Диодом: d0_ba_d0_be_d0_bd_d1_81_d0_bf_d0_b5_d0_ba_d1_82-arduino:d0_b4_d0_b8_d0_be_d0_b4 [Амперка / Вики]

Содержание

Модуль компонента с диодом (289-103)

Электрические данные

Рабочее напряжение ≤ AC/DC 100 V
Максимальная переполюсовка 100 V
Выпрямленный ток для каждого диода (резистивный) 6 A
Прямое напряжение на диод 1 V
Прямой ток на диод (резистивный) 6 A
Ток утечки 5 µA

Защита и безопасность:

Номинальное напряжение 250 V
Номинальное импульсное напряжение 4 kV
Степень загрязнения 2
Тип защиты IP00*
Примечание по типу защиты *Внимание! Существует опасность случайного касания компонентов под напряжением! Защиту от прямого контакта должен обеспечить производитель оборудования – например, посредством крышки WAGO серии 709 (см.
«Принадлежности») или другой подобной крышки. Необходимо следовать инструкции по установке каждого конкретного устройства.

Данные соединения

Технология подключения CAGE CLAMP®
Соединитель WAGO Серия WAGO 236
Однопроволочный проводник 0,08 … 2,5 mm² / 28 … 12 AWG
Тонкопроволочный проводник 0,08 … 2,5 mm² / 28 … 12 AWG
Длина снятия изоляции 5 … 6 mm / 0.2 … 0.24 inch
Примечание (сечение проводника) 12 AWG: THHN, THWN

Geometrical Data

Ширина 47 mm / 1.85 inch
Высота от верхнего края DIN-рейки 31,5 mm / 1.24 inch
Глубина 65,5 mm / 2.
579 inch

Механические данные

Тип монтажа Монтаж на DIN-рейку посредством адаптера DIN-рейки
Конструкция корпуса Печатная плата

Environmental Requirements

Температура окружающей среды (работа) -25 … 40 °C

Коммерческие данные

Product Group 6 (Interface Electronics)
Тип упаковки BOX
Страна происхождения DE
Глобальный идентификационный номер единицы товара 4045454569372
Код ТН ВЭД 85369010000

ZALVM4 Блок контактов 230В с красным диодом

Серия: Кнопки и лампочки

Артикул: ZALVM4

ETIM класс: EC000204

Тип крепления: Крепление к основанию

Тип напряжения управления: AC (перемен. )

Цоколь (патрон) лампы : Прочее

Тип подключения вспомогат. цепей: Винтовое соединение

Цвет лампы: Красный

Тип лампы: Светодиод. (LED)

Номинальное напряжение Ue при AC 60 Гц: 220

Номинальное напряжение Ue при AC 50 Гц: 220

С встроенным диодом: да

С встроенной лампой: да

Доступно для покупки: 1

Вставка с диодом ДВ-4ПР1-П/15 (1)

Характеристики

Артикул 022097451 / 221097452
Номинальный ток, А 1
Компонент диод (полярность к-а)

Исполнения

Вставка с диодом ДВ-4ПР1-П/15 (1)

Вставка с диодом ДВ-4ПР1-П/15 (1)-Р

Артикул

022097451

221097452

Исполнение по области применения

Общепромышленное

Морское

Номинальный ток, А

1

1

Компонент

диод (полярность к-а)

диод (полярность к-а)

снижение потерь в режиме жесткой коммутации

Замена кремниевых сверхбыстрых (Ultrafast) Si-диодов с плавной характеристикой восстановления, используемых в качестве оппозитных IGBT в режиме жесткой коммутации, на карбидокремниевые диоды Шоттки (SiC Schottky) позволяет снизить коммутационные потери в диоде на 80% и в IGBT на 50%.

Введение

Кремниевый (Si) IGBT, сочетающий в себе выходные и динамические характеристики биполярного транзистора и легкость управления MOSFET, стал основным силовым ключом, используемым в режиме жесткой коммутации в высоковольтных (более 500 В) и мощных (более 500 Вт) устройствах. К типичным областям применения относятся инверторы приводов, источники бесперебойного питания, сварочное оборудование и импульсные источники питания (SMPS).

Постоянно растущий спрос на повышение эффективности, упрощение системы охлаждения, уменьшение габаритов элементов силовой электроники, а также более строгие требования к уровню излучаемых помех EMI/RFI и качеству электроэнергии создают новые проблемы для разработчиков. Выполнение этих требований в значительной степени связано со снижением потерь включения IGBT при работе на индуктивную нагрузку в режиме жесткой коммутации. Ток обратного восстановления, наблюдаемый при выключении кремниевых оппозитных диодов, напрямую влияет на потери включения IGBT.

Проблема усугубляется тем, что ток обратного восстановления увеличивается с повышением рабочей температуры, тока и di/dt.

Ток обратного восстановления диода и коммутационные потери IGBT могут быть существенно снижены при замене кремниевых оппозитных PiN-диодов на SiC-диоды с барьером Шоттки (SBD). Из-за особенностей кремния изготовить Si-диоды Шоттки с рабочим напряжением выше 200 В невозможно.

SiC-диоды Шоттки

SiC SBD выпускаются с номинальным напряжением 600 и 1200 В, 600-В диоды выпускаются с током 1, 4, 6, 10 и 20 А, 1200-В имеют номинальный ток 5 и 10 А. Основным преимуществом высоковольтных SiC SBD являются отличные динамические характеристики. Они имеют крайне низкий заряд обратного восстановления Q

rr, который обусловлен барьерной емкостью, а не накоплением заряда. Кроме того, в отличие от Si-PiN-диодов, этот заряд не зависит от di/dt, прямого тока и температуры. Максимальная температура кристалла +175 °C у SiC SBD является фактической рабочей температурой. Сверхнизкая величина Qrr SiC SBD позволяет уменьшить уровень коммутационных потерь в типовых схемах на основе IGBT, работающих в режиме жесткого переключения. В результате снижается температура корпуса IGBT, повышается эффективность системы, что даже дает возможность использовать менее мощный IGBT. Для оценки преимуществ этих высокопроизводительных диодов была использована тестовая схема диодов с индуктивной нагрузкой, позволяющая измерить динамические потери IGBT и диодов. Это позволило провести сравнение потерь переключения сверхбыстрого кремниевого Si-диода с плавным восстановлением и SiC Cree Zero Recovery SBD и оценить влияние процесса их восстановления на потери переключения IGBT.

Измерительное оборудование

На рис. 1 показана схема, предназначенная для измерения характеристик переключения. В процессе работы на затвор IGBT подается двойной импульс. При тестировании 600-В прибора использовался резистор затвора 10 Ом для задания скорости коммутации 750 А/мкс. Для IGBT 12-го класса использовался резистор 22 Ом, при этом di/dt = 250 А/мкс.

В момент времени T1 IGBT включается, и ток через индуктор увеличивается до тех пор, пока не достигнет требуемого значения в момент T2. При этом IGBT выключается, и ток индуктивности перекоммутируется в диод. Потери включения IGBT и потери включения диодов измеряются в переходном процессе T2.

В момент T2 IGBT выключается, и ток индуктора переходит на оппозитный диод. Потери выключения IGBT и потери включения диодов измеряются в переходном процессе T2. Ток индуктора продолжает течь через диод до тех пор, пока IGBT не будет включен во время T3. Теперь ток индуктора передается из диода обратно в IGBT. Потери включения IGBT и потери выключения диода измеряются в переход- ном процессе T3.

Сравнение характеристик переключения

Параметры коммутации измерялись для 15-А/600-В Ultrafast Si-диода с плавной характеристикой восстановления (такой же используется совместно с 40-А Ultrafast IGBT) и 10-А SiC SBD вместе с потерями 40-А/600-В Si-IGBT. Измерение потерь проводилось при напряжении 500 В и токе 20 A.

На рис. 2 показаны эпюры напряжения, тока и мгновенной мощности, измеренные при выключении Ultrafast Si-диода при температуре кристалла +150 °C. Пик тока обратного восстановления достигает 23 А,время восстановления — 100 нс, пиковая мгновенная мощность —7 кВт. На рис. 2 видно перенапряжение 200 В, вызванное высокой скоростью изменения тока di/dt при обратном восстановлении.

На рис. 3 показаны эпюры выключения SiC SBD при +150 °C. Пик тока обратного восстановления здесь 4 А (снижение на 83%), время восстановления 33 нс (снижение на 67%), максимальная мгновенная мощность — 0,5 кВт (снижение на 93%). Резкое сокращение мощности переключения обусловлено тем, что SiC SBD должен рассеять лишь небольшой емкостной заряд, и это происходит при низком напряжении на диоде. Перенапряжение, формируемое при коммутации Si-диода, полностью отсутствует у SiC SBD.

На рис. 4 показаны эпюры напряжения, тока и мгновенной мощности при включении IGBT с Ultrafast Si-диодом, измеренные при температуре кристалла +150 °C. Во время включения транзистора ток обратного восстановления диода добавляется к току IGBT, что создает пик, достигающий 44 А. Пиковая мгновенная мощность 15 кВт рассеивается в IGBT. Кроме того, видны высокочастотные колебания на IGBT, возникающие при резком выключении кремниевого диода. Это является одной из основных причин генерации радиочастотных/ электромагнитных помех.

Таблица 1. Сравнение параметров SiC SDB и Ultrafast Si-диодов (600 В) при различных значениях T(I= 20 A, VCC = 500 B,R= 10 Ом)
Параметр Si Pin при +25/+150 °C SiC при +25/+150 °C % снижения при +25/+150 °C
Пик тока восстановления Ipr, A 13/23 4 69/83
Время обратного восстановления Trr, нс 83/100 30/33 64/67
Заряд восстановления Qrr, нс 560/1220 78/82 86/93
Потери выключения диода Eoff_d, мДж 0,11/0,23 0,02 82/91
Потери включения диода Eon_d, мДж 0,03 0,02 33
Потери общие диода Eis_d, мДж 0,14/0,26 0,04 71/85
Потери выключения IGBT Eoff_IGBT, мДж 0,63/0,94 0,23/0,24 63/74
Потери включения IGBT Eon_IGBT, мДж 0,46/0,89 0,32/0,64 30/29
Потери общие IGBT Eis_IGBT, мДж 1,09 0,55/0,64 50/28
Потери общие Eis, мДж 1,23/2,09 0,59/92 52/56

На рис. 5 показаны эпюры напряжения, тока и мгновенной мощности при включении IGBT с SiC SBD, измеренные при температуре кристалла +150 °C. Использование SiC SBD позволяет снизить пик тока до 22 А (на50%), а максимальную мгновенную мощность до 7,5 кВт (снижение на 50%). Также видно, что при этом отсутствуют высокочастотные осцилляции, что приводит к уменьшению генерации помех RFI/EMI.

Сравнение параметров переключения SiC SDB и Ultrafast Si-диодов приведено для температур кристалла +25 и +150 °C в таблице 1. Можно видеть, что общее снижение потерь переключения (IGBT + диод) составляет 52% при +25 °C и 56% при +150 °С.

На рис. 6 показаны токи выключения Si Ultrafast и SiC SBD при +25 и +150 °C, наложенные в одном масштабе. Параметры SiC SBD не зависят от температуры, пиковый ток восстановления — 5 А. Ток восстановления Ultrafast Si-диода заметно меняется с температурой,увеличиваясь с 13 А при +25 °C до 23 А при +150 °С.

На рис. 7 показаны кривые токов включения IGBT с Si Ultrafast и SiCSBD при температуре +25 и +150 °С, наложенные друг на друга. Пиковый ток IGBT с SiC SBD не зависит от температуры. Вариант с диодомSi Ultrafast показывает сильную температурную зависимость, связанную с высокой термозависимостью тока обратного восстановления.

На рис. 8 показаны суммарные динамические потери диода (включение и выключение) при частоте коммутации от 10 до 100 кГц и температуре +50, +100 и +150 °C. SBD имеет значительно меньшие потери (снижение до 85%), не меняющиеся с ростом температуры.

На рис. 9 показаны суммарные динамические потери IGBT (включение и выключение) при частоте коммутации от 10 до 100 кГц и температуре +50, +100 и +150 °C. Потери транзистора с SiC SBD примерно в два раза ниже, чем с Ultrafast Si-диодом. Этот вариант также демонстрирует гораздо меньшую зависимость от температуры. Температурная зависимость потерь переключения IGBT с SiC SBD обусловлена увеличением времени выключения транзистора, при этом потери включения не меняются с нагревом прибора. Такое заметное улучшение динамических свойств IGBT объясняется, в первую очередь, отсутствием процесса обратного восстановления SiC SBD.

Сравнение характеристик переключения 1200-В приборов

Параметры переключения измерялись для 8 А/1200 В Ultrafast Si-диода (такой же используется совместно с 11-А сверхбыстрым IGBT) и 5-А SBD, вместе с потерями 11 А/1200 В IGBT. Измерение потерь проводилось при напряжении 1000 В и токе 5 A. Максимальная температура кристалла при испытаниях составляла +125 °С, поскольку при температуре +150 °С начинается тепловое «убегание» IGBT.

На рис. 10 показаны эпюры напряжения, тока и мгновенной мощности при выключении Ultrafast Si-диода при температуре кристалла +125 °C. Пик тока обратного восстановления достигает 6 А, время восстановления — 148 нс, мгновенная пиковая мощность — 2,8 кВт. Перенапряжение на 600-В Si-диоде не является ярко выраженным, поскольку тестирование происходило при низком значении di/dt (250 вместо 750 А/мкс).

На рис. 11 показано выключение SiC SBD при температуре кристалла +125 °C.

Использование SiC SBD позволяет уменьшить пик тока до 1 А (снижение на 83%), время восстановления — до 30 нс (снижение на 80%), а максимальную мгновенную мощность — до 0,3 кВт (снижение на 89%). Такое значительное уменьшение пиковой мощности объясняется тем,что SBD рассеивает только емкостной заряд при низком напряжении.

На рис. 12 показаны эпюры напряжения, тока и мгновенной мощности при включении IGBT с Ultrafast Si-диодом при температуре кристалла +125 °C. В процессе включения ток обратного восстановления диода добавляется к току IGBT, что создает пик 11,7 А. Мгновенная мощность, рассеиваемая при этом транзистором, составляет 11 кВт.

