Принцип работы диода: устройство, хаpaктеристика, как пропускает ток при прямом и обратном включении
Диоды – самые простые полупроводники с двумя электродами, проводящие ток в одном направлении.
Они способны стабилизировать, выпрямлять, модулировать, ограничивать, преобразовать ток, поэтому установлены почти во всех бытовых электроприборах.
Основные хаpaктеристики диода: постоянный прямой и обратный электроток, прямое и обратное напряжение, прямое и обратное сопротивление, их максимально допустимые значения.
При монтаже в любом устройстве учитываются максимально допустимые значения параметров.
Содержание
- 1 Устройство
- 2 Сферы применения и назначение
- 3 Работа диода и его вольт амперная хаpaктеристика
- 4 Прямое включение диода
- 5 Обратное включение диода
- 6 Прямое и обратное напряжение
- 7 Основные неисправности диодов
- 8 Основные выводы
Устройство
В корпус, изготовленный в виде вакуумного баллона из керамики, стекла или металла, устанавливается:
- кристалл;
- анод;
- катод;
- подогреватель.
Кристаллы производятся из кремния или германия. Анод (плюс) и катод (минус) цилиндрической формы, помещаются внутри баллона. Подогреватель – нить внутри катода, которая раскаляется при подаче электротока, нагревая его. После достижения определенного уровня температуры активный слой на катоде генерирует нужные для работы электроны.
Сферы применения и назначение
По выполняемой работе диоды разделяются на универсальные, СВЧ, импульсные, выпрямительные, переключающие, стабилитроны, варикапы.
Они устанавливаются в электрооборудование:
- преобразователи частоты, детекторы, логарифматоры;
- выпрямители тока;
- стабилизаторы;
- ограничители колебаний вольтажа;
- переключатели;
- цепи, проводящие ток в единственном направлении;
- лампочки индикации;
- приборы, требующие отображения информации на дисплеях;
- LED телевизоры.
Справка! Светодиоды монтируется в осветительные матрицы (ленты, лампы).
Купите сейчас:
Работа диода и его вольт амперная хаpaктеристика
По конструкции диод является кристаллом с двумя областями, обладающими различной проводимостью (p и n). Область с p-проводимостью анод (+), с n-проводимостью – катод (-). В аноде заряд в дырках, в катоде – в электронах. Кристалл покрыт металлом с выводами.
Строение определяет 2 положения:
- открытое;
- закрытое.
В открытом положении проводимость электротока хорошая, в закрытом – очень плохая.
Вольт-амперной хаpaктеристикой называется график. На вертикальной оси отражается основной и противоположный ток, на горизонтальной – основной и противоположный вольтаж.
Прямой электроток повышается быстро параллельно увеличению вольтажа. Противоположный ток увеличивается медленнее.
При слишком большом прямом электротоке молекулы кристалла нагреваются. Если нет системы охлаждения, существует вероятность разрушения кристаллической решетки. В схемах прямой поток ограничивается резистором, подключенным последовательно.
Справка! От электротока прямое напряжение не зависит. Для кремневых полупроводников оно не превышает 1,5 В, для изделий из германия – 1 В.
Прямое включение диода
Диод открывается после подключения напряжения, параметры основного тока зависят от хаpaктеристик кристалла и вольтажа. Из n-области в p-область устремляются электроны, из p-области в n-область – дырки. Частицы встречаются на границе (p-n переходе), запускается процесс поглощения (рекомбинации), сопротивление и вольтаж снижаются.
Читайте также Как работает и какая бывает светодиодная лента SMD 5050Вокруг p-n образуется поле, которое направляется в противоположную сторону. Электроны перемещаются и возвращаются, появляется дрейфующий ток с неизменными параметрами, зависящими только от количества заряженных частиц. Одновременно растет обратное напряжение, переходя в стадию насыщения.
Основной ток увеличивается стремительнее при повышении температуры во время работы прибора.
Обратное включение диода
Если плюс блока питания присоединяется к минусу полупроводника, а минус – к плюсу, работа диода прекращается (он закрывается). Заряженные частицы начинают отдаляться от области p-n, она расширяется, повышается сопротивление
При увеличении обратного напряжения до 100 В растет электроток в противоположном направлении. Рост резко увеличивается, если вольтаж превышает максимально допустимый для границы p-n. Обратный ток нагревает кристалл в диоде, переход пробивается, нормальная работа прибора прекращается. После выключения напряжения рядом с полюсами образуется диффузия.
