Как идет ток через диод: что такое диод — это НЕ сложно

Как из переменного напряжения получить постоянное или как работает диод. » Хабстаб

Для того чтобы понять как из переменного напряжения получить постоянное нам необходимо разобраться, чем отличается переменный ток от постоянного и как работает диод.

Переме́нный ток (англ. alternating current) —  электрический ток, который с течением времени изменяется по величине и направлению или, в частном случае, изменяется по величине, сохраняя своё направление в электрической цепи неизменным.

Диод — это электронный элемент, который пропускает ток в одном направлении и не пропускает в другом. На рисунке ниже видно как течёт ток через диод.

У диода есть два вывода катод и анод, существует простой способ запомнить, что подключать к катоду плюс или минус. В слове «анод» столько же букв сколько в слове «плюс», соответственно к аноду подключаем плюс, а в слове «катод» столько же букв сколько в слове «минус», то есть к катоду подключаем минус. Давайте посмотрим как изменится переменное напряжение, после того как оно пройдёт через диод.

На осциллограмме видно, что диод не пропускает отрицательные полупериоды переменного напряжения, такой процесс называют выпрямлением переменного тока. Также надо учитывать, что амплитуда положительной полуволны стала меньше после выпрямления на падение напряжения на диоде.

Падение напряжения на диоде зависит от тока, температуры, и материала из которого он изготовлен и для германиевых диодов составляет около 0,7V. Давайте рассмотрим, что будет если подать на диод отрицательное напряжение или напряжение меньше 0,7V. Картинку можно увеличить кликнув по ней.

Если на диод подать отрицательное напряжение, то ток через него не потечёт. Если подать напряжение меньше 0,7V, то диод не откроется и ток через него тоже не потечёт. Если подать напряжение больше 0,7V, то падение напряжения на диоде всегда будет равно примерно 0,7V для кремневого диода.
Важным параметром диода является максимальный ток, который он может через себя пропустить, а, следовательно, максимальная рассеиваемая мощность. На картинке ниже изображена формула, которая связывает силу тока и мощность диода.

При силе тока 0,001А и падении напряжения 0,7V на диоде будет выделяться мощность равная 0,7mW.
Также есть одна интересная особенность при параллельном соединении диодов, если соединить параллельно 5 штук, максимальный ток каждого диода при этом равен 1А, то максимальный ток через все диоды не будет равен 5А.

Они начнут сгорать друг за другом, связано это с тем, что при одинаковом напряжении, так как двух одинаковых диодов не бывает, то при одном и том же напряжении, ток через них будет отличаться, то есть через какие-то будет течь ток меньше 1А, а через какие-то или какой-то больше, что и станет причиной выхода из строя первого диода, следовательно когда он сгорит тот же ток распределится уже на 4 диода и снова один из диодов или несколько, выйдут из строя и так будет происходить пока все не сгорят.
В заключение хотелось бы сказать про скорость открытия диода. Возьмём обычный выпрямительный диод(1N4007), который применяется там, где частота не превышает 50 – 60Hz и подадим на него, синусоиду частотой 15KHz.

На осциллограмме видно, что на такой частоте диод начинает пропускать часть отрицательной полуволны, объясняется это следующим образом, во время протекания тока возникает накопление неосновных носителей в обеих областях диода. После того как полярность напряжения приложенного к диоду изменяется на противоположную, движение навстречу друг другу неосновных носителей вызовет короткий импульс обратного тока. Длительность описанного выше процесса называют временем восстановления обратного сопротивления базы диода, его можно посмотреть в даташите. Время восстановления обратного сопротивления зависит от емкости p-n перехода. Диоды, работающие на более высоких частотах, обладают меньшей ёмкостью p-n перехода и следовательно меньшим временем восстановления обратного сопротивления.

Давайте возьмём импульсный диод с маркировкой 1N4148 и подадим на него синусоиду частотой 100Khz.

На осциллограмме видно, что отрицательные выбросы отсутствуют.
Пожалуй, это все, что хотелось рассказать про диод.

Полупроводниковый диод | Электронные печеньки

Диод — полупроводниковый прибор обладающий разной проводимостью в зависимости от направления тока. Иными словами, диод пропускает ток в одну сторону и не пропускает в другую. То есть ток идёт от анода (+) к катоду (-), но не наоборот (на самом деле и наоборот иногда идёт, всё сложно. Подробности в статье 🙂 ). Разумеется, диод рассчитан на определённое напряжение и ток, которое он может пропустить в прямом направлении и определённое напряжение, которому он способен сопротивляться в обратном. Полезно знать, что на корпусе диода катод обозначается цветным кольцом.

