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

(для регионов бесплатно)

Содержание

Как определить полярности диодов: плюс или минус

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.

Общий вид изделия

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.

Расположение и обозначение выводов

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.

Проверка с помощью лампочки

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

Оцените статью:

где плюс и минус на светодиоде (анод и катод)

Светодиоды довольно часто используют в электротехнике, например, в качестве индикаторов. Для того чтобы диод работал и излучал свет, необходимо его правильно включить в электрическую цепь. А для этого нужно определить полярность светодиода.

Рассмотрим способы, которые помогут это сделать.

Использование технической документации. Обозначение светодиода на схеме.

При покупке крупной партии LED устройств стоит запросить у продавца техническую документацию. Это поможет точно узнать многие характеристики изделия, не исключая полярность. На небольшое количество светодиодов паспорт обычно не дают. Но по точному названию марки элемента найти в интернете технические характеристики не составит труда.

На электрической схеме светодиоды изображают двумя способами.

Треугольником обозначают анод, вертикальной чертой – катод. Две стрелочки символизируют свечение.

Визуальное определение.

Если техническая документация недоступна, то для начала элемент стоит внимательно рассмотреть. Часто это помогает понять, где плюс у светодиода. У наиболее распространенного типа LED устройств – цилиндрического диода размером не менее 3,5 мм – один контакт длиннее. Такое конструктивное решение придумано для индикации полярности.

Длинный вывод  является положительным анодом.

Распознать плюс и минус можно, если удастся рассмотреть, что у светодиода внутри. Сквозь прозрачную оболочку заметно, что площадь анода (положительного контакта) меньше, чем у катода (отрицательного).

Если на корпусе светодиода имеется скос, то это признак катода. 

Чем выше типоразмер и мощность LED изделия, тем больше шансы определить полярность «на глаз».

Находим анод и катод у LED элементов мощностью свыше 1Вт.

Мощные светодиоды используются в электротехнике. Как быстро определить их полярность? Довольно просто. Достаточно внимательно рассмотреть диод. При изготовлении контакты элементов мощностью свыше 0,5 Вт маркируют. Анод помечается знаком «+».

Распознаем полярность у светодиода в корпусе SMD.

Если светодиод выполнен в корпусе SMD, то рассмотреть, что же у него внутри невозможно. Как правило, производители заботятся об электротехниках и делают определенные пометки. Полярность можно распознать по срезу на корпусе, теплоотводу или пиктограмме. Первые два способа больше подходят для больших типоразмеров.

На корпусе таких диодов можно найти конструктивный срез. Именно он указывает на отрицательный контакт (катод). С противоположной стороны, соответственно, будет расположен положительный анод.

Теплоотвод с обратной стороны корпуса также подсказывает полярность. Он смещен к аноду.

На небольшие SMD диоды (например, типоразмер 1206) в качестве подсказки наносят специальные пиктограммы.  Они имеют форму треугольника, буквы П или Т. Выступ обозначает катод.

Распознавание с помощью мультиметра.

Самый надежный способ распознания полярности − использование специальных приборов. При помощи обычного мультиметра можно обозначить контакты у диодов с высокой степенью точности. Попутно обнаружится исправность элемента и цвет свечения. Воспользоваться тестером можно 3-мя путями.

Во-первых, проверить LED устройство на режиме «проверка сопротивления – 2 кОм». При этом следует прикоснуться щупами мультиметра к контактам светодиода. Если красный положительный щуп тестера коснется анода диода, а черный отрицательный – катода, то экран покажет значение 1600-1800 Ом. В противоположном случае тестер выдаст единицу. Значит, щупы нужно поменять местами. Если и это не помогло, значит, элемент неисправен. Узнать цвет свечения таким методом не получится.

Во-вторых, можно установить мультиметр в режим «прозвонка, проверка диода». Если красный провод дотронется до анода, а черный – до катода, то элемент будет светиться. Экран покажет число от 500 до 1200 мВ.

В-третьих, многие тестеры позволяют проводить измерения вовсе без щупов. Мультиметр должен обладать специальным отделом для проверки PNP и NPN транзисторов. В них есть разъемы, обозначенные буквами «Е» и «С». При проверке элемента в PNP-зоне, если катод вставить в гнездо «С», а анод − в «Е», то светодиод начнет излучать свет. Следовательно, полярность определена верно. При работе в NPN-отсеке свечение появится при противоположном размещении контактов: катод в «Е», а анод в «С».

Пожалуй, это самый скорый способ определения распиновки. Кстати, если у изучаемого светодиода нет длинных выводов, то можно в разъемы поместить иголки, и LED элемент аккуратно присоединять к ним.

Распознавание полярности источником питания.

Следующим наглядным методом для распознания катода и анода будет присоединение к источнику питания. Данный способ, как и предыдущий, позволяет узнать еще и исправность LED элемента.

Естественно, что для опыта необходим источник напряжения. Отлично подойдет блок питания с плавной регулировкой. Светодиод следует присоединить и постепенно увеличивать напряжение. Если при подаче 3-4 В элемент еще не светится, значит, с полярностью не угадали.

Если такого блока питания под рукой нет, то можно применить батарейку или аккумулятор от мобильного телефона. Поскольку напряжение на них может достигать 12 В, то напрямую светодиод присоединять нельзя. Для предупреждения поломки следует включить в цепь резистор. Выбрать подходящее по величине сопротивление вам поможет статья «Расчет резистора (сопротивления) для светодиода».

Резистор стоит подпаять к одному из контактов LED элемента. Полученной конструкцией коснуться выводов источника питания. Если полярность предположена верно, то диод начнет излучать свет. В ином случае, надо поменять контакты местами.

Если под рукой есть плоская севшая батарейка от часов или с материнской платы (тип CR2032), то можно обойтись без резистора. Напряжением таких источников питания не превышает 6 В, что безопасно для светодиода. Батарейку зажимают между выводами диода и по свечению или его отсутствию определяют полярность.

Итоги.

Описанные методы имеют свои сильные и слабые стороны. По технической документации и визуально невозможно проверить работоспособность светодиода. Проверка с помощью подачи напряжения требует особенной осторожности. А мощный светодиод не всегда удастся прозвонить мультиметром. Для успешной работы электротехнику стоит освоить все методы и применять их по необходимости.

Урок 2.4 — Диоды и светодиоды

Диод

Диод – это электронный компонент, обладающий односторонней проводимостью.
Идеальный диод является проводником в одном направлении и изолятором — в другом направлении.

Основные характеристики диода

Максимально допустимый прямой ток и максимально допустимое напряжение – это такие значения тока и напряжения, которые диод может выдержать в течение длительного времени. Если превысить ток и/или напряжение, приложенные к диоду, он может выйти из строя.

В наборы Мастер Кит входят два типа диодов:
— диод малой мощности 1N4148. Максимально допустимый ток через этот диод составляет 0,15А, напряжение – до 75В
— диод средней мощности типа 1N4001…1N4007. Максимально допустимый ток через этот диод составляет 1А, напряжение (в зависимости от последней цифры) – от 50 до 1000В.


Взаимозаменяемость диодов

Если под рукой нет нужного диода, его можно заменить аналогичным. Конечно, нужно следить за тем, чтобы предельно допустимые ток и напряжения нового диода были выше таковых параметров схемы. Кроме того, новый диод должен иметь такой же или похожий тип корпуса (иначе диод может физически не поместиться на печатную плату).

Например, в схеме рекомендуется установить диод типа 1N4005. Его параметры: максимально допустимый ток – 1А, максимально допустимое обратное напряжение – 600В. Допустим, у вас нет диода 1N4005, но есть диод 1N4001 в таком же типе корпуса с параметрами, соответственно, 1А/50В. Но если в вашей схеме рабочие напряжения не превышают 12В, вы смело можете произвести замену рекомендованного диода 1N4005 на 1N4001.
Такая же ситуация бывает и на складе Мастер Кит, когда мы производим замену временно отсутствующего компонента на аналогичный.

 

Установка диода на печатную плату

Диод имеет полярность, то есть должен устанавливаться на печатную плату строго в определённом положении. Если установить диод неправильно, он не только не заработает, но и может выйти из строя.

На диоде обязательно имеется маркировка полярности. В диодах, входящих в набор Мастер Кит, полосой на корпусе маркируется вывод катода.


На печатной плате также имеется маркировка полярности диода – полоса. При установке диода на плату нужно совмещать «ключи»: полосу на компоненте и на печатной плате.

 

Светодиоды

 
Светодиод – это разновидность обычного диода, но этот диод обладает важным свойством: он излучает свет при пропускании через него тока в прямом направлении. В зависимости от типа, светодиоды могут иметь разную яркость и цвет свечения: красный, зелёный, синий, жёлтый. Существуют светодиоды невидимого спектра излучения: инфракрасные (широко применяемые в системах дистанционного управления), ультрафиолетовые.

Как и обычный диод, светодиод корректно работает (излучает свет) только при условии правильной полярности приложенного к нему напряжения. Поэтому очень важно при установке светодиода на плату соблюдать «ключи».

У светодиодов, входящих в наборы Мастер Кит, вывод анода (он же «+») – длиннее.

На печатной плате также имеется маркировка полярности.

 

 

Скачать урок в формате PDF

Как на светодиоде определить плюс и минус.

Правильное включение светодиода

Способны пропускать электрический ток в определенном направлении. Если подключение выполнено инверсионно, электрический ток не проходит по цепи, а нужный электроприбор не включится. Объясняется это тем, что приборы по принципу устройства представляют собой диоды, и не все имеют способность светиться. Это говорит о том, что светодиод имеет полярность и функционирует при определенном направлении тока. В связи с этим для подключения важно правильно определить, где у светодиодов минус и плюс. Разберем несколько способов.

Визуально

Если у Вас в руках светодиод где плюс где минус вы не знаете, попробуйте сделать это визуально. Как визуально определить светодиодную полярность? Достаточно просто.
У нового светодиода два вывода, один должен быть короче. Короткий вывод — это катод. Запомнить легко: «короткий» — «катод», оба слова на «к». Плюс находится там, где длинный вывод. Если имеем дело с использованным светодиодом, ножки которого согнуты, задача усложняется.
Тогда вглядываемся в корпус, где находится самый важный элемент — кристаллик. Он лежит на крошечной подставке, чашечке. Вывод с подставки — катод, с его стороны располагается срез или засечка.
НО данный способ не всегда применим. Многие производители сегодня при производстве не соблюдают стандарты, а ассортимент моделей поражает многообразием. Некоторые изготовители отмечают катоды точкой или линией зеленого цвета, либо проставляют знаки «-» и «+». Если же внешних опознавательных признаков нет, нужно провести электротестирование.

Источник питания в помощь

Второй способ определить светодиодную полярность — подключить его к . Главное, правильно подобрать источник питания с напряжением, чтобы оно не превышало максимальный уровень напряжения светодиода, иначе он перегорит или испортится. Элементы соединяются так: к » +» подключается «-«, к «-» подключается «+».

Мультиметр

Если вышеописанные способы не дали результатов, используйте мультиметр. Чтобы мультиметром определить полярность светодиода потребует максимум минута. Сначала нужно выбрать на оборудовании режим измерения уровня сопротивления, а затем прикоснуться специальными щипцами к светодиодным контактам. Черный провод идет к «-», а красный к «+». Не нужно касаться слишком долго, 20-30 секунд хватит. Если включение было выполнено напрямую (« + » к « + », а « — » к « -»), на мультиметре отображается показатель в области 1,7 кило Ом. Если включение обратное — на приборе не отображаются измерения..
Измерять в режиме диода несколько легче: при подсоединении напрямую, загорится . Этот режим подходит для зеленых и красных лампочек, а вот белые и синие лампочки рассчитаны на ток с напряжением более 3 В. По этой причине при подключении лампочек синего и белого цвета, они могут засветиться и при правильной полярности.
В данном случае используется режим измерения характеристик транзисторов. Светодиод вставляется в пазы колодки, снизу мультиметра. Применяется часть PNP: одна ножка диода вставляется в разъем «Е» — эмиттер, а вторая в «С» — коллектор. Лампочка светится когда, к коллектору подсоединили катод.
Таким образом, определение полярности не представляет особой сложности.

Любой любитель самоделок и электроники используют диоды в качестве индикаторов, или в качестве световых эффектов и освещения. Чтобы Led прибор светился, нужно его правильно подключить. Вам уже известно, что диод проводит . Поэтому прежде чем паять, нужно определить где анод и катод у светодиода.

Вы можете встретить два обозначения LED на принципиальной электрической схеме.

Треугольная половина обозначения – анод, а вертикальная линия – катод. Две стрелки обозначают то, что диод излучает свет. Итак, на схеме указывается анод и катод диода, как найти его на реальном элементе?

Цоколевка 5мм диодов

Чтобы подключить диоды как на схеме нужно определиться где у светодиода плюс и минус. Для начала рассмотрим на примере распространённых маломощных 5 мм диодов.

На рисунке выше изображен: А — анод, К — катод и схематическое обозначение.

Обратите внимание на колбу. В ней видно две детали – это небольшой металлический анод, и широкая деталь похожая на чашу – это катод. Плюс подключается к аноду, а минус к катоду.

Если вы используете новые LED элементы, вам еще проще определить их цоколевку. Определить полярность светодиода поможет длина ножек. Производители делают короткую и длинную ножку. Плюс всегда длиннее минуса!

Если вы паяете не новый диод, тогда плюс и минус у него одинаковой длины. В таком случае определить плюс и минус поможет тестер или простой мультиметр.

Как определить анод и катод у диодов 1Вт и более

В и прожекторах 5мм образцы используются всё реже, на их смену пришли мощные элементы мощностью от 1 ватта или SMD. Чтобы понять где плюс и минус на мощном светодиоде, нужно внимательно посмотреть на элемент со всех сторон.

Самые распространённые модели в таком корпусе имеют мощность от 0,5 ватт. На рисунке красным обведена пометка о полярности. В данном случае значком «плюс» помечен анод у светодиода 1Вт.

Как узнать полярность SMD?

SMD активно применяются практических в любой технике:

  • Лампочки;
  • светодиодные ленты;
  • фонарики;
  • индикация чего-либо.

Их внутренностей разглядеть не получится, поэтому нужно либо использовать приборы для проверки, либо полагаться на корпус светодиода.

Например, на корпусе SMD 5050 есть метка на углу в виде среза. Все выводы, расположенные со стороны метки – это катоды. В его корпусе расположено три кристалла, это нужно для достижения высокой яркости свечения.

Подобное обозначение у SMD 3528 тоже указывает на катод, взгляните на эту фотографию светодиодной ленты.

Маркировка выводов SMD 5630 аналогична – срез указывает на катод. Его можно распознать еще и по тому, что теплоотвод на нижней части корпуса смещён к аноду.

Как определить плюс на маленьком SMD?

В отдельных случаях (SMD 1206) можно встретить еще один способ обозначения полярности светодиодов: с помощью треугольника, П-образной или Т-образной пиктограммы на поверхности диода.

Выступ или сторона, на которую указывает треугольник, является направлением протекания тока, а вывод расположенный там – катодом.

Определяем полярность мультиметром

При замене диодов на новые, вы можете определить плюс и минус питания вашего прибора по плате.