Внимание! Во время нормальной работы противоположный электроток небольшой, поэтому им пренебрегают, считая полупроводниковый диод элементом с односторонней проводимостью.
Прямое и обратное напряжение
Во время работы (в открытом состоянии) в диоде основное напряжение, от его величины зависит сопротивление и величина электротока. В процессе закрывания через полупроводник проходит ток в противоположном направлении, создается напряжение, способствующее росту сопротивления до нескольких тысяч кОм.
Если работа полупроводника проходит на переменном напряжении, он открывается на плюсовой полуволне и закрывается на минусовой. Это свойство позволяет использовать полупроводники в выпрямителях.
Основные неисправности диодов
Внимание! Если диодные полупроводники перестали работать, сначала необходимо выяснить, не закончился ли срок их эксплуатации.
Если это не так, неисправность вызвала другая причина:
- нарушение герметичности;
- разрыв перехода, превративший прибор в изолятор:
- тепловой пробой;
- электрический пробой:
- туннельный;
- лавинный.
При нарушении герметичности возникает протечка, мешающая нормальному функционированию.
Пробой p-n перехода
Пробоем называют увеличение электротока в противоположном направлении после достижении во время работы показателя обратного напряжения, являющегося максимально допустимым для прибора. Если он превышается, противоположный поток электротока резко увеличивается при незначительном изменении вольтажа. После обрыва перехода направление потока всего одно, полупроводник превращается в проводник.
Читайте также Основные виды поломок светодиодной ленты и как их устранить своими рукамиОпределить эту неисправность можно при помощи мультиметра, определяющего сопротивление и подающего сигнал при прохождении электротока.
Электрический пробой
Электрический туннельный или лавинный пробой можно устранить, если вовремя принять необходимые меры.
Причина электрического пробоя – сильный электроток в переходе или перегрев при отсутствии отвода тепла.
Туннельный пробой образуется, если во время работы на диод подается слишком высокое напряжение. Растет значение противоположного электротока, вольтаж снижается, электроны проходят через барьер, если его высота меньше их энергии.
Эту неисправность может вызвать:
- слишком маленькая толщина области p-n (меньше длины пробега электрона) ;
- обратный ток насыщения более 108 В/м;
- наличие свободных мест в области дырок, в которую переходят электроны.
Лавинный пробой – увеличение во время работы противоположного электротока при небольшом увеличении вольтажа. Причина образования – повышение ионизации в p-n области, вызывающее увеличение количества частиц, носящих заряд. Электроны теряют свои обычные хаpaктеристики.
Важно! Пробои туннельного и лавинного типа обратимы, так как не повреждают полупроводник (при своевременном уменьшении вольтажа свойства сохраняются).
Тепловой пробой
Эту неисправность чаще всего вызывает недостаточный отвод тепла, способствующего перегреву перехода во время работы.
В результате:
- в кристалле растет амплитуда колебаний атомов;
- электроны взаимодействуют с проводимой областью;
- быстро повышается температура;
- запускается процесс изменения структуры кристалла.
Полупроводник разрушается, причем процесс необратимый.
Основные выводы
Полупроводниковые диоды – радиоэлементы с единственным p-n переходом, присутствующие пpaктически во всех бытовых электроприборах. Чтобы работа полупроводников длилась дольше, необходимо обладать знаниями о принципе работы диодов, причинах неисправностей и способах их предотвращения.
Чаще всего работа полупроводников нарушается при изменениях температуры в окружающей среде или переходе. Если температура слишком высокая, увеличивается количество энергоносителей в переходе, снижается сопротивление, растет объем противоположного тока. После достижения максимально допустимого уровня запускается процесс разрушения кристалла.
Чтобы предотвратить сокращение сроков работы, необходимо следить за температурой среды и чистотой приборов. При необходимости следует организовать дополнительную систему отвода тепла. Повышение температуры в переходе предотвращается соблюдением требований к уровню вольтажа и тока, определенному для конкретного прибора. Даже при малейшем превышении существует вероятность разрушения кристалла.
Комментарии:
Сегодня Елена Миронова, ведущий дизайнер студии «Бастет», расскажет о самых важных, на ее взгляд, моментах...
15 05 2024 18:36:31
Обрезка — обязательный элемент комплексного ухода за любыми плодовыми кустарниками, в том числе и смородиной...
14 05 2024 14:19:13
Она обладает такими полезными свойствами: очищает землю от гнилостных микроорганизмов, фитофторы и парши; угнетает рост сорняков; обеззараживает почву, помогая бороться с насекомыми-вредителями: слизнями, проволочниками и т...
13 05 2024 0:23:31
Особенно часто в садах, парках, скверах можно увидеть разнообразные виды туи западной...
12 05 2024 15:29:24
Вырастить ее можно либо из приобретенных в питомнике юных растений, либо самостоятельно осуществив посев земляники на рассаду...
11 05 2024 17:51:22
Это неудивительно, так как даже зимой можно вырастить хрустящие, ароматные огурчики...
10 05 2024 1:58:38
Есть сорта и гибриды, среди них имеются растения опыляемые пчелами и не нуждающиеся в опылении (партенокарпики), с длинными и короткими плетями и даже кустовые, с одним стeблем или многоветвистые...
09 05 2024 10:33:18
Это растение удивительно воздушное и нежное, неустанно выпускающее трепетные цветки с нежным гoлyбовато-сиреневым окрасом...
08 05 2024 0:30:37
На фоне других почвопокровных растений для альпинария (котула, шиловидные флоксы, седумы, молодило, мыльнянки, алиссум, обриетты, арабис) анациклус выделяется колоритным и одновременно изящным, северным обликом...
07 05 2024 19:26:31
И подготовленная к сезону земля будет важной частью успеха, если за последний принимать урожайность и отсутствие больших проблем по ходу сезона...
06 05 2024 13:14:36
Среди фермеров популярна порода линда...
05 05 2024 12:22:36
Впервые попав в тропические заросли монстеры, путешественники весьма испугались устрашающего вида крупнолистых лиан, которые оказались совершенно безвредными...
04 05 2024 15:49:48
Но, чтобы быть до конца честным, отметим и некоторые минусы осенней агротехники...
03 05 2024 14:44:49
Там, возле популярных отелей, пpaктически всегда можно любоваться этими пышно цветущими кустами, буквально усеянными цветками самых разных окрасов...
02 05 2024 15:22:43
Советы для начинающих Как обрезать сливу весной...
01 05 2024 17:18:54
Мода на мечевидные листья и строгие формы наряду с неутихающим трендом выращивания нетипичных для местного климата экзотов сделали юкку широко распространенной звездой...
30 04 2024 4:47:26
Однако делать это следует грамотно, обязательно учитывая конкретную разновидность культуры, иначе нужного эффекта не будет...
29 04 2024 17:30:22
В народе считают его деревом, приносящим удачу и улучшающим энергетику...
28 04 2024 7:17:14
Одним из самых важных свойств растения также является его влияние на здоровье...
27 04 2024 13:18:19
Казалось бы, теплолюбивая культура может расти только в теплом климате...
26 04 2024 19:10:30
Чаще всего встречаются в Украине и России, где их называют «Чернобрывцы»...
25 04 2024 9:58:22
Ждать скорого плодоношения и хорошего урожая в этом случае не приходится...
24 04 2024 0:49:27
Его большие зеленые листья, побеги, которые могут принимать форму деревца или лианы, дополняют квартиру нотками тропиков, тепла и экзотики...
23 04 2024 6:29:46
Придётся самостоятельно принять решение, какие побеги удалять, а какие сохранить, чтобы куст хорошо развивался и плодоносил...
22 04 2024 23:48:54
Это очень важный, даже определяющий момент для успешного развития виноградника и отнестись к нему нужно со всей серьезностью...
21 04 2024 2:11:42
Нужно подготовить посадочный материал, обеспечить тщательный уход за грядками для формирования крепких розеток...
20 04 2024 11:35:36
Только человек решил когда-то это сделать, определив для одних место в цветниках, а другие отправив в огород...
19 04 2024 13:52:41
В открытом грунте она нуждается в минимальном уходе, но при этом привносит на садовый участок легкость и живописность...
18 04 2024 10:31:31
Очень красиво будет смотреться кустик с красными острыми перчиками, которые к тому же пригодятся для приготовления различных блюд...
17 04 2024 7:39:21
Выведены карликовые сорта, которые пригодятся как для приправы, так и для украшения интерьера...
16 04 2024 18:26:42
Трудность заключается в дополнительном подсвечивании кустов...
15 04 2024 5:45:12
Но зимний сад продолжает жить не только благодаря растениям, листья которых не теряют привлекательности и в морозы...
14 04 2024 1:27:47
Большая часть разновидностей совершенно не требовательна к месту произрастания и почвам, а также не нуждается в зимнем укрытии...
13 04 2024 1:53:56
Приживается она быстро, много внимания к себе не требует...
11 04 2024 22:13:37
Категория: Садовые растения Опубликовано: 05 декабря 2018 Последние правки: 29 ноября 2020 Кратко о выращивании фацелии Ботаническое описание Выращивание фацелии как сидерата Когда сеять в грунт Как сеять Уход за фацелией Вредители и болезни Виды и сорта Фацелия серебристая (Phacelia argentea) Фацелия Боландера (Phacelia bolanderi) Фацелия копьевидная (Phacelia hastata) Фацелия шелковистая (Phacelia sericea) Фацелия колокольчатая (Phacelia campanularia) Фацелия скрученная (Phacelia congesta) Фацелия Пурша (Phacelia purshii) Литература Полезные ссылки Комментарии Фацелия (лат...
10 04 2024 0:26:31
Виды чеснока и урожайность Популярные материалы Today’s: Когда обрезать верхушки у помидор...
09 04 2024 11:15:51
Перед тем, как провести посадку чеснока, подготавливают грунт, учитывают благоприятное время, и подбирают правильный способ...
08 04 2024 1:15:57
Очень часто для украшения жилища в зимний период используют яркие, эффектные луковичные цветы, которые дарят весеннее настроение своей изумрудной зеленью, яркими бутонами и чудесным ароматом...
07 04 2024 12:33:10
Многие владельцы земельного надела хотят создать собственный уютный уголок, где можно отдохнуть от трудовых будней и житейских забот, и не все при этом хотят тратить много сил на земледельческие работы...
06 04 2024 11:43:27
Растение используется для создания садовых композиций или живых изгородей...
05 04 2024 2:15:16
И, действительно, как можно было мечтать о получении урожая его целебных ягод, если цветки кизила распускались в середине февраля, когда на большей части территории России еще лежал снег? Однако целый ряд отечественных и зарубежных научно-исследовательских учреждений многие годы занимался «осеверением» кизила...
04 04 2024 11:28:35
Эвкомис дополнит любую садовую композицию, но лучше всего эвкомисы смотрятся группами по несколько экземпляров, в сочетании с хостами, лилейниками, гeйхерами, а также на фоне забора или стены увитой клематисами...
03 04 2024 21:44:32
И хотя родиной растения является Центральный Китай, в наши дни российскими учеными создано несколько сортов на основе этой культуры: Южный, Кунашир, Таиса, Крильон, Монерон, Сахалинский первый...
02 04 2024 1:34:30
Ему приписывают некоторые магические свойства, за которые его так любят представительницы слабого пола...
01 04 2024 17:11:12
Невинная и нежная красота, сочетание белого и желтого завораживает...
31 03 2024 23:34:49
Это фруктовое дерево, благодаря разнообразию сортов, прижилось пpaктически во всех уголках нашей страны...
30 03 2024 0:42:48
Безусловно, подмосковные питомники сплошь и рядом реализуют саженцы плодовых деревьев, но следует понимать, что для каждой культуры необходимы свои условия...
29 03 2024 10:27:44
Домашнее выращивание экзотического растения не сложно, но требует соблюдения некоторых правил...
28 03 2024 8:52:38
Но можно ли выращивать нут на даче? Опытные садоводы утверждают, что культура неприхотлива в уходе и подходит для выращивания пpaктически на всей территории России...
27 03 2024 1:41:39
Еще:
товары -1 :: товары -2 :: товары -3 :: товары -4 :: товары -5 :: товары -6 :: товары -7 :: товары -8 :: товары -9 :: товары -10 :: товары -11 :: товары -12 ::