Диоды характеризуются двумя основными характеристиками: предельному обратному напряжению (Uобр) и максимальной силой тока (Imax), проходящей через него. Предельное обратное напряжение — максимальное напряжение на выводах диода, приложенное к нему в закрытом состоянии, которое он способен выдержать. Максимальный рабочий ток представляет собой ток при прямом включении диода, который диод может выдержать, не выходя из строя. Диоды широко применяются в электронике. Его основное свойство — пропускать ток только в одном направлении, определяет самое распространённое применение диода для выпрямления переменного тока. Однако, мы не станем останавливаться на выпрямителях слишком подробно. Статья рассказывает о применении диода в микроконтроллерных устройствах, разновидностях и способах подключения диода.

В устройствах с микроконтроллерами в основном применяются 3 типа диодов:

• стабилитрон (диод Зеннера)
• выпрямительный диод
• диод Шоттки

Ниже рассмотрим отличия и назначения каждого типа диодов.

Изображение стабилитрона на схеме. Вот с такой загогулиной, да.

А так выглядит диод Зеннера в жизни

Прежде чем рассказать о стабилитронах, нужно вспомнить о ВАХ.

ВАХ — это не только междометие, но и аббревиатура. Расшифровывается она как вольт-амперная характеристика. Чтобы не пугать вас и делать вид, что всё очень сложно, не будем приводить здесь графики этой самой ВАХ. Достаточно просто пояснить, что существует ВАХ для прямого и для обратного включения диода. ВАХ — это график, по которому можно определить характеристики диода: предельные токи, падение напряжения и прочее.

Стабилитроны  конструктивно ничем не отличаются от других диодов. Но их параметры специально рассчитаны для того, чтобы подключать диод наоборот :  анод на минус, а катод на плюс. Это позволяет стабилитрону стабилизировать напряжение. Это происходит в связи с особенностью ВАХ стабилитрона в обратном направлении: при определенном обратном напряжении на диоде, через него течет любой ток. Разумеется, ток через диод не может быть бесконечным, иначе стабилитрон банально перегреется и сгорит. Для стабилизации напряжения на больших токах используйте стабилизаторы напряжения.  Главный параметр стабилитрона — это напряжение стабилизации (Uст).

Измеряется в Вольтах. Как не сложно догадаться, это и есть напряжение, которое стабилитрон пропускает через себя.

Подключается стабилитрон вот так:

Типичная схема подключения стабилитрона

Можно заметить некоторое сходство с делителем напряжения. Собственно, это он и есть. Только напряжение на выходе регулируется стабилитроном динамически, а резистор в верхнем плече делителя называют балластным. Для правильного подключения стабилитрона необходимо произвести расчёт балластного резистора. Для этого необходимо знать следующие значения:

• Входное напряжение (Uin)
• Необходимое напряжение на нагрузке (URн)
• Ток, потребляемый нагрузкой (Iн)

Выбирается стабилитрон, с током стабилизации в 2 или более раз большим, чем ток, потребляемый нагрузкой. Через балластный резистор потечёт ток, равный сумме тока стабилизации и тока, потребляемого нагрузкой.

По закону Ома выходит, что ток, потребляемый нагрузкой, мы можем рассчитать по формуле: (Входное напряжение-Напряжение стабилизации)/Сопротивление балластного резистора.

Тогда сопротивление балласта выражается такой формулой: R1=(Входное напряжение-Напряжение стабилизации)/Ток потребляемый нагрузкой.

Ну а теперь, когда вы полностью запутались, мы просто рекомендуем вам использовать резистор 33 Ом. Этого достаточно для тока нагрузки до 5мА и входном напряжении до 5 В. То есть с помощью стабилитрона из нашего магазина с резистором в 330 Ом вы сможете стабилизировать напряжение на уровне 3,3 вольт для SD модуля.

Так обозначается выпрямительный диод на схеме. Ага. Безо всяких закорючек.

Диод. Катод справа.

Собственно, дальше не так интересно. Выпрямительные диоды… выпрямляют ток. То есть позволяют получить из переменного тока постоянный. Помимо выпрямления тока, выпрямительные диоды используются в цепях управления, коммутации, в ограничительных и развязывающих цепях, в схемах умножения напряжения и преобразователях постоянного напряжения, где не предъявляются высокие требования к частотным и временным параметрам сигналов. Эти диоды выдерживают большие токи и напряжения, но плохо работают на высоких частотах. Это значит, что защитить мощный блок питания от переплюсовки таким диодом можно, а вот ШИМ с таким диодом будет работать не так, как ожидается (работать будет, но скважность изменится, так как диод не будет успевать открываться-закрываться до конца).

ВАХ обратного включения выпрямительного диода характеризуется малым напряжением при большом токе. Это как раз и значит то, что написано выше. Диод хорошо пропускает ток в «правильном» направлении и готов сопротивляться до последнего току, который вдруг потечёт назад. Выпрямительные диоды могут использоваться для защиты управляющей схемы от индуктивных нагрузок. Это, в основном, различные устройства с катушкой — моторы и реле. После отключения тока, катушка может сработать как индуктивность и вернуть заряд назад, повредив вывод контроллера. Для защиты от индуктивности, в цепь с индуктивной нагрузкой включается диод:

Выпрямительный диод в цепи с мотором

На схеме диод Шоттки изображается так:

Диод Шоттки на схеме. Да. Теперь 2 закорючки.

Диод Шоткти. Также его называют сигнальным диодом. Отличается относительно малым предельным напряжением и током, но высокой скоростью работы. Применяется в схемах передачи высокочастотных сигналов. Подробное рассмотрение особенностей диода Шоттки выходит за рамки статьи.

Как работают диоды и светодиоды?

Узнайте, как работает диод для управления потоком электрического тока в цепи с использованием полупроводников n-типа и p-типа.

Пришло время повысить уровень своих знаний и перейти от простых пассивных компонентов к области полупроводниковых компонентов. Эти детали оживают, когда их подключают к электрической цепи, и они могут разными способами манипулировать электричеством. Вам предстоит работать с двумя полупроводниковыми компонентами: диодом и транзистором. Сегодня мы поговорим о диоде, печально известном регуляторе, который позволяет электричеству течь только в одном направлении! Если вы видели светодиод в действии, вы уже далеко впереди. Давайте начнем.

Управление потоком

Диод хорошо известен своей способностью управлять потоком электрического тока в цепи. В отличие от пассивных компонентов, которые сидят сложа руки, сопротивляясь или накапливая, диоды активно держат руку на пульсе приливов и отливов тока, когда он течет по нашим устройствам. Есть два способа описать, как ток будет или не будет течь через диод:

1. Прямое смещение: Когда вы правильно вставите батарею в цепь, ток будет протекать через диод; это называется смещенным вперед состоянием.
2. Обратное смещение: Когда вы вставляете батарею в цепь в обратном направлении, ваш диод блокирует протекание любого тока, что называется состоянием с обратным смещением.

Простой способ визуализировать разницу между состояниями диода с прямым и обратным смещением в простой схеме

Хотя эти два термина могут показаться слишком сложными, думайте о диоде как о переключателе. Он либо закрыт (включен) и через него проходит ток, либо открыт (выключен), и ток через него не проходит.

Полярность диода и символы

Диоды

являются поляризованными компонентами, что означает, что они имеют очень специфическую ориентацию, которую необходимо подключить в цепь для правильной работы. На физическом диоде вы заметите две клеммы, выходящие из консервной банки посередине. Одна сторона — это положительный полюс, называемый анодом. Другая клемма является отрицательным концом, называемым катодом . Ток в диоде может двигаться только от анода к катоду, а не наоборот.

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

На схеме легко найти диод. Просто найдите большую стрелку с линией, проходящей через нее, как показано ниже. У некоторых диодов и анод, и катод отмечены как положительные и отрицательные, но простой способ запомнить, как протекает ток в диоде, — это следовать направлению стрелки.

Стрелка на символе диода указывает направление тока.

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

Легирование полупроводников

Полупроводниковые элементы странные. Возьмем, к примеру, кремний. Это изолятор днем. Однако, если вы добавите к нему примеси с помощью процесса, называемого легированием, вы наделите его магической способностью проводить электричество ночью.

Из-за их двойных свойств изолятора и проводника полупроводники нашли свою идеальную нишу в компонентах, которые должны управлять потоком электрического тока в виде диодов и транзисторов. Вот как происходит процесс легирования типичного куска кремния:

1. Во-первых, кремний выращивают в строго контролируемой лабораторной среде. Это называется чистой комнатой, то есть в ней нет пыли и других загрязнений.
2. Кремний вырос, теперь пришло время его легировать. Этот процесс может идти одним из двух путей. Первый заключается в легировании кремния сурьмой, что дает ему несколько дополнительных электронов и позволяет кремнию проводить электричество. Это называется кремнием n-типа или отрицательным типом, потому что в нем больше отрицательных электронов, чем обычно.
3. Вы также можете легировать кремний в обратном порядке. Добавление бора к кремнию удаляет электроны из атома кремния, оставляя пустые дыры там, где должны быть электроны. Это называется кремнием p-типа или положительного типа.
4. Теперь, когда ваши кусочки кремния легированы как положительно, так и отрицательно, вы можете собрать их вместе. Соединяя кремний n-типа и p-типа вместе, вы создаете соединение.

Пример

Допустим, вы соединили кремний n-типа и p-типа вместе, а затем подключили батарею, создав цепь. Что случится?

В этом случае отрицательная клемма соединяется с кремнием n-типа, а положительная клемма соединяется с кремнием p-типа. А ничейная территория между двумя кусками кремния? Ну, он начинает сжиматься, и начинает течь электрический ток! Это состояние диода с прямым смещением, которое мы обсуждали вначале.

Предположим, вы подключаете аккумулятор наоборот: отрицательный вывод подключается к кремнию p-типа, а положительный вывод — к кремнию n-типа. Здесь происходит то, что нейтральная полоса между двумя кусками кремния становится шире, и ток вообще не течет. Это состояние с обратным смещением, которое может принимать диод.

Подсоедините аккумулятор в непреднамеренном направлении, и ваш диод остановит протекание тока между n-типом и p-типом. (Источник изображения)

Прямое напряжение и поломки

Когда вы работаете с диодами, вы узнаете, что для того, чтобы один из них пропускал ток, требуется 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.

Чем определяется это прямое напряжение? Полупроводниковый материал и типа . Вот как это разбивается:

• Кремниевые диоды. Использование диода на основе кремния потребует прямого напряжения от 0,6 до 1 В.
• Германиевые диоды. Использование диода на основе германия потребует более низкого прямого напряжения, около 0,3 В.
• Другие диоды. Для специализированных диодов, таких как светодиоды, требуется более высокое прямое напряжение, тогда как для диодов Шоттки (см. ниже) требуется более низкое прямое напряжение. Лучше всего проверить техническое описание вашего конкретного диода, чтобы определить его номинальное прямое напряжение.

Я знаю, что мы говорили о диодах, пропускающих ток только в одном направлении, но вы можете нарушить это правило. Если вы приложите огромное отрицательное напряжение к диоду, то вы сможете изменить направление его тока!

Конкретная величина напряжения, которая вызывает возникновение этого обратного потока, называется напряжением пробоя . Напряжение пробоя v для обычных диодов составляет от -50В до -100В. Некоторые специализированные диоды могут даже работать при этом отрицательном напряжении пробоя, о котором мы поговорим позже.

Распаковка семейства диодов

Существует множество диодов, каждый со своими особыми способностями. И хотя каждый из них имеет общую основу для ограничения потока тока, вы можете использовать эту общую основу для создания множества различных применений. Давайте проверим каждого члена семейства диодов!

Стандартные диоды

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

Стандартный повседневный диод, доступный в Digi-Key, обратите внимание на серебряную полоску, которая отмечает конец катода. (Источник изображения)

Выпрямительные диоды

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

Более мощные аналоги стандартного диода, разница заключается в большем номинальном токе и прямом напряжении.

Диоды Шоттки

Это причудливый родственник семейства диодов. Диод Шоттки пригодится, когда вам нужно ограничить потери напряжения в вашей цепи. Вы можете идентифицировать диод Шоттки на схеме, найдя типичный символ диода, добавив два новых изгиба (форма «S») на выводе катода.

Найдите изгиб на катодном конце диода, чтобы быстро идентифицировать его как диод Шоттки.

Стабилитроны

Зенеровские диоды являются паршивой овцой в семействе диодов. Они посылают электрический ток в противоположном направлении! Они делают это, используя напряжение пробоя, о котором говорилось выше, также называемое пробоем Зенера. Используя эту пробойную способность, стабилитроны отлично подходят для создания стабильного опорного напряжения в определенном месте цепи.

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

Фотодиоды

Photodiodes — мятежные подростки в семействе диодов. 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 и оптической связи.

Фотодиоды поглощают энергию света и превращают ее в электрический ток. (Источник изображения)

Светоизлучающие диоды (СИД)

Светодиоды

— это сияющие 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. Однако есть загвоздка в том, что определенные цвета светодиода требуют разных прямых напряжений. Например, для синего светодиода требуется прямое напряжение 3,3 В, тогда как для красного светодиода требуется всего 2,2 В, чтобы он начал светиться.

Что делает эти светодиоды такими популярными?

• Эффективность: светодиодов излучают свет электронным способом, не выделяя тонны тепла, как традиционные лампы накаливания. Это позволяет им экономить тонны энергии.
• Управление: светодиодами также очень легко управлять в электронной схеме. Пока перед ними стоит резистор, они должны работать!
• Недорого: светодиоды очень доступны по цене и долговечны. Вот почему вы обнаружите, что они так часто используются в сигналах светофора, дисплеях и инфракрасных сигналах.

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

Три наиболее распространенных применения диодов

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

1.

Преобразование переменного тока в постоянный

Процесс преобразования переменного тока (AC) в постоянный ток (DC) может осуществляться только с помощью диодов! Этот процесс выпрямления (преобразования) тока позволяет вам подключать всю вашу повседневную электронику постоянного тока к настенной розетке переменного тока в вашем доме. Существует два типа приложений преобразования, в которых диод играет свою роль:

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

   

Одиночный диод в схеме однополупериодного выпрямителя, отсекающий отрицательный конец 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, как в однополупериодном выпрямителе, этот процесс преобразует все отрицательные волны в сигнале переменного тока в положительные волны для сигнала, готового к постоянному току.

Двухполупериодный мостовой выпрямитель идет еще дальше, преобразуя весь положительный и отрицательный сигнал переменного тока в постоянный. (Источник изображения)

2. Контроль скачков напряжения

Диоды

также можно использовать в приложениях, где могут возникать неожиданные скачки напряжения. Диоды в этих приложениях могут ограничить любое повреждение, которое может произойти с устройством, поглощая любое избыточное напряжение, попадающее в диапазон напряжения пробоя диода.

3. Защита вашего текущего

Наконец, вы также обнаружите, что диоды могут защищать чувствительные цепи. Если вы когда-нибудь разбивали батарею неправильным образом, и ничего не взрывалось, вы можете поблагодарить свой дружелюбный диод. Размещение диода последовательно с положительной стороной источника питания гарантирует, что ток течет только в правильном направлении.

Начало работы с диодами

Ну вот, контрольный диод и все его сумасшедшие члены семьи! Диоды имеют множество применений, от питания этих красочных светодиодных ламп до преобразования переменного тока в постоянный. Но почему диод не получил такой широкой огласки, как транзистор или интегральная схема? Мы думаем, что все дело в том, что на кухне слишком много поваров. Первый диод был обнаружен почти 150 лет назад, и с тех пор сотни инженеров и ученых приложили свои усилия, чтобы улучшить это открытие. Несмотря на его долгую историю со многими личностями, многие люди по-прежнему считают диод четвертым по важности изобретением после колеса.

Знаете ли вы, что Autodesk Fusion 360 включает множество бесплатных библиотек диодов, которые вы можете начать использовать уже сегодня? Пропустить занятость по созданию детали; попробуйте Autodesk Fusion 360 бесплатно уже сегодня!

Урок Видео: Диоды | Nagwa

Стенограмма видео

В этом видео мы будем искать на компоненте электрической цепи, известном как диод. Мы будем рассматривать функцию диода в электрической цепи, а также из чего он сделан.

Итак, давайте начнем с размышлений о что на самом деле делает диод. Диод это электрическая цепь компонент, пропускающий через себя ток в одном направлении, но не в противоположном направление. Это символ цепи для диод. И это на самом деле один из самых дружественные символы цепи, потому что стрелка в этом символе показывает нам направление в какой условный ток может протекать через диод. И помните, кстати, обычный ток состоит из положительных зарядов.

Так, например, если бы мы взяли этот диод и соединить его последовательно с ячейкой и резистором, то в этом ориентации ячейки, обычный ток будет течь от положительного клемму и через диод в разрешенном направлении через резистор и затем обратно по кругу, пока мы не завершим круг, когда доберемся до отрицательный полюс клетки. Другими словами, тогда в этом ориентации ячейки и диода, ток по часовой стрелке, состоящий из положительных заряды будут установлены в цепи.

Однако, если бы мы подумали о поток электронов, которые являются отрицательно заряженными частицами, то те будут оттекает от отрицательного вывода ячейки против часовой стрелки через резистор и через диод. И это действительно разрешено направление движения отрицательно заряженных частиц. Потому что, помните, стрелка в диод только показывает направление, в котором могут течь положительные заряды. Следовательно, отрицательные заряды могут течь в другую сторону через диод.

Однако, если мы реверсируем полярность ячейки так, чтобы положительный вывод был здесь, а отрицательный терминал здесь, а затем, если мы подумаем об обычном токе, ячейка теперь пытаясь настроить ток, который течет в этом направлении, от положительного вывод через резистор и приходя на диод. Однако диод не позволит Положительные заряды текут в этом направлении через него. И, следовательно, не будет ток в этой цепи. Если мы эквивалентно подумаем о течет отрицательный заряд, поток электронов, затем клетка пытается вытолкнуть электроны таким образом. Однако отрицательные заряды не могут в этом направлении через диод. И так, как мы поняли раньше, тока в этой цепи не будет.

Так это функциональность или поведение идеального диода. И, да, в этой цепи мы с учетом идеальных компонентов. Но, как мы вскоре увидим, настоящие диоды ведут себя не совсем как идеальные диоды. Так же, как, например, как реально провода на самом деле имеют некоторое сопротивление, тогда как мы моделируем идеальные провода в нашей схеме диаграммы, чтобы иметь нулевое сопротивление. Таким образом, реальные компоненты схемы не ведут себя так же, как их идеальные аналоги. И диод не исключение. это. Но давайте держаться за эту мысль и вернуться к этому через мгновение.

Прежде всего, давайте подумаем о идеальный диод, еще раз, в нашей идеальной схеме. Теперь избавимся от резистор. А вместо этого поставить амперметр. это положение, а также вольтметр параллельно диоду. И давайте также возьмем нашу камеру и превратить его в источник переменного напряжения. Так что весь смысл в том, что мы будем варьировать напряжение, выдаваемое источником переменного напряжения, и посмотрим на напряжение на диоде в ответ на это, а также ток в схема. И поскольку амперметр находится в последовательно с диодом, поэтому он будет измерять ток через диод.

Теперь давайте выберем соглашение что ток, текущий по часовой стрелке, течет в положительном направление. И, следовательно, любой потенциал разность, которая создает ток в направлении по часовой стрелке, является положительным потенциалом разница. Давайте тогда настроим пару осей с током, измеренным амперметром здесь по вертикальной оси, и потенциалом разница 𝑉 измеряется на диоде этим вольтметром. И мы вкладываем этот потенциал разница по горизонтальной оси. Так что теперь, в этой ориентации ячейки, независимо от величины напряжения, выдаваемого ячейкой, мы знаем, что клетка пытается создать ток в этом направлении. И это условно Текущий.

Таким образом, ячейка пытается нажать положительные заряды в этом направлении. Однако диод не позволяет это. И действительно, идеальный диод делать это независимо от величины разности потенциалов, создаваемой клетка. Помните, мы говорили ранее, что любое напряжение, пытающееся протолкнуть ток в направлении по часовой стрелке, является положительным Напряжение. Ну, в данном случае наша ячейка пытаясь подтолкнуть ток, обычный ток, в отрицательном направлении, направление против часовой стрелки. А для идеального диода, если начать при нулевом напряжении и увеличиваем напряжение в отрицательную сторону, что мы и увидим заключается в том, что ток равен нулю независимо от этого отрицательного напряжения. Потому что сколько бы это ни ячейка пытается протолкнуть условный ток в этом направлении, диод не будет разрешить это. Итак, наш граф 𝐼–𝑉 является плоским линия для всех отрицательных значений напряжения, потому что ток равен нулю.

Однако, если мы теперь реверсируем полярность нашей переменной ячейки и медленно увеличиваем напряжение в этом направлении, то мы видим, что ячейка теперь пытается установить обычный ток течет по часовой стрелке в нашей цепи. Ну, в той ситуации, как мы увеличить напряжение на нашем источнике переменного напряжения, вольтметр измеряет увеличение напряжения, потому что это также напряжение на диоде. И мы ожидаем, что ток начнет течь сразу, как только напряжение превысит нуль. Более того, идеальный диод, когда в правильная ориентация относительно ячейки, фактически будет действовать как закрытая выключатель.

Итак, на данный момент единственный Компоненты, которые у нас есть в нашей цепи, это ячейка, замкнутый переключатель, вольтметр, и амперметр. В основном это означает, что массовый ток может течь, потому что нет сопротивления этому току. И, следовательно, то, что мы увидим на График зависимости тока от напряжения заключается в том, что как только напряжение становится больше нуля, мы получить огромное значение тока. Итак, мы видели, что если ориентация нашего диода правильна относительно нашей ячейки — другими словами, если диод фактически пропускает ток, который ячейка пытается установить — тогда диод в основном действует как замкнутый переключатель. Но если мы поменяем полярность ячейка и ячейка пытается протолкнуть ток против часовой стрелки через цепь, тогда диод фактически действует как открытый переключатель. И это фактически предотвращает любое ток от существующих в цепи.

Таково поведение идеального диод. И этот график показывает его 𝐼–𝑉, или вольтамперные, характеристики. Другими словами, этот график показывает нам что мы ожидаем увидеть, когда мы изменим разность потенциалов на диоде и измерьте ток через этот диод. Однако, как мы упоминали ранее, настоящие диоды ведут себя не совсем как идеальные диоды. Итак, вот 𝐼–𝑉 характеристики идеального диода еще раз. А вот и 𝐼–𝑉 характеристики реального диода, поэтому они сильно отличаются от того, что мы ожидаем.

Давайте сначала посмотрим на этот раздел все. Мы видим, что для очень высоких отрицательные значения напряжения, ток в отрицательном направлении действительно существует. Другими словами, при очень высоком отрицательное напряжение, реальный диод выйдет из строя и фактически позволит току пройти через него в кавычках, без кавычек, в неправильном направлении. Другими словами, если мы вернемся к нашу схему из предыдущего и настройте полярность ячейки так, чтобы она пыталась протолкнуть ток в неправильном направлении через диод, что наш реальный диод График 𝐼–𝑉 говорит нам о том, что если разность потенциалов на диоде велика достаточно, то в конечном итоге будет разрешен ток в направлении против часовой стрелки течь. И так, при очень высоком отрицательном напряжения, диод фактически выходит из строя.

Теперь при меньшем отрицательном напряжении значений, идеальный диод пропускал бы через цепь нулевой ток, тогда как в этом случае у нас действительно есть очень маленький ток, проходящий через цепь. Так что даже с обратной полярностью ячейке, есть очень крошечный ток, проходящий против часовой стрелки через реальную схема. И диод это позволяет. Теперь давайте подумаем, что происходит когда напряжение становится положительным. Другими словами, мы обращаем полярность ячейки еще раз, так что ячейка пытается установить ток в направление, в котором диод пропускает через себя ток. И, вспомните еще раз, это ток, о котором мы говорим, является обычным током.

Ну с идеальным диодом, что нам ожидать увидеть, это то, что как только напряжение становится хоть немного больше чем ноль вольт, в цепи возникает огромный ток. Потому что помните, что идеальный диод действует как замкнутый переключатель в ситуации. Однако настоящий диод ведет себя немного иначе. То, что мы видим, это то, что есть определенное минимальное напряжение, которое должно быть приложено, прежде чем будет пропущен какой-либо ток через цепь. Теперь это напряжение известно как пороговое напряжение, которое мы будем называть 𝑉 нижним индексом 𝑡. Что для идеального диода равно на самом деле ноль вольт, потому что все, что выше этого, и ток немедленно устанавливается в цепи. Итак, основные отличия между 𝐼–𝑉 характеристиками идеального диода и реального диода.

Теперь все хорошо и хорошо думая о диодах как о компонентах схемы, которые ведут себя именно таким образом. Но мы можем задать вопрос, что из каких материалов на самом деле сделаны диоды? Ну, диоды чаще всего делают из полупроводниковых материалов, таких как кремний. Итак, полупроводниковый материал материал, который не так хорошо проводит электричество, как проводник. Но это гораздо лучший проводник чем изолятор. Другими словами, полупроводниковый проводимость находится где-то между проводимостью изолятора и проводник. И кремний является примером полупроводник. Атом кремния имеет четыре электрона в своей внешней оболочке. Это означает, что он может образовывать связи с четырьмя другими атомами кремния.

Так, например, если мы рассмотрим этот атом кремния, то мы видим, что он связан с этим, этим, этим, и этот. И конечным результатом этого является то, что во внешней оболочке этого кремниевого атома теперь один, два, три, четыре, пять, шесть, семь, восемь электронов. Другими словами, полный внешний оболочка. Четыре из этих восьми электронов приходят от этого самого атома кремния. А остальные четыре происходят из четыре атома кремния, с которыми он связан. Теперь кремний представляет собой полупроводник. Потому что, если бы мы взяли это кристалл кремния и нагреть его, то часть электронов в этих связях окажется способен выйти на высокие энергетические уровни. И так, то, что осталось, это небольшие пробелы где есть место для электрона. А это значит, что другие электроны Затем можно заполнить эти пробелы. А поскольку электроны заряжены частиц, это означает, что может существовать поток заряженных частиц — или, другими словами, словами, ток — в кремнии.

Однако сама по себе проводимость свойства кремния недостаточно хороши. Итак, что мы можем сделать, так это заменить некоторые из этих атомов кремния атомами другого элемента. Одним из таких элементов является бор. Бор содержит только три электрона в своей внешней оболочке. Итак, мы могли бы заменить один из эти атомы кремния, скажем, этот, с атомом бора в процессе, известном как допинг. Теперь, поскольку в этом положении мы иметь атом бора вместо атома кремния, этот атом бора имеет на один электрон меньше в его внешней оболочке, чтобы обеспечить связь. А это значит, что даже без нам нужно нагреть наш кремниевый кристалл, теперь у нас есть дырка, через которую проходит электрон. было бы, если бы этот атом был кремнием. Затем эту дыру можно занять другие электроны, которые оставляют после себя дырки, когда перескакивают в это положение.

Теперь, поскольку бор является трехвалентным атомом, что означает, что у него три электрона на внешней оболочке, что приводит к легированному кристалл кремния, в котором теперь больше отверстий, чем было бы в противном случае. И эти мотыги считаются положительно заряжены, потому что они находятся в отсутствие электрона, который отрицательный. А так, отсутствие негатива заряд можно рассматривать как положительный заряд. И, следовательно, этот тип допинга Кристалл кремния известен как полупроводник p-типа или положительного типа. Однако, если бы мы вместо кристалла кремния с пятивалентным атомом — так что это атом, содержащий пять электронов на его внешней оболочке, а не четыре у кремния, и пример пятивалентного атома — это фосфор — тогда мы увидим, что фосфор образует четыре связи с атомами кремния вокруг него. Но сейчас лишнее электрон из фосфора, который фактически получает возможность свободно перемещаться внутри кристалл.

Это означает, что пятивалентный атом имеет дополнительный электрон по сравнению с атомом кремния. И этот лишний электрон свободен передвигаться. Это означает, что это отрицательно заряженная частица, этот электрон, может двигаться и, таким образом, может быть частью тока поток. Следовательно, это также увеличивает проводимость нашего кристалла кремния. И кристалл, легированный пятивалентный атом известен как полупроводник n-типа или отрицательного типа. Это связано с тем, что он обеспечивает избыток отрицательно заряженных частиц или электронов.

Итак, мы рассмотрели p-type полупроводники и полупроводники n-типа. Но какое это имеет отношение к диоды? Что ж, получается, что если взять полупроводник p-типа и полупроводник n-типа и соедините их посередине, затем эта установка действует как диод. Другими словами, соединяя нашу ячейку в этой ориентации позволяет течь обычному току в направлении по часовой стрелке в нашей схеме, как мы ее нарисовали. В то время как, если бы мы переключили полярность ячейки, затем полупроводник p-типа и полупроводник n-типа вместе, известный как p-n переход, не позволил бы обычному вращению против часовой стрелки. ток, который необходимо установить в цепи. Таким образом, амперметр будет измерять ток ноль ампер. Итак, теперь, когда мы рассмотрели функциональные возможности диода, а также из чего сделан диод, давайте немного попрактикуйтесь, глядя на пример вопроса.

Что из перечисленного верно описывает диод? А) Диод представляет собой электронный компонент, который излучает свет с очень высокой эффективностью. Б) Диод представляет собой электронный компонент с сопротивлением, которое изменяется в зависимости от количества падающего света на него. В) Диод представляет собой электронный компонент, который позволяет току течь только в одном направлении через него. Г) Диод представляет собой электронный компонент, который можно использовать для усиления сигналов. E) Диод представляет собой электронный компонент с сопротивлением, изменяющимся в зависимости от температуры окружающей среды.

Итак, в этом вопросе из варианты от A до E, нас попросили выбрать тот, который описывает диод. Чтобы ответить на этот вопрос, может помочь запомнить условное обозначение диода. Вот как мы рисуем диод в принципиальная электрическая схема. И эта схема особенно полезно для нас, потому что на этой диаграмме мы видим маленькую стрелку. И мы можем вспомнить, что эта стрелка обозначает направление, в котором обычному току разрешено протекать через диод. Другими словами, обычные ток, то есть ток, состоящий из положительных зарядов, может течь в этом направлении, но не имеет права течь в другом направлении. И это функциональность диод. Другими словами, диод – это электронный компонент, который позволяет току течь только в одном направлении через Это. Следовательно, это ответ на наш вопрос.

Очень быстро смотрит на друга однако, мы можем видеть, что описание в варианте А состоит в том, что диод является электронный компонент, излучающий свет с очень высокой эффективностью. Ну, этот тип компонента на самом деле очень специфический вид диода, в частности, светоизлучающий диод или ВЕЛ. И светодиоды действительно излучают свет с очень высокой эффективностью. Однако это не есть хорошо описание диода в целом, потому что не все диоды излучают свет диоды. И, следовательно, мы не выбрали вариант А как ответ на наш вопрос.

Вариант B говорит, что диод является электронный компонент с сопротивлением, изменяющимся в зависимости от количества света происшествие на нем. Ну, это больше похоже на описание светозависимого резистора или LDR. Так вот, это не ответ на тоже наш вопрос. Вариант D говорит, что диод электронный компонент, который можно использовать для усиления сигналов. Ну очень похоже на усилитель, который часто состоит из транзисторов, а также другие схемы компоненты конечно. А так, это не похоже на описание диода. И, наконец, вариант Е говорит о том, что диод — это электронный компонент, сопротивление которого изменяется в зависимости от окружающей среды. температура. Ну, этот компонент схемы известный как термистор или иногда терморезистор. А значит, вариант Е тоже не подходит. ответ на наш вопрос.

Итак, теперь, когда мы рассмотрели это Например, давайте подытожим то, о чем мы говорили на этом уроке.

Во-первых, мы видели, что диоды электронные компоненты, которые позволяют току течь через них в одном направлении, но не в противоположном направлении. Мы также видели, что это символ цепи для диода, который полезен, потому что стрелка показывает нам направление, в котором обычный ток может течь через диод. Далее мы увидели, что 𝐼–𝑉 характеристики идеального диода выглядят так, тогда как характеристики реального диода выглядят как это. Мы также видели, что полупроводники, такие как кремний, могут быть легированы для образования p-типа, положительного типа и n-типа, или отрицательный тип, полупроводники.

И, наконец, мы увидели, что диоды обычно изготавливаются из кремния p-типа, таких атомов, как бор, который имеет три электрона в его внешней оболочке замещают часть атомов кремния в кристалле, а также n-типа кремния, где пятивалентный атом, такой как фосфор, заменит часть кремний. И когда мы присоединяемся к p-типу полупроводник и полупроводник n-типа вместе в виде p-n перехода, то это отображает поведение диода.