Светодиоды в прожекторах и лампах обычно распаяны на алюминиевой пластине, поверх которой нанесён диэлектрик и токоведущие дорожки. Сверху она обычно имеет белое покрытие, на нём часто указана информация о характеристиках источника питания, иногда и распиновка.

Но как узнать полярность светодиода в лампочке или матрице если на плате нет сведений?

Например, на этой плате указаны полюса каждого из светодиодов и их наименование – 5630.

Чтобы проверить на исправность и определить плюс и минус светодиода воспользуемся мультиметром. Черный щуп подключаем в минус, com или гнездо со знаком заземления. Обозначение может отличаться в зависимости от модели мультиметра.

Далее выбираем режим Омметра или режим проверки диодов. Затем подключаем поочередно щупы мультиметра к выводам диода сначала в одном порядке, а потом наоборот. Когда на экране появятся хоть какие-то значения, или диод загорится – значит полярность правильная. На режиме проверки диодов значения равны 500-1200мВ.

В режиме измерения значения будут подобными тем, что на рисунке. Единица в крайнем левом разряде обозначает превышение предела, либо бесконечность.

Другие способы определения полярности

Самый простой вариант для определения где плюс у светодиода – это батарейки с материнской платы, типоразмера CR2032.

Её напряжение порядка 3-х вольт, чего вполне хватит чтобы зажечь диод. Подключите светодиод, в зависимости от его свечения вы определите расположение его выводов. Таким образом можно проверить любой диод. Однако это не очень удобно.

Можно собрать простейший пробник для светодиодов, и не только определять их полярность, но и рабочее напряжение.


Схема самодельного пробника

При правильном подключении светодиода через него будет протекать ток порядка 5-6 миллиампер, что безопасно для любого светодиода. Вольтметр покажет падение напряжения на светодиоде при таком токе. Если полярность светодиода и пробника совпадёт – он засветится, и вы определите цоколевку.

Знать рабочее напряжение нужно, так как оно отличается в зависимости от типа светодиода и его цвета (красный берет на себя менее 2-х вольт).

И последний способ изображен на фото ниже.

Включите на тестере режим Hfe, вставьте светодиод в разъём для проверки транзисторов, в область помеченной как PNP, в отверстия E и C, длинной ножкой в E. Так можно проверить работоспособность светодиода и его распиновку.

Если светодиод выполнен в другом виде, например, smd 5050, вы можете воспользоваться этим способом просто – вставьте в E и C обычные швейные иглы, и прикоснитесь к ним контактами светодиода.

Любому любителю электроники, да и самоделок вообще нужно знать, как определить полярность светодиода и способы их проверки.

Будьте внимательны при выборе элементов вашей схемы. В лучшем случае они просто быстрее выйдут из строя, а в худшем – мгновенно вспыхнут синем пламенем.

Как определить полярности диодов: плюс или минус

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.

Общий вид изделия

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.

Расположение и обозначение выводов

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.

Проверка с помощью лампочки

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

elquanta.ru

Как определить полярность светодиода — 2 простых способа

Светодиод – полупроводниковый оптический прибор, пропускающий электрический ток в прямом направлении. При подключении инверсионно тока в цепи не будет, и, естественно, не произойдет свечения. Чтобы этого не случилось, нужно соблюдать полярность светодиода.

Светодиод на схеме обозначается треугольником в кружке с поперечной чертой – это катод, который имеет знак «-» (минус). С противоположной стороны находится анод, имеющий знак «+» (плюс).

В монтажных схемах должна присутствовать цоколевка (или распиновка) выводов для идентификации всех контактов соединения.

Как определить полярность диода, держа в руках крохотную лампочку? Ведь для правильного подключения нужно знать, где у него минус, а где плюс. Если распайка выводов будет попутана, схема не заработает.

Визуальный метод определения полярности

Первый способ определения – визуальный. У диода два вывода. Короткая ножка будет катодом, анод у светодиода всегда длиннее. Запомнить легко, так как присутствует начальная буква «к» и в том и другом слове.

Когда оба вывода согнуты или прибор снят с другой платы, их длину бывает сложно определить. Тогда можно попробовать разглядеть в корпусе небольшой кристалл, который выполнен из прозрачного материала. Он располагается на небольшой подставке. Этот вывод соответствует катоду.

Также катод светодиода можно определить по небольшой засечке. В новых моделях светодиодных лент и ламп применяются полупроводники для поверхностного монтажа. Имеющийся ключ в виде скоса указывает на то, что это отрицательный электрод (катод).

Иногда на светодиодах стоит маркировка «+» и «-». Некоторые производители отмечают катод точкой, иногда линией зеленого цвета. Если нет никакой отметки или ее трудно разглядеть из-за того, что светодиод был снят с другой схемы, нужно произвести тестирование.

Тестирование с применением мультиметра или аккумулятора

Хорошо, если под рукой есть мультиметр. Тогда определение полярности светодиода произойдет за одну минуту. Выбрав режим омметра (измерение сопротивлений), нетрудно произвести следующее действие. Приложив щупы к ножкам светодиода, производится замер сопротивления. Красный провод должен подключаться к плюсу, а черный – к минусу.

При правильном включении прибор выдаст значение, примерно равное 1,7 кОм, и будет наблюдаться свечение. При обратном включении на дисплее мультиметра отобразится бесконечно большая величина. Если проверка показывает, что в обе стороны диод показывает малое сопротивление, то он пробит, и его следует утилизировать.

В некоторые приборах существует специальный режим. Он предназначен для проверки полярности диода. Прямое включение будет сигнализировать подсветкой диода. Этот метод подходит для красных и зеленых полупроводников.

Синие и белые светодиоды выдают индикацию только при напряжении более 3 вольт, поэтому нельзя достигнуть нужного результата. Для их тестирования можно использовать мультиметры типа DT830 или 831, в которых предусмотрен режим определения характеристик транзисторов.

Используя PNP-часть, один вывод светодиода вставляют в коллекторное гнездо, второй – в эмиттерное отверстие. В случае прямого подключения появится индикация, инверсионное включение не даст подобного эффекта.

Как определить полярность светодиода, если под рукой нет мультиметра? Можно прибегнуть к обычной батарейке или аккумулятору. Для этого понадобится еще любой резистор. Это нужно для защиты светодиода от пробоя и выхода из строя. Последовательно соединенный резистор, величина сопротивления которого должна быть примерно 600 Ом, позволит ограничить ток в цепи.


И еще несколько советов:

  • если известна полярность светодиода, впредь нельзя подавать на него обратное напряжение. В противном случае есть вероятность пробоя и выхода из строя. При правильной эксплуатации светодиод будет служить исправно, так как он долговечен, а также его корпус хорошо защищен от попадания влаги и пыли;
  • некоторые типы светодиодов чувствительны к воздействию статического электричества (синие, фиолетовые, белые, изумрудные). Поэтому их нужно предохранять от влияния «статики»;
  • при тестировании светодиода мультиметром желательно это действие произвести быстро, касание к выводам должно быть кратковременным, чтобы избежать пробоя диода и вывода его из строя.

lampagid.ru

как определить полярность шестью способами

Эти полупроводниковые радиодетали используются в различных электронных схемах в качестве элементов индикации. Проблем с их монтажом на плате, как правило, нет. Чтобы пропаять 2 ножки, вставленные в соответствующие отверстия на «дорожках», не нужно быть крупным специалистом в этой области. А вот с полярностью, которую необходимо учитывать при работе со всеми п/п приборами, а не только светодиодами, у людей без опыта возникают сложности. Как правильно определить полярность?

По длине выводов

Самый простой способ, если светодиод новый, ни разу не использовавшийся. Его выводы неодинаковы – один немного длиннее. Здесь несложно запомнить такую аналогию. Слова «катод» и «короткая» начинаются с одной и той же буквы – «К».

Следовательно, другая ножка, более длинная – анод светодиода. Зная это, сложно перепутать. Хотя у некоторых производителей встречается иное – они могут быть одинаковы. Стоит учесть.

По внутреннему наполнению

Если колба хорошо просматривается, то найти «чашечку» (а это катод) совсем нетрудно.

Узнать полярность светодиода – это еще не все. Необходимо его и правильно установить на плате. Схемное изображение этого полупроводника показано на рисунке. Вершина символа прибора (треугольника) указывает на катод (минусовый вывод).

По корпусу

Так проверить полярность можно не у всех светодиодов, так как это зависит от производителя. Но у некоторых на «ободке» напротив катода есть небольшая риска (засечка). Если присмотреться, заметить ее несложно. Как вариант – небольшая точка, срез.

С помощью батарейки

Также простая методика, но здесь необходимо учесть, что светодиоды разных типов отличаются напряжением пробоя. Чтобы полупроводник не вывести из строя (частично или полностью), в цепь нужно последовательно включить ограничительное сопротивление. Номиналом на 0,1 – 0,5 кОм вполне достаточно.

Мультиметром

Кстати, вполне можно задействовать и бытовой мультиметр, который уже укомплектован всем необходимым – источником питания и щупами. Это даже еще лучше.

Способ определения полярности 1 – основан на свойстве светодиода «загораться» при прохождении по нему тока. Следовательно, его анод будет там, где «плюс» батарейки мультиметра (гнездо для щупа «+»), а катод, соответственно, где минус. Чтобы проверить на «свечение», переключатель прибора устанавливается в позицию «измерение диода».

Способ определения полярности 2 – здесь измеряется сопротивление p-n перехода. Переключатель мультиметра – в положение «измерение сопротивления», предел, в зависимости от модификации тестера, в положение более 2 кОм. Например, на 10.

Касание щупами выводов светодиода – лишь кратковременное, чтобы не вывести радиодеталь из строя. Если полярности п/п и источника питания совпадают, то сопротивление будет небольшим (от сотен Ом до нескольких кОм). В этом случае красный щуп (его принято вставлять в гнездо прибора «+») указывает на ножку-анод, а черный («–»), соответственно, на катод.

Если мультиметр показывает большое сопротивление, значит, при касании щупами выводов полярность была нарушена. Следует повторить измерение, изменив ее, чтобы удостовериться в отсутствии внутреннего обрыва. Только в этом случае можно говорить не только о полярности светодиода, но и о его исправности и готовности к использованию по назначению.

На различных тематических форумах встречаются суждения, что ничего страшного не произойдет; можно подключать источник питания в любой полярности, и на светодиоде это не отразится. Но это не совсем так.

  • Во-первых, все зависит от величины напряжения пробоя, то есть характеристики конкретного полупроводника.
  • Во-вторых, он может в дальнейшем и работать, но частично утратить свои свойства. Проще говоря, светить, но не так сильно, как должен.
  • В-третьих, подобные эксперименты негативно отражаются на эксплуатационном ресурсе светодиода. Если его гарантированная производителем наработка на отказ порядка 45 000 часов (в среднем), то после таких проверок на полярность он прослужит намного меньше. Подтверждено практикой!

electroadvice.ru

Диоды выпрямительные, принцип работы, характеристики, схемы подключения

Принцип работы, основные характеристики полупроводниковых выпрямительных диодов можно рассмотреть используя их вольтамперную характеристику (ВАХ), которая схематично представлена на рисунке 1.

Она имеет две ветви, соответствующие прямому и обратному включению диода.

При прямом включении выпрямительного диода ощутимый ток через него начинает протекать при достижении на диоде определенного напряжения Uоткр. Этот ток называется прямым Iпр. Его изменения на напряжение Uоткр влияют слабо, поэтому для большинства расчетов можно принять его значение:

  • 0,7 Вольт для кремниевых диодов,
  • 0,3 Вольт — для германиевых.

Естественно, прямой ток диода до бесконечности увеличивать нельзя, при его определенном значении Iпр.макс этот полупроводниковый прибор выйдет из строя. Кстати, существуют две основные неисправности полупроводниковых диодов:

  • пробой — диод начинает проводить ток в любом направлении, то есть станет обычным проводником. Причем, сначала наступает тепловой пробой (это состояние обратимо), затем электрический (после этого диод можно смело выбрасывать),
  • обрыв — здесь, думаю, пояснения излишни.

Если диод подключить в обратном направлении, через него будет протекать незначительный обратный ток Iобр, которым, как правило, можно пренебречь. При достижении определенного значения обратного напряжения Uобр обратный ток резко увеличивается, прибор, опять же, выходит из строя.

Числовые значения рассмотренных параметров для каждого типа диода индивидуальны и являются его основными электрическими характеристиками. Должен заметить, что существует ряд других параметров (собственная емкость, различные температурные коэффициенты и пр.), но для начала хватит перечисленных.

Здесь предлагаю закончить с чистой теорией и рассмотреть некоторые практические схемы.

СХЕМЫ ПОДКЛЮЧЕНИЯ ДИОДОВ

Для начала давайте рассмотрим как работает диод в цепи постоянного (рис.2) и переменного (рис.3) тока, что следует учитывать при том или ином включении диодов.


При подаче на диод прямого постоянного напряжения через него начинает протекать ток, определяемый сопротивлением нагрузки Rн. Поскольку он не должен превышать предельно допустимого значения следует определить его величину, после чего выбрать тип диода:

Iпр=Uн/Rн — все просто — это закон Ома.

Uн=U-Uоткр — см. начало статьи. Иногда величиной Uоткр можно пренебречь, бывают случаи, когда ее необходимо учитывать, например при расчете схемы подключения светодиода.

При включении диода в цепь переменного тока, помимо прочего, на нем периодически возникает обратное напряжение Uобр. Имейте в виду, следует учитывать его амплитудное значение (Для Uпр, кстати, тоже). Например, для бытовой электрической сети привычное всем напряжение 220В является действующим, а его амплитудное значение составляет 380В. Подробнее про это можно посмотреть на этой странице.

Это самое основное, про что надо помнить.

Теперь — несколько схем подключения диодов, часто встречающихся на практике.


Вне всякого сомнения, лидером здесь является мостовая схема диодов, используемая во всевозможных выпрямителях (рисунок 4). Выглядеть она может по разному, принцип действия одинаков, думаю из рисунка все ясно. Кстати, последний вариант — условное обозначение диодного моста в целом. Применяется для упрощения обозначения двух предыдущих схем.


  1. Диоды могут выступать как «развязывающие» элементы. Управляющие сигналы Упр1 и Упр2 объединяются в точке А, причем взаимное влияние их источников друг на друга отсутствует. Кстати, это простейший вариант реализации логической схемы «или».
  2. Защита от переполюсовки (жаргонное — «защита от дураков»). Если существует возможность неправильного подключения полярности напряжения питания эта схема защищает устройство от выхода из строя.
  3. Автоматический переход на питание от внешнего источника. Поскольку диод «открывается», когда напряжение на нем достигнет Uоткр, то при Uвнеш

© 2012-2018 г. Все права защищены.

Все представленные на этом сайте материалы имеют исключительно информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

eltechbook.ru

Полупроводниковый диод

Полупроводниковый диод — самый простой полупроводниковый прибор, состоящий из одного PN перехода. Основная его функция — это проводить электрический ток в одном направлении, и не пропускать его в обратном. Состоит диод из двух слоев полупроводника типов N и P.


На стыке соединения P и N образуется PN-переход (PN-junction). Электрод, подключенный к P, называется анод. Электрод, подключенный к N , называется катод. Диод проводит ток в направлении от анода к катоду, и не проводит обратно.