На рис. 13 показаны эпюры напряжения, тока и мгновенной мощности при включении IGBT с SBD при температуре кристалла +125 °C. Использование SBD позволяет уменьшить пик тока до 6,7 А (снижение на 42%), а максимальную мгновенную мощность — до 6,2 кВт (снижение на 44%).

На рис. 14 показаны эпюры токов выключения Ultrafast Si-диода и SiC SBD при температуре +25 и +125 °C, наложенные друг на друга. Параметры SiC SBD неизменны с температурой, пиковый ток восстановления — 1 А. Диоды Si Ultrafast демонстрируют сильную температурную зависимость, ток увеличивается с 5 А при +25 °C до 6 А при +150 °С. Время обратного восстановления Si Ultrafast растет со 100 нс при +25 °C до 148 нс при +125 °С, в то время как параметр trr у SiC SBD при тех же условиях остается неизменным.

На рис. 15 показаны эпюры токов включения IGBT с Ultrafast Si-диодом и SiC SBD при температуре +25 и +125 °C, наложенные друг на друга. Пик тока IGBT с SiC SBD не зависит от температуры. Пиковый ток и время обратного восстановления IGBT с Ultrafast Si-диодом демонстрируют сильную температурную зависимость вследствие термозависимости процесса обратного восстановления.

На рис. 16 показаны суммарные динамические потери диода (включение и выключение) при частоте коммутации от 10 до 100 кГц и температурах +25, +75 и +125 °C. SiC SBD имеет значительно меньшие потери переключения (снижение до 75%), которые не зависят от температуры.

Таблица 1. Сравнение параметров SiC SDB и Ultrafast Si-диодов (600 В) при различных значениях T(I= 5 A, VCC = 1000 B,R= 22 Ом)
Параметр Si Pin при +25/+150 °C SiC при +25/+150 °C % снижения при +25/+150 °C
Пик тока восстановления Ipr, A 5,5/6 1 82/83
Время обратного восстановления Trr, нс 100/148 30 70/80
Заряд восстановления Qrr, нс 295/540 20 93/95
Потери выключения диода Eoff_d, мДж 0,08/0,16 0,02 75/88
Потери включения диода Eon_d, мДж 0,03 0,02 33
Потери общие диода Eis_d, мДж 0,11/0,19 0,04 64/79
Потери выключения IGBT Eoff_IGBT, мДж 0,73/0,98 0,28 62/71
Потери включения IGBT Eon_IGBT, мДж 0,33/0,57 0,25/0,41 24/28
Потери общие IGBT Eis_IGBT, мДж 1,06/1,55 0,53/0,69 50/55
Потери общие Eis, мДж 1,17/1,74 0,57/0,73 51/58

На рис. 17 показаны суммарные динамические потери IGBT (включение и выключение) при частоте коммутации от 10 до 100 кГц и температурах +25, +75 и +125 °C. Потери транзистора с SiC SBD примерно в два раза ниже, чем с Si Ultrafast. У этого варианта также меньше температурная зависимость потерь. Ее наличие объясняется тем, что с ростом температуры растет время выключения, а потери включения остаются при этом неизменными. Такое заметное улучшение динамических свойств IGBT объясняется, в первую очередь, отсутствием процесса обратного восстановления SiC SBD.

Потери проводимости и общие потери

На рис. 18 показана прямая вольт-амперная характеристика 1200-В Ultrafast Si-диода и SiC SBD при температурах +25 и +125 °С. При токе 5 А прямое падение напряжения SiC SBD меньше на 0,75 В при 25 °Си на 0,18 В при +125 °С, таким образом, SiC-диод имеет меньшие потери проводимости.

Таблица 3. Сравнение расчетных значений потерь конвертера с 1200-В Ultrafast Si-диодами и SiC SDB при Tj = +125 °C
Параметр Si Pin SiC % снижения
Потери диода динамические, Вт 19 4 79
Потери диода статические, Вт 12,5 11,7 6
Потери общие диода, Вт 31,5 15,7 50
Потери IGBT динамические, Вт 155 69 55
Потери IGBT статические, Вт 14,5 14,5 0
Потери общие IGBT, Вт 169,5 83,5 51
Потери общие, Вт 201 99,2 51

В таблице 3 приведены расчеты суммарных потерь для преобразователя на модулях 12-го класса, работающего с частотой коммутации 100 кГц с коэффициентом заполнения 50% при среднем токе 2,5 А. Расчеты делались для температуры кристаллов +125 °С. Справочное значение потерь проводимости IGBT составляет 2,9 В при 5 А. При использовании SiC SBD общие потери диода уменьшаются на 50%, а потери IGBT — на 51%. Таким образом, простая замена Ultrafast Si-диодов на SiC SBD обеспечивает снижение потерь 1200-В конвертера на 51%.

Заключение

Потери включения IGBT в значительной степени зависят от характеристик обратного восстановления оппозитного диода. Параметры SiC SBD оказывают большое влияние на динамические свойства как самого диода, так и IGBT в режиме жесткой коммутации. Представленные выше результаты измерений демонстрируют значительные преимущества SiC-диодов Шоттки. В то время как ток обратного восстановления Ultrafast Si-диодов демонстрирует сильную зависимость от температуры, параметры SiC SBD остаются неизменными. При высоких значениях di/dt Ultrafast Si-диоды генерируют перенапряжение при выключении, в отличие от них SiC SBD практически не генерируют перенапряжения благодаря отсутствию тока обратного восстановления. Резкое выключение Si Ultrafast создает паразитные осцилляции напряжения на IGBT,что, в свою очередь, приводит к генерации радиочастотных/электромагнитных помех. Этот эффект также отсутствует у SiC SBD.

Снижение потерь переключения на 50% можно использовать для оптимизации характеристик устройства несколькими различными способами. Например, это дает возможность увеличения эффективности преобразователя, снижения требований к системе охлаждении или использования IGBT с меньшим номинальным током. Также это позволяет увеличить рабочую частоту и, соответственно, уменьшить размеры пассивных компонентов или улучшить акустические характеристики. Отсутствие коммутационных перенапряжений устраняет необходимость в снабберных цепях. Отсутствие высокочастотных осцилляций уменьшает требования к фильтрам RFI/EMI. Замена Ultrafast Si-диодов на SiC-диоды Шоттки, такие как Cree Zero Recovery SBD, приводит к существенному снижению коммутационных потерь как в диоде, так и в IGBT, что дает значительное улучшение характеристик всей системы.

Автор

Джим Ричмонд(Jim Richmond)

Перевод

Евгений Карташов

Валерия Смирнова - продакт-менеджер компании Макро Групп. [email protected]

Статья была опубликована в журнале "Силовая электроника", № 1’2018.

Российские ученые настроили спиновый диод с помощью антиферромагнитных слоев

МФТИ

Физики из МФТИ численно смоделировали спиновый диод, «зажатый» между слоями различных антиферромагнетиков. Оказалось, что сопротивление и резонансную частоту такого прибора можно регулировать на этапе изготовления, поворачивая антиферромагнетики. Кроме того, диапазон частот, на которых устройство выпрямляет переменный ток, в несколько раз больше, чем у обычных спиновых диодов, а его чувствительность сравнима с чувствительностью полупроводниковых диодов. Статья опубликована в Physical Review B.

Обычные электронные приборы — диоды, триоды, транзисторы — работают только с зарядами частиц, используя их, чтобы регулировать величину и направление пропускаемого тока. Тем не менее, помимо заряда электроны обладают еще одним важным свойством, которое тоже можно использовать для создания подобных приборов, — у них есть спин. Наука, которая изучает свойства спиновых токов, называется спинтроникой. Подробнее о том, что такое спинтроника и какие у этой науки перспективы, можно прочитать в нашем материале «Магнетизм электричества».

Один из самых перспективных спинтронных приборов — спиновый диод (spin-torque diode). Грубо говоря, спиновый диод состоит из двух тонких слоев ферромагнетика, разделенных диэлектриком, а в основе работы этого устройства лежат эффекты туннельного магнетосопротивления и вращения в результате переноса спина (spin-transfer torque effect). Когда электрический ток проходит через первый ферромагнитный слой спинового диода, ток поляризуется, и спины электронов выстраиваются в нем вдоль намагниченности слоя. Если же на пути получившегося тока стоит еще один магнитный слой, его намагниченность начинает поворачиваться, поскольку электроны передают ему магнитный момент. Собственно, в этом выражается эффект переноса спина. Более подробное объяснение можно найти в рассказе Константина Звездина, одного из соавторов статьи.

С другой стороны, ферромагнитный слой можно рассматривать как эффективное препятствие для поляризованного тока. Связано это с тем, что когда спины электронов направлены противоположно намагниченности слоя, им труднее проходить через него. Получается, что сопротивление такого устройства будет зависеть от взаимной ориентации намагниченностей двух магнитных слоев. Поскольку току в спиновом диоде приходится туннелировать через слой диэлектрика, эффект называют туннельным магнетосопротивлением. Подробнее про это явление прочитать можно в данной статье (раздел «Как работает спиновый транзистор»).

Если же пропускать через спиновый диод переменный ток, намагниченность его слоев — а следовательно, и сопротивление — будет колебаться одновременно с величиной тока (с одинаковыми частотами). В результате проходящий переменный ток выпрямится, то есть превратится в постоянный (собственно, поэтому устройство и называют диодом). При этом чувствительность — отношение напряжения выходящего постоянного тока к мощности прикладываемого переменного тока — достигает величины 75400 вольт на ватт. Обычный полупроводниковый диод Шоттки имеет гораздо меньшую чувствительность (около 3800 вольт на ватт). К сожалению, пока что физикам удалось добиться такой огромной чувствительности только для частот переменного тока, не превышающих двух гигагерц. В то же время, для некоторых приложений — например, для микроволновой голографии — нужны диоды, работающие на бóльших частотах.

В данной работе группа ученых под руководством Константина Звездина описала способ, с помощью которого можно изменять на этапе изготовления угол между намагниченностями двух слоев, а также численно исследовала свойства предложенной схемы. Для этого физики предложили «зажать» спиновый диод между двумя антиферромагнитными слоями с различными температурами Нееля (температура, выше которой антиферромагнетик переходит в парамагнетик). Из-за обменного подмагничивания (exchange pinning) слои ферромагнетиков и антиферромагнетиков оказываются связаны, что позволяет управлять углом между намагниченностями ферромагнетиков. В обычном спиновом диоде закреплен только один ферромагнитный слой.

В рассмотренной физиками модели слои ферромагнетиков толщиной два и шесть нанометров были разделены нанометровым слоем оксида магния MgO, диаметр получившегося цилиндра составлял примерно 140 нанометров. Динамика системы описывается уравнением Ландау-Лифшица-Гильберта, которое исследователи численно проинтегрировали с помощью программы SpinPM, основанной на методе Рунге-Кутты четвертого порядка с переменным шагом по времени.

Схема спинового диода. Угол θ отвечает углу между намагниченностями ферромагнетиков

A. Khudorozhkov et al. / Phys. Rev. B

Для начала ученые исследовали, как угол между намагниченностями ферромагнитных слоев θ зависит от угла между полями смещения φ, который контролируется поворотом антиферромагнетиков. Оказалось, что такая зависимость действительно существует, но угол θ можно изменять только в диапазоне от 110 до 170 градусов. Также физики рассчитали для разных углов величину критического постоянного тока, при котором намагниченности обоих ферромагнитных слоев начинают осциллировать.

Зависимость критического тока от угла между намагниченностями ферромагнетиков (внешний график), зависимость между углами θ и φ (внутренний график)

A. Khudorozhkov et al. / Phys. Rev. B

Затем исследователи выяснили, как зависит чувствительность диода от частоты переменного тока и величины приложенного к нему постоянного тока при фиксированном угле φ. Оказалось, что при приближении постоянного тока к критическому чувствительность резко возрастает около резонансной частоты, при этом достигая значений порядка тысячи вольт на ватт. Этот результат сравним с чувствительностью обычных полупроводниковых диодов. Кроме того, резонансную частоту можно регулировать, изменяя величину угла φ. Интересно, что для всех углов резонансные частоты лежали в диапазоне от 8,5 до 9,5 гигагерц, что превышает рабочие частоты обычных спиновых диодов.

Зависимость чувствительности диода от частоты переменного тока для разных значений угла φ. Величина постоянного тока составляет 99 процентов от критического (внешний график) либо равна нулю (внутренний график)

A. Khudorozhkov et al. / Phys. Rev. B

Зависимость чувствительности от частоты для различных значений приложенного постоянного тока

A. Khudorozhkov et al. / Phys. Rev. B

Важно, что угол между намагниченностями слоев – а значит, и резонансную частоту – можно сравнительно легко контролировать в ходе изготовления диода. Впрочем, стоит отметить, что пока ученые рассмотрели предложенную схему только теоретически. Следующим шагом будет изготовление экспериментального образца и непосредственная проверка предсказанных свойств.

Ранее ученые из МФТИ научились закручивать магнитные вихри в спинтронных устройствах, образованных ферромагнетиком и топологическим изолятором. Кроме того, мы писали о том, как японские физики нашли антиферромагнетикам еще одно применение в спинторонике — оказалось, что в них можно возбудить спиновые волны.

Дмитрий Трунин

Снижение помех в синхронных понижающих преобразователях с помощью дополнительного диода Шоттки на примере ADP2443 от компании Analog Devices

ADP2443 – синхронный понижающий стабилизатор постоянного напряжения с интегрированными MOSFET верхнего и нижнего плеча, обеспечивающий высокий КПД в компактном корпусе LFCSP (4 × 4 мм). Стабилизатор работает с входным напряжением в диа- пазоне от 4,5 до 36 В. Минимальное регулируемое выходное напряжение составляет 0,6 В, выходной ток достигает 3 A в непрерывном режиме. Благодаря малому минимальному времени включенного состояния (50 нс) ADP2443 способен выполнять преобразование высокого входного напряжения в низкое выходное напряжение на высокой частоте.
Для достижения высокой стабильности и обеспечения быстрой переходной характеристики в ADP2443 применена схема управления на основе эмуляции токового режима с ШИМ-сигналами постоянной частоты. Частота коммутации ADP2443 может программироваться пользователем в диапазоне от 200 кГц до 1,8 МГц. Имеется возможность синхронизировать ча- стоту коммутации устройства с внешним тактовым сигналом для минимизации шумов в системе.
ADP2443 предназначен для высококачественных приложений, где требуются высокий КПД и гибкость проектного решения, которая достигается благодаря применению внешней компенсации и функции регулируемого мягкого запуска. Выход «питание в норме» и вход разрешения с прецизионным порогом позволяют реализовать простую и надежную процедуру включения / отключения питания.
К другим важнейшим функциям устройства относятся блокировка при просадке напряжения, защита от перегрузки по напряжению и по току, защита от короткого замыкания и отключение при перегреве.
ADP2443 работает в диапазоне температур перехода от –40 до 125 °C, выпускается в 24-выводном корпусе LFCSP габаритами 4 × 4 мм.
Особенности ADP2443:
  • непрерывный выходной ток: 3 A;
  • входное напряжение: 4,5–36 В;
  • интегрированные MOSFET верхнего и нижне- го плеча: 98 / 35 мОм;
  • опорное напряжение: 0,6 В ± 1%;
  • минимальное время включения: 50 нс;
  • программируемая частота коммутации: 200 кГц – 1,8 МГц;
  • синхронизация от внешнего тактового сигна- ла частотой 200 кГц – 1,8 МГц;
  • вход разрешения с прецизионным порогом и выход «питание в норме»;
  • потактовое токоограничение с защитой от пе- регрузки по току путем кратковременного отключения;
  • внешняя компенсация;
  • программируемое время мягкого запуска;
  • запуск при предварительно заряженном выходе;
  • поддержка инструмента проектирования ADIsimPower.
Области применения:
  • промежуточное преобразование напряжения питания;
  • системы питания от многоэлементных батарей;
  • промышленная автоматизация и управление технологическими процессами;
  • медицина и здравоохранение;
  • серверы и сетевые устройства

Диод Данных

Введение

Почему многие компании отключают сети физически от Интернет? Потому что мы почти ежедневно узнаем про случаи с утечками конфиденциальной информации разного рода: от данных о здоровье сотрудников из военных подразделений США до схем месторождений из нефтяных компаний мирового уровня.

Многие считают, что 100% защиты данных от утечек по сети решается ТОЛЬКО при помощи физического разделения сетей. При наличии такого технического решения как Диод Данных вам совершенно необязательно это делать. При этом, вы все равно гарантируете 100% отсутствие утечек, одновременно с возможностью получения данных из Интернет.

История термина "Диод Данных" или "Data Diode"

Первое публичное упоминание термина Data Diode, как устройства безопасности, гарантирующего передачу информации между двумя компьютерами в одном направлении, можно найти в Интернете. Это сообщение из Австралии и датировано оно 1995 годом нашей эры после рождества Христова. То есть термину уже 16 лет. Вот ссылка на это упоминание. Далее эта технология развивалась различными компаниями и, в основном, термин использовался в англоязычном интернете. Так что, если набрать в поисковике "Data Diode", то вы найдете гораздо больше информации, нежели попытаетесь искать этот русскоязычный термин. Также, этой теме посвящена статья википедии, где вы сможете увидеть список источников, также рассказывающих о диодах данных.

Защита государственных органов власти

В России государственные органы не имеют права по законодательству подключать свои сети к Интернет физически. Однако потребность в информации из Интернета в этих сетях остается: от обновления используемых программных продуктов до информации о погоде, необходимой в МЧС. Также существует потребность передавать данные из сетей с меньшей конфиденциальностью в сети с более высокими требованиями к секретности: допустим из сети, где обрабатываются документы с грифом «ДСП» в сеть, где обрабатываются документы с грифом «Секретно». Такие же потребности есть у коммерческих организаций, например банков: есть разные типы информации: персональные данные, коммерческая тайна и документы с этими грифами также должны быть гарантированно защищены от утечек, в том числе от одной группы сотрудников к другой. То есть диод данных применяют даже внутри сети.

Как сейчас решается задача однонаправленной передачи данных

Многим известно как обходятся физические ограничения доступа: люди внутри организации на флешках переносят информацию из Интернет в закрытую сеть или из бухгалтерии к программистам или из рабочей сети в тестовую, тратя на это уйму времени. Им приходится игнорировать, что вовнутрь можно принести вредоносный код на флешке точно так же как и по сети. И что самое обидное для владельца информации: на этой же флешке можно унести все в открытый доступ или, не ограничивая общности, к себе домой. А существуют сегменты сети в которых вообще нет никакого контроля. Я имею в виду тестовые сети с совершенно нетестовыми данными. Я пожалуй не буду описывать что творится в тестовых сетях, чтобы совсем уже не испортить безопасникам настроение.

Диод данных - программно-аппаратное решение для однонаправленной передачи данных

Итак, архитекторы по информационной безопасности используют для упрощения жизни таких компаний специальные сетевые решения, которые называются диод данных. Эти решения позволяют передавать данные только в одном направлении, гарантируя 100%, что утечка не может произойти из внутренней сети и одновременно проверяя получаемые данные, гарантируя отсутствие вредоносных вложений. Как аналог таких решений можно привести обыкновенное радио, которые мы все слушаем в машине или дома. Мы можем переключиться на любую радиостанцию, но передать им ничего не можем – у нас нет передатчика. И именно по такому принципу и работает диод данных – у него физически нет передатчика информации. Как же это сделано?

Пример: задание политики по перемещению потоков информации в сеть и внутри сети государственного органа.

Пример: задание политики по перемещению потоков информации в сеть и в сети коммерческой организации.

Принцип работы диода данных

Существует несколько производителей диодов данных, но все они используют для гарантии однонаправленной передачи законы физики. А именно: отсутствие передатчика в защищаемой сети и приемника в сети с более низким грифом (или публичной).

Как вы знаете, для соединения сетей используют оптоволоконное соединение, которое в привычном многим случае состоит из двух оптоволоконных кабелей. В случае с диодом данных кабель, который отвечает за передачу данных из секретной сети убирают и, заодно, выпаивают передатчик и приемник. Соответственно, поскольку у канала передачи данных теперь есть только кабель, по которому можно передавать в одну сторону, то передавать в обратную сторону физически невозможно. То есть образуется однонаправленный канал передачи. Таким образом мы физичечески гарантируем отсутствие утечки информации из секретной сети, но зато имеем возможность получать информацию из Интернет или других сетей: своих партнеров или своей же организации. Производители таких решений должны решить как этот физический канал окружить необходимым функционалом, программным обеспечением и другими компонентами, о которых мы поговорим ниже, например антивирусной защитой принимаемой информации. Однако, первый вопрос, который мне задают, когда слышат про диод данных:
«А как же работает TCP/IP?”. Читаем дальше.

Пример: диод данных, окруженный Ethernet конверторами. Вы видите, что второго оптического кабеля нет, соответственно передавать информацию возможно только в одном направлении.

Реализация диода данных

Казалось бы – так просто, что можно сделать самому. Однако производители таких устройств сталкиваются с несколькими проблемами. В первую очередь это как гарантировать высокую и безошибочную скорость передачи и синхронизацию данных, когда нет никаких сигналов подтверждения. Вдобавок, оказалось, что все транспортные протоколы, например TCP (или кто еще помнит SPX) – им всем нужна двунаправленная физическая линия для работы. В случае с прерыванием передачи данных в одном из направлений, транспортный протокол вообще не работает.

Для того, чтобы заработали двунаправленные протоколы все производители устанавливают до и после диода данных специальные прокси сервера. Это могут быть обычные компьютеры, которые эмулируют необходимый протокол: TCP/IP, FTP, SMTP, SMB, HTTP и т.д. Таким образом до диода данных и после диода данных в обеих разделяемых сетях работает двунаправленный протокол, работают привычные нам сервисы FTP, SMB(CIFS), SMTP, POP3, IMAP, HTTP и, благодаря совместной работе таких прокси серверов через диод данных, наши данные оказываются внутри защищаемой сети, но никак не могут уже выйти наружу. Соответственно, при выборе производителя интересуйтесь какие прокси реализованы и, самое главное, кто будет их настраивать под ваши задачи.

Физическая скорость передачи данных бывает разная. Я встречал производителей, которые декларируют скорость 1Гбит в секунду. В основном скорость работы таких устройств 100Мб/с. При выборе такого устройства, обязательно интересуйтесь этим параметром.

Пример: схема использования диода данных с прокси серверами.

Типовые задачи, которые решает диод данных

В первую очередь это получение обновлений для программного обеспечения и для средств безопасности. Например, вы можете установить у себя Microsoft WSUS и соотвественно централизованно в закрытой сети ставить с него обновления, а сами обновления WSUS будет получать из Интернет автоматически через диод данных. То же самое с другими программами, например обновление антивирусных баз удобно получать таким образом. Это гораздо быстрее чем на флешке.

Репликация базы данных из публичной сети с внутренней базой. Соответственно вы можете собирать любые необходимые вам данные, анализировать и обрабатывать, не боясь что результаты вашей работы «утекут» наружу. Пример такой системы – система сбора результатов выборов (президента или депутатов). В центре вы можете получать информацию о работе всех участков в стране, но сводные данные из центра гарантированно не могут быть отправлены в общедоступные сети.

Можно придумать и другие приложения, например, я знаю решение когда диод данных принимает скриншоты с компьютеров или другое, где передают буфер обмена (Clipboard) или где синхронизируют время по NTP между открытой и закрытой сетями. Число решений на этой базе можно увеличивать и увеличивать.

Обратная картина. Часто вы должны собирать информацию по SNMP, Syslog и другим способом из сетей, к которым у вас гарантированно не должно быть доступа. То есть вы должны получать ровно то, что вам передают. Вспоминаем пример с радио. Для этой задачи ставится диод данных – в центр мониторинга передают из таких сетей необходимые данные, а в случае появления злоумышленника в центре мониторинга – при всем желании он не сможет попасть в сети, которые мы мониторим. Естественно, здесь характерным примером являются сети SCADA (АСУТП). Именно в них часто не хватает такого необходимого компонента, как диод данных. Также такие решения являются полезными для аутсорсинга: когда некоторые внешние организации должны получать только явно заданную информацию, но никак не должны проникать внутрь через другие сервысы. На сегодняшний день для такого разграничения используются межсетевые экраны, но они гарантировать отсутствие утечек не могут.

Проверка данных, получаемых через диод данных.

Еще одна тонкость: данные, которые вы получаете в закрытую сеть через диод данных по-прежнему нужно проверять на целостность, точность и достоверность. Для этого существуют уже давно известные системы: шифрование, электронная подпись и т. д. Часто такие системы оборудуются проверкой на вирусы: любую информацию после диода данных нужно пропускать через антивирусную систему и через системы обнаружения (а лучше предотвращения) атак, поскольку передачу вредоносного кода и уязвимости в используемом вами программном обеспечении никто не отменял.

Пример: Диод данных, реализованный как сетевая карта. Работает либо как приемник, либо как передатчик информации. Разработка компании АНКАД.

Другие виды диодов данных

Многие вспоминают: у меня висит сниффер и система обнаружения атак на SPAN порту и соответственно у меня уже есть диод данных . Это не так: SPAN порт может принимать данные и вносить изменения в сетевой трафик.

Другим сетевым устройством, которое вы можете рассмотреть, является TAP (не знаю как перевести c английского. Кран – некрасиво. Завёртыш – чуднО.) Кстати, купить его в нашей стране очень трудно. Он сделан так, что не может передавать данные в порт, на котором слушаете трафик. И он может быть полноценным диодом данных для вас, хотя, конечно, его предназначение другое. И еще у него нет сертификата. А у многих диодов данных есть сертификат по Commom Criteria EAL 4+ или даже EAL 7+.

Учитывайте, что бывают и версии TAP специально созданные под системы обнаружения атак, которые могут посылать данные в сеть (называются Active Response TAP). Они нужны, поскольку TCP Reset нужен для некоторых таких систем для остановки атаки.

Пример: TAP (на картинке оптический TAP) получает информацию о трафике в сети, но передавать не может.

Существуют еще диоды данных для USB, они гарантируют, что информация будет копироваться только в одном направлении через подключенную к ним флешку. Это какой-то эволюционно переходный метод, так что серьезно его рассматривать не стоит.

Пример: USB диод данных для передачи информации через флешку.

Заключение

На конец 2011 года диоды данных предлагаются одним российским и многочисленными зарубежными производителями. Лучше всего заказывать данное решение вместе с интеграцией, чтобы получить готовый функционал, который вам необходим.

В то же время расcмотренная технология однонаправленной передачи данных и используемые методы защиты еще редко преподаются на курсах и в институтах. Поэтому распространяйте эти знания среди своих коллег и используйте эту технологию сами.

диодов | Клуб Электроники

Диоды | Клуб электроники

Сигнал | Выпрямитель | Мостовой выпрямитель | Зенер

Смотрите также: светодиоды | Блоки питания

Диоды позволяют электричеству течь только в одном направлении. Стрелка символа схемы показывает направление, в котором может течь ток. Диоды - электрическая версия вентиль и первые диоды на самом деле назывались вентилями.

Типы диодов

Обычные диоды можно разделить на два типа:

Дополнительно есть:

Подключение и пайка

Диоды должны быть подключены правильно, на схеме может быть указано a или + для анода и k или - для катода (да, это действительно k, а не c, для катода!). Катод отмечен линией, нарисованной на корпусе. Диоды обозначены своим кодом мелким шрифтом, вам может потребоваться ручная линза, чтобы прочитать его.

Сигнальные диоды могут быть повреждены нагревом при пайке, но риск невелик, если только вы используете германиевый диод (коды начинаются OA ...), и в этом случае вы должны использовать радиатор (например, зажим «крокодил»), прикрепленный к проводу между соединением и корпусом диода.

Выпрямительные диоды достаточно прочные, и при их пайке не требуется специальных мер предосторожности.


Испытательные диоды

Вы можете использовать мультиметр или простой тестер. проект (батарея, резистор и светодиод), чтобы проверить, что диод проводит только в одном направлении.

Лампу можно использовать для проверки выпрямительного диода, но НЕ используйте лампу для проверки сигнальный диод, потому что большой ток, пропускаемый лампой, разрушит диод.


