Меню

Как определить сопротивление диода по переменному току



Сопротивление диода

Различают два вида сопротивления диодов: дифференциальное сопротивление rD и сопротивление по постоянному току RD.

Дифференциальное сопротивление (сопротивление по переменному току) определяется как

где I – прямой ток, Is — тепловой (обратный) ток.

На прямом участке вольт-амперной характеристики диода дифференциальное сопротивление rD невелико и составляет значение несколько Ом. Действительно, при значении прямого тока диода I = 25 мА и значении теплового потенциала kT/q = 25 мВ величина дифференциального сопротивления rD будет равна rD = 1 Ом. На обратном участке вольт-амперной характеристики диода дифференциальное сопротивление rD стремится к бесконечности, поскольку в идеальных диодах при обратном смещении ток не зависит от напряжения.

Сопротивление по постоянному току RD определяется как отношение приложенного напряжения VG к протекающему току I через диод:

На прямом участке вольт-амперной характеристики сопротивление по постоянному току больше, чем дифференциальное сопротивление RD > rD, а на обратном участке — меньше RD

Стабилитроны

Стабилитроном называется полупроводниковый диод, вольт-амперная характеристика которого имеет область резкой зависимости тока от напряжения на обратном участке вольт-амперной характеристики.

ВАХ стабилитрона имеет вид, представленный на рисунке 1.18а, а конструкция корпуса на рис. 1.18б.

При достижении напряжения на стабилитроне, называемого напряжением стабилизации Uстаб, ток через стабилитрон резко возрастает. Дифференциальное сопротивление Rдиф идеального стабилитрона на этом участке ВАХ стремится к 0, в реальных приборах величина Rдиф составляет значение: Rдиф ≈ 2÷50 Ом.

Основное назначение стабилитрона — стабилизация напряжения на нагрузке, при изменяющемся напряжении во внешней цепи. В связи с этим последовательно со стабилитроном включают нагрузочное сопротивление, демпфирующее изменение внешнего напряжения. Поэтому стабилитрон называют также опорным диодом.

Напряжение стабилизации Uстаб зависит от физического механизма, обуславливающего резкую зависимость тока от напряжения. Различают два физических механизма, ответственных за такую зависимость тока от напряжения, — лавинный и туннельный пробой p-n перехода.

Для стабилитронов с туннельным механизмом пробоя напряжение стабилизации Uстаб невелико и составляет величину менее 5 вольт: Uстаб 8 .

Туннельный пробой в полупроводниках

Проанализируем более подробно механизмы туннельного и лавинного пробоя. Рассмотрим зонную диаграмму диода с p-n переходом при обратном смещении при условии, что области эмиттера и базы диода легированы достаточно сильно (рис. 1.19.).

Квантово-механическое рассмотрение туннельных переходов для электронов показывает, что в том случае, когда геометрическая ширина потенциального барьера сравнима с дебройлевской длиной волны электрона, возможны туннельные переходы электронов между заполненными и свободными состояниями, отделенными потенциальным барьером.

Форма потенциального барьера обусловлена полем p-n перехода. На рисунке 1.20 схематически изображен волновой пакет при туннелировании через потенциальный барьер треугольной формы.

Прохождение электронов в указанном на рис. 1.20 случае можно рассматривать как движение электронов вдоль оси х, где на интервале ∆х образуется потенциальный баръер высотой Ез.

Амплитудное уравнение Шредингера для рассматриваемого случая может быть записано в виде

∂ 2 ψ/∂t 2 + 2m/Ћ 2 (E-Eз)ψ = 0 (1.46)

Слева и справа от потенциального барьера уравнение примет вид

∂ 2 ψ/∂t 2 + (2m/Ћ 2 ) Eψ = 0

Внутри потенциального барьера

∂ 2 ψ/∂t 2 +( 2m/Ћ 2 ) (E-Eз)ψ = 0,

где Е – энергия электрона.

Введем к 2 1=2m/Ћ 2 E, к 2 2=2m/Ћ 2 ) (E-Eз)

Тогда дифференциальные уравнения примут вид

∂ 2 ψ/∂t 2 + к 2 1ψ = 0

∂ 2 ψ/∂t 2 + к 2 2ψ = 0

Решение для волновых функций электрона будут

Ψ 1е Ј К 1 Х +В1 е –ЈК 1 х — падающая и отраженная волна слева от потенциального барьера

Ψ 2е ЈК 2 Х + В2 е –ЈК 2 Х — волны в барьере

Ψ 3е Ј К 1 Х — прошедшая через барьер волна.

Постоянные А1, В1, А2, В2, А3 , представляющие собой амплитуды волн, находятся из граничных условий.

Используем условие непрерывности для волновой функции ψ и ее производной dψ/dx на границах потенциального барьера, а также предположение об узком и высоком потенциальном барьере ( к2w >> 1) , что соответствует случаю обратносмещенного p-n перехода, где w — ширина области пространственного заряда (обедненной области). В этом случае для вероятности туннельного перехода Tt получаем [ 1 ] :

Для барьера треугольной формы получено аналитическое выражение для зависимости туннельного тока Jтун от напряженности электрического поля Е следующего вида [ 1 ] :

За напряженность электрического поля пробоя Eпр условно принимают такое значение поля Е, когда происходит десятикратное возрастание обратного тока стабилитрона: Iтун = 10·I.

При этом для p-n переходов из различных полупроводников величина электрического поля пробоя Eпр составляет значения: кремний Si: Eпр = 4·10 5 В/см; германий Ge: Eпр = 2·10 5 В/см. Оценим напряжение Uобр, при котором происходит туннельный пробой. Будем считать, что величина поля пробоя Eпр определяется средним значением электрического поля в p-n переходе Eпр = Uобр/W . Поскольку ширина области пространственного заряда W изменяется от напряжения по закону , то, приравнивая значения W из выражений , получаем, что напряжение туннельного пробоя будет определяться следующим соотношением :

Рассмотрим, как зависит напряжение туннельного пробоя от удельного сопротивления базы стабилитрона. Поскольку легирующая концентрация в базе ND связана с удельным сопротивлением ρбазы соотношением ND = 1/ρμe, получаем:

Из уравнения следует, что напряжение туннельного пробоя Uz возрастает с ростом сопротивления базы ρбазы.

Эмпирические зависимости напряжения туннельного пробоя Uz для различных полупроводников имеют следующий вид:

германий (Ge): Uz = 100ρn + 50ρp;
кремний (Si): Uz = 40ρn + 8ρp,
где, ρn и ρp — удельные сопротивления n- и p-слоев, выраженные в (Ом·см).

Лавинный пробой в полупроводниках

Рассмотрим случай однородного электрического поля в полупроводнике. Если двигаясь вдоль силовых линий электрического поля электрон на расстоянии, равном длине свободного пробега λ, наберет энергию, равную либо большую, чем ширина запрещенной зоны, то, сталкиваясь с атомом решетки кристалла, этот электрон может вызвать генерацию еще одной электронно-дырочной пары. Дополнительно нагенерированные свободные носители также будут участвовать в аналогичном процессе. Это явление лавинного размножения свободных носителей в условиях сильного электрического поля получило название лавинного пробоя. На рисунке 1.21 показана схема, иллюстрирующая лавинный пробой.

Размеры геометрической области полупроводника W, в которой происходит лавинное умножение, должны быть существенно больше длины свободного пробега электрона λ. Соотношения, определяющие условие лавинного пробоя, будут следующие:

Рис. 1.21. а) распределение электрического поля, доноров и акцепторов и свободных носителей; б) распределение токов; в) зонная диаграмма, иллюстрирующая лавинное умножение в ОПЗ

Одним из параметров лавинного пробоя является коэффициент лавинного умножения M, определяемый как количество актов лавинного умножения в области сильного электрического поля. Если обозначить начальный ток I, то после лавинного умножения величина тока будет иметь вид: I = M·I,

где Uμ — напряжение лавинного пробоя, U — напряжение, n — коэффициент, равный 3 или 5 для Ge или Si соответственно.

Для несимметричного p + -n перехода расчет дает следующее значение напряжения лавинного пробоя VB при условии, что максимальное значение поля в ОПЗ p + -n перехода можно приближенно оценить как среднее:

Величина электрического поля Еm, определяемая соотношением (1.49), зависит от величины и типа легирующей концентрации ND, NA, температуры и лежит в диапазоне Еm = (4÷5)·10 5 В/см для кремния и Еm = (2÷3)·10 5 В/см для германия.

Источник

I. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ

бесплатной онлайн библиотеке «КнигаГо.ру»

Http://knigago.ru

I. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ

Выпрямительные диоды предназначены для выпрямления переменного тока низкой частоты (обычно менее 50 кГц). В качестве выпрямительных используют плоскостные диоды, допускающие благодаря значительной площади контакта большой выпрямленный ток. Вольт-амперная характеристика диода выражает зависимость тока, протекающего через диод, от значения и полярности приложенного к нему напряжения (рис.1.1). Ветвь, расположенная в первом квадранте, соответствует прямому (пропускному) направлению тока, а расположенная в третьем квадранте обратному направлению тока.

Чем круче и ближе к вертикальной оси прямая ветвь, и ближе к горизонтальной обратная ветвь, тем лучше выпрямительные свойства диода. При достаточно большом обратном напряжении у диода наступает пробой, т.е. резко возрастает обратный ток. Нормальная работа диода в качестве элемента с односторонней проводимостью возможна лишь в режимах, когда обратное напряжение не превышает пробивного.

Токи диодов зависят от температуры (см. рис.1.1). Если через диод протекает постоянный ток, то при изменении температуры падение напряжения на диоде изменяется приблизительно на 2 мВ/°С. При увеличении температуры обратный ток увеличивается в два раза у германиевых и в 2,5 раза у кремниевых диодов на каждые 10°С. Пробивное напряжение при повышении температуры понижается.

Высокочастотные диоды — приборы универсального назначения: для выпрямления токов в широком диапазоне частот (до нескольких сотен МГц), для модуляции, детектирования и других нелинейных преобразований. В качестве высокочастотных в основном используются точечные диоды. Высокочастотные диоды имеют те же свойства, что и выпрямительные, но диапазон их рабочих частот гораздо шире.

Unp — постоянное прямое напряжение при заданном постоянном прямом токе;

Uобр — постоянное обратное напряжение, приложенное к диоду в обратном направлении;

Iпp — постоянный прямой ток, протекающий через диод в прямом направлении;

Iобр — постоянный обратный ток, протекающий через диод в обратном направлении при заданном обратном напряжении;

Unp.oбр— значение обратного напряжения, вызывающего пробой перехода диода;

Inp.cp— средний прямой ток, среднее за период значение прямого тока диода;

Iвп.ср- средний выпрямительный ток, среднее за период значение выпрямленного тока, протекающего через диод (с учетом обратного тока);

Ioбр.cp— средний обратный ток, среднее за период значение обратного тока;

Рпр — прямая рассеиваемая мощность, значение мощности, рассеиваемой диодом при протекании прямого тока;

Pср — средняя рассеиваемая мощность диода, среднее за период значение мощности, рассеиваемой диодом при протекании прямого и обратного тока;

Rдиф — дифференциальное сопротивление диода, отношение малого приращения напряжения диода к малому приращению тока на нем при заданном режиме

(1.1)

Rnp.д. — прямое сопротивление диода по постоянному току, значение сопротивления диода, полученное как частное от деления постоянного прямого напряжения на диоде и соответствующего прямого тока

(1.2)

Rобр.д — обратное сопротивление диода; значение сопротивления диода, полученное как частное от деления постоянного обратного напряжения на диоде и соответствующего постоянного обратного тока

(1.3)

Максимально допустимые параметры определяют границы эксплуатационных режимов, при которых диод может работать с заданной вероятностью в течение установленного срока службы. К ним относятся: максимально допустимое постоянное обратное напряжение Uобр.max; максимально допустимый прямой ток Iпр.max, максимально допустимый средний прямой ток Iпр.ср.max, максимально допустимый средний выпрямленный токIвп.ср.max, максимально допустимая средняя рассеиваемая мощность диода Рср.max.

Указанные параметры приводятся в справочной литературе. Кроме того, их можно определить экспериментально и по вольт-амперным характеристикам.

Читайте также:  Размер генератора переменного тока

Рассмотрим пример (рис. 1.2). Рассчитать и сравнить Rдиф, Rпр.д для диода ГД107 при Iпр= 12 мА.

Дифференциальное сопротивление находим как котангенс угла наклона касательной, проведенной к прямой ветви ВАХ в точке Iпр= 12 мА (Rдиф

(1.4)

Прямое сопротивление диода находим как отношение постоянного напряжения на диоде Uпр=0,6В к соответствующему постоянному току Iпр=12мА на прямой ветви ВАХ.

(1.5)

Видим, что Rдиф >Rпр.д, что говорит об односторонней проводимости диода. Вывод об односторонней проводимости можно сделать и непосредственно из анализа ВАХ: прямой ток Iпp

мА при Uпр

Uст — напряжение стабилизации, напряжение на стабилитроне при протекании номинального тока;

∆Uст.ном — разброс номинального значения напряжения стабилизации, отклонение напряжения на стабилитроне от номи­нального значения;

Rдиф.ст — дифференциальное сопротивление стабилитрона, отношение приращения напряжения стабилизации на стабилитроне к вызвавшему его малому приращению тока в заданном диа­пазоне частот;

αСТ — температурный коэффициент напряжения стабилизации, отношение относительного изменения напряжения стабилизации к абсолютному изменению температуры окружающей среды при постоянном токе стабилизации.

Максимально допустимые параметры. К ним относятся: максимальный Iст.max, минимальный Iст.min токи стабилизации, максимально допустимый прямой ток Imax, максимально допустимая рассеиваемая мощность Pmax.

Принцип работы простейшего полупроводникового стабилизатора напряжения (рис.1.5) основан на использовании нелинейности вольт-амперной характеристики стабилитронов (см. рис.1.3).Простейший полупроводниковый стабилизатор представляет собой делитель напряжения, состоящий из ограничительного резистора Rогр и кремниевого стабилитрона VD. Нагрузка Rн подключается к стабилитрону,

В этом случае напряжение на нагрузке равно напряжению на стабилитроне

а входное напряжение распределяется между Rогр и VD

Ток через Rогр согласно первому закону Кирхгофа равен сумме токов нагрузки и стабилитрона

Величина Rогр выбирается таким образом, чтобы ток через стабилитрон был равен номинальному, т.е. соответствовал середине рабочего участка.

| следующая лекция ==>
Власть несбывшегося 21 страница | Передатчик 3Вт

Дата добавления: 2014-12-06 ; просмотров: 32981 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Проверка диодов мультиметром

И для любителей, и для профессионалов электроники очень важным умением является способность определить полярность (где катод, а где анод) и работоспособность диода. Так как мы знаем, что диод, по сути, является не более, чем односторонним клапаном для электричества, то вероятно, мы можем проверить его однонаправленный характер с помощью омметра, измеряющего сопротивление по постоянному току (питающегося от батареи), как показано на рисунке ниже. При подключении диода одним способом мультиметр должен показать очень низкое сопротивление на рисунке (a). При подключении диода другим способом мультиметр должен показать очень большое сопротивление на рисунке (b) (некоторые модели цифровых мультиметров в этом случае показывают «OL»).

Определение полярности диода: (a) Низкое сопротивление указывает на прямое смещение, черный щуп подключен к катоду, а красный – к аноду. (b) Перемена щупов местами показывает высокое сопротивление, указывающее на обратное смещение. Определение полярности диода: (a) Низкое сопротивление указывает на прямое смещение, черный щуп подключен к катоду, а красный – к аноду. (b) Перемена щупов местами показывает высокое сопротивление, указывающее на обратное смещение.

Конечно, чтобы определить, какое вывод диода является катодом, а какой – анодом, вы должны точно знать, какой вывод мультиметра является положительным (+), а какой – отрицательным (-), когда на нем выбран режим «сопротивление» или «Ω». В большинстве цифровых мультиметров, которые я видел, красный вывод используется, как положительный, а черный, как отрицательный, в соответствии с соглашением о цветовой маркировке электроники.

Одна из проблем использования омметра для проверки диода заключается в том, что мы имеем только качественное значение, а не количественное. Другими словами, омметр говорит вам, только в каком направлении диод проводит ток; полученное при измерении низкое значение сопротивления бесполезно. Если омметр показывает значение «1,73 ома» при прямом смещении диода, то число 1,7 Ом не представляет для нас, как для техников или разработчиков схем, никакой реально полезной количественной оценки. Оно не представляет собой ни прямое падение напряжения, ни величину сопротивления материала полупроводника самого диода; это число скорее зависит от обеих величин и будет изменяться в зависимости от конкретного омметра, используемого для измерения.

По этой причини, некоторые производители цифровых мультиметров оснащают свои измерительные приборы специальной функцией «проверка диода», которая показывает реальное прямое падение напряжения на диоде в вольтах, а не значение «сопротивления» в омах. Эти измерительные приборы работают, пропуская через диод небольшой ток и измеряя падение напряжения между двумя измерительными щупами (рисунок ниже).

Мультиметр с функцией «Проверка диода», вместо низкого сопротивления, показывает прямое падение напряжения 0,548 вольт. Мультиметр с функцией «Проверка диода», вместо низкого сопротивления, показывает прямое падение напряжения 0,548 вольт.

Показание прямого напряжения, полученное таким образом с помощью мультиметра обычно меньше, чем «нормальное» падение в 0,7 вольта для кремниевых диодов и 0,3 вольта для германиевых диодов, так как ток, обеспечиваемый измерительным прибором, довольно мал. Если у вас нет мультиметра с функцией проверки диодов, или вы хотели бы измерить прямое падение напряжения на диоде при другом токе, то можно собрать схему из батареи, резистора и вольтметра.

Измерение прямого напряжения диода с помощью мультиметра без функции «проверка диода»: (a) Принципиальная схема. (b) Схема соединений Измерение прямого напряжения диода с помощью мультиметра без функции «проверка диода»: (a) Принципиальная схема. (b) Схема соединений

Подключение диода в этой тестовой схеме в обратном направлении просто приведет к тому, что вольтметр покажет полное напряжение батареи.

Если эта схема была разработана для обеспечения протекания через диод тока постоянной (или почти) величины, несмотря на изменения прямого падения напряжения, то она может быть использована в качестве основы для инструмента, измеряющего температуру: измеренное на диоде напряжение будет обратно пропорционально температуре перехода диода. Конечно, ток через диод должен быть минимален, чтобы самонагревания (значительного количества рассеиваемой диодом мощности), которое могло бы помешать измерению температуры.

Помните, что некоторые цифровые мультиметры, оснащенные функцией «проверка диода», при работе в обычном режиме «сопротивление» (Ω) могут выдавать очень низкое тестовое напряжение (менее 0,3 вольт), слишком низкое для полного схлопывания (сжатия) обедненной области PN перехода. Суть в том, что тестирования полупроводниковых приборов здесь должна использоваться функция «проверка диода», а функция «сопротивления» – для всего остального. Использование очень низкого тестового напряжения для измерения сопротивления облегчает процесс измерения сопротивления неполупроводниковых компонентов, подключенных к полупроводниковым компонентам, так как переходы полупроводникового компонента не будут смещены такими низкими напряжениями в прямом направлении.

Рассмотрим пример резистора и диода, соединенных параллельно и припаянных к печатной плате. Как правило, перед измерением сопротивления резистора необходимо было бы выпаять его из схемы (отсоединить резистор от остальных компонентов), в противном случае любые параллельно подключенные компоненты будут влиять на полученные показания. При использовании мультиметра, который выдает на щупы очень низкое тестовое напряжение в режиме «сопротивление», на PN переход диода не будет подано напряжение, достаточное для того, чтобы он был смещен в прямом направлении, и, следовательно, диод будет пропускать незначительный ток. Следовательно, измерительный прибор «видит» диод, как разрыв, и показывает сопротивление только резистора (рисунок ниже).

Омметр, оснащенный очень низким тестовым напряжением ( Омметр, оснащенный очень низким тестовым напряжением (</p data-lazy-src=

Величина обратного напряжения диода измеряется не так легко, так как превышение обратного напряжения на обычном диоде приводит к его разрушению. Хотя существуют специальные типы диодов, разработанные для «пробоя» в режиме обратного смещения без повреждения диода (так называемые стабилитроны), которые тестируются в той же схеме источник/резистор/вольтметр при условии, что источник напряжения обеспечивает величину напряжения, достаточную для перехода диода в область пробоя. Более подробную информацию об этом читайте в одной из следующих статей этой главы.

Источник

Как определить сопротивление диода по переменному току

Полупроводниковый диод или просто диод представляет из себя радиоэлемент, который пропускает электрический ток только в одном направлении и блокирует его прохождение в другом направлении. По аналогии с гидравликой диод можно сравнить с обратным клапаном: устройством, которое пропускает жидкость только в одном направлении.

обратный клапан

обратный клапан

Диод – это радиоэлемент с двумя выводами. Некоторые диоды выглядят почти также как и резисторы:

диод 1N4007 диод

А некоторые выглядят чуточку по-другому:

д226б диод д214 диод

Есть также и SMD исполнение диодов:

Выводы диода называются – анод и катод. Некоторые по ошибке называют их “плюс” и “минус”. Это неверно. Так говорить нельзя.

На схемах диод обозначается так

Он может пропускать электрический ток только от анода к катоду.

Из чего состоит диод

В нашем мире встречаются вещества, которые отлично проводят электрический ток. Сюда в основном можно отнести металлы, например, серебро, медь, алюминий, золото и так далее. Такие вещества называют проводниками. Есть вещества, которые ну очень плохо проводят электрический ток – фарфор, пластмассы, стекло и так далее. Их называют диэлектриками или изоляторами. Между проводниками и диэлектриками находятся полупроводники. Это в основном германий и кремний.

После того, как германий или кремний смешивают с мельчайшей долей мышьяка или индия, образуется полупроводник N-типа, если смешать с мышьяком; или полупроводник P-типа, если смешать с индием.

Теперь если эти два полупроводника P и N -типа приварить вместе, на их стыке образуется PN-переход. Это и есть строение диода. То есть диод состоит из PN-перехода.

строение диода

строение диода

Полупроводник P-типа в диоде является анодом, а полупроводник N-типа – катодом.

Давайе вскроем советский диод Д226 и посмотрим, что у него внутри, сточив часть корпуса на наждачном круге.

диод Д226

диод Д226

Вот это и есть тот самый PN-переход

PN-переход диода

PN-переход диода

Как определить анод и катод диода

1) на некоторых диодах катод обозначают полоской, отличающейся от цвета корпуса

катод смд smd диода

2) можно проверить диод с помощью мультиметра и узнать, где у него катод, а где анод. Заодно проверить его работоспособность. Этот способ железный ;-). Как проверить диод с помощью мультиметра можно узнать в этой статье.

Где находится анод, а где катод очень легко запомнить, если вспомнить воронку для наливания жидкостей в узкие горлышки бутылок. Воронка очень похожа на схему диода. Наливаем в воронку, и жидкость у нас очень хорошо бежит, а если ее перевернуть, то попробуй налей-ка через узкое горлышко воронки ;-).

Читайте также:  Контактор переменного тока 25а

воронка диод

Диод в цепи постоянного тока

Как мы уже говорили, диод пропускает электрический ток только в одном направлении. Для того, чтобы это показать, давайте соберем простую схему.

прямое включение диода

прямое включение диода

Так как наша лампа накаливания на 12 Вольт, следовательно, на блоке питания тоже выставляем значение в 12 В и собираем всю электрическую цепь по схеме выше. В результате, лампочка у нас прекрасно горит. Это говорит о том, что через диод проходит электрический ток. В этом случае говорят, что диод включен в прямом направлении.

диод в прямом включении

диод в прямом включении

Давайте теперь поменяем выводы диода. В результате, схема примет такой вид.

обратное включение диода

обратное включение диода

Как вы видите, лампочка не горит, так как диод не пропускает электрический ток, то есть блокирует его прохождение, хотя источник питания и выдает свои честные 12 Вольт.

обратное включение

обратное включение диода

Какой вывод можно из этого сделать? Диод проводит постоянный ток только в одном направлении.

Диод в цепи переменного тока

Кто забыл, что такое переменный ток, читаем эту статью. Итак, для того, чтобы рассмотреть работу диода в цепи переменного тока, давайте составим схему. Здесь мы видим генератор частоты G, диод и два клеммника Х1 и Х2, с которых мы будем снимать сигнал с помощью осциллографа.

диод в цепи переменного тока

Мой генератор частоты выглядит вот так.

генератор частоты

генератор частот

Осциллограмму будем снимать с помощью цифрового осциллографа

цифровой осциллограф OWON

Генератор выдает переменное синусоидальное напряжение.

синусоидальный сигнал

синусоидальный сигнал

Что же будет после диода? Цепляемся к клеммам X1 и X2 и видим вот такую осциллограмму.

переменное напряжение после диода

переменное напряжение после диода

Диод вырезал нижнюю часть синусоиды, оставив только верхнюю часть.

А что будет, если мы поменяем выводы диода? Схема примет такой вид.

переменый ток после диода

переменый ток после диода

Что же получим на клеммах Х1 и Х2 ? Смотрим на осциллограмму.

переменный ток после диода

переменный ток после диода

Ничего себе! Диод срезал только положительную часть синусоиды!

Характеристики диода

Давайте рассмотрим характеристику диода КД411АМ. Ищем его характеристики в интернете, вбивая в поиск “даташит КД411АМ”

параметры диода КД411

Для объяснения параметров диода, нам также потребуется его ВАХ

вольтамперная характеристика диода

1) Обратное максимальное напряжение Uобр – это такое напряжение диода, которое он выдерживает при подключении в обратном направлении, при этом через него будет протекать ток Iобр – сила тока при обратном подключении диода. При превышении обратного напряжения в диоде возникает так называемый лавинный пробой, в результате этого резко возрастает ток, что может привести к полному тепловому разрушению диода. В нашем исследуемом диоде это напряжение равняется 700 Вольт.

2) Максимальный прямой ток Iпр – это максимальный ток, который может течь через диод в прямом направлении. В нашем случае это 2 Ампера.

3) Максимальная частота Fd , которую нельзя превышать. В нашем случае максимальная частота диода будет 30 кГц. Если частота будет больше, то наш диод будет работать неправильно.

Виды диодов

Стабилитроны

Стабилитроны представляют из себя те же самые диоды. Даже из названия понятно, чтоб стабилитроны что-то стабилизируют. А стабилизируют они напряжение. Но чтобы стабилитрон выполнял стабилизацию, требуется одно условие. Они должны подключатся противоположно, чем диоды. Анод на минус, а катод на плюс. Странно не правда ли? Но почему так? Давайте разберемся. В Вольт амперной характеристике (ВАХ) диода используется положительная ветвь – прямое направление, а вот в стабилитроне другая часть ветки ВАХ – обратное направление.

Снизу на графике мы видим стабилитрон на 5 Вольт. Сколько бы у нас не изменялась сила тока, мы все равно будем получать 5 Вольт ;-). Круто, не правда ли? Но есть и подводные камни. Сила тока не должны быть больше, чем в описании на диод, иначе он выйдет из строя от высокой температуры – Закон Джоуля-Ленца. Главный параметр стабилитрона – это напряжение стабилизации (Uст). Измеряется в Вольтах. На графике вы видите стабилитрон с напряжением стабилизации 5 Вольт. Также есть диапазон силы тока, при котором будет работать стабилитрон – это минимальный и максимальный ток (Imin, Imax). Измеряется в Амперах.

Выглядят стабилитроны точно также, как и обычные диоды:

Диод

На схемах обозначаются вот так:

Светодиоды

Светодиоды – особый класс диодов, которые излучают видимый и невидимый свет. Невидимый свет – это свет в инфракрасном или ультрафиолетовом диапазоне. Но для промышленности все таки большую роль играют светодиоды с видимым светом. Они используются для индикации, оформления вывесок, светящихся баннеров, зданий а также для освещения. Светодиоды имеют такие же параметры, как и любые другие диоды, но обычно их максимальный ток значительно ниже.

Предельное обратное напряжение (Uобр) может достигать 10 Вольт. Максимальный ток (Imax) будет ограничиваться для простых светодиодов порядка 50 мА. Для осветительных больше. Поэтому при подключении обычного диода нужно вместе с ним последовательно подключать резистор. Резистор можно рассчитать по нехитрой формуле, но в идеале лучше использовать переменный резистор, подобрать нужное свечение, замерять номинал переменного резистора и поставить туда постоянный резистор с таким же номиналом.

светодиоды осветительные светодиоды

Лампы освещения из светодиодов потребляют копейки электроэнергии и стоят дешево.

Диод

Очень большим спросом пользуются светодиодные ленты, состоящие из множества SMD светодиодов. Смотрятся очень красиво.

На схемах светодиоды обозначаются так:

Не забываем, что светодиоды делятся на индикаторные и осветительные. Индикаторные светодиоды обладают слабым свечением и используются для индикации каких-либо процессов, происходящих в электронной цепи. Для них характерно слабое свечение и малый ток потребления

светодиоды

Ну и осветительные светодиоды – это те, которые используются в ваших китайских фонариках, а также в LED-лампах

Диод

Светодиод – это токовый прибор, то есть для его нормальной работы требуется номинальный ток, а не напряжение. При номинальном токе на светодиоде падает некоторое напряжение, которое зависит от типа светодиода (номинальной мощности, цвета, температуры). Ниже табличка, показывающая какое падение напряжения бывает на светодиодах разных цветов свечения при номинальном токе:

Как проверить светодиод можно узнать из этой статьи.

Тиристоры

Тиристоры представляют собой диоды, проводимость которых управляется с помощью третьего вывода – управляющего электрода (УЭ). Основное применение тиристоров – это управление мощной нагрузкой с помощью слабого сигнала, подаваемого на управляющий электрод. Выглядят тиристоры примерно как диоды или транзисторы. У тиристоров параметров столько, что не хватит статьи для их описания. Главный параметр – Iос,ср. – среднее значение тока, которое должно протекать через тиристор в прямом направлении без вреда для его здоровья. Немаловажным параметром является напряжение открытия тиристор – (Uу), которое подается на управляющий электрод и при котором тиристор полностью открывается.

тиристор

а вот так примерно выглядят силовые тиристоры, то есть тиристоры, которые работают с большой силой тока:

На схемах триодные тиристоры выглядят вот таким образом:

Существуют также разновидности тиристоров – динисторы и симисторы. У динисторов нет управляющего электрода и он выглядит, как обычный диод. Динисторы начинают пропускать через себя электрический ток в прямом включении, когда напряжение на нем превысит какое-то значение. Симисторы – это те же самые триодные тиристоры, но при включении пропускают через себя электрический ток в двух направлениях, поэтому они используются в цепях с переменным током.

Диодный мост и диодные сборки

Производители также несколько диодов заталкивают в один корпус и соединяют их между собой в определенной последовательности. Таким образом получаются диодные сборки. Диодные мосты – одна из разновидностей диодных сборок.

маломощный диодный мост

На схемах диодный мост обозначается вот так:

Существуют также и другие виды диодов, такие как варикапы, диод Ганна, диод Шоттки и тд. Для того, чтобы их всех описать, нам не хватит и вечности.

Очень интересное видео про диод

Похожие статьи по теме “диод”

Источник

Проверка светодиода мультиметром (тестером) на исправность

Классификация

Диоды относятся к простым полупроводниковым радиоэлементам на основе p-n перехода. На рисунке представлено графическое обозначение наиболее распространенных типов этих устройств. Анод отмечен «+», катод – «-» (приведено для наглядности, в схемах для определения полярности достаточно графического обозначения).

Принятые обозначения диодов

Принятые обозначения

Типы диодов, указанные на рисунке:

  • А – выпрямительный;
  • B – стабилитрон;
  • С – варикап;
  • D – СВЧ-диод (высоковольтный);
  • E – обращенный диод;
  • F – туннельный;
  • G – светодиод;
  • H – фотодиод.

Теперь рассмотрим способы проверки для каждого из перечисленных видов.

Определяем характеристики диодов

Соберите простейшую схему для снятия характеристик светодиода. Она на столько проста, что можно это сделать, не используя паяльник.

Схема пробника для определения параметров светодиода

Давайте сначала рассмотрим, как узнать мультиметром на сколько вольт наш светодиод, с помощью такого пробника. Для этого внимательно следуйте инструкции:

  1. Соберите схему. В разрыв цепи (на схеме «mA») установите мультиметр в режиме измерения тока.
  2. Переведите потенциометр в положение максимального сопротивления. Плавно убавляйте его, следите за свечением диода и ростом тока.
  3. Узнаём номинальный ток: как только увеличение яркости прекратится, обратите внимание на показания амперметра. Обычно это порядка 20мА для 3-х, 5-ти и 10-ти мм светодиодов. После выхода диода на номинальный ток яркость свечения почти не изменяется.
  4. Узнаём напряжение светодиода: подключите вольтметр к выводам LED. Если у вас один измерительный прибор, тогда исключите из неё амперметр и в цепь подключите тестер в режиме измерения напряжения параллельно диоду.
  5. Подключите питание, снимите показания напряжения (см. подключение «V» на схеме). Теперь вы знаете на сколько вольт ваш светодиод.
  6. Как узнать мощность светодиода мультиметром с помощью этой схемы? Вы уже сняли все показания для определения мощности, нужно всего лишь умножить миллиамперы на Вольты, и вы получите мощность, выраженную в милливаттах.

Однако на глаз определить изменение яркости и вывести светодиод на номинальный режим крайне сложно, нужно иметь большой опыт. Упростим процесс.

Признаки исправного диода:

  • При подключении плюсового щупа (красный) мультиметра к аноду диода, а минусового щупа (черный) к катоду диода на экране мультиметра должна высветиться определенная величина прямого напряжения данного диода. У разных типов диодов прямое напряжение отличается. Так у германиевых диодов оно составляет примерно 0,3…0,7 вольт, у кремниевых диодов 0,7…1,0 вольта. Хотя некоторые типы мультиметров могут показывать более низкое значение прямого напряжения в режиме проверки.
  • И на оборот, при подключении минусового щупа мультиметра к аноду диода, а плюсового щупа к катоду диода на экране будет ноль.
Читайте также:  Оказание первой медицинской помощи при пострадавшим от электрического тока

При иных показаниях мультиметра можно утверждать о неисправности проверяемого диода.

Проверяем выпрямительный диод и стабилитрон

Защитный диод, а также выпрямительный (включая силовой)или шоттки можно проверить при помощи мультиметра (или воспользоваться омметром), для этого переводим прибор в режим прозвонки так, как это показано на фотографии.

Режим мультиметра, при котором тестируются полупроводниковые выпрямительные диоды

Режим мультиметра, при котором тестируются полупроводниковые выпрямительные диоды

Щупы измерительного прибора присоединяем к выводам радиоэлемента. При присоединении красного провода («+») к аноду, а черного («-») к катоду дисплей мультиметра (или омметра) отобразит значение порогового напряжения тестируемого диода. После того, как меняем полярность, прибор должен показать бесконечно большое сопротивление. В этом случае можно констатировать исправность элемента.

Если при обратном подключении мультиметр регистрирует утечку, значит, радиоэлемент «сгорел» и нуждается в замене.

Заметим, данную методику проверки можно использовать для тестирования диодов на генераторе автомобиля.

Тестирование стабилитрона осуществляется по сходному принципу, правда, такая проверка не позволяет определить, осуществляется ли стабилизация напряжения на заданном уровне. Поэтому нам потребуется собрать простую схему.

Тестирование с использованием регулируемого источника питания

Тестирование с использованием регулируемого источника питания

  • БП – регулируемый блок питания (отображающий ток нагрузки и напряжение);
  • R – токоограничительное сопротивление;
  • VT – тестируемый стабилитрон или лавинный диод.

Принцип проверки следующий:

  • производим сборку схемы;
  • устанавливаем режим мультиметра, позволяющий измерить постоянное напряжение до 200 В;

Выбор необходимого режима для тестирования

Выбор необходимого режима для тестирования

  • включаем блок питания и начинаем постепенно увеличивать величину напряжения, пока амперметр на блоке питания не покажет, что через цепь протекает ток;
  • подключаем мультиметр, как указано на рисунке и измеряем величину напряжения стабилизации.

Тестирование варикапов

В отличие от обычных диодов, у варикапов p-n переход обладает непостоянной емкостью, величина которой пропорциональна обратному напряжению. Проверка на обрыв или замыкание для этих элементов осуществляется также, как у обычных диодов. Для проверки емкости потребуется мультиметр, у которого есть подобная функция.

Демонстрация проверки варикапа

Демонстрация проверки варикапа

Для тестирования потребуется установить соответствующий режим мультиметра, как показано на фото (А) и вставить деталь в разъем для конденсаторов.

Как правильно заметил один из комментаторов данной статьи, действительно, определить емкость варикапа, не оперируя номинальным напряжением невозможно. Поэтому, если возникла проблема с идентификацией по внешнему виду, потребуется собрать простую приставку для мультиметра (повторюсь для критиков, именно цифрового мульти метра с функцией измерения емкости верки конденсаторов, например UT151B).

Приставка к мультиметру для измерения емкости варикапа

Приставка к мультиметру для измерения емкости варикапа

  • Резисторы: R1, R2 -120 кОм (да, два резистора, да последовательно, нет одним заменить нельзя, паразитную емкость, далее без комментариев); R3 – 47 кОм; R4 – 100 Ом.
  • Конденсаторы: С1 – 0,15 мкФ; С2 – 75 пФ; С3 – 6…30 пФ; С4 – 47 мкФ га 50 вольт.

Устройство требует настройки. Она довольно проста, собранное устройство, подключается к измерительному прибору (мультиметр с функцией измерения емкости). Питание должно подаваться со стабилизированного источника питания (важно) с напряжением 9 вольт (например, батарея Крона). Меняя емкость подстрочного конденсатора (С2) добиваемся показания на индикаторе 100 пФ. Это значение мы будем вычитать от показания прибора.

Данный вариант неидеален, необходимость его практического применения вызывает сомнения, но схема наглядно демонстрирует зависимости емкости варикапа от номинального напряжения .

Тестирование высоковольтных диодов

Проверить высоковольтный диод СВЧ печи тем же способом, что и обычный, не получится, в виду его особенностей. Для тестирования этого элемента, понадобится собрать схему (показанную на рисунке ниже), подключенную к блоку питания 40-45 вольт.

Схема для проверки используемого в микроволновке диода

Схема для проверки используемого в микроволновке диода

Напряжения 40-45 вольт будет достаточно для поверки большинства элементов данного типа, методика тестирования — как у обычных диодов. Величина сопротивления R должна быть в пределах от 2кОм до 3,6кОм.

Диоды туннельного и обращенного типа

Учитывая, что ток, протекающий через диод, зависит от напряжения, приложенного к нему, тестирование заключается в анализе этой зависимости. Для этого потребуется собрать схему, например, такую, как показана на рисунке.

Тестирование диодов туннельного типа

Тестирование диодов туннельного типа

  • VD – тестируемый диод туннельного типа;
  • Uп – любой гальванический источник питания, у которого ток разряда около 50 мА;
  • Сопротивления: R1 – 12Ω, R2 – 22Ω, R3 – 600Ω.

Диапазон измерений, выставленный на мультиметре ,не должен быть меньше тока максимума диода, этот параметр указан в даташит (datasheet) радиоэлемента.

  • устанавливается максимальное значение на переменном резисторе R3;
  • подключается тестируемый элемент, с соблюдением указанной на схеме полярности;
  • уменьшая величину R3, наблюдаем за показаниями измерительного прибора.

Если элемент исправен, в процессе измерения прибор покажет увеличение тока до Imax диода, после чего последует резкое уменьшение этой величины. При дальнейшем повышении напряжения ток уменьшится до Imin, после чего снова начнет расти.

Проверка супрессора (TVS-диода)

Защитный диод, он же ограничительный стабилитрон, супрессор и TVS-диод. Данные элементы бывают двух типов: симметричные и несимметричные. Первые используются в цепях переменного тока, вторые – постоянного. Если кратко объяснить принцип действия такого диода, то он следующий:

Увеличение входного напряжения вызывает уменьшение внутреннего сопротивления. В результате увеличивается сила тока в цепи, что вызывает срабатывание предохранителя. Преимущество устройства заключается в быстроте реакции, что позволяет принять на себя переизбыток напряжения и защитить устройство. Скорость срабатывания – главное достоинство защитного (TVS) диода.

Теперь о проверке. Она ничем не отличается от обычного диода. Правда есть исключение – диоды Зенера, которые также можно отнести к TVS семейству, но по сути это быстрый стабилитрон, работающий по «механизму» лавинного пробоя (эффект Зинера). Но, проверка работоспособности скатывается к обычной прозвонке. Создание условий срабатывания приводит к выходу элемента из строя. Другими словами, способа проверки защитных функций TVS-диода нет, это как проверить спичку (годная она или нет) пытаясь поджечь.

Тестирование обычного диода, используя аналоговый мультиметр.

Чтобы проверить обычный Кремниевый диод, используя аналоговый мультиметр, поместите селектор мультиметра в позицию низкого сопротивления (1K). Соедините положительный вывод мультиметра к аноду диода и отрицательный вывод мультиметра к катоду диода. Если мультиметр показывает чтение низкого сопротивления, мы можем предположить, что диод исправен. Этот — тест для того, чтобы проверить прямосмещенный режим диода.

Теперь поместите селектор мультиметра в позицию высокого сопротивления (100K). Соедините положительный вывод мультиметра к катоду диода и отрицательный вывод к аноду диода. Если мультиметр показывает бесконечное чтение, мы можем предположить, что диод исправен. Этот — тест для того, чтобы проверить обратный режим блокирования диода. Мультиметр показывает бесконечное или очень высокое сопротивление, потому что у обратно-смещенного диода есть очень высокое сопротивление (обычно в диапазоне сотен Омов K).

Диод и светодиод.

Диод и светодиод.

Тестирование Диода Зенера

Прямые характеристики Диода Зенера подобны обычному диоду. Так методы, используемые для того, чтобы протестировать вперед проводящий режим любого обычного диода, также применимо к Диоду Зенера . Но в обратном режиме, у напряжения обратного пробоя есть большое значение, и это должно быть в частности протестировано. Например, 5.3-вольтовый Диод Зенера должен начать проводить только, когда примененное обратное напряжение просто превышает 5.3V. Режим обратного смещения Диода Зенера может быть легко протестирован при помощи схемы, данной ниже. Сопротивление R1 может обычно быть 100 Омов.

Мультиметр должен быть в режиме напряжения. Теперь медленно увеличивайте производство переменного источника питания и одновременно наблюдайте напряжение, показанное в мультиметре. Дисплей мультиметра увеличивается вместе с увеличением напряжения источника питания до напряжения пробоя. Кроме того показания мультиметра остается неизменным несмотря на напряжение источника питания. Это вызвано тем, что Диод Зенера находится теперь в области пробоя, и напряжение через него останется постоянным независимо от увеличения напряжения питания, и это постоянное напряжение будет равно напряжению пробоя.
Если показание мультиметра равно напряжению пробоя, определенному производителем, мы можем предположить, что Диод Зенера исправен. При выполнении этого теста не забудьте не превышать входное напряжение возбуждения к точке, которая вынуждает Диод Зенера рассеять больше питания. Обычно оно не должно превышать больше, чем 10mA

Особенности диодов

Стандартный диод представляет собой компонент электросети и выступает в роли полупроводника с p-n переходом. Его строение позволяет пропускать ток по цепи только в одном направлении — от анода к катоду (разные концы детали). Для этого нужно подать на анод «+», а на катод – «-». Из-за такой особенности изделия, при подозрении на предмет поломки, его можно проверить тестером или мультиметром.

Различные виды диодов.

Различные виды диодов.

На сегодняшний день в радиоэлектронике существует несколько видов диодов: Виды диодов:

  • светодиод. При прохождении электрического тока через такой элемент он начинает светиться в результате трансформации энергии в видимое свечение;
  • защитный или обычный диод. Такие элементы в электросети выполняют роль супрессора или ограничителя напряжения. Одной из разновидностей данного элемента является диод Шоттки. Его еще называют как диод с барьером Шоттки. Такой элемент при прямом включении дает малое падение напряжения. В Шоттки вместо p-n перехода применяется переход металл-полупроводник.

Будет интересно➡ Как сделать распиновку блока питания компьютера

Вот небольшая подборка, составленная из конкретных диодов и соответствующих им величин Vf, которые были получены при их тестировании мультиметром. Все диоды были предварительно проверены на исправность.

Подборка замеров диодов

Таблица замеров характеристик диодов с помощью мультимера.

Если обычные детали и светодиоды используются в превалирующем большинстве электроприборов, то Шоттки – преимущественно в качественных блоках питания (например, для таких приборов, как компьютеры). Стоит отметить, что проверка обычного диода и Шоттки практически ни чем особым не отличается, так как проводится по одному и тому же принципу. Поэтому не стоит беспокоиться по данному вопросу, ведь принцип работы и Шоттки, и обычных диодов идентичен.

Обратите внимание! Здесь только стоит отметить, что Шоттки в большинстве случаев встречаются сдвоенными, размещаясь в общем корпусе. При этом они имеют общий катод. В такой ситуации можно эти детали не выпаивать, а проверить «на месте».

Диод Шоттки

Являясь компонентом электронной схемы, такие полупроводниковые элементы довольно часто выходят из строя. Самыми распространенными причинами выхода их из строя бывают:

  • превышение максимально допустимого уровня прямого тока;
  • превышение обратного напряжения;
  • некачественная деталь;
  • нарушение правил эксплуатации прибора, установленных производителем.

Источник

Adblock
detector