Диод в состоянии покоя

Посмотрим, что происходит внутри PN-перехода, когда полупроводниковый диод находится в состоянии покоя. То есть тогда, когда ни к аноду, ни к катоду не подключено напряжения.

Итак, в части N имеются в наличии свободные электроны – отрицательно заряженные частицы. В части P находятся положительно заряженные ионы – дырки. В результате, в том месте, где есть частицы с зарядами разных знаков, возникает электрическое поле, притягивающее их друг к другу.

Под действием этого поля свободные электроны из части N дрейфуют через PN переход в часть P и заполняют некоторые дырки. В итоге получается очень слабый электрический ток, измеряемый в наноамперах. В результате, плотность вещества в P части повышается и возникает диффузия (стремление вещества к равномерной концентрации), толкающая частицы обратно на сторону N.

Обратное включение диода

Теперь посмотрим, как у полупроводникового диода получается выполнять свою основную функцию – проводить ток только в одном направлении. Подключим источник питания — плюс к катоду, минус к аноду.

В соответствии с силой притяжения, возникшей между зарядами разной полярности, электроны из N начнут движение к плюсу и отдалятся от PN перехода. Аналогично, дырки из P будут притягиваться к минусу, и также отдалятся от PN перехода. В результате, плотность вещества у электродов повышается. В действие приходит диффузия и начинает толкать частицы обратно, стремясь к равномерной плотности вещества.


Как мы видим, в этом состоянии диод не проводит ток. При повышении напряжения, в PN переходе будет все меньше и меньше заряженных частиц.

Прямое включение диода

Меняем полярность источника питания — плюс к аноду, минус к катоду. В таком положении, между зарядами одинаковой полярности возникает сила отталкивания. Отрицательно заряженные электроны отдаляются от минуса и двигаются сторону pn перехода. В свою очередь, положительно заряженные дырки отталкиваются от плюса и направляются навстречу электорнам. PN переход обогащается заряженными частицами с разной полярностью, между которыми возникает электрическое поле – внутреннее электрическое поле PN перехода. Под его действием электроны начинают дрейфовать на сторону P. Часть из них рекомбинируют с дырками (заполняют место в атомах, где не хватает электрона). Остальные электроны устремляются к плюсу батарейки. Через диод пошел ток ID.


Чтобы не возникло путаницы, напомню, что направление тока на электрических схемах обратно направлению потока электронов.

Недостатки реального полупроводникового диода

На практике, в реальном диоде, при обратном подключении напряжения, возникает очень маленький ток, измеряемый в микро, или наноамперах (в зависимости от модели прибора). В следствии слишком высокого напряжения, может разрушиться кристаллическая структура полупроводника в диоде. В этом случае, прибор начнет хорошо проводить ток также и при обратном смещении. Такое напряжение называется напряжение пробоя. Процесс разрушения структуры полупроводника невосстановим, и прибор приходит в негодность.

При прямом подключении, напряжение между анодом и катодом должно достигнуть определенного значения Vϒ, для того чтобы диод начал хорошо проводить ток. Для кремниевых приборов Vϒ — это примерно 0.7V, а для германиевых — около 0.3V. Более подробно об этом, и других характеристиках полупроводникового выпрямительного диода пойдет речь в статье ВАХ полупроводникового диода.

hightolow.ru

Что такое диод и как его проверить

Приветствую друзья!

Мы настолько привыкли к компьютерам, что не представляем своей жизни без них. Эти жужжащие ящики на наших столах собраны из множества различных «железок». Интересно отметить, что ни один из этих составных «кирпичиков» сам по себе не может похвастаться теми свойствами, которыми обладает компьютер.

А собранные вместе, они являют собой нечто совершенно уникальное!

Какой кирпич не возьми – это только кусок обожженной глины; не сразу и понятно, к какому делу его – самого по себе — можно приспособить.

Это как дом, построенный из кирпичей.

Но несколько тысяч собранных определенным образом таких кусков глины — это жилище, которое защищает от непогоды и предоставляет крышу над головой.

Разумеется, можно пользоваться компьютером (и жить в доме) и не представлять себе, как эти штуки устроены.

Но если вы хотите научиться «лечить» ваши компьютеры, то придется разбираться, как устроены их составные части.

Поэтому сегодня мы поговорим об одном из компьютерных «кирпичиков» чуть более подробно. Мы попытаемся кратко познакомиться с тем, что такое полупроводниковые диоды и зачем они нужны.

Что такое диод?

Диоды применяются в компьютерных блоках питания для выпрямления переменного тока.

Выпрямительный диод – это деталь, имеющая в своем составе соединенные вместе полупроводники двух типов – p-типа (positive – положительный) и n–типа (negative – отрицательный).

При их соединении (сплавлении) образуется так называемый p-n переход. Этот переход обладает разным сопротивлением при различной полярности приложенного напряжения.

Если напряжение приложено в прямом направлении (положительная клемма источника напряжения подключена к p-полупроводнику — аноду, а отрицательная – к n-полупроводнику — катоду), то сопротивление диода невелико.

В этом случае говорят, что диод открыт. Если полярность подключения изменить на противоположную, то сопротивление диода будет очень большим. В таком случае говорят, что диод закрыт (заперт).

Когда диод открыт, то на нем падает какое-то напряжение.

Это падение напряжения создается протекающим через диод так называемым прямым током и зависит от величины этого тока.

Причем зависимость эта нелинейная.

Конкретное значение падения напряжения в зависимости от протекающего тока можно определить по вольт-амперной характеристике.

Эта характеристика обязательно приводится в полном техническом описании (data sheets, справочных листах).

Например, на распространенном диоде 1N5408, применяемом в компьютерном блоке питания, при изменении тока от 0,2 до 3 А падение напряжения изменяется от 0,6 до 0,9 В. Чем больше протекающий через диод ток, тем больше падение напряжения на нем и, соответственно, рассеиваемая на нем мощность (P = U * I). Чем большая мощность рассеивается на диоде, тем сильнее он греется.

В компьютерном блоке питания при выпрямлении сетевого напряжения применяется обычно мостовая схема выпрямления – 4 диода, включенные определенным образом.

Если клемма 1 имеет положительный относительно клеммы 2 потенциал, то ток пойдет через диод VD1, нагрузку и диод VD3.

Если клемма 1 имеет отрицательный клеммы 2 потенциал, то ток потечет через диод VD2, нагрузку и диод VD4. Таким образом, ток через нагрузку хоть и меняется по величине (при переменном напряжении), но протекает всегда в одном направлении – от клеммы 3 к клемме 4.

В этом и заключается эффект выпрямления. Если бы не было диодного моста – ток по нагрузке протекал бы в разных направлениях. С мостом же он протекает в одном. Такой ток называется пульсирующим.

В курсе высшей математики доказывается, что пульсирующее напряжение содержит в себе постоянную составляющую и сумму гармоник (частот, кратных основной частоте переменного напряжения 50 Герц). Постоянная составляющая выделяется фильтром (конденсатором большой емкости), который не пропускает гармоники.

Выпрямительные диоды присутствуют и в низковольтной части блока питания. Только схема включения состоит там не из 4-х диодов, а из двух.

Внимательный читатель может спросить: «А почему это используются разные схемы включения? Нельзя ли применить диодный мост и в низковольтной части?»

Можно, но это будет не лучшее решение. В случае диодного моста ток проходит через нагрузку и два последовательно включенных диода.

В случае использования диодов 1N5408 общее падение напряжения на них может составить величину 1,8 В. Это очень немного по сравнению с сетевым напряжением 220 В.

А вот если такая схема будет применена в низковольтной части, то это падение будет весьма заметным по сравнению с напряжениями +3,3, +5 и +12 В. Применение схемы из двух диодов уменьшает потери вдвое, так как последовательно с нагрузкой включен один диод, а не два.

К тому же, ток во вторичных цепях блока питания гораздо больше (в разы), чем в первичной.

Следует отметить, для этой схемы трансформатор должен иметь две одинаковые обмотки, а не одну. Схема выпрямления из двух диодов использует оба полупериода переменного напряжения, также как и мостовая.

Если потенциал верхнего конца вторичной обмотки трансформатора (см схему) положителен по отношению к нижнему, то ток протекает через клемму 1, диод VD1, клемму 3, нагрузку, клемму 4 и среднюю точку обмотки. Диод VD2 в это время заперт.

Если потенциал нижнего конца вторичной обмотки положителен по отношению к верхнему, то ток протекает через клемму 2, диод VD2, клемму 3, нагрузку, клемму 4 и среднюю точку обмотки. Диод VD1 в это время заперт. Получается тот же пульсирующий ток, что и при мостовой схеме.

Теперь давайте покончим со скучной теорией и перейдем к самому интересному – к практике.

Для начала скажем, что перед началом проверки диодов, хорошо бы ознакомиться с тем, как работать с цифровым тестером.

Об этом рассказывается в соответствующих статьях здесь, здесь и здесь.

Диод на электрических схемах изображается символически в виде треугольника (стрелочки) и палочки.

Палочка – это катод, стрелочка (она указывает направление тока, т.е. движения положительных зарядов) – анод.

Проверить диодный мост можно цифровым тестером, установив переключатель работы в положении проверки диодов (указатель переключателя диапазонов тестера должен стоять напротив символического изображения диода).

Если присоединить красный щуп тестера к аноду, а черный — к катоду отдельного диода, то диод будет открыт напряжением с тестера.

Дисплей покажет величину 0,5 – 0,6 В.

Если изменить полярность щупов, диод будет заперт.

Дисплей при этом покажет единицу в крайнем левом разряде.

Диодный мост часто имеет символическое обозначение вида напряжения на корпусе (~ переменное напряжение, +, — постоянное напряжение).

Диодный мост можно проверить, установив один щуп на одну из клемм «~», а второй – поочередно на выводы «+» и «-».

При этом один диод будет открыт, а другой закрыт.

Если поменять полярность щупов – то тот диод, который был закрыт, теперь откроется, а другой закроется.

Следует обратить внимание на то, что катод – это плюсовой вывод моста.

Если какой-то из диодов закорочен, тестер покажет нулевое (или очень небольшое напряжение).

Такой мост, естественно, непригоден для работы.

В закоротке диода можно убедиться, если тестировать диоды в режиме измерения сопротивления.

При закороченном диоде тестер покажет небольшое сопротивление в обоих направлениях.

Как уже говорилось, во вторичных цепях используется схема выпрямления из двух диодов.

Но даже на одном диоде падает достаточно большое напряжение по сравнению с выходными напряжениями +12 В, +5 В, +3,3 В.

Токи потребления могут достигать 20 А и более, и на диодах будет рассеиваться большая мощность.

Вследствие этого они будут сильно греться.

Мощность рассеяния уменьшится, если будет меньшим прямое напряжение на диоде.

Поэтому в таких случаях применяют так называемые диоды Шоттки, у которых прямое падение напряжения меньше.

Диоды Шоттки

Диод Шоттки состоит не из двух различных полупроводников, а из металла и полупроводника.

Получающийся при этом так называемый потенциальный барьер будет меньше.

В компьютерных блоках питания применяют сдвоенные диоды Шоттки в трехвыводном корпусе.

Типичным представителем такой сборки является SBL2040. Падение напряжения на каждом из ее диодов при максимальном токе не превысит (по даташиту) 0,55 В. Если проверить ее тестером (в режиме проверки диодов), то он покажет величину около 0,17 В.

Меньшая величина напряжения обусловлена тем, что через диод протекает очень небольшой ток, далекий от максимального.

В заключение скажем, что у диода есть такой параметр, как предельно допустимое обратное напряжение. Если диод заперт – к нему приложено обратное напряжение. При замене диодов надо учитывать эту величину.

Если в реальной схеме обратное напряжение превысит предельно допустимое – диод выйдет из строя!

Диод – важная «железка» в электронике. Чем бы еще мы выпрямляли напряжение?

На сегодня все. Надеюсь, вам было интересно.

С вами был Виктор Геронда.

До встречи на блоге!

vsbot.ru

Полярность — диод — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Полярность — диод

Cтраница 1

Полярность диодов определяется тестером.  

Полярность диодов КИПД 02А — 1К, КИПД02Б — 1К указывается на чертеже; остальные диоды имеют обратную полярность.  

Изменив полярность диода и источника опорного напряжения, можно получить ограничение снизу.  

Только там иная полярность диодов и включены они непосредственно в плечи выпрямительного моста, а здесь они заменены изображением диода внутри квадрата, символизирующим выпрямительный мост. Если захочешь проследить весь путь тока, выпрямленного диодами V1 — V4, впиши их в стороны квадрата.  

Для измерения отрицательного пикового значения полярность диодов должна быть обратной.  

Другой тип усилительных схем основан на эффекте накопления неосновных носителей заряда, которое возникает при изменении полярности диода с прямого направления на обратное. Гь который питает его напряжением сигнала в ви-де импульсов.  

Зная полярность омметра, легко определить полярность диода, так как в том случае, когда омметр показывает минимальное сопротивление, полярности диода и омметра совпадают.  

Полярность диода выбирается такой, чтобы он пропускал ток в полупериоды обратной полярности.  

Выпускаются в стеклянном корпусе с гибкими выводами. Полярность диода обозначается желтой точкой на корпусе вблизи положительного (анодного) вывода. Тип диода приводится на дополнительной таре.  

Маркируются цветовыми точками на корпусе: АЛ336А — одной красной, АЛ336Б — двумя красными, АЛ336В — одной зеленой, АЛ336Г — двумя зелеными, АЛ336Д — одной желтой, АЛ336Е — двумя желтыми, АЛ336Ж — тремя желтыми, АЛ336И — одной белой, АЛ336К — одной черной. Полярность диодов АЛ336А, АЛ336Б и АЛ336К указывается на чертеже. Диоды АЛ336В — АЛ336И имеют обратную полярность.  

Страницы:      1    2    3    4

www.ngpedia.ru

Светодиод — это разновидность диода, поэтому при подключении он требует не только ограничения тока, но и соблюдения полярности. Но в явном виде она на корпусе детали нигде не указана, и её придётся определять по косвенным признакам. Автор Instructables под ником Nikus знает целых пять таких признаков. Теперь их узнаете и вы.

Как и электроды обычного диода, электроды светодиода называются анодом и катодом. Первый из них соответствует плюсу, второй — минусу. При прямой полярности светодиод действует как стабистор: открывается при небольшом напряжении, зависящем от цвета (чем меньше длина волны, тем оно больше). Только в отличие от стабистора, он при этом светится. При обратной же полярности он ведёт себя как стабилитрон, открываясь при значительно большем напряжении. Но этот режим для светодиода — нештатный: производитель не гарантирует, что изделие не выйдет из строя, даже если ток ограничить, да и света вы никакого не получите.

Если светодиод вами ниоткуда не выпаян, а куплен новым, один вывод у него длиннее другого. Думаете, это результат не очень аккуратного изготовления? Nikus другого мнения. Тот вывод, который длиннее, соответствует плюсу, т.е., аноду. Вот и весь секрет!

Но самодельщики не очень часто используют новые светодиоды. Что ж, есть и такой признак, который при впайке, укорачивании выводов и последующей выпайке детали не исчезает. Непосвящённым и он кажется небольшим производственным дефектом. Нет, он тоже неспроста: небольшой плоский участок на цилиндническом корпусе, как будто надфилем случайно сточили. Оказывается, не случайно. Эта метка расположена рядом с отрицательным выводом — катодом.

Также Nikus советует заглянуть внутрь светодиода. Сломать? Вовсе нет. Матовые светодиоды практически исчезли с рынка, остались прозрачные, позволяющие разглядеть сбоку внутреннюю структуру. С выводами соединены две плоские пластины, и они тоже разных размеров. Большая держит чашечку с кристаллом, маленькая — волосок, соединённый с кристаллом сверху. Чашечка — минус, волосок — плюс.

Редкий самодельщик обходится без приборов-помощников, вот и Nikus купил себе недорогой мультиметр.

Среди прочих режимов, у него есть режим проверки диодов.

При подключении обычного диода в правильной полярности прибор показывает в этом режиме прямое падение напряжения. У светодиода это падение всегда больше одного вольта, поэтому даже при правильном подключении показания дисплея не изменятся. Зато светодиод слегка засветится. Если щупы подключены к мультиметру правильно, то есть, чёрный — в гнездо COM, а красный — в гнездо VΩmA, красному щупу будет соответствовать плюс.

Со стрелочными тестерами сложнее. Те из них, которые питаются от одной 1,5-вольтовой батарейки, для проверки светодиодов не годятся. Те же, у которых напряжение питания составляет от 3 до 12 В, подходят, но у них в режиме омметра полярность напряжения на щупах часто обратная. Проверить её можно другим прибором, работающим в режиме вольтметра. Только и на том и на другом подключите щупы правильно!

Nikus пишет, что носит с собой мультиметр повсюду, кроме бассейна. Вы же, скорее всего, так не делаете, а необходимость узнать полярность светодиода может возникнуть внезапно. На помощь придёт распространённая трёхвольтовая батарейка типоразмера 2016, 2025 или 2032. У новой батарейки напряжение без нагрузки может достигать 3,7 В, поэтому лучше взять слегка разряженную, примерно для 2,8 В, так лучше для светодиода.

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

Полярность — диод — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2

Полярность — диод

Cтраница 2


Если на вход ограничителя подать импульсы с дифференцирующей цепочки, то на его выходе будут воспроизведены только положительные импульсы. Изменив полярность включе-ия диода, можно, наоборот, пропустить только отрицательные импульсы.  [17]

Маркируют диоды в соответствии с табл. 27 путем нанесения на корпус красных точек. Для указания полярности диода плюсовой конец его корпуса окрашивают в красный цвет, а минусовый — в черный.  [19]

Маркируют диоды, в соответствии с табл. 77 путем нанесения на корпус красных точек. Для указания полярности диода плюсовой конец корпуса окрашивают в красный цвет, а минусовый — в черный.  [20]

Это вызывает снижение пика огибающей модуляции в моменты проводимости диода. При переключении полярности диода проводимость имеет место на противоположном пике.  [22]

При наступлении электронного парамагнитного резонанса поглощение энергии в образце увеличивается, добротность колебательного контура падает, и амплитуда колебаний в контуре уменьшается. В зависимости от полярности диода пик сигнала электронного парамагнитного резонанса на экране осциллографа обращен вверх или вниз от горизонтальной линии развертки.  [23]

На рис. 1.28, а приведен один из вариантов таких преобразователей, а на рис. 1.28, б — его статическая характеристика. Если изменить знак опорного напряжения Uon и полярность диодов в обратной связи, можем получить другие статические характеристики, которые являются основой для воспроизведения более сложных зависимостей.  [25]

Если вместо диода использовать транзистор, включенный по схеме с ОБ, антилогарифмирующее звено работает лучше. Чтобы получить отрицательное входное напряжение, необходимо изменить полярность диода, включенного на входе.  [26]

Схема на рис. 3 — 48 предназначена для триодов с п-р — п переходом. Для проверки транзисторов с р-п — р переходом нужно изменить полярность диода Д, батареи Е и подключения миллиамперметра.  [28]

Включать диоды в схему нужно с соблюдением полярности, обозначенной на его корпусе. Во всех сомнительных случаях ( например, при стершейся маркировке) следует обязательно проверить омметром полярность диода перед установкой в схему.  [29]

Включать диоды в схему необходимо с соблюдением полярности. Во всех сомнительных случаях ( например, при стертой маркировке) нужно обязательно проверить омметром полярность диодов перед установкой в схему. При работе с паяльником вблизи от установленных на плате диодов следует избегать их перегрева.  [30]

Страницы:      1    2    3    4

Что такое диод и как его проверить

Приветствую друзья!

Мы настолько привыкли к компьютерам, что не представляем своей жизни без них. Эти жужжащие ящики на наших столах собраны из множества различных «железок». Интересно отметить, что ни один из этих составных «кирпичиков» сам по себе не может похвастаться теми свойствами, которыми обладает компьютер.

А собранные вместе, они являют собой нечто совершенно уникальное!

Какой кирпич не возьми – это только кусок обожженной глины; не сразу и понятно, к какому делу его – самого по себе — можно приспособить.

Это как дом, построенный из кирпичей.

Но несколько тысяч собранных определенным образом таких кусков глины — это жилище, которое защищает от непогоды и предоставляет крышу над головой.

Разумеется, можно пользоваться компьютером (и жить в доме) и не представлять себе, как эти штуки устроены.

Но если вы хотите научиться «лечить» ваши компьютеры, то придется разбираться, как устроены их составные части.

Поэтому сегодня мы поговорим об одном из компьютерных «кирпичиков» чуть более подробно. Мы попытаемся кратко познакомиться с тем, что такое полупроводниковые диоды и зачем они нужны.

Что такое диод?

Диоды применяются в компьютерных блоках питания для выпрямления переменного тока.

Выпрямительный диод – это деталь, имеющая в своем составе соединенные вместе полупроводники двух типов – p-типа (positive – положительный) и n–типа (negative – отрицательный).

При их соединении (сплавлении) образуется так называемый p-n переход. Этот переход обладает разным сопротивлением при различной полярности приложенного напряжения.

Если напряжение приложено в прямом направлении (положительная клемма источника напряжения подключена к p-полупроводнику — аноду, а отрицательная – к n-полупроводнику — катоду), то сопротивление диода невелико.

В этом случае говорят, что диод открыт. Если полярность подключения изменить на противоположную, то сопротивление диода будет очень большим. В таком случае говорят, что диод закрыт (заперт).

Когда диод открыт, то на нем падает какое-то напряжение.

Это падение напряжения создается протекающим через диод так называемым прямым током и зависит от величины этого тока.

Причем зависимость эта нелинейная.

Конкретное значение падения напряжения в зависимости от протекающего тока можно определить по вольт-амперной характеристике.

Эта характеристика обязательно приводится в полном техническом описании (data sheets, справочных листах).

Например, на распространенном диоде 1N5408, применяемом в компьютерном блоке питания, при изменении тока от 0,2 до 3 А падение напряжения изменяется от 0,6 до 0,9 В. Чем больше протекающий через диод ток, тем больше падение напряжения на нем и, соответственно, рассеиваемая на нем мощность (P = U * I). Чем большая мощность рассеивается на диоде, тем сильнее он греется.

Мостовая схема выпрямления

В компьютерном блоке питания при выпрямлении сетевого напряжения применяется обычно мостовая схема выпрямления – 4 диода, включенные определенным образом.

Если клемма 1 имеет положительный относительно клеммы 2 потенциал, то ток пойдет через диод VD1, нагрузку и диод VD3.

Если клемма 1 имеет отрицательный клеммы 2 потенциал, то ток потечет через диод VD2, нагрузку и диод VD4. Таким образом, ток через нагрузку хоть и меняется по величине (при переменном напряжении), но протекает всегда в одном направлении – от клеммы 3 к клемме 4.

В этом и заключается эффект выпрямления. Если бы не было диодного моста – ток по нагрузке протекал бы в разных направлениях. С мостом же он протекает в одном. Такой ток называется пульсирующим.

В курсе высшей математики доказывается, что пульсирующее напряжение содержит в себе постоянную составляющую и сумму гармоник (частот, кратных основной частоте переменного напряжения 50 Герц). Постоянная составляющая выделяется фильтром (конденсатором большой емкости), который не пропускает гармоники.

Схема выпрямления из двух диодов

Выпрямительные диоды присутствуют и в низковольтной части блока питания. Только схема включения состоит там не из 4-х диодов, а из двух.

Внимательный читатель может спросить: «А почему это используются разные схемы включения? Нельзя ли применить диодный мост и в низковольтной части?»

Можно, но это будет не лучшее решение. В случае диодного моста ток проходит через нагрузку и два последовательно включенных диода.

В случае использования диодов 1N5408 общее падение напряжения на них может составить величину 1,8 В. Это очень немного по сравнению с сетевым напряжением 220 В.

А вот если такая схема будет применена в низковольтной части, то это падение будет весьма заметным по сравнению с напряжениями +3,3, +5 и +12 В. Применение схемы из двух диодов уменьшает потери вдвое, так как последовательно с нагрузкой включен один диод, а не два.

К тому же, ток во вторичных цепях блока питания гораздо больше (в разы), чем в первичной.

Следует отметить, для этой схемы трансформатор должен иметь две одинаковые обмотки, а не одну. Схема выпрямления из двух диодов использует оба полупериода переменного напряжения, также как и мостовая.

Если потенциал верхнего конца вторичной обмотки трансформатора (см схему) положителен по отношению к нижнему, то ток протекает через клемму 1, диод VD1, клемму 3, нагрузку, клемму 4 и среднюю точку обмотки. Диод VD2 в это время заперт.

Если потенциал нижнего конца вторичной обмотки положителен по отношению к верхнему, то ток протекает через клемму 2, диод VD2, клемму 3, нагрузку, клемму 4 и среднюю точку обмотки. Диод VD1 в это время заперт. Получается тот же пульсирующий ток, что и при мостовой схеме.

Теперь давайте покончим со скучной теорией и перейдем к самому интересному – к практике.

Проверка диодов

Для начала скажем, что перед началом проверки диодов, хорошо бы ознакомиться с тем, как работать с цифровым тестером.

Об этом рассказывается в соответствующих статьях здесь, здесь и здесь.

Диод на электрических схемах изображается символически в виде треугольника (стрелочки) и палочки.

Палочка – это катод, стрелочка (она указывает направление тока, т.е. движения положительных зарядов) – анод.

Проверить диодный мост можно цифровым тестером, установив переключатель работы в положении проверки диодов (указатель переключателя диапазонов тестера должен стоять напротив символического изображения диода).

Если присоединить красный щуп тестера к аноду, а черный — к катоду отдельного диода, то диод будет открыт напряжением с тестера.

Дисплей покажет величину 0,5 – 0,6 В.

Если изменить полярность щупов, диод будет заперт.

Дисплей при этом покажет единицу в крайнем левом разряде.

Диодный мост часто имеет символическое обозначение вида напряжения на корпусе (~ переменное напряжение, +, — постоянное напряжение).

Диодный мост можно проверить, установив один щуп на одну из клемм «~», а второй – поочередно на выводы «+» и «-».

При этом один диод будет открыт, а другой закрыт.

Если поменять полярность щупов – то тот диод, который был закрыт, теперь откроется, а другой закроется.

Следует обратить внимание на то, что катод – это плюсовой вывод моста.

Если какой-то из диодов закорочен, тестер покажет нулевое (или очень небольшое напряжение).

Такой мост, естественно, непригоден для работы.

В закоротке диода можно убедиться, если тестировать диоды в режиме измерения сопротивления.

При закороченном диоде тестер покажет небольшое сопротивление в обоих направлениях.

Как уже говорилось, во вторичных цепях используется схема выпрямления из двух диодов.

Но даже на одном диоде падает достаточно большое напряжение по сравнению с выходными напряжениями +12 В, +5 В, +3,3 В.

Токи потребления могут достигать 20 А и более, и на диодах будет рассеиваться большая мощность.

Вследствие этого они будут сильно греться.

Мощность рассеяния уменьшится, если будет меньшим прямое напряжение на диоде.

Поэтому в таких случаях применяют так называемые диоды Шоттки, у которых прямое падение напряжения меньше.

Диоды Шоттки

Диод Шоттки состоит не из двух различных полупроводников, а из металла и полупроводника.

Получающийся при этом так называемый потенциальный барьер будет меньше.

В компьютерных блоках питания применяют сдвоенные диоды Шоттки в трехвыводном корпусе.

Типичным представителем такой сборки является SBL2040. Падение напряжения на каждом из ее диодов при максимальном токе не превысит (по даташиту) 0,55 В. Если проверить ее тестером (в режиме проверки диодов), то он покажет величину около 0,17 В.

Меньшая величина напряжения обусловлена тем, что через диод протекает очень небольшой ток, далекий от максимального.

В заключение скажем, что у диода есть такой параметр, как предельно допустимое обратное напряжение. Если диод заперт – к нему приложено обратное напряжение. При замене диодов надо учитывать эту величину.

Если в реальной схеме обратное напряжение превысит предельно допустимое – диод выйдет из строя!

Диод – важная «железка» в электронике. Чем бы еще мы выпрямляли напряжение?

До встречи на блоге!


Особенности работы диодов при прохождении через них импульсных сигналов

 

Для понимания сути процессов, происходящих в диоде при работе в высокочастотных импульсных цепях рассмотрим прохождение через него прямоугольного сигнала (т.е. сигнала с малой длительностью фронта и среза). При этом диод включается по схеме, приведенной на рис. 3.1-1.

 

Рис. 3.1-1. Схема включения диода при рассмотрении переходных процессов

 

В случае, когда входной прямоугольный сигнал является двуполярным, переходные процессы в диоде будут характеризоваться диаграммами, представленными на рис. 3.1-2.

 

Рис. 3.1-2. Переходные процессы в диоде при прохождении через него двуполярного прямоугольного сигнала

 

Для анализа приведенных зависимостей можно воспользоваться выражением для тока диода в переходном режиме:

\( I_д = \cfrac{Q_б}{\tau_б} + \cfrac{\operatorname{d}Q_б}{\operatorname{d}t} + C_б \cfrac{\operatorname{d} U_{p-n}}{\operatorname{d}t}\) ,

где:

    \(Q_б\) — объемный заряд неосновных носителей в области базы диода;

    \(\tau_б\) — время жизни неосновных носителей в области базы;

    \(C_б\) — барьерная емкость перехода;

    \(U_{p-n}\) — напряжение на \(p\)-\(n\)-переходе диода.

 

Первое слагаемое выражения связано с рекомбинацией неосновных носителей в области базы. Второе слагаемое определяет изменение во времени объемного заряда неосновных носителей в области базы. Третье — обусловлено перезарядом барьерной емкости \(p\)-\(n\)-перехода при изменении входного сигнала во времени.

Таким образом, основными причинами инерционности заряда являются: эффект накопления избыточного заряда в базовой области прибора и наличие барьерной емкости перехода.

 

Рассмотрим участок времени \([t_0;t_1]\), когда входное напряжение скачком увеличивается от \(–U_{вх обр}\) до \(+U_{вх пр}\).

При увеличении прямого тока сопротивление базы диода уменьшается (эффект модуляции сопротивления области базы). Поскольку скорость накопления избыточного заряда в области базы конечна, то установление прямого сопротивления диода требует некоторого времени. Учитывая, что \(R_Н \gg r_{д пр}\), можно показать, что ток диода не зависит от его сопротивления. Поэтому эффект модуляции сопротивления базы приводит к появлению резкого выброса напряжения на диоде при его включении.

Перезаряд барьерной емкости диода \(C_б\), наоборот, ведет к замедлению скорости увеличения напряжения на диоде.

Вследствие действия двух противоположных тенденций реальный вид переходного процесса определяется конкретным соотношением параметров диода. При малых уровнях инжекции превалирующими являются процессы, связанные с перезарядом емкости \(C_б\). При больших уровнях инжекции — процессы, связанные с изменением объемного заряда области базы. Поэтому для диодов различных типов переходные процессы при включении могут иметь качественно отличный вид. На приведенной на рис. 3.1-2 диаграмме представлен случай большого уровня инжекции и соответственно малого влияния \(C_б\).

Длительность всплеска напряжения на диоде \(\tau_у\) называется временем установления. Рассчитанное для \(1,2 U_{д пр}\), оно примерно равно: \(\tau_у \approx 2,3 t_б\) , а максимальное падение напряжения на диоде:

\(U_{д пр max} \approx \varphi_к + I_{пр} \cdot r_{дб}\),

где:

    \(\varphi_к\) — контактная разность потенциалов,

    \(r_{дб}\) — сопротивление области базы диода.

 

Интервал времени [t1;t2] характеризует установившийся режим в диодном ключе. В базовой области диода накоплен избыточный заряд неосновных носителей \(Q_б = I_{пр} \cdot \tau_б\). Концентрация избыточных носителей при этом падает по мере удаления от перехода. Прямой ток, протекающий через диод, равен:

\(I_{пр} = \cfrac{U_{вх пр} – U_{д пр}}{r_{д пр} + R_н}\).

 

В момент времени \(t_2\) входное напряжение изменяет свою полярность на обратную. Однако до момента \(t_4\) диод будет находиться в проводящем состоянии. До момента \(t_3\) через него в обратном направлении будет протекать ток, импульсное значение которого \(I_{обр}\) и соизмеримо с \(I_{пр}\). Далее, по мере рассасывания объемного заряда неосновных носителей в области базы и разряда барьерной емкости на интервале \([t_3;t_4]\), обратный ток через диод будет уменьшаться, стремясь к своему установившемуся значению.

Как видно из приведенной диаграммы (рис. 3.1-2), в момент времени \(t_2\) смены полярности входного напряжения падение напряжения на диоде скачком уменьшается на долю падения напряжения на активном сопротивлении диода \( \operatorname{d} U_д = r_{дб} \left( I_{пр} + I_{обр и} \right)\) и далее остается постоянным. Это объясняется тем, что избыточный заряд, накопленный в базовой области диода во время его прямого смещения, остается достаточным для поддержания импульса обратного тока на уровне:

\( I_{обр и} = \cfrac{U_{обр} — \left[ U_{д пр} — r_{дб} \left( I_{пр} + I_{обр и} \right) \right] }{\tau_б} \),

 

т.е. непосредственно после смены полярности \(U_{вх}\) диод обладает практически нулевым сопротивлением.

 

Для интервала времени \([t_2;t_3]\): \(I_д = –I_{обр и}\). Предполагая, что в конце этого интервала концентрация неосновных носителей заряда в непосредственной близости к \(p\)-\(n\)-переходу уменьшается до нуля, получим:

\(t_{рас} = t_3 – t_2 \approx t_б \cdot \ln{\left( 1+ \cfrac{I_{пр}}{I_{обр и}} \right)} \).

 

Временной интервал \(t_{рас}\) называется временем рассасывания неосновных носителей из области базы. Следует отметить, что приведенное выражение является приближенным, так как не учитывает особенностей изменения пространственного заряда \(Q_б\), характерных для диодов, изготовленных по различным технологиям.

На временном интервале \([t_3;t_4]\) суммарный объемный заряд в области базы уменьшается до нуля, что характеризуется уменьшением тока диода от значения \(I_{обр и}\) до величины \(I_{обр}\), соответствующей стационарному обратному току диода в выключенном состоянии.

Длительность интервала \(t_{сп} = t_4 – t_3\), называемого временем спада обратного тока диода, также сильно зависит от технологии его изготовления. Реально: \(t_{сп} \approx {(0,1…1)} \cdot t\), т.е. практически для всех типов диодов \(t_{рас} > t_{сп}\). Временной интервал \(t_{рас} + t_{сп} = t_{вос}\) носит название времени восстановления обратного сопротивления диода и является важной характеристикой быстродействия.{t_4} I_{обр}(t) \operatorname{d}t \).

 

В случае, когда напряжение входного прямоугольного сигнала не является двуполярным, на диаграммах переходных процессов возникнут качественные отличия от приведенного на рис. 3.1-2 вида.

Временные диаграммы для случая однополярного прямоугольного сигнала приведены на рис. 3.1-3.

 

Рис. 3.1-3. Переходные процессы в диоде при прохождении через него однополярного прямоугольного сигнала

 

Очевидно, что и в этом случае переходные процессы будут сильно искажать форму сигнала, проходящего через диод в нагрузку.

Процесс включения диода аналогичен случаю двуполярного сигнала. Существенные отличия наблюдаются при выключении диода.

После окончания действия напряжения \(U_{пр}\) в момент времени \(t_2\) напряжение на диоде резко уменьшается на \(\Delta U_д = r_{д обр} \left( I_{пр} + I_{обр и} \right) \) и затем еще достаточно продолжительное время сохраняет полярность прямосмещенного диода. При условии \(U_{вх} = 0\) это означает, что к нагрузке прикладывается напряжение обратной полярности, равное:

\( U_{вых обр} \approx — \left[ U_{пр} — r_{д пр} \left( I_{пр} + I_{обр и} \right) \right] \cfrac{R_н}{R_н + R_{вн}} \),

где \( R_{вн}\) — внутреннее сопротивление источника сигнала.

 

Причиной возникновения этого напряжения является объемный заряд \(Q_б\), накопленный в области базы. После окончания импульса \(U_{вх}\) неосновные носители в области базы постепенно рекомбинируют, создавая ток в цепи нагрузки диода. Поэтому длительность интервала \([t_2;t_3]\) определяется как собственными параметрами диода, так и параметрами внешней цепи. При уменьшении сопротивления разряда \(R_{раз} = R_н \cfrac{R_{вн}}{R_н + R_{вн}}\) длительность \([t_2;t_3]\) уменьшается.

Напряжение, присутствующее на диоде после окончания импульса \(U_{вх}\) принято называть послеинжекционным.

Таким образом, при применении диодов в импульсных цепях следует учитывать, что их некоторая инерционность является причиной искажения формы проходящих через них импульсов. Причем эти искажения тем существеннее, чем меньше длительность обрабатываемых импульсов и их фронтов (срезов).

 

 

< Предыдущая   Следующая >

Что такое диоды? Проверка диодов и их применение

Диоды — это электронные компоненты устройства, которые позволяют току более легко и плавно течь через любое устройство в определенном направлении. Он имеет два электрода, один известен как Анод , а другой — Катод. Полупроводниковые материалы , такие как Кремний и Германий , используются для производства диодов.

Использование диодов

Диоды используются для различных целей, например:

  • Выпрямитель
  • Регулятор напряжения
  • Коммутаторы
  • Осцилляторы
  • Ограничители, модуляторы и демодуляторы сигналов.

Существует большое количество полупроводниковых диодов различных номиналов, которые используются в электронных схемах в соответствии с требованиями. Диоды бывают разной формы, размера и цвета.

На рисунке ниже показана форма диода BY 127 , который может безопасно пропускать прямой ток 1 А с пиковым обратным напряжением 1000 В. Он зеленого цвета, и направление, в котором он может проходить, обозначено символом, как показано на рисунке. В этой же серии есть и другие диоды, такие как BY 118, и т. Д.

На рисунке ниже показана форма диода 1N 4007 :

Он может безопасно пропускать прямой ток 1 А с PIV 100 В. Это черный цвет. На одной стороне напечатана полоса серебристого цвета, которая показывает отрицательный конец (катод) диода. В той же серии другие диоды — 1N 4001, 1N 4002. 1N 4003, 1N 4004 и т. Д. Другой диод той же серии — 1N 5406 , который может пропускать ток 6А с PIV 200 В.

На рисунке ниже показана форма диода OA 79 .Он изготовлен из прозрачного стекла. Красная отметка на корпусе (стрелка) обозначает положительный вывод. Другой диод той же серии — OA 80, OA 85 и т. Д.

На рисунке ниже показана форма силового диода D 1604 N . Он имеет металлический корпус и может выдерживать большую мощность. Он может безопасно переносить ток 16 А с PIV 400 В. Другой силовой диод — 10 KLR 12 , который может пропускать ток 10 А при PIV 1200 В.

Проверка клемм диодов

Если символ или отметка на корпусе диода, показывающая полярность вывода, отсутствует или стерта, то полярность вывода можно определить с помощью измерителя сопротивления или мультиметра.

На рисунке ниже показано, что полярность выводов батареи, содержащейся в омметре, проявляется на выводах омметра.

Отведение P положительное, а Q отрицательное. Чтобы проверить вывод диода, его подключают к выводам P и Q, как показано на рисунке выше. Если диод проводит, а измеритель дает отклонение, то вывод A диода положительный (анод), а вывод B отрицательный (катод).

Однако, если диод не проводит и в Омметре нет отклонения, выводы диода противоположны, как и раньше.

Введение в диоды и выпрямители | Диоды и выпрямители

Все о диодах

Диод — это электрическое устройство, позволяющее току проходить через него в одном направлении с гораздо большей легкостью, чем в другом. Наиболее распространенным типом диодов в современной схемотехнике является полупроводниковый диод , хотя существуют и другие диодные технологии. Полупроводниковые диоды обозначены на схематических диаграммах, таких как рисунок ниже.Термин «диод» обычно зарезервирован для малосигнальных устройств, I ≤ 1 A. Термин выпрямитель используется для силовых устройств, I> 1 A.

Схематический символ полупроводникового диода: стрелки указывают направление тока.

При включении в простую схему «батарея-лампа» диод пропускает или предотвращает прохождение тока через лампу, в зависимости от полярности приложенного напряжения. (рисунок ниже)

Работа диода: а) ток разрешен; диод смещен в прямом направлении.(b) Текущий поток запрещен; диод имеет обратное смещение.

Когда полярность батареи такова, что ток может течь через диод, диод называется с прямым смещением . И наоборот, когда батарея находится «в обратном направлении» и диод блокирует ток, говорят, что диод имеет обратное смещение . Диод можно рассматривать как переключатель: «замкнут» при прямом смещении и «разомкнут» при обратном смещении.

Направление стрелки символа диода указывает направление тока в обычном потоке.Это соглашение справедливо для всех полупроводников, на схемах которых есть «наконечники стрел». Обратное верно, когда используется поток электронов, когда направление тока направлено против «стрелки».

Гидравлический обратный клапан Аналог

Поведение диода аналогично поведению гидравлического устройства, называемого обратным клапаном . Обратный клапан позволяет жидкости проходить через него только в одном направлении, как показано на рисунке ниже.

Аналогия с гидравлическим обратным клапаном: (a) Допустимый ток.(b) Текущий поток запрещен.

Обратные клапаны — это, по сути, устройства, работающие под давлением: они открываются и пропускают поток, если давление на них имеет правильную «полярность» для открытия задвижки (в показанной аналогии давление жидкости справа больше, чем слева). Если давление имеет противоположную «полярность», перепад давления на обратном клапане закроется и будет удерживать заслонку, так что потока не будет.

Как и обратные клапаны, диоды, по сути, представляют собой устройства, работающие от давления (напряжения).Существенная разница между прямым и обратным смещением заключается в полярности падения напряжения на диоде. Давайте подробнее рассмотрим простую схему батарея-диод-лампа, показанную ранее, на этот раз исследуя падение напряжения на различных компонентах на рисунке ниже.

Измерения напряжения диодной цепи: (a) Прямое смещение. (b) Обратное смещение.

Конфигурация диода прямого смещения

Диод с прямым смещением проводит ток и понижает на нем небольшое напряжение, в результате чего большая часть напряжения батареи падает на лампе.Если полярность батареи меняется, диод становится смещенным в обратном направлении и сбрасывает все напряжения батареи, не оставляя лампе ничего. Если мы считаем диод самодействующим переключателем (замкнутым в режиме прямого смещения и разомкнутым в режиме обратного смещения), такое поведение имеет смысл. Наиболее существенное различие состоит в том, что диод при проводке падает намного больше напряжения, чем средний механический переключатель (0,7 вольт против десятков милливольт).

Это падение напряжения прямого смещения, проявляемое диодом, связано с действием области обеднения, образованной P-N переходом под влиянием приложенного напряжения.Если на полупроводниковый диод не подается напряжение, вокруг области P-N-перехода существует тонкая обедненная область, предотвращающая протекание тока. (Рисунок ниже (а)) Область обеднения почти лишена доступных носителей заряда и действует как изолятор:

Изображения диодов: модель PN-перехода, схематическое обозначение, физическая часть.

Схематическое обозначение диода показано на рисунке выше (b), так что анод (указывающий конец) соответствует полупроводнику P-типа в точке (a).Катодный стержень, не указывающий конец, в точке (b) соответствует материалу N-типа в точке (a). Также обратите внимание, что катодная полоса на физической части (c) соответствует катоду на символе.

Конфигурация диода обратного смещения

Если напряжение обратного смещения приложено к переходу P-N, эта область истощения расширяется, дополнительно сопротивляясь любому току через нее. (Рисунок ниже)

Область истощения расширяется с обратным смещением.

прямое напряжение

И наоборот, если напряжение прямого смещения приложено к переходу P-N, область обеднения сжимается, становясь тоньше.Диод становится менее резистентным к проходящему через него току. Для того, чтобы через диод шел устойчивый ток; тем не менее, область истощения должна быть полностью сжата под действием приложенного напряжения. Для этого требуется определенное минимальное напряжение, называемое прямым напряжением , как показано на рисунке ниже.

Увеличение прямого смещения от (a) до (b) уменьшает толщину обедненной области.

Для кремниевых диодов типичное прямое напряжение составляет 0,7 В, номинальное.Для германиевых диодов прямое напряжение составляет всего 0,3 вольта. Химическая составляющая P-N перехода, составляющего диод, определяет его номинальное значение прямого напряжения, поэтому кремниевые и германиевые диоды имеют такие разные прямые напряжения. Прямое падение напряжения остается примерно постоянным для широкого диапазона токов диодов, а это означает, что падение напряжения на диоде не похоже на падение напряжения на резисторе или даже на обычном (замкнутом) переключателе. Для наиболее упрощенного анализа схемы падение напряжения на проводящем диоде можно считать постоянным при номинальном значении и не связанным с величиной тока.

Диодное уравнение

На самом деле, прямое падение напряжения более сложное. Уравнение описывает точный ток через диод с учетом падения напряжения на переходе, температуры перехода и нескольких физических констант. Это широко известно как уравнение диода :

Термин kT / q описывает напряжение, возникающее в переходе P-N из-за действия температуры, и называется термическим напряжением или Vt перехода.При комнатной температуре это примерно 26 милливольт. Зная это и принимая коэффициент «неидеальности» равным 1, мы можем упростить уравнение диода и переписать его как таковое:

Вам не нужно знать «уравнение диода» для анализа простых диодных цепей. Просто поймите, что падение напряжения на токопроводящем диоде влияет на в зависимости от величины тока, проходящего через него, но это изменение довольно мало в широком диапазоне токов. Вот почему во многих учебниках просто говорится, что падение напряжения на проводящем полупроводниковом диоде остается постоянным на уровне 0.7 вольт для кремния и 0,3 вольт для германия.

Однако в некоторых схемах намеренно используется присущее P-N-переходу экспоненциальное соотношение тока / напряжения, и поэтому их можно понять только в контексте этого уравнения. Кроме того, поскольку температура является фактором в уравнении диода, смещенный в прямом направлении P-N переход также может использоваться в качестве устройства измерения температуры и, таким образом, может быть понят, только если у человека есть концептуальное представление об этой математической зависимости.

Работа с обратным смещением

Диод с обратным смещением предотвращает прохождение тока через него из-за расширенной области обеднения.На самом деле очень небольшой ток может проходить и проходит через диод с обратным смещением, называемый током утечки , но его можно игнорировать для большинства целей.

Способность диода выдерживать напряжения обратного смещения ограничена, как и для любого изолятора. Если приложенное напряжение обратного смещения становится слишком большим, диод испытывает состояние, известное как пробой (рисунок ниже), которое обычно является деструктивным.

Максимальное напряжение обратного смещения диода известно как пиковое обратное напряжение или PIV , и его можно получить у производителя.Как и прямое напряжение, рейтинг PIV диода зависит от температуры, за исключением того, что PIV увеличивается на с повышением температуры и уменьшается на , когда диод становится холоднее, что в точности противоположно прямому напряжению.

Диодная кривая: показывает перегиб при прямом смещении 0,7 В для Si и обратный пробой.

Обычно рейтинг PIV обычного «выпрямительного» диода составляет не менее 50 В при комнатной температуре. Диоды с рейтингом PIV в несколько тысяч вольт доступны по скромным ценам.

ОБЗОР:

  • Диод — это электрический компонент, действующий как односторонний клапан для тока.
  • Когда напряжение подается на диод таким образом, что диод пропускает ток, говорят, что диод смещен в прямом направлении .
  • Когда напряжение подается на диод таким образом, что диод запрещает ток, говорят, что диод имеет обратное смещение .
  • Напряжение, падающее на проводящий диод с прямым смещением, называется прямым напряжением .Прямое напряжение диода изменяется незначительно при изменении прямого тока и температуры и фиксируется химическим составом P-N перехода.
  • Кремниевые диоды
  • имеют прямое напряжение примерно 0,7 В.
  • Прямое напряжение германиевых диодов
  • составляет примерно 0,3 В.
  • Максимальное напряжение обратного смещения, которое диод может выдержать без «поломки», называется номинальным значением пикового обратного напряжения или PIV .

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:

Схема защиты от обратной полярности

с использованием диода ИЛИ МОП-транзистора с P-каналом

Батареи являются наиболее удобным источником питания для подачи напряжения на электронную схему.Есть много других способов питания электронных устройств, таких как адаптер, солнечная батарея и т. Д., Но наиболее распространенным источником питания постоянного тока является аккумулятор. Как правило, все устройства поставляются со схемой защиты от обратной полярности , но если у вас есть какое-либо устройство с батарейным питанием, которое не имеет защиты от обратной полярности, вы всегда должны быть осторожны при замене батареи, иначе это может взорвать устройство.

Итак, в этой ситуации Схема защиты от обратной полярности была бы полезным дополнением к схеме.Существует несколько простых методов защиты схемы от подключения с обратной полярностью, например, использование диода или диодного моста или использование полевого МОП-транзистора с каналом P в качестве переключателя на ВЫСОКОЙ стороне.

Защита от обратной полярности с помощью диода

Использование диода — самый простой и дешевый метод защиты от обратной полярности, но он имеет проблему утечки мощности . Когда входное напряжение питания высокое, небольшое падение напряжения может не иметь значения, особенно при низком токе.Но в случае низковольтной операционной системы недопустимо даже небольшое падение напряжения.

Как мы знаем, падение напряжения на диоде общего назначения составляет 0,7 В, поэтому мы можем ограничить это падение напряжения с помощью диода Шоттки, потому что его падение напряжения составляет от 0,3 до 0,4 В, и он также может выдерживать большие токовые нагрузки. Имейте в виду, выбирая диод Шоттки, потому что многие диоды Шоттки имеют большую утечку обратного тока, поэтому убедитесь, что вы выберете диод с низким обратным током (менее 100 мкА).

При 4 А потери мощности на диоде Шоттки в цепи будут:

4 x 0,4 Вт = 1,6 Вт

А в обычном диоде:

4 x 0,7 = 2,8 Вт.

Вы даже можете использовать мостовой выпрямитель для защиты от обратной полярности независимо от полярности. Но мостовой выпрямитель состоит из четырех диодов, следовательно, количество потерь энергии будет вдвое больше, чем в приведенной выше схеме с одним диодом.

Защита от обратной полярности с использованием полевого МОП-транзистора с каналом P

Использование полевого МОП-транзистора с каналом P для защиты от обратной полярности более надежно, чем другие методы, из-за низкого падения напряжения и высоких токов.Схема состоит из P-канального MOSFET, стабилитрона и понижающего резистора. Если напряжение питания меньше, чем напряжение затвор-исток (Vgs) P-канального MOSFET, тогда вам понадобится только MOSFET без диода или резистора. Вам просто нужно подключить клемму затвора полевого МОП-транзистора к земле.

Теперь, если напряжение питания больше, чем Vgs, вам нужно понизить напряжение между выводом затвора и истоком. Компоненты, необходимые для изготовления аппаратной части схемы, упомянуты ниже.

Необходимые материалы
  • FQP47P06 МОП-транзистор с P-каналом
  • Резистор (100кОм)
  • Стабилитрон 9,1 В
  • Макет
  • Соединительные провода

Принципиальная схема

Работа схемы защиты от обратной полярности с использованием P-канального полевого МОП-транзистора

Теперь, когда вы подключаете батарею в соответствии с принципиальной схемой с правильной полярностью, это приводит к включению транзистора и пропусканию тока через него.Если батарея подключена в обратном направлении или с обратной полярностью, то транзистор выключается, и ваша схема становится защищенной.

Эта схема защиты более эффективна, чем другие. Давайте проанализируем схему , когда батарея подключена правильно. , МОП-транзистор с P-каналом включится, потому что напряжение между затвором и истоком отрицательное. Формула для определения напряжения между затвором и истоком:

  Vgs = (Vg - Vs)  

Когда батарея подключена неправильно , напряжение на клемме затвора будет положительным, и мы знаем, что P-Channel MOSFET включается только тогда, когда напряжение на клемме затвора отрицательное (минимум -2.0 В для этого полевого МОП-транзистора или меньше). Таким образом, всякий раз, когда батарея подключается в обратном направлении, цепь будет защищена полевым МОП-транзистором.

Теперь давайте поговорим о потере мощности в схеме , когда транзистор включен, сопротивление между стоком и истоком почти ничтожно, но для большей точности вы можете просмотреть данные P-Channel MOSFET. Для P-канального МОП-транзистора FQP47P06 статическое сопротивление сток-исток во включенном состоянии (R DS (ON) ) составляет 0,026 Ом (макс.).Итак, мы можем рассчитать потери мощности в цепи, как показано ниже:

  Потери мощности = I  2  R  

Предположим, что ток, протекающий через транзистор, составляет 1 А. Значит потеря мощности составит

  Потери мощности = I  2  R = (1A)  2  * 0,026 Ом = 0,026 Вт  

Следовательно, потери мощности примерно в 27 раз меньше, чем в схеме с одним диодом. Вот почему использование P-канального MOSFET для защиты от обратной полярности намного лучше, чем другие методы.Он немного дороже диода, но делает схему защиты более безопасной и эффективной.

Мы также использовали стабилитрон и резистор в схеме для защиты от превышения напряжения затвор-исток. Добавив резистор и стабилитрон на 9,1 В, мы можем ограничить напряжение затвор-исток максимум до отрицательного значения 9,1 В, поэтому транзистор остается безопасным.

Руководство по проектированию печатных плат

для защиты от обратной полярности

Когда безопасность пользователя зависит от надежной работы оборудования — как, например, в случае со многими медицинскими устройствами и портативным горнодобывающим оборудованием, — электронные компоненты должны быть надежными.

Вот почему защита от обратной полярности становится критически важной для печатных плат во многих приложениях. Прочтите небольшое руководство по проектированию печатных плат, которое поможет защитить ваш продукт.

Зачем нужна защита от обратной полярности?

Все, что связано с питанием постоянного (постоянного тока) , является кандидатом на защиту от обратной полярности. Все, что работает от батареи, может вызвать обратное подключение батареи, использование настенного источника питания переменного / постоянного тока с разъемом другой полярности или другие возможные неисправности.

Если вы не являетесь постоянным специалистом в своем штате, подумайте об обратной полярности с точки зрения предметов повседневного использования, таких как автомобильные аккумуляторы. Перевернутые полюса возникают, когда вы соединяете отрицательный кабель с положительным, и наоборот. Это может повредить аккумулятор и другие электрические компоненты.

Любой продукт с батарейным питанием, который вы используете, когда он подключен к сети, будет находиться под напряжением через всю свою цепь и, таким образом, станет потенциальным источником поражения электрическим током.

Обратная полярность может привести к повреждению печатной платы и даже к отказу печатной платы, однако повреждение трудно заметить.Если это произойдет, скажем, с портативным компьютером, результаты могут быть весьма плачевными, но не фатальными. Если это произойдет с медицинским устройством, поддерживающим жизнь, , это может означать смерть .

Защита от обратной полярности не применяется к соединениям переменного тока.

Что можно сделать, чтобы предотвратить обратную полярность?

Схема должна выдерживать натиск напряжения обратной полярности без повреждений. Тот факт, что сегодня большая часть оборудования спроектирована так, чтобы пользователи не вставляли вилку неправильно, не решает проблему полностью.Повреждение печатной платы может произойти во время разработки и тестирования платы.

Чтобы защитить печатные платы от воздействия обратной полярности, вы можете выбрать несколько подходов:

  • Вставить диод
  • Вставьте диод Шоттки

Ни один из вариантов не идеален, но оба могут минимизировать вред и дать пользователям душевное спокойствие.

Добавление защитного диода

Размещение диода защиты от обратной полярности последовательно с линией электропитания обеспечивает механизм «отключения», который останавливает поток напряжения.Он не исправляет обратную полярность, но предотвращает нанесение большего вреда.

По сути, диод отделяет то, что осталось от цепи, от обратной полярности. Когда анодное напряжение ниже катодного напряжения, диод не пропускает ток.

Есть несколько минусов диода обратной полярности, хотя он эффективный и недорогой. Например:

  • При падении напряжения диод может вызвать остановку устройства раньше, чем это необходимо.
  • Диод потребляет энергию и может сократить срок службы батарей.

Добавление диода Шоттки

Диод Шоттки не представляет ни одной из проблем, связанных с диодом предотвращения обратной полярности, и поэтому является лучшим решением. Однако есть как минимум один недостаток.

Диод Шоттки допускает намного больший обратный ток и напряжение на нагрузке. С другой стороны, обратный ток достаточно мал, и это не должно вызывать особого беспокойства.

Вы проектируете в первую очередь для безопасности?

Диоды защиты полярности довольно эффективны и предлагают очень экономичное решение. Но, например, с медицинским устройством вы не хотите преждевременной остановки. Последствия могут быть катастрофическими для пациента и для репутации вашей компании.

Для такого критически важного для жизни и безопасности оборудования, как медицинские приборы и горнодобывающее оборудование, кажется очевидным, что диод Шоттки — правильный выбор. Однако также важно правильно установить диод, поэтому вам следует проконсультироваться с контрактным производителем электроники перед проектированием печатной платы.Ваша общая цель должна заключаться в производстве искробезопасного оборудования, когда этого требует работа.

Конечно, лучшая стратегия защиты диодов — это в первую очередь избегать создания обратной полярности. Диоды предназначены для резервного копирования, и не следует воспринимать как должное. — идеальное решение.

AN013 — Защита от обратной полярности

AN013 — Защита от обратной полярности
Elliott Sound Products АН-013
Род Эллиотт (ESP)
Прил.Индекс банкнот
Основной индекс

Обзор защиты от обратной полярности

Большинство электронных схем будут серьезно раздражены, если питание будет подключено с обратной полярностью. Это часто объявляется немедленной потерей «волшебного дыма», от которого зависят все электронные компоненты. Если серьезно, то часто возникает непоправимый ущерб, особенно при напряжении питания 5 В и более. Традиционная схема защиты от обратной полярности состоит из диода, подключенного последовательно к входящему источнику питания или параллельно предохранителю или другому защитному устройству, которое может перегореть.

Последовательный диод снижает напряжение в цепи, на которую подается питание. Если он работает от батарей, снижение напряжения может легко означать, что значительная часть емкости батареи недоступна для схемы. 0,7 В — это немного, но это настоящая проблема, если в схеме используется напряжение не менее 5 В, а 4 элемента по 1,5 В обеспечивают только номинальное напряжение 6 В. Последовательный диод также может рассеивать много ватт в цепи, потребляющей большой ток — постоянно или периодически.

Параллельный диод должен быть достаточно прочным, чтобы выдерживать полный ток короткого замыкания от источника до срабатывания предохранителя. Обычно это означает очень большой и дорогой диод. Можно использовать и меньший, но в «жертвенном» режиме. Это означает, что он, скорее всего, выйдет из строя (отказ диода всегда связан с коротким замыканием), но он должен быть достаточно надежным, чтобы гарантировать, что он не станет разрывом цепи во время периода отказа из-за соединения или плавкого предохранителя свинцового провода.

Также можно использовать реле, преимущество которого заключается в практически нулевом падении напряжения на контактах.Однако катушки реле потребляют значительный ток, который может легко превысить ток, потребляемый защищаемой схемой. Если источником питания является большая батарея с возможностью подзарядки по требованию, это не проблема, за исключением небольших затрат на эксплуатацию реле. Однако во многих случаях это не жизнеспособный вариант.

Альтернативой является использование полевого МОП-транзистора. Во многих случаях дело только в MOSFET, без каких-либо других деталей. Это работает, если напряжение питания ниже максимального напряжения затвор-исток, но требуются дополнительные детали с напряжением более 12 В или около того.Преимущество полевого МОП-транзистора заключается в том, что падение напряжения исчезающе мало, если выбрано правильное устройство.

Часто можно использовать BJT (биполярный транзистор) также для защиты от обратной полярности, но они не работают так же хорошо, как полевые МОП-транзисторы и имеют несколько присущих им недостатков, которые делают их гораздо менее подходящими. Для начала на базу должен подаваться ток, чтобы транзистор включился, а это пустая трата энергии. BJT не может включаться так же сильно, как MOSFET, поэтому падение напряжения на транзисторе больше.Хотя он обычно превосходит диод (даже Шоттки), реального преимущества нет, потому что MOSFET — гораздо лучший вариант.

На следующих чертежах есть раздел, помеченный просто как «Электроника». На нем изображены электролитический конденсатор и операционный усилитель, но это может быть что угодно, от простой аудиосхемы, логических вентилей (и т. Д.) До микропроцессора. Ток потребления может быть любым, от нескольких миллиампер до многих ампер, и вам нужно выбрать схему, которая лучше всего подходит для вашего приложения. Это не руководство по дизайну , а скорее собрание идей, которые можно расширять и адаптировать по мере необходимости.


Диодная защита

Диод серии А — самый простой и дешевый вид защиты. В схемах низкого напряжения диод Шоттки означает, что падение напряжения снижается с типичных 0,7 В до примерно 200 мВ или около того. Однако это очень сильно зависит от тока, и при максимальном номинальном токе падение напряжения может превышать 1 В для стандартного кремниевого диода или около 500 мВ для типов Шоттки. Требуется только диод — никаких других деталей не требуется, так что он, безусловно, самый простой и дешевый.


Рисунок 1 — Диодная защита, последовательная (слева), параллельная (справа)

Хотя последовательный диод очень легко реализовать, как отмечалось выше, минимальная потеря напряжения составляет 650 мВ или около того при низком токе, возрастающая с увеличением тока нагрузки. С диодом на 1 А потеря напряжения будет близка к 900 мВ при 1 А, что почти соответствует снижению напряжения питания. Если схема питается от батарей, это представляет собой серьезную потерю емкости, потому что около 900 мВт доступной мощности тратится впустую без уважительной причины.Если у вас достаточно запасной мощности или при высоком напряжении (25 В и более) потери на диоде незначительны.

Диод Шоттки лучше, но он обычно дороже и недоступен для высоких напряжений. Для диода Шоттки на 1 А вы можете ожидать потери около 400 мВ при 1 А. Диоды Шоттки имеют прямое напряжение от 150 мВ до 450 мВ, в зависимости от производственного процесса, номинального тока и фактического тока. Максимальное обратное напряжение составляет около 50 В, но обратная утечка выше, чем у стандартных кремниевых диодов.Это может вызвать проблемы с чувствительными устройствами, но обычно это не так. В скобках указано (более или менее) типичное напряжение на диоде Шоттки. Последовательному диоду может помочь параллельный диод на стороне оборудования, если утечка диода может вызвать проблемы. Это редко требуется или используется на практике.

С параллельным диодом (иногда называемым защитой «ломом») он должен быть рассчитан на более высокий ток, чем может обеспечить источник. Если источником напряжения являются батареи (любая химия), они могут выдавать чрезвычайно высокий ток, поэтому необходимы некоторые средства для отключения цепи — желательно до того, как диод перегреется и выйдет из строя.Хотя в 99% случаев диоды выходят из строя, это не то, на что стоит полагаться для защиты дорогостоящей электроники. Некоторые источники питания могут возражать против короткого замыкания на выходе, а также могут ограничивать ток или выходить из строя.

Предохранитель

А — это самый простой и дешевый способ отключения питания, если он подключен в обратном направлении, и предохранитель должен быть рассчитан на пропускание максимального тока, ожидаемого схемой. В этой схеме нет потери напряжения на диоде, но — это небольшая потеря напряжения на предохранителе.Это падение напряжения обычно незначительно. Естественно, если питание подключено в обратном направлении, предохранитель (должен) перегореть, а диод может выжить, а может и не выжить. Это означает, что система должна быть проверена и при необходимости отремонтирована, если подача питания будет изменена в любое время, включая замену предохранителя и / или диода. Вы можете использовать термисторный переключатель PolySwitch с положительным температурным коэффициентом — это зависит от многих факторов, которые необходимо изучить в первую очередь.


Релейная защита

Хотя поначалу это может показаться глупой идеей, реле — отличный способ обеспечить защиту от обратной полярности.Это при условии, что источник напряжения может питать реле без снижения его емкости. В оборудовании с батарейным питанием это обычно не вариант, но он может быть полезен для оборудования в легковых или грузовых автомобилях, где аккумулятор имеет большую емкость и постоянно заряжается при работающем двигателе. Реле не следует использовать для какого-либо оборудования, которое постоянно подключено, поскольку оно со временем разрядит аккумулятор.

Как вы можете видеть ниже, катушка реле может получать ток только при правильной полярности.При положительном (положительном) входе D1 смещен в прямом направлении, и на катушку поступает около 11,3 В, что более чем достаточно для ее втягивания. (нормально разомкнутые) контакты замыкаются, на электронику подается питание. При обратной полярности ток в катушке не течет, и электроника полностью изолирована от источника питания, поскольку реле не может активироваться.


Рисунок 2 — Релейная защита

Преимущество реле в том, что оно может выдерживать чрезвычайно высокий ток без падения напряжения на контактах.Реле надежны и могут прослужить много-много лет без какого-либо вмешательства. Им не нужен радиатор (независимо от потребляемого тока), и они доступны в бесчисленных конфигурациях и практически для любых известных требований. Автомобильные реле также уже прошли все необходимые обязательные испытания, поэтому они могут снизить стоимость испытаний на соответствие, если это необходимо.

Собственная прочность реле является огромным преимуществом в автомобильных приложениях, где события «сброса нагрузки» являются обычным явлением.Это происходит, когда большая нагрузка отключается от электрической системы, и генератор не может выполнить исправление достаточно быстро, чтобы предотвратить перенапряжение. Есть и другие причины, и все автомобильное оборудование должно быть спроектировано так, чтобы без сбоев выдерживать значительные перенапряжения. Реле легко справятся с этим.

Реле доступны с множеством различных напряжений катушки (например, 5, 12, 24, 36, 48 В), и есть модели для любых мыслимых требований по току контакта. Если входное напряжение слишком велико для катушки, можно использовать резистор для снижения напряжения до безопасного значения.Также может быть включена схема «эффективности» (последовательный резистор с параллельным электролитическим конденсатором), которая подает на реле более высокое, чем обычно, напряжение, чтобы втянуть его, а затем снижает ток при зарядке крышки до значения, немного превышающего номинальное. гарантированный ток удержания (определяется резистором). Удерживающий ток может составлять всего 1/3 номинального тока катушки, а иногда и меньше.


Защита MOSFET У полевых МОП-транзисторов

есть очень желанная особенность. Все они имеют обратный диод, который определяет полярность напряжения, но когда полевой МОП-транзистор включен, он одинаково проводит в любом направлении.Таким образом, когда диод смещен в прямом направлении и полевой МОП-транзистор включен, напряжение на полевом МОП-транзисторе определяется R DS на (сопротивление сток-исток включено) и током, а не прямым напряжением диод. Это полезное свойство сделало полевые МОП-транзисторы предпочтительным устройством для схем защиты от обратной полярности.

Однако вы должны учитывать тот факт, что полевым МОП-транзисторам требуется некоторое напряжение между затвором и истоком для проведения, а в цепи с очень низким напряжением (менее 5 В) может не хватить напряжения для включения полевого МОП-транзистора.Полевые МОП-транзисторы логического уровня могут включаться при более низком напряжении, чем стандартные типы, но они также более ограничены с точки зрения R DS на , и доступно меньше устройств, особенно типов с P-каналом.

На чертеже показаны резистор и стабилитрон. Они обеспечивают защиту затвора для затвора полевого МОП-транзистора, если существует или вероятность превышения максимального напряжения затвор-исток. Их можно опустить, но, как правило, это делать неразумно. Если кратковременный выброс превысит напряжение пробоя затвора (обычно около ± 20 В), полевой МОП-транзистор будет поврежден и почти наверняка будет проводить в обоих направлениях. Это полностью отменяет схему защиты !

Для оборудования, которое питается от батарей, маловероятно, что произойдет «разрушительное событие», но затвор полевого МОП-транзистора может быть поврежден при некоторых обстоятельствах. Это кажется маловероятным, но высокое обратное напряжение (например, статическое) может вызвать поломку, если защита не используется. Некоторые полевые МОП-транзисторы имеют встроенный стабилитрон затвора, поэтому резистор необходим для предотвращения разрушающего тока с напряжениями, превышающими напряжение стабилитрона.


Рисунок 3 — Защита полевого МОП-транзистора — N-канал (слева), P-канал (справа)

Вы можете использовать устройства с N-каналом или P-каналом, в зависимости от полярности цепи и от того, можете ли вы прервать соединение земли / заземления, не вызывая неправильного поведения цепи. В автомобильной среде шасси является отрицательным источником питания, и его трудно или невозможно прервать. Это означает, что схема защиты должна быть на положительной шине питания, что немного менее удобно, поскольку обычно требует P-Channel MOSFET.Обычно они имеют меньшую мощность и ток, чем их аналоги с N-каналом. Вы все еще можете использовать устройство с N-каналом, но это более утомительно и требует дополнительных схем (показано ниже).

Если вы используете полевой МОП-транзистор с каналом P, прерывание заземления / заземления (отрицательное) отсутствует. Это особенно полезно для автомобильной электроники. Однако есть некоторые ограничения, о которых вы должны знать. Наиболее важным (и наиболее вероятным источником проблем) является требуемое напряжение затвор-исток.Это не проблема для автомобильных приложений, потому что доступно 12 В, но это проблема для более низких напряжений.

МОП-транзисторы с P-каналом логического уровня (5 В), безусловно, доступны, но, как уже отмечалось, они очень ограничены по сравнению с типами с N-каналом. Они также обычно более дороги для эквивалентных номинальных значений тока, и многие из них доступны только в корпусах для поверхностного монтажа (SMD). Это ограничивает их полезность в цепях с низким напряжением и высоким током, где невозможно или нецелесообразно отключать отрицательную шину (что позволяет использовать устройства с N-каналом).

Если в противном случае напряжение слишком низкое для включения полевого МОП-транзистора, существует возможность использования схемы накачки заряда для смещения устройства с N-каналом. Это добавляет сложности и стоимости, но является жизнеспособным вариантом, когда другие методы по какой-либо причине не подходят. Зарядный насос используется для генерации напряжения, превышающего входное напряжение (обычно примерно на 10–12 В или около того), и это напряжение включает полевой МОП-транзистор. Общая идея показана ниже, но подробности о зарядовом насосе не приводятся — это «концептуальная» схема, а не полное решение.Показанные защитные диоды могут понадобиться, а могут и не потребоваться, в зависимости от схемы.


Рисунок 4 — МОП-транзистор с N-каналом и нагнетательным насосом

Существует много различных способов создания зарядного насоса, и схема выходит за рамки данной статьи. Однако он должен быть устроен так, чтобы сама зарядовая накачка не могла быть подвержена обратной полярности. Когда подается питание правильной полярности, собственный диод в Q1 проводит и подает питание на накачку заряда и остальную цепь.В течение нескольких миллисекунд зарядный насос генерирует напряжение, достаточное для включения Q1, и полевой МОП-транзистор включается и обходит свой собственный диод. Потеря напряжения определяется исключительно сопротивлением включенного МОП-транзистора и током, потребляемым схемой. Инкапсулированный преобразователь постоянного тока в постоянный (с плавающим выходом) может заменить зарядный насос, если это необходимо.


Транзистор биполярный

Использование BJT подходит для слаботочных нагрузок, но там, где напряжение может быть слишком низким для полевого МОП-транзистора из-за недостаточного напряжения затвора для его правильного включения.В примерах, показанных ниже, падение напряжения на транзисторе составляет примерно 125–150 мВ при токе нагрузки 40 мА. Падение напряжения намного меньше при меньших токах. R1 должен быть выбран так, чтобы обеспечить достаточный базовый ток для насыщения транзистора. Обычно это означает, что вам необходимо обеспечить от трех до пяти раз больше базового тока, чем вы рассчитали бы по бета-версии транзистора.

Например, транзистору с коэффициентом усиления (Beta или h FE ) 100 требуется 400 мкА для тока нагрузки 40 мА, но вы должны подавать не менее 5 мА, иначе падение напряжения на транзисторе будет чрезмерным.На чертеже предполагается, что транзистор имеет усиление не менее 65 (из таблицы), а резистор 2,2 кОм обеспечивает базовый ток около 2 мА — это удерживает потери ниже 50 мВ при 40 мА. Невозможно ожидать гораздо лучшего, чем это, если бы базовый ток не стал чрезмерным. В показанных схемах транзистор рассеивает менее 10 мВт. Вы можете использовать малый сигнальный транзистор (например, BC549 или BC559) для слаботочных нагрузок.


Рисунок 5 — Транзистор PNP (слева), NPN (справа)

Существует внутреннее ограничение с использованием BJT, и это напряжение обратного пробоя эмиттер-база.Для большинства из них напряжение пробоя составляет около 5 В, хотя для некоторых примеров оно может быть больше. Это означает, что входное напряжение выше 5 В, вероятно, неразумно, потому что переход эмиттер-база будет иметь обратное смещение. Это вызывает ухудшение характеристик транзистора и может передать обратное напряжение электронике. Полный пробой может передать полное обратное напряжение на электронику, что приведет к выходу из строя. Эта проблема, похоже, не была обнаружена в большинстве схем, которые я видел.

NPN-транзистор предположительно лучше, потому что они обычно имеют более высокое усиление и, следовательно, более низкие потери из-за более высокого сопротивления, используемого для питания базы. На практике разница будет в лучшем случае незначительной. Подобно N-канальному MOSFET, NPN-транзисторы должны использоваться в отрицательном выводе и требуют, чтобы отрицательный вход и шасси могли быть изолированы. Возникает та же проблема обратного пробоя перехода эмиттер-база.


Заключение

Как всегда в электронике, каждая из этих схем имеет свои преимущества и недостатки.Вам необходимо выбрать вариант, наиболее подходящий для вашего приложения, исходя из требуемого тока, доступного напряжения и допустимого падения напряжения. В коммерческих продуктах стоимость может быть решающим фактором, часто за счет повышения производительности.

В некоторых случаях продукту может потребоваться выжить при воздействии импульса высокой энергии в рамках процесса испытаний и / или сертификации. Этого может быть трудно достичь с помощью некоторых из обязательных испытаний импульсами высокой энергии, используемых различными агентствами по всему миру, и это также то, что всегда необходимо учитывать в автомобильных приложениях, где скачки нагрузки могут вызвать скачки высокого напряжения во всем транспортном средстве. электрическая система.Следовательно, информация здесь будет не более чем отправной точкой для некоторых приложений. Тщательное тестирование необходимо для любого продукта, предназначенного для агрессивной среды.

Вы также должны учитывать вероятность (или нет) применения обратного напряжения. Во многих случаях это может произойти только тогда, когда продукт собран, и если это будет сделано таким образом, чтобы почти полностью исключить ошибки, обратной полярности никогда не произойдет. Большинство продуктов не имеют внутренней защиты от полярности, если они питаются от сети.Это связано с тем, что после сборки оборудования нет никакой возможности изменить полярность, кроме как кто-то неопытный, пытающийся отремонтировать его. Немногие продукты (если таковые имеются) учитывают ошибки, допущенные во время обслуживания.

Если ваша схема может справиться с падением напряжения на диоде и потребляет низкий ток, то, вероятно, достаточно простого блокирующего диода (стандартного или Шоттки). Не думайте, что, поскольку схема MOSFET имеет лучшую производительность, она автоматически становится лучшим выбором.Эта производительность имеет повышенную стоимость и имеет свои особые ограничения. Хорошее проектирование должно минимизировать затраты и сложность и обеспечивать подход, который наилучшим образом соответствует вашим требованиям к дизайну.

Наконец, никогда не стоит недооценивать использование реле. Это одни из старейших известных «электронных» компонентов (на самом деле они электромеханические, но это не относится к делу). Их надежность и универсальность не имеют себе равных среди других компонентов, и тот факт, что они до сих пор используются сотнями миллионов, является подтверждением этого факта.Обратной стороной является их катушечный ток, но это часто имеет второстепенное значение.


Каталожные номера
  1. Самое низкое прямое падение напряжения среди реальных диодов Шоттки всегда лучший выбор — IXYS
  2. Схемы защиты от обратного тока / батареи — Texas Instruments
  3. Автомобильные полевые МОП-транзисторы: Защита от обратного тока батареи — Infineon
  4. Защита цепей обратного тока — Примечание по применению — Maxim


Прил.Индекс банкнот
Основной указатель
Уведомление об авторских правах. Эта статья, включая, но не ограничиваясь, весь текст и диаграммы, является интеллектуальной собственностью Рода Эллиотта и защищена авторским правом © 2017. Воспроизведение или повторная публикация любыми способами, электронными, механическими или электромеханическими, строго запрещены. в соответствии с международными законами об авторском праве. Автор (Род Эллиотт) предоставляет читателю право использовать эту информацию только для личного использования, а также разрешает сделать одну (1) копию для справки.Коммерческое использование запрещено без письменного разрешения Рода Эллиотта.

Страница создана и авторские права © Род Эллиотт, 9 января 2017 г.


Что такое диод? — Основы схемотехники

Диод — это специализированный электронный компонент, который действует как односторонний переключатель. Он проводит электрический ток только в одном направлении и ограничивает ток в противоположном направлении. Диод смещен в обратном направлении, когда он действует как изолятор, и смещен в прямом направлении, когда он пропускает ток.Диод имеет два вывода: анод и катод. Диоды используются в переключателях, модуляторах сигналов, смесителях сигналов, выпрямителях, ограничителях сигналов, регуляторах напряжения, генераторах и демодуляторах сигналов.

Диод в прямом смещении

Напряжение, приложенное к аноду, положительно по отношению к катоду. Кроме того, напряжение в диоде выше порогового напряжения, поэтому он действует как короткое замыкание и пропускает ток.

Диод в обратном смещении

Если катод положительный по отношению к аноду, диод имеет обратное смещение.Затем он будет действовать как разомкнутая цепь, в результате чего ток не будет протекать.

Для чего используются диоды?

Защита от обратного тока

Блокирующий диод используется в некоторых схемах для защиты в случае случайной проблемы с обратным подключением, такой как неправильное подключение источника постоянного тока или изменение полярности. Поток тока в неправильном направлении может повредить другие компоненты схемы.

Диод для защиты от обратного тока

На рисунке выше показано, что блокирующий диод включен последовательно с нагрузкой и с положительной стороной источника питания.В случае обратного подключения ток не будет течь, потому что диод будет иметь обратное смещение. Тогда нагрузка будет защищена от обратного тока. Однако, если полярность правильная, диод будет в прямом смещении, поэтому ток нагрузки может протекать через него.

Простые регуляторы напряжения

Стабилизатор напряжения используется для понижения входного напряжения до требуемого уровня и поддерживает его неизменным, несмотря на колебания напряжения питания. Его также можно использовать для регулирования выходного напряжения.Стабилитрон обычно используется в качестве регулятора напряжения, поскольку он предназначен для работы в условиях обратного смещения. При прямом смещении он ведет себя как нормальный сигнальный диод. С другой стороны, напряжение остается постоянным в широком диапазоне токов, когда к нему прикладывается обратное напряжение.

Стабилитрон как регулятор напряжения

На рисунке выше ток в диоде ограничивается последовательным резистором, подключенным к цепи. Поскольку диод подключен к положительной клемме источника питания, он работает как обратное смещение, которое также может работать в условиях пробоя.Обычно используется диод с высокой номинальной мощностью, поскольку он может выдерживать обратное смещение, превышающее его напряжение пробоя. Ток стабилитрона всегда будет минимальным, если приложены минимальное входное напряжение и максимальный ток нагрузки. Учитывая входное напряжение и необходимое выходное напряжение, мы можем использовать стабилитрон с напряжением, примерно равным напряжению нагрузки.

Стабилизаторы напряжения

Ток, протекающий через стабилитрон, уменьшается в пользу тока нагрузки, когда нагрузочный резистор подключен параллельно стабилитрону.Величина протекающего в нем тока важна, потому что это ключ к стабилизации. Глядя на кривую вольт-амперной характеристики стабилитронов, вы заметите резкое увеличение напряжения выше напряжения пробоя, что доказывает, что он лучше всего подходит для стабилизации небольших постоянных напряжений. Ток увеличивается, а сопротивление диода уменьшается. Поэтому напряжение на стабилитроне практически одинаковое. Обычно резистор подключается, чтобы убедиться, что максимально допустимая рассеиваемая мощность не превышена.

Преобразование переменного тока в постоянный

Диоды

обычно используются для построения различных типов выпрямительных схем, таких как полуволновые, двухполупериодные, центральные и полные мостовые выпрямители. Одно из основных его применений — преобразование переменного тока в постоянный.

Во время положительного полупериода входного питания анод становится положительным по отношению к катоду. Диод будет находиться в прямом смещении, что приведет к протеканию тока к нагрузке. Однако во время отрицательного полупериода входной синусоидальной волны анод становится отрицательным по отношению к катоду.Таким образом, диод будет иметь обратное смещение, и ток на нагрузку не будет течь. Выходное напряжение будет пульсирующим постоянным током, если и напряжение, и ток на стороне нагрузки имеют одну полярность. Нагрузка является резистивной в положительном полупериоде, и напряжение на нагрузочном резисторе будет таким же, как и напряжение питания. Ток нагрузки будет пропорционален приложенному напряжению, а входное синусоидальное напряжение будет на нагрузке.

Как работает диод?

Диод считается полупроводниковым устройством, имеющим два вывода и выполняющим функцию односторонней двери для электрического тока.Полупроводники могут быть проводниками или изоляторами. Его сопротивление можно контролировать, увеличивая или уменьшая его сопротивление, называемое легированием. Легирование — это процесс добавления примесных атомов в материал.

Есть два типа полупроводниковых материалов:

  • Материал N-типа — добавление мышьяка, фосфора, сурьмы, висмута и других пятивалентных элементов позволяет получить полупроводниковый материал N-типа. В нем есть лишние электроны. Его дополнительные отрицательно заряженные частицы перемещаются из отрицательно заряженной области в положительно заряженную.
  • Материал P-типа — добавление алюминия, галлия, бора, индия и других количеств позволяет получить полупроводниковый материал P-типа. Есть лишние отверстия.

Наличие дырок означает отсутствие электрона и положительный заряд. Каждый раз, когда электрон движется в дыру, он создает новую дыру позади себя, поскольку они движутся в противоположном направлении электронов. Комбинация материалов N-типа и P-типа образует соединение P-N. Вы можете видеть обедненные области по обе стороны от диодного перехода.Эта область обеднена свободными электронами и дырками. Электроны со стороны N-типа заполняют отверстия со стороны P-типа.

Что такое зона истощения?

Область обеднения образуется, когда на диод не подается напряжение, поэтому электроны из материала N-типа заполняют отверстия в материале P-типа вдоль перехода между слоями. В этой области материал N-типа или P-типа возвращается в исходное изоляционное состояние. Электричество не может течь в область истощения, поскольку все дыры заполнены, и нет свободных электронов или пустых пространств для электричества.

Вы увидите переход P-N, когда отверстия перемещаются со стороны P на материал N-типа и обнажают отрицательные заряды. Затем вы увидите дырки и электроны, диффундирующие на другую сторону. После этого начинает формироваться область истощения.

Диоды с прямым смещением и диоды с обратным смещением

Диоды специального назначения

Стабилитроны

Он состоит из сильно легированного PN перехода, который проводит в обратном направлении при достижении определенного заданного напряжения.Он также позволяет току течь в прямом или обратном направлении. Он обычно используется для ограничителей перенапряжения, регулирования напряжения, опорных элементов и любых других коммутационных приложений и схем ограничителей.

Диоды Шоттки

Диоды Шоттки

имеют низкое прямое падение напряжения, но очень быстрое переключение. Между металлом и полупроводником образуется переход полупроводник-металл, который создает барьер Шоттки. Когда через диод протекает ток, на выводах диода наблюдается небольшое падение напряжения.Чем меньше падение напряжения, тем выше эффективность системы и выше скорость переключения. Наиболее распространенные применения диода Шоттки — это радиочастота, выпрямитель в некоторых силовых приложениях и смеситель.

Выпрямительные диоды

Выпрямительные диоды могут быть смещенными или несмещенными. Выпрямительный диод становится несмещенным, когда на него не подается напряжение. В это время на P-стороне находится большинство дырок носителей заряда и очень мало электронов, тогда как на N-стороне больше всего электронов и очень мало дырок.С другой стороны, он становится смещенным в прямом направлении, когда положительный вывод источника напряжения подключается к стороне P-типа, а отрицательный вывод подключается к стороне N-типа. Это будет обратное смещение, когда положительный вывод источника напряжения подключен к концу N-типа, а отрицательный вывод источника подключен к концу P-типа диода. Через диод не будет тока, за исключением тока обратного насыщения, потому что истощающий слой перехода становится шире с увеличением напряжения обратного смещения.Выпрямительные диоды обычно используются в качестве компонента в источниках питания, который преобразует напряжение переменного тока в напряжение постоянного тока.

Сигнальные диоды

Сигнальные диоды обычно используются для обнаружения сигналов. Обычно они имеют низкий максимальный ток и среднее или высокое прямое напряжение. Одно из наиболее распространенных применений сигнального диода — это основной диодный переключатель.

Германиевые диоды

Германиевые диоды имеют низкое прямое падение напряжения, обычно 0.3 вольта. Низкое прямое падение напряжения приводит к низким потерям мощности и более эффективному диоду, что делает его во многих отношениях лучше, чем кремниевый диод. Это более важно в средах с очень низким уровнем сигнала, например, при обнаружении сигналов от аудио до частот FM и в логических схемах низкого уровня. Германиевые диоды имеют больший ток утечки для германия при обратном напряжении, чем для кремния.

Соединительные диоды

Переходные диоды — одни из самых простых полупроводниковых приборов.Но в отличие от других диодов, они не ведут себя линейно по отношению к приложенному напряжению. Диоды имеют экспоненциальную зависимость тока от напряжения. Он образуется, когда полупроводник P-типа объединяется с полупроводником N-типа, создавая потенциальный барьер через диодный переход.

Три возможных условия «смещения» для стандартного переходного диода

1. Прямое смещение — потенциал напряжения связан отрицательно с материалом N-типа и положительно с материалом N-типа на диоде, что уменьшает ширину диода с PN-переходом.

2. Обратное смещение — потенциал напряжения соединен положительно с материалом N-типа и отрицательно с материалом P-типа на диоде, что увеличивает ширину диода с PN-переходом.

3. Нулевое смещение — На диод PN-перехода не подается внешнее напряжение.


Защита от обратной полярности — Circuit Cellar

Много лет назад старый инженер дал мне ценный совет, предположив, что распространенная ошибка, которую мы совершаем, пытаясь сделать наши конструкции надежными, — это недооценивать изобретательность дураков.Одна из самых простых вещей, которые мы можем сделать, чтобы помешать этим изобретательным дуракам, — это предотвратить неправильное подключение питания к нашей цепи. Я бы порекомендовал вам учитывать это для всех ваших проектов, даже если существует лишь самая незначительная вероятность того, что может произойти обратная полярность.

Допустим, у нас есть схема, питаемая от двух элементов AA, которая потребляет до 100 мА и работает в диапазоне от 3,0 В до 2,0 В, что примерно соответствует тому значению, которое мы можем ожидать в течение срока службы батареи. Наша схема не терпит обратного подключения батарей, поэтому мы можем быть уверены, что рано или поздно кто-то сделает именно это.Как мы можем защитить схему?

Самый простой способ — подключить последовательно диод к источнику питания. Как показано слева на Рисунок 1 ниже. Это работает хорошо, но прямое падение напряжения на диоде составит 0,7–1,0 В. Это падение составляет 25% или более от доступного нам напряжения, когда батареи полностью заряжены, и до 50%, если батареи подходят к концу. Это явно неэффективно. Должен быть способ получше.

РИСУНОК 1. Классический подход к защите от обратной полярности (слева) представляет собой падение напряжения на диоде, которое может быть значительным для низковольтных цепей.В лучшем подходе справа используется полевой МОП-транзистор с P-каналом.

Мы всегда можем заменить стандартный диод диодом Шоттки с типичным прямым падением напряжения в диапазоне 0,2–0,5 В. Это намного лучше, но все же снижает нашу эффективность до 25% по мере того, как клетки достигают конца своей жизни.

Еще один очень изящный подход — использовать полевой МОП-транзистор с P-каналом, как показано справа на рис. 1 . Когда питание подается с правильной полярностью, основной диод полевого МОП-транзистора будет проводить, доводя клемму источника до падения на один диод ниже напряжения питания.Затем MOSFET включится, закорачивая диод, поскольку затвор теперь находится под более низким напряжением, чем источник.

Если приложено обратное напряжение, основной диод будет смещен в обратном направлении, а полевой МОП-транзистор будет отключен, так как его напряжение на затворе выше, чем напряжение его источника, и не будут протекать повреждающие обратные токи.

В нормальном режиме работы падение напряжения на полевом МОП-транзисторе будет определяться сопротивлением в открытом состоянии, которое обычно составляет всего несколько десятков или сотен миллиомов.В приведенном выше примере MOSFET RQ5A030AP упадет менее чем на 10 мВ при 100 мА. Отлично.

Вам следует проверить номинальное напряжение сток-исток и затвор-исток полевого МОП-транзистора, чтобы убедиться, что выбранный вами полевой МОП-транзистор работает в безопасном диапазоне. В этом случае полевой МОП-транзистор может выдерживать напряжение сток-исток -12 В и напряжение затвор-исток -8 В, так что у нас все хорошо. Нам также необходимо убедиться, что порог затвор-исток нашего полевого МОП-транзистора достаточно низок, чтобы он включился с минимально вероятным входным напряжением. Опять же, таблица предполагает, что у нас все будет в порядке, поскольку порог V GS составляет -1 В, а на 2.0V мы находимся в области насыщения.

Спонсор этой статьи

Эндрю Левидо ([электронная почта защищена]) получил степень бакалавра электротехники в Сиднее, Австралия, в 1986 году. Прежде чем перейти на руководящие должности, он несколько лет работал в отделе исследований и разработок для компаний силовой электроники и телекоммуникаций. В свободное время Эндрю проявлял непосредственный интерес к электронике, особенно к встроенным системам, силовой электронике и теории управления. За эти годы он написал ряд статей для различных изданий по электронике и время от времени предоставляет консультационные услуги.

Схем

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *