Электрику о диодах
 |
|---|
Полупроводниковый диод - прибор с одним выпрямляющим электрическим переходом и двумя выводами. Выпрямляющий переход носит название p-n-переход. Основным и главнейшим его свойством является то, что он проводит ток только в одном направлении. На рис.1 показано условное обозначение полупроводникового диода, обозначение его выводов с привязкой к полярности прилагаемого к выводам напряжения (плюс и минус) и направление пропускания тока. Свойство пропускания тока только в одном направлении получило название вентильного свойства. И такой диод иногда называют вентильным. Визуальным пояснением данного свойства может служить рис.2. Здесь на рис.2а наглядно показано, что в открытом состоянии пробка вентиля как бы открыта и ток свободно проходит в цепи. Во втором случае на рис.2б при обратном направлении тока пробка закрыта и ток не проходит. Если мы вспомним график переменного напряжения, рассмотренный в разделе "Про переменный ток и напряжение
", то согласно своему свойству, диод будет пропускать только одну полуволну такого напряжения. Обычное синусоидальный ток показан на рис.3 на верхнем графике. Показано четыре периода. Для простоты взята нулевая фаза при активной (резистивной) нагрузке. На среднем графике показано прохождение тока через аналогичную нагрузку при включении ее через один полупроводниковый диод. На нижнем графике показано прохождение тока через нагрузку при питании ее через мостовую схему выпрямителя на 4-х диодах. Теперь обо всем этом поподробнее.
1)Если мы запитаем, скажем, лампу обычным переменным напряжением без использования диода, то через нее потечет ток такой же синусоидальной формы, что и питающее напряжение источника. И если мы измеряем напряжение на источнике переменного питания и на лампе вольтметром в режиме измерения переменного напряжения, то увидим привычное нам значение в 220В. Такую же синусоиду мы увидим на осциллографе при подключении его к источнику питания или к лампе. Данное включение лампы изображено на рисунке слева. Ток через лампу и напряжение на ней показано на рис.3а.2)Если мы запитаем эту же лампу тем же переменным напряжением, но уже подключив ее последовательно с диодом, то через нее потечет ток только одной полуволны питающего напряжения синусоидальной формы. Эта полуволна будет соответствовать полярности переменного напряжения, которая будет являться положительной в данный момент времени для диода, ведь движение электронов при переменном напряжении меняется из стороны в сторону, как об этом говорилось в разделе "Про переменный ток и напряжение". Следовательно движение электронов в другую сторону будет отрицательной полуволной. И если мы измеряем напряжение на источнике переменного питания вольтметром в режиме измерения переменного напряжения, то увидим привычное нам значение в 220В. А вот на лампе мы сможем увидеть постоянное напряжение величиною в половину напряжения источника питания. Это будет 110В. При подключении осциллографа к источнику питания мы увидим привычную нам синусоиду, а вот на лампе мы увидим только верхнюю положительную полуволну. Отрицательная полуволна будет запираться диодом, как было показано на рис.2б. Данное включение лампы изображено на рисунке справа. Все вышесказанное соответствует рис.3б. При таком включении лампы мы зрительно сможем наблюдать ее мерцание, связанное с появлением положительной полуволны напряжения и "срезанием" диодом отрицательной полуволны напряжения.
|
|
Выпрямительный мост
Еще одно включение, которое можно рассмотреть с применение диода - это включение через выпрямительный мост. Оно характерно тем, что через диоды протекают обе полуволны напряжения, которые для нагрузки будут являться положительными полуволнами, т.к будут протекать через нагрузку в одном направлении. Переменное напряжение мы сможем увидеть только на исходном источнике питания, а вот на нагрузке будет только постоянное напряжение. По своему значению оно будет равно значению переменному, что, собственно в таких случаях и требуется. Подключив к нагрузке осциллограф, мы увидим выпрямленные диодным мостом полуволны переменного напряжения. Это показано на верхнем графике (см. рис.3в). А на рис.4 продемонстрировано движение электронов от источника питания через диодный мост и нагрузку. С учетом того, что полярность переменного напряжения меняется (о чем говорилось в разделе "Про переменный ток и напряжение"), то мы условно показали это движением электрона синего и зеленого цвета. Видно, что несмотря на изменение полярности источника напряжения, ток через саму нагрузку течет всегда в одном направлении. Значит, обе полуволны переменного напряжения, проходя через диодный мост, будут иметь на нагрузке одну и ту же полярность постоянного напряжения.
Су ществует также и схема применения всего 2-х диодов для выпрямления переменного тока с использованием трансформатора с отводом от средней точки. В ней правильная работа диодов осуществляется за счет того, что применяемый трансформатор имеет две одинаковые вторичные обмотки с, соответственно, равными напряжениями. Один полупериод работает одна обмотка, а другой - другая. Этот вариант вы сможете найти и разобрать сами. Но на практике, однако, применяется гораздо чаще именно рассмотренная выше схема.
1)Максимальный ток в прямом направлении, Iпр. Это тот самый ток, который и будет проходить через нагрузку при открытом состоянии диода. В большинстве применяемых диодов эта величина составляет от 0,1 до 10А. Бывают и более мощные. Однако надо учитывать, что в любом случае, когда через диод протекает прямой ток Iпр, то на нем "оседает" небольшое напряжение. Величина его зависит от величины протекающего тока, но в общем случае это примерно около 1В. Называется эта величина прямым падением напряжения и обычно обозначается как Uпр или Uпад. Для каждого диода она приводится в справочнике.
2)Максимально обратное напряжение, Uобр. Это наибольшее напряжение, в обратном направлении, при котором диод все еще сохраняет свои вентильные свойства. В общем, это всего-навсего, переменное напряжение, которое мы можем подключить к его выводам. И при выборе диодов для того же мостового выпрямителя именно на эту величину и требуется ориентироваться. При превышении значения этого напряжения происходит необратимый пробой диода как и при превышении прямого тока Iпр. Эта величина также имеется в справочниках по диодам.
Стоит отметить еще одну разновидность, если можно так сказать, диодов - это стабилитроны. Немного информации о них дальше.
Другая группа диодов - это стабилитроны. Их назначение - это не выпрямление тока, а стабилизация напряжения. В них тоже имеется p-n переход. В отличие от диода стабилитрон подключается в обратном направлении. Его вольт-амперная характеристика и условное обозначение показаны на рис.5. Из рис.5 видно, что при некотором значении напряжения на выводах стабилитрона меньшего, чем Umin, ток практически равен нулю. При напряжении Umin стабилитрон открывается, и через него начинает протекать ток. Участок напряжения от Umin до Umax, т.е. между точками 1 и 2 на графике, является рабочим участком опорного диода (стабилитрона). Минимальное и максимальное значения могут отличаться разве что на десятые доли вольта. Этим значениям соответствуют минимальный и максимальный токи стабилизации. Основные параметры стабилитрона - это:1)Напряжение стабилизации Uст. Производятся стабилитроны с напряжением стабилизации чаще всего от 6 до 12В, но имеются и от 2 до 6В, а также и более редкоиспользуемые свыше 12 и до 300В;
2)Минимальный ток стабилизации Iст.мин. Это наименьший ток, протекающий через стабилитрон, в результате чего на нем появляется его паспортное стабилизированное напряжение. Обычно это 4...5мА;
3)Максимальный ток стабилизации. Это наибольший ток через стабилитрон, который во время работы нельзя превышать, потому что наступает недопустимое нагревание стабилитрона. В маломощных моделях это чаще всего 20...40мА.
Чем круче участок 1 - 2 вольт-амперной характеристики стабилитрона, тем лучше он стабилизирует напряжение.
Конкретное применение стабилизаторов напряжения с расчетами приведено в разделах "Расчет параметрического стабилизатора
" и "Непрерывный компенсационный стабилизатор напряжения". Существуют и другие разновидности диодов. Это импульсные диоды, СВЧ-диоды, стабисторы, варикапы, туннельные диоды, излучающие диоды, фотодиоды. Но примем за факт то, что они все-таки используются не в простых электроустройствах, а в чистейшей воды радиоэлектронных, поэтому заострять свое на них внимание мы не будем. Тем более, что изучив основные свойства рассмотренных диодов, информацию о вышеназванных можно без труда посмотреть в технической литературе.
А в заключение, немного информации о маркировке полупроводниковых диодов. Осиановимся на российских.
Первый символ - буква (для приборов общего применения) или цифра (для приборов специального назначения), указывающая исходный полупроводниковый материал, из которого изготовлен диод: Г (или 1) - германий; К (или 2) - кремний; А (или 3) - GaAS. Второй символ - буква, обозначающая подкласс диода: Д - выпрямительные, высокочастотные (универсальные) и импульсные; В - варикапы; С - стабилитроны; Л - светодиоды. Третий символ - цифра, указывающая назначение диода (у стабилитронов - мощность рассеяния): например, 3 - переключательный, 4 - универсальный и т.д. Четвертый и пятый символы - 2-х значное число, указывающее порядковый номер разработки (у стабилитронов - номинальное напряжение стабилизации). Шестой символ - буква, обозначающая параметрическую группу прибора (у стабилитронов - последовательность разработки).
Несколько примеров маркировки:
ГД412А - германиевый (Г) диод (Д), универсальный (4), номер разработки 12, группа А; КС196В - кремниевый (К) стабилитрон (С), мощность рассеяния не более 0,3Вт (1), номинальное напряжение стабилизации 9,6В, третья разработка (В).
Для полупроводниковых диодов с малыми размерами корпуса используется цветная маркировка в виде меток, наносимых на корпус прибора.
 |