря, удвоение тока через источник напряжения не приводит к удвоению напряжения. Более очевидным и очень полезным нелинейным элементом схемы является диод (подробнее). Его отношение ввода-вывода имеет экспоненциальную форму.

Здесь величина

представляет собой заряд отдельного электрона в кулонах,

— постоянная Больцмана, а

— температура диода в

.При комнатной температуре соотношение

мВ. Постоянная

— это ток утечки, и обычно он очень мал. При просмотре этого соотношения v-i на рисунке 1 нелинейность становится очевидной. Когда напряжение положительное, через диод легко протекает ток. Эта ситуация известна как , прямое смещение . Когда мы прикладываем отрицательное напряжение, ток довольно мал и равен

, известный как ток утечки или ток обратного смещения .Менее подробная модель диода имеет любой положительный ток, протекающий через диод при прямом смещении, и отсутствие тока при отрицательном смещении. Обратите внимание, что схематический символ диода выглядит как стрелка; направление тока соответствует направлению стрелки.

Схема диода
Рисунок 2.

Из-за нелинейной природы диода мы, , не можем использовать импедансы или правила последовательной / параллельной комбинации для анализа схем, содержащих их. Всегда можно использовать метод надежного узла; он полагается только на KVL для своего применения, а KVL — это утверждение о падении напряжения вокруг замкнутого пути независимо от того, являются ли элементы линейными или нет.Таким образом, для этой простой схемы мы имеем

. Это уравнение не может быть решено в замкнутой форме. Мы должны понимать, что происходит, исходя из основных принципов, используя вычислительные и графические средства. В качестве приближения, когда

положительно, ток течет через диод до тех пор, пока напряжение

меньше, чем

(так что диод смещен в прямом направлении). Если источник отрицательный или

«пытается» быть больше, чем

, диод смещен в обратном направлении, и ток обратного смещения протекает через диод.Таким образом, на этом уровне анализа положительные входные напряжения приводят к положительным выходным напряжениям, а отрицательные — к

.

диодная схема
Рис. 3.

Нам нужно детализировать экспоненциальную нелинейность, чтобы определить, как схема искажает форму волны входного напряжения. Мы, конечно, можем численно решить рисунок 2, чтобы определить выходное напряжение, когда входной сигнал является синусоидой. Чтобы узнать больше, давайте выразим это уравнение графически. Мы наносим каждый член как функцию

для различных значений входного напряжения

; где они пересекаются, дает нам выходное напряжение.Левая сторона, ток через выходной резистор, не изменяется сам по себе с

, и, таким образом, мы имеем фиксированную прямую линию. Что касается правой стороны, которая выражает отношение диода v-i , точка, в которой кривая пересекает ось

, дает нам значение

. Очевидно, что две кривые всегда будут пересекаться только один раз для любого значения

, а для положительного

пересечение происходит при значении

, меньшем , чем

.Это уменьшение меньше, если прямая линия имеет меньший наклон, что соответствует использованию большего выходного резистора. Для отрицательного значения

диод имеет обратное смещение, а выходное напряжение равно

.

Какую полезность может иметь эта простая схема? Здесь невозможно избежать нелинейности диода, и явно очевидное искажение должно иметь какое-то практическое применение, чтобы схема была полезной. Эта схема, известная как однополупериодный выпрямитель , присутствует практически в каждом AM-радио дважды , и каждая из них выполняет совершенно разные функции! Какие функции мы узнаем позже.

Схема диода
Рис. 4.

Вот схема с диодом, которую на самом деле проще анализировать, чем предыдущую. Мы знаем, что ток через резистор должен быть равен току через диод. Таким образом, ток диода пропорционален входному напряжению. Поскольку напряжение на диоде связано с логарифмом его тока, мы видим, что отношение ввода-вывода равно

. Очевидно, что название логарифмический усилитель оправдано для этой схемы.

Для переключения страниц используйте клавиши со стрелками влево и вправо. Для переключения страниц проводите пальцем влево и вправо. Описание простых диодных схем

— Самодельные схемы схем

В этом посте мы узнаем, как использовать выпрямительные диоды для создания некоторых практичных и полезных электронных схем.

Диод — это самый простой полупроводниковый электронный компонент, который построен на одном полупроводниковом pn переходе. У него всего два вывода, которые называются анодом и катодом.

Диоды могут быть разных типов, например выпрямительный диод, стабилитрон, диод Шоттки, туннельный диод, варактерный диод и т. Д.

Самым популярным среди вышеперечисленных типов диодов является выпрямительный диод, который широко используется почти во всех приложениях, связанных с электронными схемами. Фактически, электронная схема может быть просто неполной и может не работать, если в нее не встроен выпрямительный диод.

Основные свойства выпрямительного диода следующие:

  • Диод имеет два вывода, а именно анод и катод.
  • В выпрямительном диоде клемма катодной стороны помечена полосой времени,
  • В выпрямительном диоде ток может течь только в одном направлении, то есть от анода к катоду.Ток не может течь наоборот.
  • Это означает, что диод будет проводить только тогда, когда положительный постоянный ток подключен к аноду, а отрицательный постоянный ток приложен к катоду. Если эта полярность поменять, диод не будет проводить и будет блокировать ток.
  • Благодаря этому свойству выпрямительные диоды обычно используются для выпрямления переменного тока в постоянный. Это означает, что когда к аноду диода подается переменный ток, он позволяет только положительным полупериодам проходить на сторону катода и блокирует отрицательный цикл, и, таким образом, переменный ток выпрямляется в постоянный с помощью диода.
  • Выпрямительный диод, являющийся полупроводниковым устройством, всегда будет создавать падение напряжения около 0,6 В на его анодных и катодных выводах. Это означает, что когда на анод подается напряжение, катод будет создавать напряжение, которое может быть на 0,6 В меньше, чем напряжение, приложенное к аноду.

Применения Схемы

Как объяснялось в предыдущих разделах, диод является незаменимым компонентом, без которого практически невозможно построить электронную схему.

Хотя в большинстве схем диод играет менее важную роль, существует множество приложений, в которых диоды работают как решающий компонент, и мы собираемся обсудить некоторые из этих применений схем, использующих диоды, в следующих параграфах.

Полуволновые и полноволновые выпрямители

Одно из основных применений диодов — источники питания. Источник питания переменного тока в постоянный может быть выполнен либо с помощью простого одиночного диода для формирования полуволнового источника питания переменного тока в постоянный, либо путем использования 4 диодов в конфигурации мостовой сети для создания двухполупериодной цепи питания переменного тока в постоянный. Эти два варианта можно увидеть на следующих диаграммах:

Из двух применений источника питания диода полноволновая версия является более эффективной, поскольку она преобразует оба цикла переменного тока в постоянный, а версия с одним диодом. преобразует только половину волны переменного тока в постоянный.

Мостовой выпрямитель, подключенный к трансформатору и без фильтрующего конденсатора, может также использоваться в качестве источника стабильной частоты 100 Гц или генератора частоты 100 Гц.

Преобразователь 110 В переменного тока в 220 В постоянного тока

Этот преобразователь может быть очень удобен для работы с оборудованием 220 В от источников 110 В. Два диода вместе с двумя высоковольтными конденсаторами сконфигурированы как удвоитель напряжения, который быстро преобразует выходное напряжение 110 В в выходное напряжение 220 В постоянного тока.

Однако, поскольку выход является постоянным током, это может быть схема применения диода, которая может использоваться только для приборов, которые могут работать как с переменным, так и с постоянным током, например, электробритвы, светодиодные лампы, нагреватели, электродвигатели, электрический утюг, пайка. железо и т. д.

Ионизатор воздуха

Вышеупомянутый удвоитель напряжения при расширении на многие другие ступени с использованием диодов и конденсаторов, образующих лестницу, в конечном итоге представляет собой очень специальное устройство, называемое схемой ионизатора воздуха.

Эта конфигурация в основном использует функцию выпрямления и блокировки диода, а также функцию умножения заряда конденсаторов, чтобы сформировать цепь генератора высокого отрицательного напряжения, которую можно использовать для очистки воздуха вокруг вас!

Для падения напряжения

Как обсуждалось в предыдущих разделах, выпрямительный диод упадет примерно на 0.6В при прохождении через него напряжения. Эта функция может использоваться для получения меньшего напряжения от более высоких источников.

Например, если от источника 5 В требуется 3,3 В, этого легко добиться, добавив несколько последовательных выпрямительных диодов на выходе источника 5 В. Поскольку каждый диод падает примерно на 0,6 В, это означает, что двух диодов будет достаточно для получения необходимых 3,3 В от источника питания 5 В.

Зарядное устройство для солнечных батарей

Вышеупомянутая функция падения напряжения выпрямительного диода может быть применена для создания простейшего типа зарядного устройства для солнечной батареи, как показано ниже:

Здесь мы видим, что многие диоды используются последовательно для управления выходом из солнечная панель для соответствия напряжению зарядки аккумулятора.Диоды понижают напряжение солнечной панели ступенчато, так что уровни напряжения можно выбирать от низкого до высокого по мере того, как падает солнечный свет, тем самым гарантируя, что более высокие характеристики панели не вызывают никаких проблем, и что она совместима с любым желаемым. аккумулятор, просто переключив несколько выпрямительных диодов последовательно.

Диодный выпрямитель с индуктивной нагрузкой

Принцип работы

Однофазный диодный выпрямитель преобразует напряжение переменного тока на входе в напряжение постоянного тока на выходе.Поток мощности в цепи является однонаправленным, то есть только от входа переменного тока к выходу постоянного тока. Это полный мостовой выпрямитель, поскольку в нем две пары диодов. Работа схемы зависит от состояния источника напряжения (L s , R s и L d для простоты не учитываются):

  • Положительный полупериод: Диоды D 1 и D 2 проводят, а диоды D 3 и D 4 блокируют. Положительное напряжение сети индуцирует положительное напряжение на сопротивлении нагрузки.
  • Отрицательный полупериод: Теперь диоды D 3 и D 4 проводят, а диоды D 1 и D 2 блокируются. Поскольку через диоды D 3 и D 4 протекает положительный ток, напряжение на резисторе снова положительное.

Комбинация четырех диодов обеспечивает двухполупериодное выпрямление входного переменного напряжения со средним постоянным напряжением:


Влияние индукторов

Во время положительного полупериода сетевого напряжения пара диодов D 1 / D 2 проводит.

Схем

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.