Падение прямого напряжения

Электричество потребляет немного энергии, проталкиваясь через диод, как человек. толкая дверь пружиной.Это означает, что есть небольшое прямое падение напряжения через проводящий диод. Для большинства диодов, сделанных из кремния, оно составляет около 0,7 В.

Прямое падение напряжения на диоде почти постоянно, независимо от тока, протекающего через диода, поэтому они имеют очень крутую характеристику (вольт-амперный график).

обратное напряжение

При подаче обратного напряжения проводит не идеальный диод, а настоящие диоды утечка очень небольшого тока (обычно несколько мкА).Это можно игнорировать в большинстве схем. потому что он будет намного меньше, чем ток, текущий в прямом направлении. Однако все диоды имеют максимальное обратное напряжение (обычно 50 В или более), и если при превышении этого значения диод выйдет из строя и будет пропускать большой ток в обратном направлении, это называется поломка .



Диоды сигнальные (малоточные)

Сигнальные диоды обычно используются для обработки информации (электрических сигналов) в цепях, поэтому они требуются только для пропускания небольших токов до 100 мА.

Сигнальные диоды общего назначения, такие как 1N4148, изготовлены из кремния и имеют прямое падение напряжения 0,7 В.

Rapid Electronics: 1N4148

Германиевые диоды , такие как OA90, имеют меньшее прямое падение напряжения 0,2 В, что делает Их можно использовать в радиосхемах в качестве детекторов, выделяющих звуковой сигнал из слабого радиосигнала. Сейчас они используются редко, и их может быть трудно найти.

Для общего использования, где величина прямого падения напряжения менее важна, кремниевые диоды лучше, потому что они менее легко повреждаются теплом при пайке, имеют меньшее сопротивление при проводке и имеют очень низкие токи утечки при приложении обратного напряжения.

Защитные диоды для реле

Сигнальные диоды также используются для защиты транзисторов и микросхем от кратковременного высокого напряжения, возникающего при обмотке реле. выключен. На схеме показано, как защитный диод подключен к катушке реле «в обратном направлении».

Зачем нужен защитный диод?

Ток, протекающий через катушку, создает магнитное поле, которое внезапно схлопывается. при отключении тока. Внезапный коллапс магнитного поля вызывает кратковременное высокое напряжение на катушке, которое может повредить транзисторы и микросхемы.Защитный диод позволяет индуцированному напряжению пропускать кратковременный ток через катушку. (и диод), поэтому магнитное поле исчезает быстро, а не мгновенно. Это предотвращает индуцированное напряжение становится достаточно высоким, чтобы вызвать повреждение транзисторов и микросхем.


Выпрямительные диоды (большой ток)

Выпрямительные диоды используются в источниках питания для преобразования переменного тока (AC). к постоянному току (DC) этот процесс называется выпрямлением. Они также используются в других схемах, где через диод должен проходить большой ток.

Все выпрямительные диоды изготовлены из кремния и поэтому имеют прямое падение напряжения 0,7 В. В таблице указаны максимальный ток и максимальное обратное напряжение для некоторых популярных выпрямительных диодов. 1N4001 подходит для большинства цепей низкого напряжения с током менее 1 А.

Rapid Electronics: 1N4001

Диод Максимум
Ток
Максимум
Обратное
Напряжение
1N4001 1A 50V
1N4002 1A 100V
1N4007
1N5401 3A 100V
1N5408 3A 1000V

Книг по комплектующим:



Мостовые выпрямители

Есть несколько способов подключения диодов, чтобы выпрямитель преобразовывал переменный ток в постоянный.Мостовой выпрямитель - один из них, и он доступен в специальных пакетах, содержащих четыре необходимых диода. Мостовые выпрямители рассчитаны на максимальный ток и максимальное обратное напряжение. У них есть четыре вывода или клеммы: два выхода постоянного тока помечены + и -, два входа переменного тока помечены .

На схеме показана работа мостового выпрямителя при преобразовании переменного тока в постоянный. Обратите внимание, как проводят чередующиеся пары диодов.

Rapid Electronics: мостовые выпрямители

Мостовые выпрямители различных типов

Обратите внимание, что у некоторых есть отверстие в центре для крепления к радиатору

Фотографии © Rapid Electronics


Стабилитроны

Стабилитроны

используются для поддержания постоянного напряжения.Они рассчитаны на «поломку» в надежном и неразрушающим способом, чтобы их можно было использовать в обратном направлении для поддержания фиксированного напряжения на их выводах.

Стабилитроны

можно отличить от обычных диодов по их коду и напряжению пробоя. которые напечатаны на них. Коды стабилитронов начинаются BZX ... или BZY ... Их напряжение пробоя обычно печатается с буквой V вместо десятичной точки, поэтому 4V7 означает, например, 4,7 В.

a = анод, k = катод

Rapid Electronics: стабилитроны

На схеме показано, как подключен стабилитрон с последовательно включенным резистором для ограничения тока.

Стабилитроны

имеют номинальное напряжение пробоя и максимальную мощность . Минимальное доступное напряжение пробоя составляет 2,4 В. Широко доступны номиналы мощности 400 мВт и 1,3 Вт.

Для получения дополнительной информации см. Страницу источников питания.


Политика конфиденциальности и файлы cookie

Этот сайт не собирает личную информацию. Если вы отправите электронное письмо, ваш адрес электронной почты и любая личная информация будет используется только для ответа на ваше сообщение, оно не будет передано никому.На этом веб-сайте отображается реклама, если вы нажмете на рекламодатель может знать, что вы пришли с этого сайта, и я могу быть вознагражден. Рекламодателям не передается никакая личная информация. Этот веб-сайт использует некоторые файлы cookie, которые классифицируются как «строго необходимые», они необходимы для работы веб-сайта и не могут быть отклонены, но они не содержат никакой личной информации. Этот веб-сайт использует службу Google AdSense, которая использует файлы cookie для показа рекламы на основе использования вами веб-сайтов. (включая этот), как объяснил Google.Чтобы узнать, как удалить файлы cookie и управлять ими в своем браузере, пожалуйста, посетите AboutCookies.org.

electronicsclub.info © Джон Хьюс 2021 г.

Руководство по диодам

: руководство по использованию и приложениям

Диоды

очень универсальны по своей природе и считаются одним из ключевых компонентов в электронике. Это в основном используется в цепях питания, схемах защиты, модификаторах формы волны, формирователях сигналов и т. Д. Это часть II учебного пособия по диодам, в котором объясняется « , как использовать диод », « . Каковы общие области применения диода , », « . Объяснение того, как он работает в практических схемах » .

Это руководство будет очень эффективным, если вы знаете, как работает диод и лежащие в его основе принципы. Если вы новичок в работе с диодами, я настоятельно рекомендую вам ознакомиться с частью I этого руководства по диодам, в которой работа и конструкция диодов подробно описаны для студентов, энтузиастов электроники или всех, кто интересуется базовой электроникой. Для упрощения навигации я добавил ссылки ниже, чтобы перейти к нужному разделу.

ЧАСТЬ I
  1. Что такое диод?
  2. Как это работает?
  3. VI Характеристики диода
  4. Резюме диода
ЧАСТЬ II
  1. Руководство по использованию диодов
  2. Применение диодов

РУКОВОДСТВО ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ ДИОДОВ:

Диоды действуют как односторонний клапан, позволяя току течь только в одном направлении.Учитывая это, будет справедливо сказать, что диод следует использовать, когда вы хотите заблокировать обратный ток. Помимо направления тока есть и другие факторы, которые следует учитывать при использовании диодов в ваших цепях.

  • Приложенное прямое напряжение смещения должно превышать прямое напряжение диода, чтобы пропустить через него прямой ток (0,7 В для кремниевых и 0,3 для германиевых диодов)
  • Напряжение обратного смещения не должно превышать максимальное обратное напряжение диода, иначе вы можете повредить диод.
  • Не следует пытаться заставить ток больше номинального максимального прямого тока в диоде
  • Если схема, которую вы строите, чувствительна ко времени, при проектировании учитывайте время переключения / переходное время диода, поскольку каждый диод демонстрирует некоторую емкость при подаче сигнала переменного тока.

ПРИМЕНЕНИЕ ДИОДА:

Диоды - это универсальное электронное устройство, которое широко используется в электронных схемах. Я перечислил наиболее важные и широко используемые области, в которых диоды играют жизненно важную роль в функциональности схемы.

  1. Выпрямители
  2. Диод маховика
  3. Схема отсечения
  4. Цепь зажима
  5. Обходные и блокирующие диоды

ВЫПРЯМИТЕЛЬ:

Диоды являются основным компонентом выпрямителя. Функция выпрямителя заключается в преобразовании входящего сигнала переменного тока в сигнал постоянного тока . Полупериодный, двухполупериодный и мостовой выпрямители - три важных типа выпрямителей. Однако мостовой выпрямитель широко используется, поскольку он имеет преимущество перед другими типами.

Выше показана схема мостового выпрямителя. Он использует 4 диода, подключенных друг к другу. Это широко используется в источниках питания, где он преобразует входящий сигнал переменного тока в сигнал постоянного тока. Из всех выпрямителей мостовой выпрямитель имеет больше преимуществ, чем другие, поэтому мы рассмотрим его работу здесь. Работа этой схемы начинается с источника питания переменного тока, который поступает на понижающий трансформатор для преобразования сигнала переменного тока высокого напряжения в переменный ток низкого напряжения.Затем пониженный сигнал переменного тока проходит через диоды D1, D2, D3 и D4, расположенные в виде моста.

Вот что здесь происходит: сигнал переменного тока состоит из положительного полупериода и отрицательного цикла. Во время положительного полупериода диоды D1 проводят ток, поскольку он смещен в прямом направлении и протекает через нагрузочный резистор R и обратно к отрицательному выводу источника питания переменного тока через диод D2. Аналогично, когда отрицательный полупериод сигнала переменного тока проходит через мостовой выпрямитель, ток протекает через диод D4 и нагрузочный резистор R.Затем он возвращается на диод D3 к положительной клемме источника питания. Результирующий выходной сигнал показан выше. Для дальнейшего преобразования этого чистого сигнала постоянного тока используется сглаживающий конденсатор. Конденсатор предназначен для сглаживания этого выходного сигнала, чтобы на выходе был устойчивый сигнал постоянного тока.

Мостовой выпрямитель обладает заметными преимуществами по сравнению с двухполупериодным и полуволновым.

  • Выходное напряжение от мостового выпрямителя будет около 0,67 В макс. входного напряжения.
  • Частота пульсаций выходного сигнала будет вдвое больше входной частоты, что упрощает устранение пульсаций с помощью небольших сглаживающих конденсаторов вместо громоздких.

ДИОД МАХОВИКА:

Судя по всему, диод экономит в вашем доме гораздо больше бытовой техники, чем вы думаете. Индуктивные компоненты, такие как двигатель, реле, при выключении генерируют обратный ток. Этот ток протекает в цепи в обратном направлении, что может привести к повреждению цепи, а также прибора.

Если вам известно о работе индуктора, вы должны знать, что индуктор вырабатывает обратный ток при отключении напряжения, подаваемого на него. Когда переменный ток или переменный ток протекает через индуктор, вокруг него создается магнитный поток. Этот магнитный поток пытается поддерживать постоянный ток и противодействовать любому изменению тока, создавая отрицательную ЭДС на индукторе. Это свойство индуктора проявляется при использовании диода маховика с индуктивными компонентами.

В приведенной выше схеме двигатель представляет собой индуктивное устройство, к которому подключен диод маховика.Этот диод ничего не делает, пока на наш двигатель не будет подано напряжение. Когда напряжение отключается, ток перестает течь, и, как мы знаем, индуктор ненавидит изменение тока, и в результате на его выводах будет развиваться противоположная ЭДС. В отсутствие подаваемого напряжения эта наведенная ЭДС начинает заставлять значительный ток течь в цепь в обратном направлении. Этот ток, если он попадает в цепь, повредит другие компоненты в нашей цепи.

В этом случае, когда вы добавляете диод маховика параллельно индуктивному компоненту.Обратно наведенная ЭДС смещает диод маховика в прямом направлении, и через диод начинает течь обратный ток. Обратный ток продолжает течь через диод до тех пор, пока магнитный поток, развиваемый через катушку индуктивности, не схлопнется и наведенная на нем ЭДС не станет равной нулю. Таким образом, диод действует как предохранитель для других компонентов в цепи, обеспечивая безопасный путь для обратного тока

ЦЕПИ ЗАЖИМА:

Это схемы, которые используются для изменения формы входного сигнала и обеспечения защиты цепей по напряжению.Как следует из названия, эти схемы ограничивают форму входного сигнала до определенного уровня напряжения, тем самым создавая измененную форму волны на выходе. Эти схемы работают на основе характеристик обратного смещения диода , где он блокирует прохождение тока, и, следовательно, напряжение на его выводе будет неизменным . Помните об этом, и вы сможете без проблем разобраться в приведенных ниже схемах.

a) ПОЛОЖИТЕЛЬНАЯ ЦЕПЬ ЗАЖИМА:

Показанная выше принципиальная схема является положительной схемой ограничения.Здесь источник сигнала переменного тока подключен к последовательно включенным резистору и диоду. Во время положительного полупериода диод проводит ток, и поэтому на выходе будет только 0,7 В, что является типичным прямым напряжением диода. Это связано с тем, что для того, чтобы диод проводил ток, входное напряжение должно превышать прямое напряжение. Другими словами, сигнал будет ограничен до +0,7 В. Между тем во время отрицательного полупериода диод будет смещен в обратном направлении, и через него будет протекать нулевой ток, не затрагивая напряжение на клеммах.Вот как он служит положительной схемой отсечения.

b) ОТРИЦАТЕЛЬНАЯ ЦЕПЬ ОБРЕЗКИ:

Показанная выше принципиальная схема представляет собой цепь отрицательного ограничения. Направление диода здесь обратное по сравнению с тем, что мы видели в положительном ограничителе. Таким образом, при прохождении положительного цикла сигнала переменного тока он будет смещен в обратном направлении, блокирующий ток и оставив напряжение нетронутым. Следовательно, на выходе будет отображаться положительный цикл. В то время как во время отрицательного полупериода диод будет находиться в прямом смещенном состоянии, и ток течет через него.Следовательно, отрицательный полупериод сигнала ограничивается до -0,7 В, что эквивалентно его прямому напряжению.

c) ПОЛОЖИТЕЛЬНАЯ И ОТРИЦАТЕЛЬНАЯ ЦЕПЬ ОБРЕЗКИ:

Показанная выше принципиальная схема представляет собой цепь с ограничением положительного и отрицательного полюсов. Это не что иное, как комбинация положительной и отрицательной схемы ограничения. Здесь вы можете увидеть два диода, размещенных параллельно друг другу, но в разном направлении. Когда подается сигнал переменного тока, диод D1 ограничивает положительный полупериод схемы, а диод D2 ограничивает отрицательный полупериод сигнала.Таким образом, на выходе вы увидите сигнал, который обрезается в обоих полупериодах при уровне напряжения 0,7 В и -0,7 В.

d) ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНАЯ ЦЕПЬ ЗАЖИМА:

Бывают случаи, когда нам нужно обрезать цепь при уровне напряжения, превышающем прямое напряжение диода. В этих случаях мы можем использовать источник напряжения, чтобы обеспечить необходимое смещение и заставить напряжение ограничения сдвинуться до желаемого уровня. В приведенной выше схеме, как вы можете видеть, пиковое напряжение сигнала переменного тока составляет V p / -V p , а при использовании источника напряжения VCC в цепи положительного ограничения напряжение, необходимое для сигнала переменного тока, чтобы протолкнуть ток через диод, будет увеличить с 0.От 7 В до 0,7 В + VCC. Например, использование источника 4 В в качестве VCC ограничит положительный полупериод при уровне напряжения 4,7 В. Это будет полезно, когда нам нужно ограничить сигнал до желаемого уровня напряжения. Мы также можем обрезать как положительные, так и отрицательные полупериоды на желаемом уровне и можем обрезать их на разных уровнях.

ЗАЖИМНЫЕ ЦЕПИ:

Это еще одна схема, использующая диод, которая работает с формой входного сигнала, но отличается от схемы ограничителя. Цепи ограничения используются для добавления уровня постоянного тока к входным сигналам переменного тока, а также для изменения пикового напряжения сигналов переменного тока (как положительного, так и отрицательного пика) до любого желаемого уровня.Уровень постоянного тока здесь относится к точке 0 В, где сигнал переменного тока переходит от положительного полупериода к отрицательному полупериоду и наоборот. Проще говоря, зажимные цепи могут сдвинуть весь сигнал в положительную или отрицательную сторону.

a) ПОЛОЖИТЕЛЬНАЯ ЦЕПЬ ЗАЖИМА:

Это схема фиксатора, которая сдвигает входной сигнал в положительную сторону, где самый низкий пик входного сигнала будет равен нулю. Ознакомьтесь с приведенной выше формой волны, чтобы лучше понять, что цепь положительного фиксатора делает с типичным входным сигналом переменного тока.

Прежде чем приступить к работе, необходимо выполнить условие, которому должна соответствовать цепь фиксатора, чтобы она работала. Постоянная времени RC R и C в этой схеме должна быть очень большой по сравнению с периодом времени входного сигнала. В идеале постоянная времени RC должна быть в 10 раз больше, чем период входного сигнала.

Вот как это работает. Когда отрицательный полупериод сигнала переменного тока проходит через цепь, диод будет смещен в прямом направлении, и ток будет течь в обратном направлении, заряжая конденсатор до пикового напряжения сигнала переменного тока, но с обратной полярностью.Когда сигнал переключается на положительный полупериод, разряд конденсатора будет намного меньше, так как значение RC велико. Во время положительного цикла диод будет находиться в обратном смещенном состоянии, и через него протекает нулевой ток. Поскольку через диод не протекает ток, входной сигнал будет отображаться на RL без какого-либо падения напряжения. Но здесь конденсатор уже заряжен обратной полярностью.

Применение уравнения Кирхгофа к указанной выше схеме в этот момент даст уравнение выходного напряжения как

V o = V c + V i

Где Vc - напряжение конденсатора, а Vi - входное напряжение.Приведенный ниже расчет соответствует одному полному циклу входного сигнала, поэтому конденсатор всегда будет в заряженном состоянии.

Используя это уравнение, вы можете получить выходное напряжение и построить график выходного сигнала.

  • Когда входной сигнал равен 0 В / I, напряжение конденсатора равно Vm, выходное напряжение будет V o = V м
  • Положение II / -V м входного сигнала приведет к напряжению конденсатора V м и, в свою очередь, даст выходное напряжение V o = 0
  • Когда вход находится в положении III / V м , напряжение конденсатора будет на уровне V м , следовательно, будет выдано выходное напряжение V o = 2 В м

Приведенные выше значения напряжения приведут к смещению всего сигнала в положительную сторону, как показано на графике выше.Уровень постоянного тока в этом сигнале сдвигается до пикового напряжения положительного пикового напряжения полупериода входного сигнала V m . Тогда как пиковое напряжение выходного сигнала будет вдвое больше пика входного сигнала 2V m , а самый низкий пик будет лежать на нуле.

b) ОТРИЦАТЕЛЬНАЯ ЦЕПЬ ЗАЖИМА:

Цепь положительного фиксатора сдвигает сигнал на положительную сторону, тогда как отрицательный фиксатор сдвигает весь сигнал на отрицательную сторону. Схема аналогична положительному фиксатору, за исключением диода, который здесь перевернут.Когда положительный полупериод сигнала переменного тока проходит через диод схемы, он находится в прямом смещенном состоянии и позволяет току течь через него. В этом случае конденсатор начинает заряжаться до максимального или пикового напряжения сигнала переменного тока. Конденсатор будет сохранять это напряжение до тех пор, пока диод не будет смещен в прямом направлении.

Как только сигнал переключается на отрицательную половину входящего сигнала, диод будет смещен в обратном направлении, и входное напряжение будет выставлено на выходе через резистор.

Подача напряжения Кирхгофа на схему даст выходное напряжение как

V o = V i - V c

Где Vi - входное напряжение, а Vc - напряжение конденсатора.После первоначального полного цикла входного сигнала конденсатор всегда будет заряжаться, и на нем всегда будет появляться напряжение.

Используя это уравнение, вы можете получить выходное напряжение и построить график выходного сигнала.

  • Когда входной сигнал равен 0 В / I, напряжение конденсатора будет на уровне В м , выходное напряжение будет на уровне В o = -В м
  • Положение II / V м входного сигнала приведет к напряжению конденсатора V м и, в свою очередь, даст выходное напряжение V o = 0
  • Когда вход находится в положении III / -V м , напряжение конденсатора будет м В, следовательно, выходное напряжение составит В o = -2 В м

Приведенные выше значения напряжения означают, что весь сигнал на выходе смещен в отрицательную сторону.Здесь максимальное пиковое напряжение перемещается от V m до нуля, а минимальное пиковое напряжение перемещается от -V m до -2V m .

БАЙПАС И ДИОД БЛОКИРОВКИ:

Растущие потребности в электроэнергии создали огромный спрос на солнечную энергию, и будет справедливо сказать, что диод делает использование солнечных энергетических систем возможным и эффективным. Фактически, солнечный элемент - это не что иное, как фоточувствительный диод, который генерирует ток, когда на него падает солнечный свет. Но если оставить в стороне солнечные элементы, использование обычных диодов с солнечными элементами и панелями очень необходимо.

БАЙПАСНЫЕ ДИОДЫ:

Это обычный диод, который обычно подключается параллельно солнечным элементам, но в режиме обратного смещения. Солнечные элементы обычно генерируют около 0,58 В на элемент, и он соединен с другими солнечными элементами для создания более высокого напряжения и тока. Так устроена типичная солнечная панель. Итак, здесь происходит следующее: когда солнечный элемент в панели выходит из строя или тень отбрасывается на один элемент, напряжение на этом элементе падает. Это заставляет ток от правильно функционирующих солнечных элементов течь в этот неисправный или затененный элемент.Это заставляет неисправный элемент нагреваться и приводит к серьезным потерям мощности. Также есть вероятность, что этому солнечному элементу будет нанесен непоправимый ущерб.

Во избежание описанной выше ситуации диоды обратного смещения подключены параллельно солнечному элементу. Итак, что здесь происходит: когда солнечный свет падает на эти солнечные элементы, каждая из этих отдельных ячеек генерирует ток и напряжение 0,58 В. Но когда одна ячейка в этой серии ячеек становится неисправной или затененной, напряжение на ячейке падает.Теперь вместо тока, протекающего в этот ослабленный солнечный элемент, диод, подключенный параллельно, образует путь с низким сопротивлением, по которому генерируемый ток течет через него. Это позволяет всему генерируемому току вытекать из солнечной панели, а не попадать в неисправный элемент, избегая огромных потерь мощности, вызванных всего одним солнечным элементом. И важно то, что «диод Шоттки», тип диода, следует использовать в качестве байпасного, поскольку он имеет падение напряжения только от 0,1 до 0,2 В, а не кремниевые диоды с падением напряжения около 0.7в

В практических солнечных системах использование одного диода на фотоэлемент нецелесообразно и дорого. Таким образом, вместо этого используется один байпасный диод на цепочку или серию солнечных элементов. Таким образом, если какая-либо конкретная цепочка солнечных элементов выходит из строя или затененный ток может течь через байпасные диоды, избегая больших потерь мощности.

БЛОКИРУЮЩИЕ ДИОДЫ:

Функционально он очень похож на байпасные диоды. Также он широко используется с солнечными батареями и проектами с батарейным питанием.В большинстве солнечных систем солнечные панели используются для генерации тока, а этот ток используется для зарядки аккумулятора. Ток от батареи позже используется при необходимости (см. Схему ниже). Проблема с такой настройкой заключается в том, что когда солнечный свет падает на панель, на ней вырабатывается достаточное напряжение для зарядки аккумулятора. С другой стороны, когда падает тень или наступает ночь, напряжение на панели будет нулевым, и в этот момент батарея, подключенная к панели, имеет тенденцию иметь большее напряжение на ней.В результате это вызовет обратный ток в солнечную панель, что испортит солнечную панель и будет стоить серьезных денег.

Чтобы избежать описанного выше сценария, последовательно с солнечной панелью добавлен диод. Как вы знаете, диод пропускает ток только в прямом направлении, когда солнечная панель генерирует ток, он пропускает его без сопротивления. Когда тень отбрасывается на панель или наступает ночь, аккумулятор пытается вернуть ток обратно в панель. В этот момент диод заблокирует входящий ток и спасет солнечную панель.Это также предотвращает случайную разрядку аккумулятора. При выборе блокирующего диода всегда помните, что максимальное напряжение батареи не должно превышать номинальное обратное напряжение диода

.

Обратное напряжение диода> Максимальное напряжение батареи

ток батареи будет превышать диод, портя как солнечную панель, так и диод.

На этом завершается часть II данного руководства по диодам. Надеюсь, из этого урока вы узнали, как использовать диоды в цепи и как их применять на практике.Если вы хотите узнать об основах диода, его конструкции и работе, ознакомьтесь с этим учебным пособием «Диод: конструкция и эксплуатация»

Это руководство является частью нашей «серии руководств по электронным компонентам » , которую мы публикуем на нашем веб-сайте. Вот некоторые из других руководств, которые будут вам полезны.

    Резисторы
  1. : работа, использование и применение
  2. Конденсаторы: работа, использование и применение
  3. Катушки индуктивности: работа, использование и применение
  4. Диод: строительно-рабочий

Надеюсь, что приведенные выше руководства помогут вам стать лучше в электронике.Пожалуйста, следите за нами через наши каналы в социальных сетях Facebook, Instagram, Pinterest, Twitter и подпишитесь на нашу рассылку, чтобы получать все обновления, касающиеся схем, проектов и руководств, опубликованных на нашем веб-сайте. Счастливого обучения 🙂

Объяснение

диодов - Инженерное мышление

Узнайте, как работают диоды, а также почему и где мы их используем.

Прокрутите вниз, чтобы просмотреть руководство YouTube.

Что такое диод

Пример диода

Диод выглядит примерно так, как на изображении выше, и бывает разных размеров.Обычно они имеют черный цилиндрический корпус с полосой на одном конце, а также несколько выводов, позволяющих нам подключить его в цепь. Этот конец известен как анод, а этот конец - катод, и мы увидим, что это значит, позже в видео.

Вы также можете получить другие формы, такие как стабилитрон или даже светодиод, который представляет собой светоизлучающий диод, но мы не будем рассматривать их в этой статье.

Другие примеры диодов

Диод пропускает ток только в одном направлении.

Представим себе водопроводную трубу с установленным поворотным клапаном. Когда вода течет по трубе, она толкает распашную заслонку и продолжает течь. Однако, если вода меняет направление, вода закроет заслонку и не сможет течь. Следовательно, вода может течь только в одном направлении.

Водопроводная труба

Это очень похоже на диод, мы используем их для управления направлением тока в цепи.

Теперь мы анимировали это с помощью потока электронов, в котором электроны перетекают от отрицательного к положительному.Однако в электронной технике традиционно используют обычный поток, который изменяется от положительного к отрицательному. Обычный ток, вероятно, легче понять, вы можете использовать любой, на самом деле это не имеет значения, просто помните о двух и о том, какой из них мы используем.

Пример светодиода

Итак, если мы подключим диод в простую светодиодную схему, подобную приведенной выше, необходимо отметить, что светодиод будет включаться только тогда, когда диод установлен правильно. Это позволяет току течь только в одном направлении. Таким образом, в зависимости от того, как он установлен, он может действовать как проводник или изолятор.

Полосатый конец подсоединяется к минусу, а черный конец подсоединяется к плюсу, чтобы он действовал как проводник. Это позволяет току течь, мы называем это прямым смещением. Если перевернуть диод, он будет действовать как изолятор, и ток не будет течь. Мы называем это обратным смещением.

Прямое смещение и обратное смещение

Как работает диод?

Как вы знаете, электричество - это поток свободных электронов между атомами. Мы используем медные провода, потому что в меди много свободных электронов, что облегчает пропускание электричества.Мы используем резину, чтобы изолировать медные провода и обезопасить себя, потому что резина является изолятором, что означает, что ее электроны удерживаются очень плотно и, следовательно, не могут перемещаться между атомами.

Если мы посмотрим на базовую модель атома металлического проводника, у нас есть ядро ​​в центре, и оно окружено множеством орбитальных оболочек, удерживающих электроны. Каждая оболочка содержит максимальное количество электронов, и электрон должен иметь определенное количество энергии, чтобы попасть в каждую оболочку.Электроны, расположенные дальше всего от ядра, обладают наибольшей энергией. Самая внешняя оболочка известна как валентная оболочка, и проводник имеет от 1 до 3 электронов в своей валентной оболочке.

Атом меди

Электроны удерживаются на месте ядром. Но есть еще одна оболочка, известная как зона проводимости. Если электрон может достичь этого, он может вырваться из атома и перейти к другому. У атома металла, такого как медь, зона проводимости и валентная оболочка перекрываются, поэтому электрону очень легко перемещаться.

Самая внешняя оболочка уплотнена изолятором. Электрону практически нет места для присоединения. Ядро плотно захватывает электроны, а зона проводимости находится далеко, поэтому электроны не могут дотянуться до нее, чтобы убежать. Следовательно, электричество не может проходить через этот материал.

Однако есть еще один материал, известный как полупроводник. Кремний - это пример полупроводника. В этом материале слишком много электронов во внешней оболочке, чтобы быть проводником, поэтому он действует как изолятор.Однако следует отметить; что, поскольку зона проводимости довольно близка; если мы предоставим некоторую внешнюю энергию, некоторые электроны получат достаточно энергии, чтобы совершить прыжок из баллона в зону проводимости, чтобы стать свободными. Следовательно, этот материал может действовать как изолятор, так и как проводник.

Чистый кремний почти не имеет свободных электронов, поэтому инженеры добавляют в кремний небольшое количество других материалов, чтобы изменить его электрические свойства.

Изолятор, проводник, полупроводник. Пример

Мы называем это легированием P-типа и N-типа.Мы объединяем эти легированные материалы в диод.

Итак, внутри диода есть два вывода, анод и катод, которые подключаются к тонким пластинам. Между этими пластинами имеется слой легированного кремния P-типа на анодной стороне и слой легированного кремния N-типа на катодной стороне. Все это покрыто смолой для изоляции и защиты материалов.

Пример диода

Давайте представим, что материал еще не был легирован, так что внутри это просто чистый кремний. Каждый атом кремния окружен четырьмя другими атомами кремния.Каждому атому нужно 8 электронов в своей валентной оболочке, но атомы кремния имеют только 4 электрона в своей валентной оболочке, поэтому они тайком делятся электроном со своим соседним атомом, чтобы получить 8 желаемых. Это известно как ковалентное связывание.

Ковалентная связь

Когда мы добавляем материал N-типа, такой как фосфор, он займет положение некоторых атомов кремния. В валентной оболочке атома фосфора 5 электронов. Так как атомы кремния делятся электронами, чтобы получить желаемое 8, им не нужен этот дополнительный электрон, поэтому теперь в материале есть дополнительный электрон, и поэтому они могут свободно перемещаться.

Добавление фосфора

При легировании P-типа мы добавляем такой материал, как алюминий. У этого атома всего 3 электрона в валентной оболочке, поэтому он не может предоставить своим 4 соседям один электрон, поэтому одному из них придется обойтись без него. Таким образом, создается дыра, в которой электрон может сидеть и занимать ее.

Итак, у нас есть два легированных куска кремния, один со слишком большим количеством электронов, а другой с недостаточным количеством электронов.

Два материала соединяются, образуя соединение P-N. На этом стыке мы получаем так называемую область истощения.В этой области часть избыточных электронов со стороны N-типа переместится, чтобы занять дырки со стороны P-типа. Эта миграция образует барьер с скоплением электронов и дырок на противоположных сторонах. Электроны заряжены отрицательно, а дырки считаются положительно заряженными. Таким образом, нарастание приводит к образованию слегка отрицательно заряженной области и слегка положительно заряженной области. Это создает электрическое поле и предотвращает перемещение большего количества электронов. Разность потенциалов в этой области составляет около 0.7В в типичных диодах.

Пример истощения

Когда мы подключаем источник напряжения через диод с анодом (P-типа), подключенным к плюсу, а катод (N), соединенным с минусом, это создает прямое смещение и позволяет току течь. Источник напряжения должен быть выше барьера 0,7 В, иначе электроны не смогут попасть в перемычку.

Источник напряжения должен быть больше, чем барьер

Когда мы реверсируем источник питания, так что положительный полюс подключается к катоду N-типа, а отрицательный - к аноду P-типа.Отверстия притягиваются к отрицательному полюсу, а электроны притягиваются к положительному положению, что вызывает расширение барьера, и поэтому диод действует как проводник, предотвращая протекание тока.

Технические детали

Пример символа

Диоды представлены на технических чертежах символом, подобным изображению выше. Полоса на корпусе обозначается вертикальной линией на символе, а стрелка указывает в направлении обычного тока.

Когда мы смотрим на диод, мы видим эти цифры и буквы на корпусе.Они идентифицируют диод, поэтому вы можете найти технические подробности в Интернете.

I-V Diagram

У диода будет I-V диаграмма, как показано выше. На этой диаграмме показаны характеристики тока и напряжения диода, которые построены в виде изогнутой линии. Эта сторона должна работать как проводник, а эта сторона - как изолятор.

Вы можете видеть, что диод может действовать как изолятор только до определенной разницы напряжений на нем. Если вы превысите это значение, он станет проводником и позволит току течь.Это приведет к выходу из строя диода и, возможно, вашей схемы, поэтому вам необходимо убедиться, что размер диода соответствует применению.

Точно так же диод может выдерживать только определенное напряжение или ток при прямом смещении. Значение разное для каждого диода, вам нужно будет просмотреть эти данные, чтобы узнать подробности.

Диод требует определенного уровня напряжения для открытия и пропуска тока в прямом смещении. Большинство из них около 0,6 В. Если мы подадим напряжение ниже этого, он не откроется, чтобы позволить току течь.Но по мере того, как мы увеличиваем это значение, величина тока, который может протекать, будет быстро увеличиваться.

Пример напряжения диода

Диоды также будут обеспечивать падение напряжения в цепи. Например, когда я добавил этот диод в простую светодиодную схему, установленную на макетной плате, я получил значение падения напряжения 0,71 В.

Почему мы их используем

Как уже упоминалось, мы используем диоды для управления направлением тока в цепи. Это полезно, например, для защиты нашей цепи, если источник питания был подключен сзади на переднюю.Диод может блокировать ток и обеспечивать безопасность наших компонентов.

Мы также можем использовать их для преобразования переменного тока в постоянный. Как вы, возможно, знаете, переменный или переменный ток перемещает электроны вперед и назад, создавая синусоидальную волну с положительной и отрицательной половинами, но постоянный или постоянный ток перемещает электроны только в одном направлении, что дает плоскую линию в положительной области.

Если мы подключим первичную сторону трансформатора к источнику переменного тока, а затем подключим вторичную сторону к одному диоду, диод пропустит только половину волны и заблокирует ток в противоположном направлении.Таким образом, цепь проходит только положительную половину цикла, поэтому теперь это очень грубая цепь постоянного тока, хотя ток пульсирует, но мы можем это улучшить.

Пример первичной обмотки

Один из способов сделать это - если мы подключим четыре диода к вторичной стороне, мы создадим двухполупериодный выпрямитель. Диоды контролируют, по какому пути может течь переменный ток, блокируя или позволяя ему проходить. Как мы только что видели, разрешено проходить положительной половине синусоидальной волны, но на этот раз разрешено проходить и отрицательной половине, хотя это было инвертировано, чтобы превратить ее также в положительную половину.Это дает нам лучшую подачу постоянного тока, поскольку пульсация значительно снижается. Но мы все еще можем улучшить это, мы просто добавляем несколько конденсаторов, чтобы сгладить пульсацию и в конечном итоге получить плавную линию, чтобы точно имитировать постоянный ток.

Четыре подключенных диода

Мы подробно рассмотрели, как работают конденсаторы в нашей предыдущей статье, проверьте, что ЗДЕСЬ .

Как проверить диод

Для проверки диода нам понадобится мультиметр с настройкой проверки диодов, символ будет выглядеть так.Мы настоятельно рекомендуем вам иметь в своем наборе инструментов хороший мультиметр, который поможет вам как в обучении, так и в диагностике проблем.

Итак, берем наш диод и мультиметр. Подключаем черный провод к концу диода линией. Затем к противоположному концу подключаем красный провод. Когда мы это сделаем, на экране должно появиться значение.

Например, диод модели 1N4001 дает показание 0,516 В. Это минимальное напряжение, необходимое для открытия диода и протекания тока.

Если теперь поменять местами провода, подключенные к диодам, мы должны увидеть на экране OL, что означает выход за пределы.Это говорит нам о том, что он не может выполнить измерения, это хорошо, потому что он не может замкнуть цепь, поэтому диод выполняет свою работу.

Если мы получаем сообщение о подключении в обеих конфигурациях, значит, компонент неисправен и не должен использоваться.

Неисправный компонент

Чтобы проверить диод в цепи на падение напряжения, мы просто переводим мультиметр в функцию постоянного напряжения, а затем помещаем черный щуп к концу полосы, а красный щуп к черному концу. Это даст нам значение, например, 0.71V, что является падением напряжения.


Факты о диодах для детей

Анод и катод. Катод нанесен на корпус.

Диод - это электронный компонент с двумя электродами (соединителями), который позволяет электричеству проходить через него в одном направлении, а не в другом.

Диоды могут использоваться для преобразования переменного тока в постоянный (диодный мост). Они используются в источниках питания, а иногда и для декодирования радиосигналов с амплитудной модуляцией (например, в радиоприемнике на кристалле).Светодиоды (светодиоды) - это диоды, излучающие свет.

Сегодня самые распространенные диоды изготавливаются из полупроводниковых материалов, таких как кремний или иногда германий.

История

Первые типы диодов были названы клапанами Флеминга. Это были электронные лампы. Они были внутри стеклянной трубки (очень похожей на лампочку). Внутри стеклянной колбы была небольшая металлическая проволока и большая металлическая пластина. Маленькая металлическая проволока нагревается и выделяет электричество, которое улавливается пластиной.Большая металлическая пластина не нагревалась, поэтому электричество могло проходить через трубку в одном направлении, но не в другом. Клапаны Флеминга больше не используются, потому что они были заменены полупроводниковыми диодами, которые меньше, чем клапаны Флеминга. Томас Эдисон также обнаружил это свойство, работая над своими лампочками.

Строительство

Структура лампового диода

Полупроводниковые диоды состоят из двух типов полупроводников, соединенных друг с другом.У одного типа есть атомы с дополнительными электронами (так называемая n-сторона). У другого типа есть атомы, которым нужны электроны (так называемая p-сторона). Из-за этого электричество будет легко перетекать из стороны со слишком большим количеством электронов в сторону со слишком малым количеством электронов. Однако электричество не будет легко течь в обратном направлении. Эти разные типы сделаны легированием (полупроводник). Кремний с растворенным в нем мышьяком является хорошим полупроводником на n-стороне, а кремний с растворенным в нем алюминием - хорошим полупроводником на p-стороне.Другие химические вещества также могут работать.

Разъем на стороне n называется катодом, разъем на стороне p называется анодом.

Функция диода

Положительное напряжение на стороне p

Если вы подадите положительное напряжение на сторону p и отрицательное напряжение на сторону n, электроны на стороне n захотят перейти к положительному напряжению на стороне p, а отверстия на стороне p потребуются перейти к отрицательному напряжению на стороне n. Из-за этого ток может существовать, но для его запуска требуется определенное количество напряжения (очень небольшого напряжения недостаточно для протекания электрического тока).Это называется напряжением включения. Напряжение включения кремниевого диода составляет около 0,7 В. Германиевый диод требует напряжения включения около 0,3 В.

Отрицательное напряжение на стороне p

Если вместо этого вы подадите отрицательное напряжение на сторону p и положительное напряжение на сторону n, электроны стороны n захотят перейти к источнику положительного напряжения, а не к другой стороне диода. То же самое происходит на стороне p. Таким образом, ток не будет течь между двумя сторонами диода. Повышение напряжения в конечном итоге заставит электрический ток течь (это напряжение пробоя).Многие диоды будут разрушены обратным потоком, но некоторые из них могут выжить.

Влияние температуры

При повышении температуры снижается напряжение включения. Это облегчает прохождение электричества через диод.

Типы диодов

Есть много типов диодов. Некоторые из них имеют очень специфическое использование, а некоторые - множество применений.

Символы

Вот некоторые общие символы полупроводниковых диодов, используемые в принципиальных схемах:

Стандартный выпрямительный диод

Изменяет A / C (переменный ток, как в сетевой розетке в доме) на D / C (постоянный ток, используемый в электронике).Стандартный выпрямительный диод предъявляет особые требования. Он должен выдерживать большой ток, не сильно зависеть от температуры, иметь низкое напряжение включения и поддерживать быстрое изменение направления тока. Такие выпрямители используются в современной аналоговой и цифровой электронике.

Светодиод

Светодиод излучает свет, когда через него проходит электричество. Это более долговечный и более эффективный способ создания света, чем лампы накаливания. В зависимости от того, как он был изготовлен, светодиод может быть разного цвета.Светодиоды были впервые использованы в 1970-х годах. Светоизлучающий диод может в конечном итоге заменить лампочку, поскольку развивающиеся технологии делают ее ярче и дешевле (она уже более эффективна и служит дольше). В 1970-х годах светодиоды использовались для отображения чисел в таких приборах, как калькуляторы, и как способ показать, что питание было включено для более крупных приборов.

Фотодиод

Фотодиод - это фотодетектор (противоположность светодиода). Он реагирует на входящий свет. Фотодиоды имеют окно или оптоволоконное соединение, которое пропускает свет на чувствительную часть диода.Диоды обычно имеют сильное сопротивление; свет снижает сопротивление.

Стабилитрон

Стабилитрон похож на обычный диод, но вместо того, чтобы разрушаться большим обратным напряжением, он пропускает электричество. Напряжение, необходимое для этого, называется напряжением пробоя или напряжением Зенера. Поскольку он построен с известным напряжением пробоя, его можно использовать для подачи известного напряжения.

Варакторный диод

Варикап или варакторный диод используется во многих устройствах.Он использует область между p-стороной и n-стороной диода, где электроны и дырки уравновешивают друг друга. Это называется зоной истощения. При изменении величины обратного напряжения изменяется размер зоны истощения. В этой области есть некоторая емкость, и она изменяется в зависимости от размера зоны истощения. Это называется переменной емкостью, или сокращенно варикапом. Он используется в ФАПЧ (контурах фазовой автоподстройки частоты), которые используются для управления высокоскоростной частотой, на которой работает микросхема.

Ступенчатый восстанавливающий диод

Символ представляет собой символ диода с своеобразной заглушкой.Используется в цепях с высокими частотами до ГГц. Он очень быстро выключается при прекращении прямого напряжения. Для этого он использует ток, который течет после изменения полярности.

PIN диод

Конструкция этого диода имеет внутренний (нормальный) слой между n- и p-сторонами. На более низких частотах он действует как стандартный диод. Но на высоких оборотах он не успевает за быстрыми изменениями и начинает действовать как резистор. Внутренний слой также позволяет ему обрабатывать большие входные мощности и может использоваться в качестве фотодиода.

диод Шоттки

Обозначается диодом с буквой «S» на пике. Вместо того, чтобы обе стороны были полупроводниками (например, кремнием), одна сторона - это металл, например алюминий или никель. Это снижает напряжение включения примерно до 0,3 В. Это примерно половина порогового напряжения обычного диода. Функция этого диода заключается в том, что неосновные носители не инжектируются - на n-стороне есть только дырки, но не электроны, а на p-стороне есть только электроны, а не дырки. Поскольку он чище, он может реагировать быстрее, без диффузионной емкости, которая может его замедлить.Кроме того, он создает меньше тепла и более эффективен. Но есть утечка тока с обратным напряжением.

Когда диод переключается с подвижного тока на неподвижный, это называется переключением. В типичном диоде это занимает десятки наносекунд; это создает некоторый радиошум, который временно ухудшает качество радиосигналов. Диод Шоттки переключается за небольшую часть этого времени, менее наносекунды.

Туннельный диод

В условном обозначении туннельного диода в конце обычного обозначения есть своеобразная дополнительная квадратная скобка.

Туннельный диод состоит из сильно легированного pn-перехода. Из-за этого высокого уровня легирования существует только очень узкая щель, через которую могут проходить электроны. Этот туннельный эффект проявляется в обоих направлениях. После прохождения определенного количества электронов ток через зазор уменьшается, пока не начнется нормальный ток через диод при пороговом напряжении. Это вызывает область отрицательного сопротивления. Эти диоды используются для работы с действительно высокими частотами (100 ГГц).Также они устойчивы к радиации, поэтому их используют в космических кораблях. Они также используются в микроволновых печах и холодильниках.

Обратный диод

Символ имеет на конце диода знак, похожий на большой I. Он сделан аналогично туннельному диоду, но n- и p-слой не легированы так высоко. Это позволяет току течь в обратном направлении с небольшими отрицательными напряжениями. Его можно использовать для выпрямления низкого напряжения (менее 0,7 В).

Выпрямитель с кремниевым управлением (SCR)

Вместо двух слоев, как у обычного диода, он состоит из четырех слоев, по сути, это два диода, соединенные вместе, с затвором посередине.Когда напряжение проходит между затвором и катодом, включается нижний транзистор. Это позволяет протекать току, который активирует верхний транзистор, и тогда ток не нужно будет включать напряжением на затворе.

Картинки для детей

  • Кремниевый диод крупным планом. Анод находится справа; катод находится слева (там, где он отмечен черной полосой). Между двумя выводами виден квадратный кристалл кремния.

  • Электронная лампа с двумя силовыми диодами

  • Крупный план германиевого точечного диода EFD108 в корпусе из стекла DO7, демонстрирующий острый металлический провод ( кошачий усик ), который образует полупроводниковый переход.

  • ВАХ (ток в зависимости от напряжения) диода p – n-перехода

  • Диод с PN переходом в режиме прямого смещения, ширина обеднения уменьшается. Как p-, так и n-переходы легированы на уровне легирования 1e15 / см3, что приводит к встроенному потенциалу ~ 0,59V. Обратите внимание на различные квазиуровни Ферми для зоны проводимости и валентной зоны в n- и p-областях (красные кривые).

  • Схема базового блока питания переменного тока в постоянный

  • Этот простой диодный зажим будет фиксировать отрицательные пики входящего сигнала до напряжения общей шины

Диод | Инжиниринг | Fandom

Типы диодов

В электронике диод - это компонент, ограничивающий направление движения носителей заряда.Он позволяет электрическому току течь в одном направлении, но по существу блокирует его в противоположном направлении. Таким образом, диод можно рассматривать как электронную версию обратного клапана.

Первыми диодами были устройства на электронных лампах (в Великобритании они назывались вентилями, ), но сегодня наиболее распространенные диоды изготавливаются из сверхчистых полупроводниковых материалов, таких как кремний или германий.

Термин был придуман Уильямом Генри Экклсом в 1919 году от греческих корней; di означает «два», а ode означает «путь».

Первыми диодами были устройства на электронных лампах (также известные как термоэлектронные клапаны), расположение электродов, окруженных вакуумом внутри стеклянной оболочки, по внешнему виду напоминало лампы накаливания. Расположение нити и пластины в виде диода было изобретено в 1904 году Джоном Амброузом Флемингом (научным советником компании Marconi) на основе наблюдения Томаса Эдисона.

В ламповых диодах ток пропускается через катод - нить накала, обработанную смесью оксидов бария и стронция, которые являются редкоземельными металлами.Ток нагревает нить, вызывая термоэлектронную эмиссию электронов в вакуумную оболочку. В прямом режиме окружающий металлический электрод, называемый анодом, заряжается положительно, так что он электростатически притягивает испускаемые электроны. Однако при изменении полярности напряжения электроны не легко выпускаются с ненагретой поверхности анода, и, следовательно, любой обратный поток представляет собой очень небольшой ток.

На протяжении большей части 20-го века ламповые диоды использовались в приложениях аналоговых сигналов и в качестве выпрямителей в источниках питания.Сегодня ламповые диоды используются только в нишевых приложениях, таких как выпрямители в ламповых гитарных и Hi-Fi усилителях, а также в специализированном высоковольтном оборудовании.

Большинство современных диодов основаны на полупроводниковых p-n переходах. В p-n диоде обычный ток может течь от стороны p-типа (анод) к стороне n-типа (катод), но не в противоположном направлении. Другой тип полупроводникового диода, диод Шоттки, формируется из контакта между металлом и полупроводником, а не из p-n-перехода.

Вольт-амперная характеристика полупроводникового диода приписывается поведению так называемого обедненного слоя или обедненной зоны , которая существует на p-n-переходе между разными полупроводниками. Когда pn-переход создается впервые, электроны зоны проводимости (подвижные) из области с примесью азота диффундируют в область с примесью фосфора, где имеется большая популяция дырок (места для электронов, в которых нет электронов), с которыми электроны «рекомбинировать».Когда мобильный электрон рекомбинирует с дыркой, дырка исчезает, и электрон больше не подвижен. Таким образом, исчезли два носителя заряда. Область вокруг p-n-перехода становится обедненной носителями заряда и, таким образом, ведет себя как изолятор. Однако ширина истощения не может расти без ограничений. Для каждой пары электрон-дырка, которая рекомбинирует, положительно заряженный ион легирующей примеси остается в области, легированной азотом, а отрицательно заряженный ион легирующей примеси остается в области, легированной фосфатом. По мере того, как рекомбинация продолжается и образуется больше ионов, через зону обеднения возникает увеличивающееся электрическое поле, которое замедляет, а затем, наконец, останавливает рекомбинацию.На данный момент существует «встроенный» потенциал в зоне истощения. Если на диод подается внешнее напряжение с той же полярностью, что и встроенный потенциал, зона обеднения продолжает действовать как изолятор, предотвращающий значительный электрический ток. Однако, если полярность внешнего напряжения противоположна встроенному потенциалу, рекомбинация может снова продолжиться, приводя к значительному электрическому току через p-n-переход. Для кремниевых диодов встроенный потенциал составляет примерно 0.6 В. Таким образом, если через диод пропускают внешний ток, на диоде будет развиваться около 0,6 В, так что область, легированная P, будет положительной по отношению к области, легированной N, и диод называется `` повернутым ''. на'.

ВАХ диода с фазовым переходом (без масштаба).

Вольт-амперная характеристика диода может быть аппроксимирована двумя рабочими областями. Ниже определенной разницы потенциалов между двумя выводами обедненный слой имеет значительную ширину, и диод можно рассматривать как разомкнутую (непроводящую) цепь.По мере увеличения разности потенциалов на каком-то этапе диод станет проводящим и позволит зарядам течь, после чего его можно рассматривать как соединение с нулевым (или, по крайней мере, очень низким) сопротивлением. Точнее, передаточная функция логарифмическая, но настолько четкая, что выглядит как угол на уменьшенном графике ( см. Также обработку сигналов ).

Уравнение идеального диода Шокли (названное в честь Уильяма Брэдфорда Шокли) может использоваться для аппроксимации ВАХ p-n диода.

,

, где I - ток диода, I S - масштабный коэффициент, называемый током насыщения , q - заряд электрона (элементарный заряд ), k - постоянная Больцмана, T - абсолютная температура pn перехода и V D - напряжение на диоде. Термин kT / q - это тепловое напряжение , иногда обозначаемое как V T , и составляет приблизительно 26 мВ при комнатной температуре. n (иногда опускается) - коэффициент излучения , который варьируется от 1 до 2 в зависимости от процесса изготовления и материала полупроводника.

Можно использовать более короткие обозначения. Положив

и отношение диода становится:

где (при комнатной температуре) - известная постоянная.

В нормальном кремниевом диоде при номинальных токах падение напряжения на проводящем диоде составляет примерно 0.От 6 до 0,7 вольт. Значение отличается для других типов диодов - диоды Шоттки могут иметь низкое значение 0,2 В, а светодиоды (светодиоды) могут иметь напряжение 1,4 В или более в зависимости от тока.

Ссылаясь на изображение ВАХ, в области обратного смещения для нормального выпрямительного диода PN, ток через устройство очень низкий (в диапазоне мкА) для всех обратных напряжений вплоть до точки, называемой пиковым обратным напряжением ( PIV). За пределами этой точки происходит процесс, называемый обратным пробоем, который приводит к повреждению устройства и значительному увеличению тока.Для диодов специального назначения, таких как лавинные или стабилитроны, концепция PIV не применима, поскольку они имеют преднамеренный пробой сверх известного обратного тока, так что обратное напряжение «фиксируется» до известного значения (называемого напряжением стабилитрона). Однако устройства имеют ограничение по току и мощности в зоне стабилизации или схода лавины.

Типы полупроводниковых диодов [редактировать | править источник]

Есть несколько типов полупроводниковых диодов:

Нормальные (p-n) диоды
, которые работают, как описано выше.Обычно из легированного кремния или, реже, германия. До разработки современных кремниевых выпрямительных диодов использовалась закись меди, а затем селен; его низкая эффективность привела к гораздо более высокому прямому падению напряжения (обычно 1,4-1,7 В на «элемент», при этом несколько ячеек уложены друг над другом для увеличения пикового значения обратного напряжения в высоковольтных выпрямителях) и требовали большого радиатора (часто для увеличения металлическая подложка диода), намного больше, чем потребовался бы кремниевый диод с такими же номинальными токами.
' Золотые легированные' диоды
Золото вызывает «подавление неосновных носителей». Это снижает эффективную емкость диода, позволяя ему работать на частотах сигнала. Типичный пример - 1N914. Германиевые диоды и диоды Шоттки также быстрые, как и биполярные транзисторы, «вырожденные», чтобы действовать как диоды. Диоды питания сделаны с расчетом на работу с максимальной частотой 2,5 x 400 Гц (иногда называемые американцами «французской мощностью»), поэтому они не годятся для работы с частотой выше килогерца.
Стабилитроны (произносится / ziːnər /)
диодов, которые могут проводить обратное направление. Этот эффект, называемый зенеровским пробой, происходит точно определенное напряжение, позволяя диод для использования в качестве опорного напряжения точности. На практике опорного напряжения цепей Зенер и коммутация диоды соединены последовательно и противоположных направления, чтобы сбалансировать температурный коэффициент почти до нуля. Некоторые устройства, обозначенные как высоковольтные стабилитроны, на самом деле являются лавинными диодами (см. Ниже).Два (эквивалентных) стабилитрона, включенные последовательно и в обратном порядке, в одной упаковке, составляют поглотитель переходных процессов (или Transorb, зарегистрированная торговая марка). Они названы в честь доктора Кларенса Мелвина Зенера из Университета Южного Иллинойса, изобретателя устройства.
Лавинные диоды
диодов, которые проводят в обратном направлении, когда напряжение обратного смещения превышает напряжение пробоя. Они электрически очень похожи на стабилитроны и часто ошибочно называются стабилитронами, но выходят из строя по другому механизму, лавинному эффекту .Это происходит, когда обратное электрическое поле через p-n-переход вызывает волну ионизации, напоминающую лавину, приводящую к сильному току. Лавинные диоды предназначены для пробоя при четко определенном обратном напряжении без разрушения. Разница между лавинным диодом (который имеет обратный пробой выше примерно 6,2 В) и стабилитроном состоит в том, что длина канала первого превышает «длину свободного пробега» электронов, поэтому на выходе между ними происходят столкновения.Единственное практическое различие состоит в том, что оба типа имеют температурные коэффициенты противоположной полярности.
Диоды подавления переходных напряжений (TVS)
Это лавинные диоды, разработанные специально для защиты других полупроводниковых устройств от электростатических разрядов. Их p-n-переходы имеют гораздо большую площадь поперечного сечения, чем у обычных диодов, что позволяет им проводить большие токи на землю без повреждений.
Фотодиоды
Полупроводники подлежат оптике

Как работают диоды и светодиоды? | ОРЕЛ

С возвращением, капитаны компонентов! Сегодня пришло время повысить уровень своих знаний и перейти от простых пассивных компонентов к области полупроводниковых компонентов.Эти детали оживают, когда соединяются в цепь, и могут управлять электричеством разными способами! Вам предстоит работать с двумя полупроводниковыми компонентами: диодом и транзистором. Сегодня мы поговорим о диоде, пресловутом уродливом устройстве управления, которое позволяет электричеству течь только в одном направлении! Если вы видели светодиод в действии, значит, вы уже далеко впереди, давайте приступим.

Управляйте потоком

Диод хорошо известен своей способностью управлять прохождением электрического тока в цепи.В отличие от пассивных компонентов, которые бездействуют, сопротивляясь или накапливая, диоды активно погружают руки в приливы и отливы тока, протекающего по нашим устройствам. Есть два способа описать, как ток протекает или не течет через диод, и они включают:

  • С опережением. Если вы правильно вставите батарею в цепь, ток будет проходить через диод; это называется состоянием с прямым смещением.
  • Обратно-смещенный. Когда вам удается вставить батарею в цепь в обратном направлении, ваш диод блокирует прохождение любого тока, и это называется состоянием с обратным смещением.

Простой способ визуализировать разницу между состояниями прямого и обратного смещения диода в простой схеме

Хотя эти два термина могут показаться слишком сложными, представьте диод как переключатель. Он либо закрыт (включен) и пропускает ток, либо открыт (выключен), и ток не может течь через него.

Полярность диодов и символы

Диоды - это поляризованные компоненты, что означает, что они имеют очень специфическую ориентацию, поэтому для правильной работы их необходимо подключить в цепь. На физическом диоде вы заметите две клеммы, выходящие из формы жестяной банки посередине. Одна сторона - это положительный вывод, который называется анодом . Другой вывод - это отрицательный конец, называемый катодом . Возвращаясь к нашему потоку электричества, ток может течь только в диоде от анода к катоду, а не наоборот.

Вы можете определить катодную сторону физического диода, посмотрев на серебряную полоску рядом с одним из выводов. (Источник изображения)

Вы можете легко обнаружить диод на схеме, просто найдите большую стрелку с линией, проходящей через нее, как показано ниже. У некоторых диодов и анод, и катод помечены как положительный и отрицательный, но простой способ запомнить, в каком направлении течет ток в диоде, - это следить за направлением стрелки.

Стрелка на символе диода указывает направление протекания тока.

В наши дни большинство диодов изготовлено из двух самых популярных полупроводниковых материалов в электронике - кремния или германия. Но если вы знаете что-нибудь о полупроводниках, то знаете, что в своем естественном состоянии ни один из этих элементов не проводит электричество. Так как же заставить электричество проходить через кремний или германий? С помощью небольшого волшебного трюка под названием допинг.

Легирование полупроводников

Странные полупроводниковые элементы. Возьмем, к примеру, кремний.Днем это изолятор, но если вы добавите в него примеси с помощью процесса, называемого допингом, вы придадите ему магическую силу проводить электричество ночью.

Благодаря своим двойным свойствам как изолятор, так и проводник, полупроводники нашли свою идеальную нишу в компонентах, которые должны контролировать поток электрического тока в виде диодов и транзисторов. Вот как работает процесс легирования в типичном куске кремния.

  • Расти.Во-первых, кремний выращивают в строго контролируемой лабораторной среде. Это называется чистой комнатой, то есть в ней нет пыли и других загрязнений.
  • Допинг это отрицательно. Теперь, когда кремний вырос, пришло время легировать его. Этот процесс может идти двумя путями. Первый - это легирование кремния сурьмой, которая дает ему несколько дополнительных электронов и позволяет кремнию проводить электричество. Этот кремний называется кремнием n-типа или отрицательного типа, потому что в нем больше отрицательных электронов, чем обычно.
  • Допинг положительно. Можно также добавить кремний в обратную сторону. Добавляя бор к кремнию, он удаляет электроны из атома кремния, оставляя группу пустых дырок там, где должны быть электроны. Это называется кремнием p-типа или положительного типа.
  • Объедините . Теперь, когда ваши кусочки кремния легированы как положительно, так и отрицательно, вы можете соединить их вместе. Соединяя кремний n-типа и p-типа вместе, вы создаете так называемое соединение.

Именно на этом перекрестке, который можно представить себе как некую нейтральную зону, происходит вся магия в диоде.Допустим, вы соединяете кремний n-типа и p-типа, а затем подключаете батарею, создавая цепь. Что случится?

В этом случае отрицательный вывод подключен к кремнию n-типа, а положительный вывод подключен к кремнию p-типа. А между двумя кусками кремния - нейтральная зона? Что ж, он начинает сжиматься, и начинает течь электрический ток! Это состояние диода с прямым смещением, о котором мы говорили в начале.

Правильное подключение батареи к кремнию n-типа и p-типа позволяет току течь через переход.(Источник изображения)

Теперь предположим, что вы подключаете батарею наоборот: отрицательная клемма подключена к кремнию p-типа, а положительная клемма - к кремнию n-типа. Здесь происходит то, что нейтральная зона между двумя кусками кремния становится шире, и ток вообще не течет. Это состояние с обратным смещением, которое может принять диод.

Подключите батарею в непреднамеренном направлении, и ваш диод остановит ток от протекания между n-типом и p-типом.(Источник изображения)

Прямое напряжение и пробои

Когда вы работаете с диодами, вы узнаете, что для того, чтобы один пропускал ток, требуется очень определенное количество положительного напряжения. Напряжение, необходимое для включения диода, называется прямым напряжением (VF). Вы также можете увидеть, что это называется напряжением включения или напряжением включения.

Что определяет это прямое напряжение? Полупроводник , материал и типа . Вот как он распадается:

  • Кремниевые диоды.Для использования кремниевого диода потребуется прямое напряжение от 0,6 до 1 В.
  • Германиевые диоды. Для использования диода на основе германия потребуется более низкое прямое напряжение около 0,3 В.
  • Другие диоды. Специализированные диоды, такие как светодиоды, потребуют более высокого прямого напряжения, тогда как диоды Шоттки (см. Ниже) потребуют более низкого прямого напряжения. Лучше всего свериться с таблицей данных для вашего конкретного диода, чтобы определить его номинальное прямое напряжение.

Я знаю, что мы все это время говорили о диодах, позволяющих току течь только в одном направлении, но это правило можно нарушить.Если вы приложите огромное отрицательное напряжение к диоду, вы действительно сможете изменить направление его тока! Конкретная величина напряжения, которая вызывает этот обратный поток, называется напряжением пробоя . Для обычных диодов напряжение пробоя находится в диапазоне от -50 В до -100 В. Некоторые специализированные диоды даже предназначены для работы при этом отрицательном напряжении пробоя, о котором мы поговорим позже.

Семейство диодов - наконец вместе

Существует множество диодов, каждый из которых имеет свои собственные особенности.И хотя у каждого из них есть общая основа ограничения потока тока, вы можете использовать эту общую основу для создания множества различных применений. Давайте посмотрим на каждого члена семейства диодов!

Стандартные диоды

Ваш средний диод. Стандартные диоды имеют умеренные требования к напряжению и низкий максимальный ток.

Стандартный диод для повседневного использования, доступный в компании Digi-Key, обратите внимание на серебряную полосу, которая отмечает катодный конец. (Источник изображения)

Выпрямительные диоды

Это более мощные братья и сестры стандартных диодов, они имеют более высокий максимальный ток и прямое напряжение.В основном они используются в источниках питания.

Более мощные братья и сестры стандартного диода, разница состоит в большем номинальном токе и прямом напряжении.

Диоды Шоттки

Это необычный родственник семейства диодов. Диод Шоттки пригодится, когда вам нужно ограничить величину потери напряжения в вашей цепи. Вы можете идентифицировать диод Шоттки на схеме, ища типичный символ диода с добавлением двух новых изгибов (S-образной формы) на катодном выводе.

Найдите изгибы на катодном конце диода, чтобы быстро определить, что это изгибы Шоттки.

Стабилитроны

Стабилитроны - это черная овца в семействе диодов. Эти парни используются для того, чтобы посылать электрический ток в обратном направлении! Они делают это, используя напряжение пробоя, которое мы обсуждали выше, также называемое пробоем Зенера. Воспользовавшись этой возможностью пробоя, диоды Зенера велики на создание стабильного опорного напряжения в определенном месте в цепи.

Стабилитрон разительно отличается от остальных диодов семейства и может передавать ток от катода к аноду. (Источник изображения)

Фотодиоды

Фотодиоды - это непокорные подростки из семейства диодных. Вместо того, чтобы просто пропускать ток через цепь, фотодиоды улавливают энергию источника света и превращают ее в электрический ток. Вы найдете их для использования в солнечных панелях, а также в оптических коммуникациях.

Фотодиоды принимают все это, улавливая энергию света и превращая ее в электрический ток.(Источник изображения)

Светодиоды (светодиоды)

Яркие звезды семейства диодов. Как и стандартные диоды, светодиоды позволяют току течь только в одном направлении, но с изгибом! Когда подается правильное прямое напряжение, эти светодиоды загораются яркими цветами. Но вот загвоздка: светодиоды определенного цвета требуют разного прямого напряжения. Например, для синего светодиода требуется прямое напряжение 3,3 В, а для красного светодиода требуется только 2,2 В.

Что делает эти светодиоды настолько популярными?

  • Эффективность .Светодиоды излучают свет с помощью электроники, не выделяя тонны тепла, как традиционные лампы накаливания. Это позволяет им сэкономить массу энергии.
  • Контроль. Светодиодами также очень легко управлять в электронной схеме. Пока перед ними установлен резистор, они обязательно будут работать!
  • Недорого. Светодиоды также очень недороги и рассчитаны на длительный срок службы. Вот почему они так часто используются в светофорах, дисплеях и инфракрасных сигналах.

Светодиоды бывают разных форм и цветов, для каждого из которых требуется разное прямое напряжение! (Источник изображения)

Наиболее распространенное применение диодов

Поскольку диоды бывают разных форм, размеров и конфигураций, их использование в наших электронных схемах столь же богато! Вот лишь несколько примеров использования диодов:

Преобразование переменного тока в постоянный

Процесс преобразования переменного тока (AC) в постоянный ток (DC) может выполняться только диодами! Этот процесс выпрямления (преобразования) тока - это то, что позволяет вам подключить всю вашу повседневную электронику постоянного тока к розетке переменного тока в вашем доме.Есть два типа приложений преобразования, в которых играет свою роль диод:

  • Полуволновое выпрямление. Для этого преобразования требуется только один диод. Если вы отправляете сигнал переменного тока в цепь, то ваш единственный диод отсекает отрицательную часть сигнала, оставляя только положительный вход в виде волны постоянного тока.

    Одиночный диод в цепи однополупериодного выпрямителя, отсекающий отрицательный полюс сигнала переменного тока. (Источник изображения)

  • Полноволновое мостовое выпрямление .В этом процессе преобразования используются четыре диода. И вместо того, чтобы просто отсекать отрицательную часть сигнала переменного тока, такую ​​как полуволновой выпрямитель, этот процесс фактически преобразует все отрицательные волны в сигнале переменного тока в положительные волны для сигнала готовности постоянного тока.

    Двухполупериодный мостовой выпрямитель делает еще один шаг вперед, преобразуя весь положительный и отрицательный сигнал переменного тока в постоянный. (Источник изображения)

Пики напряжения управления

Вы также найдете диоды, которые используются в приложениях, где могут произойти неожиданные скачки напряжения.Диоды в этих приложениях могут ограничить любое повреждение, которое может произойти с устройством, поглощая любое избыточное напряжение, которое попадает в диапазон напряжения пробоя диода.

Защита вашего тока

Наконец, вы также найдете диоды, которые используются для защиты чувствительных цепей. Если вы хоть раз разбили батарею неправильно и ничего не взорвалось, то можете поблагодарить за это свой дружелюбный диод. Размещение диода последовательно с положительной стороной источника питания гарантирует, что ток течет только в правильном направлении.

Пора освободиться

Вот и все, контрольный диод и все его сумасшедшие члены семьи! У диодов есть масса применений, от питания этих ярких светодиодных ламп до преобразования переменного тока в постоянный. Но почему, несмотря на все эти удивительные применения, диод не получил такой же огласки, как транзистор или интегральная схема? Мы думаем, что дело в том, что на кухне слишком много поваров. Первый диод был открыт почти 150 лет назад, и с тех пор сотни инженеров и ученых приложили свои усилия, чтобы улучшить это открытие.Несмотря на долгую историю существования многих людей, диод до сих пор считается четвертым по значимости изобретением после колеса.

Знаете ли вы, что Autodesk EAGLE включает в себя массу бесплатных библиотек диодов, которые вы можете начать использовать уже сегодня? Пропустите рутинную работу по созданию деталей, попробуйте Autodesk EAGLE бесплатно сегодня!

Диод

- Викисловарь

Английский [править]

Этимология [править]

di- + - код . Выученная формация, введенная Уильямом Экклсом в 1919 году, после древнегреческого δίοδος (díodos).

Произношение [править]

Существительное [править]

диод ( множественных диодов )

  1. (электроника) Электронное устройство, позволяющее току течь только в одном направлении; используется в основном как выпрямитель.
    • 1919 18 апреля, Уильям Эклс, Электрик , стр. 475:

      Предлагаю дать название диод трубке с двумя электродами.

    • 1949 , Сэмюэл Сильвер, Теория и конструкция СВЧ-антенн [1] , стр. 593:

      Если используется кристалл или диод , комбинация усилитель-вольтметр может использоваться с амплитудой -модулированный источник; или с источником непрерывного света детектор может быть подключен к микроамперметру или гальванометру в качестве показывающего устройства.

    • 2005 , Роберт Диффендерфер, Электронные устройства: системы и приложения [2] , стр. 69:

      В этой схеме, когда диод смещен вперед, напряжение на диоде остается справедливым. близко к потенциалу барьера диода .

Условия координат [править]
Производные термины [править]
Связанные термины [править]
Потомки [править]
  • → Французский: diode ( см. Там для дальнейших потомков )
Переводы [править]

Анаграммы [править]


Произношение [править]

Существительное [править]

диод

  1. (электроника) диод
Cклонение [править]
См. Также [править]

Дополнительная литература [править]


Этимология [править]

От английского диод .

Произношение [править]

Существительное [править]

диод f ( множественное число диодов )

  1. (электроника) диод
Потомки [править]

Дополнительная литература [править]

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *