Мы очень часто используем диоды в наших схемах, но знаете ли вы, как они работают и что это такое? Сегодня семейство диодов включает более десятка полупроводниковых приборов, называемых "диодами". Диод — это небольшая накачанная воздушная посуда, внутри которой в непосредственной близости друг от друга находятся анод и второй электрод, катод, один из которых обладает электропроводностью p-типа, а другой — n-типа.
Чтобы проиллюстрировать работу диода, возьмем в качестве примера ситуацию накачивания колеса насосом. Здесь мы работаем с насосом, воздух закачивается в камеру через ниппель, и этот воздух не может вернуться обратно через ниппель. По сути, воздух — это то же самое, что и электрон в диоде: электрон вошел и не может вернуться. Если клапан выходит из строя, колесо сдувается, диод выходит из строя. Если представить, что клапан работает, и вы нажимаете на клапан и выпускаете из него воздух, и нажимаете его так, как вам хочется, и с тем временем, с которым вам хочется, то это будет контролируемый отказ. Из этого можно сделать вывод, что диод пропускает ток только в одном направлении (в другом направлении он тоже пропускает ток, но очень маленький).
Внутреннее сопротивление диода (открытого) непостоянно и зависит от приложенного к нему прямого напряжения. Чем выше напряжение, тем больше прямой ток через диод, тем меньше сопротивление диода. Сопротивление диода можно оценить по падению напряжения на диоде и току, протекающему через него. Например, если диод проводит постоянный ток Iпр. = 100 мА (0,1 А) и на нем одновременно падает напряжение 1 В, то (согласно закону Ома) сопротивление прямого диода составит: R = 1 / 0,1 = 10 Ом.
Сразу стоит отметить, что мы не будем вдаваться в подробности и углубляться в детали, строить диаграммы и писать формулы. В этой статье мы рассмотрим различные типы диодов, а именно светодиоды, диоды Зенера, варикапы, диоды Шоттки и т.д.
Диоды
Они обозначаются на электрических схемах таким образом:
Треугольная часть — ANOD, а черточка — CATOD. Анод — это плюс, а катод — минус. Диоды, например, используются в источниках питания для выпрямления переменного тока, для преобразования переменного тока в постоянный с помощью диодного моста, для защиты различных устройств от обратной полярности и т.д.
Диодный мост состоит из 4 диодов, соединенных последовательно, причем два из четырех диодов соединены в противоположных направлениях, см. рисунки ниже.
Именно так называется диодный мост, хотя на некоторых схемах его сокращенно называют диодным мостом:
подключен к трансформатору, на схеме это будет выглядеть следующим образом:
Диодный мост используется для преобразования, чаще называемого выпрямлением, переменного тока в постоянный. Такое выпрямление называется полуволновым выпрямителем. Принцип работы диодного моста заключается в том, что положительная полуволна переменного напряжения проходит через положительные диоды, а отрицательная полуволна отсекается отрицательными диодами. Поэтому на выходе выпрямителя образуется слегка пульсирующее положительное напряжение постоянной величины.
Ч.4 Диоды и их разновидности
Чтобы избежать этих пульсаций, устанавливаются электролитические конденсаторы, при добавлении конденсатора напряжение немного повышается, но не будем развивать эту тему, о конденсаторах можно прочитать здесь.
Диодные мосты используются для питания радиоприемников, источников питания и зарядных устройств. Как уже говорилось, диодный мост может состоять из четырех одинаковых диодов, но продаются и готовые диодные мосты, они выглядят следующим образом:
Диод Шоттки
Диоды Шоттки имеют очень низкое падение напряжения и работают быстрее, чем обычные диоды.
Не рекомендуется заменять диод Шоттки обычным диодом, так как обычный диод может быстро выйти из строя. Диод обозначается на схемах следующим образом:
Стабилитрон
Стабилизирующие устройства не позволяют напряжению превысить определенное значение в данной точке цепи. Он может выполнять как защитную, так и ограничительную функцию и используется только в цепях постоянного тока. При подключении необходимо соблюдать полярность. Стабилитроны одного типа могут быть соединены последовательно для увеличения стабилизированного напряжения или для формирования делителя напряжения.
На диаграммах стабилитроны обозначены следующим образом:
Основным параметром стабилизаторов является напряжение стабилизации, стабилизаторы имеют различные напряжения стабилизации, например, 3В, 5В, 8,2В, 12В, 18В и т.д.
Варикап
Варактор (также называемый емкостным диодом) изменяет свое сопротивление в зависимости от приложенного к нему напряжения. Он используется в качестве управляемого переменного конденсатора, например, для настройки высокочастотных колебательных контуров.
Тиристор
Тиристоры имеют два устойчивых состояния: 1) закрытое, т.е. состояние с низкой проводимостью, и 2) открытое, т.е. состояние с высокой проводимостью. Другими словами, он способен переходить из закрытого состояния в открытое при подаче сигнала.
Тиристор имеет три вывода, помимо анода и катода, управляющий электрод, который используется для перевода тиристора во включенное состояние. Сегодня импортные тиристоры выпускаются в корпусах TO-220 и TO-92.
Зачем нужны разные диоды | Диод Шоттки | Диодный мост | Стабилитрон | Диод Шоттки | Варикап
Тиристоры часто используются в системах управления питанием, для плавного пуска двигателей или переключения лампочек. Тиристоры позволяют управлять большими токами. Тиристоры могут достигать максимального постоянного тока 5 000 А и более и иметь напряжение замкнутой цепи до 5 кВ. Мощные тиристоры типа Т143(500-16) используются в панелях управления двигателями и преобразователях частоты.
Симистор
Симисторы используются в системах питания переменного тока и могут быть представлены как два тиристора в противофазе. Симистор пропускает ток в обоих направлениях.
Светодиод
Светодиод излучает свет, когда через него проходит электрический ток. Светодиоды используются в устройствах отображения информации, электронных компонентах (оптопарах), мобильных телефонах для подсветки дисплеев и клавиатур, мощные светодиоды используются в качестве источника света в фонарях и т.д. Светодиоды бывают разных цветов, RGB и т.д.
Символы на диаграммах:
Подробнее о светодиодах можно прочитать здесь.
Инфракрасный диод
Инфракрасные светодиоды (сокращенно ИК-светодиоды) излучают свет в инфракрасном спектре. Типичные области применения ИК-светодиодов включают оптические приборы, пульты дистанционного управления, оптопары и беспроводные линии связи. ИК-светодиоды называются так же, как и светодиоды.
ИК-светодиоды излучают свет вне видимого диапазона, свечение ИК-светодиода можно увидеть через камеру мобильного телефона, эти светодиоды также используются в камерах видеонаблюдения, особенно в уличных камерах в темноте.
Фотодиод
Фотодиод преобразует свет, попадающий на его светочувствительную область, в электрический ток и используется для преобразования света в электрический сигнал.
Фотодиоды (а также фоторезисторы, фототранзисторы) можно сравнить с солнечными батареями. На электрических схемах они обозначаются следующим образом:
