Здравствуйте уважаемые читатели сайта sesaga.ru. В первой части статьи мы с Вами разобрались, что такое полупроводник и как возникает в нем ток. Сегодня мы продолжим начатую тему и поговорим о принципе работы полупроводниковых диодов.
Диод – это полупроводниковый прибор с одним p-n переходом, имеющий два вывода (анод и катод), и предназначенный для выпрямления, детектирования, стабилизации, модуляции, ограничения и преобразования электрических сигналов.
По своему функциональному назначению диоды подразделяются на выпрямительные, универсальные, импульсные, СВЧ-диоды, стабилитроны, варикапы, переключающие, туннельные диоды и т.д.
Теоретически мы знаем, что диод в одну сторону пропускает ток, а в другую нет. Но как, и каким образом он это делает, знают и понимают не многие.
Схематично диод можно представить в виде кристалла состоящего из двух полупроводников (областей). Одна область кристалла обладает проводимостью p-типа, а другая — проводимостью n-типа.
На рисунке дырки, преобладающие в области p-типа, условно изображены красными кружками, а электроны, преобладающие в области n-типа — синими. Эти две области являются электродами диода анодом и катодом:
Анод – положительный электрод диода, в котором основными носителями заряда являются дырки.
Катод – отрицательный электрод диода, в котором основными носителями заряда являются электроны.
На внешние поверхности областей нанесены контактные металлические слои, к которым припаяны проволочные выводы электродов диода. Такой прибор может находиться только в одном из двух состояний:
1. Открытое – когда он хорошо проводит ток;
2. Закрытое – когда он плохо проводит ток.
Прямое включение диода. Прямой ток.
Если к электродам диода подключить источник постоянного напряжения: на вывод анода «плюс» а на вывод катода «минус», то диод окажется в открытом состоянии и через него потечет ток, величина которого будет зависеть от приложенного напряжения и свойств диода.
При такой полярности подключения электроны из области n-типа устремятся навстречу дыркам в область p-типа, а дырки из области p-типа двинутся навстречу электронам в область n-типа. На границе раздела областей, называемой электронно-дырочным или
Например. Oсновные носители заряда в области n-типа электроны, преодолевая p-n переход попадают в дырочную область p-типа, в которой они становятся неосновными. Ставшие неосновными, электроны будут поглощаться основными носителями в дырочной области – дырками. Таким же образом дырки, попадая в электронную область n-типа становятся неосновными носителями заряда в этой области, и будут также поглощаться основными носителями – электронами.
Контакт диода, соединенный с отрицательным полюсом источника постоянного напряжения будет отдавать области n-типа практически неограниченное количество электронов, пополняя убывание электронов в этой области. А контакт, соединенный с положительным полюсом источника напряжения, способен принять из области p-типа такое же количество электронов, благодаря чему восстанавливается концентрация дырок в области p-типа. Таким образом, проводимость p-n перехода станет большой и сопротивление току будет мало, а значит, через диод будет течь ток, называемый прямым током диода Iпр.
Обратное включение диода. Обратный ток.
Поменяем полярность источника постоянного напряжения – диод окажется в закрытом состоянии.
В этом случае электроны в области n-типа станут перемещаться к положительному полюсу источника питания, отдаляясь от p-n перехода, и дырки, в области p-типа, также будут отдаляться от p-n перехода, перемещаясь к отрицательному полюсу источника питания. В результате граница областей как бы расширится, отчего образуется зона обедненная дырками и электронами, которая будет оказывать току
Но, так как в каждой из областей диода присутствуют неосновные носители заряда, то небольшой обмен электронами и дырками между областями происходить все же будет. Поэтому через диод будет протекать ток во много раз меньший, чем прямой, и такой ток называют обратным током диода (Iобр). Как правило, на практике, обратным током p-n перехода пренебрегают, и отсюда получается вывод, что p-n переход обладает только односторонней проводимостью.
Прямое и обратное напряжение диода.
Напряжение, при котором диод открывается и через него идет прямой ток называют прямым (Uпр), а напряжение обратной полярности, при котором диод закрывается и через него идет обратный ток называют обратным (Uобр).
При прямом напряжении (Uпр) сопротивление диода не превышает и нескольких десятков Ом, зато при обратном напряжении (Uобр) сопротивление возрастает до нескольких десятков, сотен и даже тысяч килоом. В этом не трудно убедиться, если измерить обратное сопротивление диода омметром.
Сопротивление p-n перехода диода величина не постоянная и зависит от прямого напряжения (Uпр), которое подается на диод. Чем больше это напряжение, тем меньшее сопротивление оказывает p-n переход, тем больший прямой ток Iпр течет через диод. В закрытом состоянии на диоде падает практически все напряжение, следовательно, обратный ток, проходящий через него мал, а сопротивление p-n перехода велико.
Например. Если включить диод в цепь переменного тока, то он будет открываться при положительных полупериодах на аноде, свободно пропуская прямой ток (Iпр), и закрываться при отрицательных полупериодах на аноде, почти не пропуская ток противоположного направления – обратный ток (Iобр). Эти свойства диодов используют для преобразования переменного тока в постоянный, и такие диоды называют
Вольт-амперная характеристика полупроводникового диода.
Зависимость тока, проходящего через p-n переход, от величины и полярности приложенного к нему напряжения изображают в виде кривой, называемой вольт-амперной характеристикой диода.
На графике ниже изображена такая кривая. По вертикальной оси в верхней части обозначены значения прямого тока (Iпр), а в нижней части — обратного тока (Iобр).
По горизонтальной оси в правой части обозначены значения прямого напряжения Uпр, а в левой части – обратного напряжения (Uобр).
Вольт-амперная характеристика состоит как бы из двух ветвей: прямая ветвь, в правой верхней части, соответствует прямому (пропускному) току через диод, и обратная ветвь, в левой нижней части, соответствующая обратному (закрытому) току через диод.
Прямая ветвь идет круто вверх, прижимаясь к вертикальной оси, и характеризует быстрый рост прямого тока через диод с увеличением прямого напряжения.
Обратная ветвь идет почти параллельно горизонтальной оси и характеризует медленный рост обратного тока. Чем круче к вертикальной оси прямая ветвь и чем ближе к горизонтальной обратная ветвь, тем лучше выпрямительные свойства диода. Наличие небольшого обратного тока является недостатком диодов. Из кривой вольт-амперной характеристики видно, что прямой ток диода (Iпр) в сотни раз больше обратного тока (Iобр).
При увеличении прямого напряжения через p-n переход ток вначале возрастает медленно, а затем начинается участок быстрого нарастания тока. Это объясняется тем, что германиевый диод открывается и начинает проводить ток при прямом напряжении 0,1 – 0,2В, а кремниевый при 0,5 – 0,6В.
Например. При прямом напряжении
Но такое увеличение тока приводит к нагреванию молекулы полупроводника. И если количество выделяемого тепла будет больше отводимого от кристалла естественным путем, либо с помощью специальных устройств охлаждения (радиаторы), то в молекуле проводника могут произойти необратимые изменения вплоть до разрушения кристаллической решетки. Поэтому прямой ток p-n перехода ограничивают на уровне, исключающем перегрев полупроводниковой структуры. Для этого используют ограничительный резистор, включенный последовательно с диодом.
У полупроводниковых диодов величина прямого напряжения Uпр при всех значениях рабочих токов не превышает:
для германиевых — 1В;
для кремниевых — 1,5В.
При увеличении обратного напряжения (Uобр), приложенного к p-n переходу, ток увеличивается незначительно, о чем говорит обратная ветвь вольтамперной характеристики.
Uобр max – максимальное постоянное обратное напряжение, В;
Iобр max – максимальный обратный ток, мкА.
При постепенном увеличении обратного напряжения до значения 100В видно, как незначительно растет обратный ток (точка «в» на графике). Но при дальнейшем увеличении напряжения, свыше максимального, на которое рассчитан p-n переход диода, происходит резкое увеличение обратного тока (пунктирная линия), нагрев кристалла полупроводника и, как следствие, наступает пробой p-n перехода.
Пробои p-n перехода.
Пробоем p-n перехода называется явление резкого увеличения обратного тока при достижении обратным напряжением определенного критического значения. Различают электрический и тепловой пробои p-n перехода. В свою очередь, электрический пробой разделяется на
Электрический пробой.
Электрический пробой возникает в результате воздействия сильного электрического поля в p-n переходе. Такой пробой является обратимый, то есть он не приводит к повреждению перехода, и при снижении обратного напряжения свойства диода сохраняются. Например. В таком режиме работают стабилитроны – диоды, предназначенные для стабилизации напряжения.
Туннельный пробой.
Туннельный пробой происходит в результате явления туннельного эффекта, который проявляется в том, что при сильной напряженности электрического поля, действующего в p-n переходе малой толщины, некоторые электроны проникают (просачиваются) через переход из области p-типа в область n-типа без изменения своей энергии. Тонкие p-n переходы возможны только при высокой концентрации примесей в молекуле полупроводника.
В зависимости от мощности и назначения диода толщина электронно-дырочного перехода может находиться в пределах от 100 нм (нанометров) до 1 мкм (микрометр).
Для туннельного пробоя характерен резкий рост обратного тока при незначительном обратном напряжении – обычно несколько вольт. На основе этого эффекта работают туннельные диоды.
Благодаря своим свойствам туннельные диоды используются в усилителях, генераторах синусоидальных релаксационных колебаний и переключающих устройствах на частотах до сотен и тысяч мегагерц.
Лавинный пробой.
Лавинный пробой заключается в том, что под действием сильного электрического поля неосновные носители зарядов под действием тепла в p-n переходе ускоряются на столько, что способны выбить из атома один из его валентных электронов и перебросить его в зону проводимости, образовав при этом пару электрон — дырка. Образовавшиеся носители зарядов тоже начнут разгоняться и сталкиваться с другими атомами, образуя следующие пары электрон – дырка. Процесс приобретает лавинообразный характер, что приводит к резкому увеличению обратного тока при практически неизменном напряжении.
Диоды, в которых используется эффект лавинного пробоя используются в мощных выпрямительных агрегатах, применяемых в металлургической и химической промышленности, железнодорожном транспорте и в других электротехнических изделиях, в которых может возникнуть обратное напряжение выше допустимого.
Тепловой пробой.
Тепловой пробой возникает в результате перегрева p-n перехода в момент протекания через него тока большого значения и при недостаточном теплоотводе, не обеспечивающем устойчивость теплового режима перехода.
При увеличении приложенного к p-n переходу обратного напряжения (Uобр) рассеиваемая мощность на переходе растет. Это приводит к увеличению температуры перехода и соседних с ним областей полупроводника, усиливаются колебания атомов кристалла, и ослабевает связь валентных электронов с ними. Возникает вероятность перехода электронов в зону проводимости и образования дополнительных пар электрон — дырка. При плохих условиях теплоотдачи от p-n перехода происходит лавинообразное нарастание температуры, что приводит к разрушению перехода.
На этом давайте закончим, а в следующей части рассмотрим устройство и работу выпрямительных диодов, диодного моста.
Удачи!
Источник:
1. Борисов В.Г — Юный радиолюбитель. 1985г.
2. Горюнов Н.Н. Носов Ю.Р — Полупроводниковые диоды. Параметры, методы измерений. 1968г.
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.
Поделиться ссылкой:
Похожее
Как оно работает!?
Чтобы научиться создавать устройства, надо знать как они работают, из чего состоят. По любым радиоэлектронным устройствам бегает ток. От того, как и куда его направить, зависит работа устройства. Ток по проводам можно сравнить с течением жидкостей по трубам. Вода в трубах течет по разному, где-то быстро, где-то медленно. Где-то очень большое давление, а где-то совсем маленькое. По трубам не всегда вода течёт, бывает и нефть, а бывают и канализационные и мусоро-проводы для сваливания туда всяких отходов.
У электричества тоже есть свои давление и скорость течения. Чем больше электрический ток, тем толще должен быть провод. Если пустить гречневую кашу через гелевый стержень, она через него не потечёт, стержень заткнётся, и если будет достаточное давление, лопнет в том месте где заткнуло. А вот через трубу диаметром сантиметров пять, гречневая каша потечёт, и ничего не лопнет.
Ток обычно обозначается буквой I и меряется Амперами
Чем больше напряжение, тем толще должна быть изоляция провода. Напряжение — как давление, чем выше, тем толще изоляция, или толще должны быть трубы чтобы выдержать давление. Тонкие трубы ведь большого давления не выдерживают, лопаются, точно так же и провода при большом напряжении пробивает.
Напряжение обычно обозначается буквами U или V и меряется Вольтами.
Электричество течёт в электронных схемах от плюса к минусу.
Начну с описания различных деталей устройств и буду постепенно пополнять их разнообразие.
Диод
Диод обычно предназначен пускать ток в одну сторону, и не пускать в другую.
Как клапан, пропускает воду в одну сторону, а если она потекла в другую, то сразу закрывается. Диод работает точно так же. Диод — электронный клапан.
У каждой лапки диода есть название — анод и катод.
Катод — отрицательный электрод, поэтому в схемах обычно смотрит на минус.
Анод — положительный электрод, и на него чаще всего подают плюс.
Чтобы лучше запомнить, кто из них отрицательный, а кто положительный, — в слове «катод» столько же букв, сколько в слове «минус». А в слове «анод» столько же букв, сколько в слове «плюс». Диод пускает от анода к катоду, и не пускает обратно, от катода к аноду.
На схемах диод обозначается вот так:
Диод
Где у диода катод, а где анод — легко запомнить, одна сторона обозначения походит на буковку А (анод), правая сторона на букву К (катод).
Диоды на вид бывают всякие разные:
Важные характеристики диодов — максимальное напряжение и максимальные токи — постоянный и при коротком импульсе.
Если напряжение в схеме не более 15 Вольт, и ожидаемый постоянный ток через диод предполагается не более 1 Ампер, то и диод должен быть не ниже чем на 15 В, и не ниже чем на ток 1 А.
Если мы подключим диод катодом к минусу, то ток потечёт, и лампочка засветится.
Если мы перевернём диод анодом к минусу, то диод не пропустит ток с плюса на минус, и лампочка не загорится.
Фотодиоды и светодиоды на принципиальных схемах обозначаются вот как:
Иногда с круглишками, иногда без них.
У них точно так же есть катод и анод, как и у простых диодов.
Поэтому крайне важно для работоспособности схемы не путать назначение лапок, полярность.
Переменный ток
В предыдущем примере с диодом и лампочкой был постоянный ток, тоесть тёк в одном направлении.
При переменном токе полярность меняется с какой-то частотой.
В розетках нашей страны плюс с минусом меняются местами 50 раз в секунду, в электросетях Японии и Америки 60 раз, в Европе 100 раз в секунду.
Частота, — будь то смена полярности, или количество зажиганий светодиодика в секунду, — меряется в Герцах.
Как узнать переменный или постоянный ток в цепи ?
Подключили диод, лампочка светится.
Перевернули диод, лампочка всё равно светится.
Если диод заведомо целый, значит ток в цепи переменный.
Чтобы из переменного тока сделать постоянный, нужно 4 диода, для соединения в диодный мост.
Диодный мост на схемах рисуют из четырёх диодов, или просто ромбом с диодом внутри, для упрощения.
Белые провода — переменное напряжение, на выходе постоянное: черный — минус, красный плюс.
Если постоянный ток изобразить на графике, он будет выглядеть вот так.
С течением времени на плюсе всегда остаётся плюс, на минусе минус.
У переменного тока с течением времени плюс с минусом на проводах меняются местами, на графике он будет выглядеть вот так:
Каждая такая пупырышка называется полупериод.
Если выше полоски — положительный, например который нам нужен.
Если ниже полоски — отрицательный, который нам не нужен, и нам надо его перевернуть.
Участок времени из двух полупериодов, отрицательного и положительного, называют полным периодом.
Пометим положительные полупериоды зеленым цветом, отрицательные красным.
Если собрать диодный мост из красных и зеленых светодиодов можно увидеть как он работает:
На лампочку идёт постоянный пульсирующий ток, но она не светится потому что ток через светодиоды недостаточно большой.
Светодиодный мост перевернул отрицательные (красные) полупериоды в нужную нам сторону
На предыдущем примере частота переменного тока была около 1 герца, тоесть примерно одна смена полярности в секунду.
С более высокими частотами работа диодного моста уже не так явно видна (здесь герц 7-10):
В цепях переменного тока частотами от 30 или 60 герц, глаз не может уследить за миганием светодиодов, они будут мигать очень быстро и будет казаться что они просто все светятся.
Конденсатор
Конденсатор — электронная бочка.
Конденсатор накапливает в себе энергию, и этим самым в электрических схемах работает как бак с водой.
Например если включать и выключать воду, то она то есть, то нету, а нас это не устраивает.
Нам нужно чтоб вода всегда была.
Если под кран, из которого вода то идёт, то не идёт, поставить бочку и проковырять снизу дырку, то из дырки вода будет течь всё время. Ту же самую роль выполняют и конденсаторы в схемах.
Конденсаторы бывают на переменный и на постоянный ток.
У конденсаторов на постоянный ток важно не путать полярность — назначение выводов, какой из них подключить на плюс, а какой на минус.
Конденсатор обозначается на схеме вот так:
Слева на переменный ток, справа на постоянный.
Конденсаторы бывают всякие разные:
Предыдущая схема у нас была с пульсирующим постоянным током:
Если параллельно лампочке поставить конденсатор, то на лампочку пойдет постоянный ток без пульсаций.
Ёмкость конденсаторов измеряется в пикофарадах (пФ или pF), нанофарадах (нФ, nF), микрофарадах (мкФ, uF), и фарадах (Ф, F).
Например 7 нанофарад = 0, 000 000 007 фарад.
14 пикофарад = 0, 000 000 000 014 фарад.
10 микрофарад = 0, 000 010 Фарад.
Ёмкость почти всегда написана на конденсаторе русскими или английскими буквами, или бывает обозначена цветовым или цифровым шифром.
Цифровая маркировка выглядит как три цифры, первые две начальные цифры, последняя -количество нулей после них, получается число в пикофарадах.
Например на конденсаторе надпись 104, это 10 и 4 нуля = 100000 пикофарад = 0,1 микрофарад. Или 873 = 87+000 = 87000 пФ = 87 Нанофарад. 151 = 15 и 0 = 150 пФ. Если две цифры, например 82, то значит нулей нет, и ёмкость конденсатора 82 Пф.
Цветовая маркировка сначала кажется сложнее, но если часто возиться с полосатыми детальками, то можно и её запомнить наизусть.
На деталь наносят 3, 4 или 5 цветных колец.
Первые два кольца — тоже цифры, третье — множитель, х1, х10, х100, х1000, х10000, и т.п., четвёртая — допуск, серебряного цвета или золотого. Допуск — отклонение в процентах, от заявленной ёмкости, золотое кольцо — меньше или больше на 5%, серебряное — на 10%.
Золотое или серебряное кольцо всегда последнее, это чтобы не перепутать откуда считать кольца.
Не менее важный параметр конденсатора — его допустимое напряжение.
Конденсаторы нельзя ставить в цепь с более высоким напряжением, нежели чем указано на конденсаторе. Например на конденсаторе написано 3300uF 16V, значит его допустимое напряжение 16 вольт, его можно ставить в легковой автомобиль, где 13 вольт, но нельзя ставить в КАМАЗ, потому что там 24 вольта, и он может взорваться, а от взорванного конденсатора никакого толку не будет, только перевод деталей. Если просто хочется взорвать ненужный конденсатор, например с оторваной лапкой, или помятым корпусом, то можно подключить конденсатор с допустимым напряжением 6.3 вольта в цепь 48 вольт или еще больше.
Резистор
Резистор с латинского переводится как «сопротивляться».
Говоря по русски, резистор — сопротивление. Резистор в схемах выполняет роль заткнутой поролоном трубы. Заткнутость в трубах бывает разная, можно поставить сито, тогда будет пропускать почти полностью. Можно затолкать поролона, а можно заткнуть наглухо старым валенком так, что за сутки просочится всего одна капля.
Резистор ограничивает ток в цепи.
Чем меньше сопротивление резистора, тем он больше пропускает. Чем больше сопротивление, тем он больше «заткнут» и следовательно меньше пропускает.
Сопротивление измеряется в омах, килоомах (КОм, или К) и мегаомах (МОм или М). Иногда еще в миллиомах.
Чем больше ом резистор, тем больше в нём засунуто «поролона». Так мегаом (миллион ом) вообще почти ничего не пропускает, а один ом пропускает почти всё.
Резистор обозначается на схемах вот так или так:
Сверху обычно в таком виде он выглядит на наших схемах, а обозначением снизу резисторы рисуют на зарубежных.
Резисторы бывают всякие разные:
Узнать обозначение можно по маркировке, иногда её пишут буквами — М для мегаомов, К для килоомов, Е или R для омов. Резисторы могут маркироваться цветными кольцами, или цифровой маркировкой, так же как конденсаторы, только значение не в пикофарадах, а в омах.
102 = 10 и 2 нолика = 1000 ом = 1 килоом.
754 = 75 и 4 нолика = 750000 ом = 750 килоом, или 0,75 мегаом.
Еще бывают резисторы с надписями 2М2, М15, К47, 15М, 68К, 3К3, 4R7.
2М2 — 2.2 мегаома,
М15 — 0,15 мегаом или 150 килоом,
К47 — 0,47 килоом, или 470 ом,
15М — 15 мегаом,
68К — 68 килоом,
3К3 — 3.3 килоом (3300 ом),
4R7 — 4.7 ом.
В этой маркировке 2.2 мегаома будет выглядеть как 2М2,
22 мегаома — 22М,
220 килоом, или 0,22 мегаома будет выглядеть как 220К или М22.
Принцип работы диодов для чайников
Диод является одной из разновидностей приборов, сконструированных на полупроводниковой основе. Обладает одним p-n переходом, а также анодным и катодным выводом. В большинстве случаев он предназначен для модуляции, выпрямления, преобразования и иных действий с поступающими электрическими сигналами.
Принцип работы:
- Электрический ток воздействует на катод, подогреватель начинает накаливаться, а электрод испускать электроны.
- Между двумя электродами происходит образование электрического поля.
- Если анод обладает положительным потенциалом, то он начинает притягивать электроны к себе, а возникшее поле является катализатором данного процесса. При этом, происходит образование эмиссионного тока.
- Между электродами происходит образование пространственного отрицательного заряда, способного помешать движению электронов. Это происходит, если потенциал анода оказывается слишком слабым. В таком случае, частям электронов не удается преодолеть воздействие отрицательного заряда, и они начинают двигаться в обратном направлении, снова возвращаясь к катоду.
- Все электроны, которые достигли анода и не вернулись к катоду, определяют параметры катодного тока. Поэтому данный показатель напрямую зависит от положительного анодного потенциала.
- Поток всех электронов, которые смогли попасть на анод, имеет название анодный ток, показатели которого в диоде всегда соответствуют параметрам катодного тока. Иногда оба показателя могут быть нулевыми, это происходит в ситуациях, когда анод обладает отрицательным зарядом. В таком случае, возникшее между электродами поле не ускоряет частицы, а, наоборот, тормозит их и возвращает на катод. Диод в таком случае остается в запертом состоянии, что приводит к размыканию цепи.
Устройство
Ниже приводится подробное описание устройства диода, изучение этих сведений необходимо для дальнейшего понимания принципов действия этих элементов:
- Корпус представляет собой вакуумный баллон, который может быть изготовлен из стекла, металла или прочных керамических разновидностей материала.
- Внутри баллона имеется 2 электрода. Первый является накаленным катодом, который предназначен для обеспечения процесса эмиссии электронов. Самый простейший по конструкции катод представляет собой нить с небольшим диаметром, которая накаливается в процессе функционирования, но на сегодняшний день более распространены электроды косвенного накала. Они представляют собой цилиндры, изготовленные из металла, и обладающие особым активным слоем, способным испускать электроны.
- Внутри катода косвенного накала имеется специфический элемент – проволока, которая накаливается под воздействием электрического тока, она называется подогреватель.
- Второй электрод является анодом, он необходим для приема электронов, которые были выпущены катодом. Для этого он должен обладать положительным относительно второго электрода потенциалом. В большинстве случаев анод также имеет цилиндрическую форму.
- Оба электрода вакуумных приборов полностью идентичны эмиттеру и базе полупроводниковой разновидности элементов.
- Для изготовления диодного кристалла чаще всего используется кремний или германий. Одна из его частей является электропроводимой по p-типу и имеет недостаток электронов, который образован искусственным методом. Противоположная сторона кристалла также имеет проводимость, но n-типа и обладает избытком электронов. Между двумя областями имеется граница, которая и называется p-n переходом.
Такие особенности внутреннего устройства наделяют диоды их главным свойством – возможностью проведения электрического тока только в одном направлении.
Назначение
Ниже приводятся основные области применения диодов, на примере которых становится понятно их основное назначение:
- Диодные мосты представляют собой 4, 6 или 12 диодов, соединенных между собой, их количество зависит от типа схемы, которая может быть однофазной, трехфазной полумостовой или трехфазной полномостовой. Они выполняют функции выпрямителей, такой вариант чаще всего используется в автомобильных генераторах, поскольку внедрение подобных мостов, а также использование вместе с ними щеточно-коллекторных узлов, позволило в значительной степени сократить размеры данного устройства и увеличить степень его надежности. Если соединение выполнено последовательно и в одну сторону, то это повышает минимальные показатели напряжения, которое потребуется для отпирания всего диодного моста.
- Диодные детекторы получаются при комбинированном использовании данных приборов с конденсаторами. Это необходимо для того, чтобы было можно выделить модуляцию с низкими частотами из различных модулированных сигналов, в том числе амплитудно-модулированной разновидности радиосигнала. Такие детекторы являются частью конструкции многих бытовых потребителей, например, телевизоров или радиоприемников.
- Обеспечение защиты потребителей от неверной полярности при включении схемных входов от возникающих перегрузок или ключей от пробоя электродвижущей силой, возникающей при самоиндукции, которая происходит при отключении индуктивной нагрузки. Для обеспечения безопасности схем от возникающих перегрузок, применяется цепочка, состоящая из нескольких диодов, имеющих подключение к питающим шинам в обратном направлении. При этом, вход, которому обеспечивается защита, должен подключаться к середине этой цепочки. Во время обычного функционирования схемы, все диоды находятся в закрытом состоянии, но если ими было зафиксировано, что потенциал входа ушел за допустимые пределы напряжения, происходит активация одного из защитных элементов. Благодаря этому, данный допустимый потенциал получает ограничение в рамках допустимого питающего напряжения в сумме с прямым падением показателей напряжение на защитном приборе.
- Переключатели, созданные на основе диодов, используются для осуществления коммутации сигналов с высокими частотами. Управление такой системой осуществляется при помощи постоянного электрического тока, разделения высоких частот и подачи управляющего сигнала, которое происходит благодаря индуктивности и конденсаторам.
- Создание диодной искрозащиты. Используются шунт-диодные барьеры, которые обеспечивают безопасность путем ограничения напряжения в соответствующей электрической цепи. В совокупности с ними применяются токоограничительные резисторы, которые необходимы для ограничения показателей электрического тока, проходящего через сеть, и увеличения степени защиты.
Использование диодов в электронике на сегодняшний день весьма широко, поскольку фактически ни одна современная разновидность электронного оборудования не обходится без этих элементов.
Прямое включение диода
На p-n-переход диода может оказывать воздействие напряжение, подаваемое с внешних источников. Такие показатели, как величина и полярность, будут сказываться на его поведении и проводимом через него электрическом токе.
Ниже подробно рассмотрен вариант, при котором происходит подключение плюса к области p-типа, а отрицательного полюса к области n-типа. В этом случае произойдет прямое включение:
- Под воздействием напряжения от внешнего источника, в p-n-переходе сформируется электрическое поле, при этом его направление будет противоположным относительно внутреннего диффузионного поля.
- Напряжение поля значительно снизится, что вызовет резкое сужение запирающего слоя.
- Под воздействием этих процессов значительное количество электронов обретет возможность свободно переходить из p-области в n-область, а также в обратном направлении.
- Показатели тока дрейфа во время этого процесса остаются прежними, поскольку они напрямую зависят только от числа неосновных заряженных носителей, находящихся в области p-n-перехода.
- Электроны обладают повышенным уровнем диффузии, что приводит к инжекции неосновных носителей. Иными словами, в n-области произойдет повышение количества дырок, а в p-области будет зафиксирована повышенная концентрация электронов.
- Отсутствие равновесия и повышенное число неосновных носителей заставляет их уходить вглубь полупроводника и смешиваться с его структурой, что в итоге приводит к разрушению его свойств электронейтральности.
- Полупроводник при этом способен восстановить свое нейтральное состояние, это происходит благодаря получению зарядов от подключенного внешнего источника, что способствует появлению прямого тока во внешней электрической цепи.
Обратное включение диода
Теперь будет рассмотрен другой способ включения, во время которого изменяется полярность внешнего источника, от которого происходит передача напряжения:
- Главное отличие от прямого включения заключается в том, что создаваемое электрическое поле будет обладать направлением, полностью совпадающим с направлением внутреннего диффузионного поля. Соответственно, запирающий слой будет уже не сужаться, а, наоборот, расширяться.
- Поле, находящееся в p-n-переходе, будет оказывать ускоряющий эффект на целый ряд неосновных носителей заряда, по этой причине, показатели дрейфового тока останутся без изменений. Он будет определять параметры результирующего тока, который проходит через p-n-переход.
- По мере роста обратного напряжения, электрический ток, протекающий через переход, будет стремиться достичь максимальных показателей. Он имеет специальное название – ток насыщения.
- В соответствии с экспоненциальным законом, с постепенным увеличением температуры будут увеличиваться и показатели тока насыщения.
Прямое и обратное напряжение
Напряжение, которое оказывает воздействие на диод, разделяют по двум критериям:
- Прямое напряжение – это то, при котором происходит открытие диода и начинается прохождение через него прямого тока, при этом показатели сопротивления прибора являются крайне низкими.
- Обратное напряжение – это то, которое обладает обратной полярностью и обеспечивает закрытие диода с прохождением через него обратного тока. Показатели сопротивления прибора при этом начинают резко и значительно расти.
Сопротивление p-n-перехода является постоянно меняющимся показателем, в первую очередь на него оказывает влияние прямое напряжение, подающееся непосредственно на диод. Если напряжение увеличивается, то показатели сопротивления перехода будут пропорционально уменьшаться.
Это приводит к росту параметров прямого тока, проходящего через диод. Когда данный прибор закрыт, то на него воздействует фактически все напряжение, по этой причине показатели проходящего через диод обратного тока являются незначительными, а сопротивление перехода при этом достигает пиковых параметров.
Работа диода и его вольт-амперная характеристика
Под вольт-амперной характеристикой данных приборов понимается кривая линия, которая показывает то, в какой зависимости находится электрический ток, протекающий через p-n-переход, от объемов и полярности напряжения, воздействующего на него.
Подобный график можно описать следующим образом:
- Ось, расположенная по вертикали: верхняя область соответствует значениям прямого тока, нижняя область параметрам обратного тока.
- Ось, расположенная по горизонтали: область, находящаяся справа, предназначена для значений прямого напряжения; область слева для параметров обратного напряжения.
- Прямая ветвь вольт-амперной характеристики отражает пропускной электрический ток через диод. Она направлена вверх и проходит в непосредственной близости от вертикальной оси, поскольку отображает увеличение прямого электрического тока, которое происходит при увеличении соответствующего напряжения.
- Вторая (обратная) ветвь соответствует и отображает состояние закрытого электрического тока, который также проходит через прибор. Положение у нее такое, что она проходит фактически параллельно относительно горизонтальной оси. Чем круче эта ветвь подходит к вертикали, тем выше выпрямительные возможности конкретного диода.
- По графику можно наблюдать, что после роста прямого напряжения, протекающего через p-n-переход, происходит медленное увеличение показателей электрического тока. Однако постепенно, кривая достигает области, в которой заметен скачок, после которого происходит ускоренное нарастание его показателей. Это объясняется открытием диода и проведением тока при прямом напряжении. Для приборов, изготовленных из германия, это происходит при напряжении равном от 0,1В до 0,2В (максимальное значение 1В), а для кремниевых элементов требуется более высокий показатель от 0,5В до 0,6В (максимальное значение 1,5В).
- Показанное увеличение показателей тока может привести к перегреву полупроводниковых молекул. Если отведение тепла, происходящее благодаря естественным процессам и работе радиаторов, будет меньше уровня его выделения, то структура молекул может быть разрушена, и этот процесс будет иметь уже необратимый характер. По этой причине, необходимо ограничивать параметры прямого тока, чтобы не допустить перегрева полупроводникового материала. Для этого, в схему добавляются специальные резисторы, имеющие последовательное подключение с диодами.
- Исследуя обратную ветвь можно заметить, что если начинает увеличиваться обратное напряжение, которое приложено к p-n-переходу, то фактически незаметен рост параметров тока. Однако в случаях, когда напряжение достигает параметров, превосходящих допустимые нормы, может произойти внезапный скачок показателей обратного тока, что перегреет полупроводник и будет способствовать последующему пробою p-n-перехода.
Основные неисправности диодов
Иногда приборы подобного типа выходят из строя, это может происходить из-за естественной амортизации и старения данных элементов или по иным причинам.
Всего выделяют 3 основных типа распространенных неисправностей:
- Пробой перехода приводит к тому, что диод вместо полупроводникового прибора становится по своей сути самым обычным проводником. В таком состоянии он лишается своих основных свойств и начинает пропускать электрический ток в абсолютно любом направлении. Подобная поломка легко выявляется при помощи стандартного мультиметра, который начинает подавать звуковой сигнал и показывать низкий уровень сопротивления в диоде.
- При обрыве происходит обратный процесс – прибор вообще перестает пропускать электрический ток в каком-либо направлении, то есть он становится по своей сути изолятором. Для точности определения обрыва, необходимо использовать тестеры с качественными и исправными щупами, в противном случае, они могут иногда ложно диагностировать данную неисправность. У сплавных полупроводниковых разновидностей такая поломка встречается крайне редко.
- Утечка, во время которой нарушается герметичность корпуса прибора, вследствие чего он не может исправно функционировать.
Пробой p-n-перехода
Подобные пробои происходят в ситуациях, когда показатели обратного электрического тока начинают внезапно и резко расти, происходит это из-за того, что напряжение соответствующего типа достигает недопустимых высоких значений.
Обычно различается несколько видов:
- Тепловые пробои, которые вызваны резким повышением температуры и последующим перегревом.
- Электрические пробои, возникающие под воздействием тока на переход.
График вольт-амперной характеристики позволяет наглядно изучать эти процессы и разницу между ними.
Электрический пробой
Последствия, вызываемые электрическими пробоями, не носят необратимого характера, поскольку при них не происходит разрушение самого кристалла. Поэтому при постепенном понижении напряжения можно восстановить всей свойства и рабочие параметры диода.
При этом, пробои такого типа делятся на две разновидности:
- Туннельные пробои происходят при прохождении высокого напряжения через узкие переходы, что дает возможность отдельно взятым электронам проскочить через него. Обычно они возникают, если в полупроводниковых молекулах имеется большое количество разных примесей. Во время такого пробоя, обратный ток начинает резко и стремительно расти, а соответствующее напряжение находится на низком уровне.
- Лавинные разновидности пробоев возможны благодаря воздействию сильных полей, способных разогнать носителей заряда до предельного уровня из-за чего они вышибают из атомов ряд валентных электронов, которые после этого вылетают в проводимую область. Это явление носит лавинообразный характер, благодаря чему данный вид пробоев и получил такое название.
Тепловой пробой
Возникновение такого пробоя может произойти по двум основным причинам: недостаточный теплоотвод и перегрев p-n-перехода, который происходит из-за протекания через него электрического тока со слишком высокими показателями.
Повышение температурного режима в переходе и соседних областях вызывает следующие последствия:
- Рост колебания атомов, входящих в состав кристалла.
- Попадание электронов в проводимую зону.
- Резкое повышение температуры.
- Разрушение и деформация структуры кристалла.
- Полный выход из строя и поломка всего радиокомпонента.
Статья была полезна?
0,00 (оценок: 0)
Диод. Часть 1 | Электроника для всех
Как то я не особо расписывал эту незатейливую детальку. Ну диод и диод. Система ниппель. Пропускает в одну сторону, не пропускает в другую, чего уж проще. В принципе да, но есть нюансы. О них, да немного о прикидочном выборе данной детальки и будет эта статья.
▌Клапан
В двух словах, в нашей канализационной электрике для сантехников диод это клапан. Вот типа вот такого:
И да, будет большим допущением считать, что клапан пропускает в одну сторону, а не пропускает в другую. На самом деле все несколько сложней. На самом деле у клапана же есть некая упругость пружины, так вот пока прямое давление не преодолеет эту пружину никакого потока не будет, даже в прямом направлении.
Для диода это справедливо в той же мере. Есть у диода такой параметр как падение напряжения. Оно для диодов Шоттки составляет около 0.2…0.4вольт, а для обычных диодов порядка 0.6…0.8 вольт.
Из этого знания следует три простых вывода.
1) Чтобы ток шел через диод напряжение на диоде должно быть выше его падения напряжения.
2) Какой бы ток через диод не шел, на нем всегда будет напряжение примерно равное его падению напряжения (собственно потому его таки зовут). Т.е. сопротивление диода нелинейно и падает с ростом тока.
3) Включая в цепь диод последовательно с нагрузкой, мы потеряем на нагрузке напряжение равное падению напряжения диода. Т.е. если вы в батарейное питание на 4.5 вольт для защиты от переполюсовки поставите диод, то потеряете от батареек 0.7 вольт, что довольно существенно. Ваше устройство перестанет работать гораздо раньше чем реально сядут батарейки. А батареи не будут высажены до конца. В этом случае лучше ставить диод Шоттки. У него падение ниже чем у простого (но есть свои приколы). А лучше вообще полевой транзистор.
До кучи пусть будет еще и график:
Это вольт-амперная характеристика диода. По которой наглядно видно, что открывается он примерно от 0.7 вольт. До этого ток практически нулевой. А потом растет по параболе вверх с ростом напряжения. У резистора ВАХ была бы прямолинейной в прямом соответствии с законом Ома. А в обратку диод не то чтобы не пропускает, но ток там совсем незначительный, доли миллиампера. Но после определенного напряжения диод резко пробивает и он начинает открываться, падение напряжения устанавливается где-то на уровне предела по обратному напряжению, а после и вовсе сгорает. Ведь рост тока, да большое падение напряжения на диоде означают большие тепловые потери (P=U*I). А диод на них не рассчитан. Вот и сгорает обычно он после пробоя. Но если ограничить ток или время воздействия, чтобы тепловая мощность не превышала расчетную, то электрический пробой является обратимым. Но это касается только обычных диодов, не Шоттки. Тех пробивает сразу и окончательно.
А вот и реальная характеристика диода Vishay 1N4001
Прямая ВАХ, показан один квадрант, рабочий. Начинается гдето с 0.6 вольт. При этом ток там мизерный. А дальше, с ростом напряжения, диод начинает резко открываться. На 0.8 вольтах ток уже 0.2А, на 1 вольте уже под 2.5А и так далее, пока не сгорит 🙂
Вот вам и ответ на вопрос почему нельзя светодиоды втыкать последовательно на источник напряжения без токоограничения. Вроде бы падения скомпенсированы, ну что им будет то? А малейшее изменение напряжения вызывает резкое изменение тока. А источники питания никогда не бывают идеальными и разброс по питанию там присутствует всегда. В том числе и от температуры и нагрузки.
И обратная ВАХ, напряжение в процентах от максимального (т.к. даташит на все семейство диодов, от 4001 до 4007 и у них разное обратное напряжение). Тут токи уже в микроамперах и ощутимо зависят от температуры.
▌Выбор диодов. Быстрые прикидки.
В первом приближении у диода нам интересные три параметра — обратное напряжение, предельный ток и падение напряжения.
Т.е. если вы делаете выпрямитель в сетевое устройство, то диод вам хорошо бы вольт на 400, а лучше на 600 пробивного обратного напряжения. Чтобы с хорошим запасом было.
С предельным током все тоже просто. Он должен быть не меньше, чем через него потечет. Лучше чтобы был запас процентов в 30.
Ну, а падение обычно нужно учитывать для малых напряжений, батарейного питания.
Открываем даташит на … пусть это будет 1N4007 (обычный рядовой диод) и ищем искомые параметры. И сразу же видим искомое, табличку предельных значений Maximum Rating или как то так:
IF(AV) прямой ток. Обозначается всегда как то так. Тут 1А. Предельный ток который этот диод тащит и не дохнет. Импульсно он протаскивает до 30А в течении 8.3мс (IFSM), скажем заряд конденсаторов через себя переживет.
Предельное обратное напряжение определяется параметрами:
VRRM — повторяющееся пиковое значение.
VRMS — действующее значение синусоидального переменного напряжения. На западе принято называть его среднеквадратичным. У нас постепенно тоже приходят к такому обозначению.
VDC — и просто обратное постоянное напряжение.
Ну, а падение смотрим по графикам в том же даташите под конкретный ток.
Есть еще диоды Шоттки, у них меньше внутренняя емкость и поэтому они во первых гораздо быстрей закрываются, что важно для импульсных преобразователей, работающих на большой частоте. А во вторых, имеют втрое ниже падение напряжение. Но, у них мало обратное пробивное напряжение. Классический диод Шоттки выглядит по даташитам примерно так:
Это 1N5819 стоящий в Pinboard II в преобразователе:
Падение напряжения можно измерить мультиметром, в режиме проверки диодов.
Он показывает падение в вольтах. И это падение обязательно надо учитывать, особенно в слаботочных цепях. Например, развязываете вы диодом какой-нибудь вывод микроконтроллера, с уходящим от него сигналом. Например, чтобы при подключении устройства в контроллер не потекло чего лишнего.
А сам контроллер (МК) должен подавать в устройство ХЗ логическую единицу. И, скажем, дает ее как 3.3 вольта. А если падение диода 0.6 вольт и у вас до Х.З. дойдет не 3.3 вольта, а меньше. А тут возникает вопрос, а воспримет ли Х.З. это как логическую единицу? Корректно ли это будет? Ну и, соответственно, решать проблемы если нет.
Светодиодов все это касается в той же мере. Только у них падение напряжения гораздо выше и зависит от цвета. Также, если хотите правильно вычислить ограничение резистора для светодиода, то измеряете его падение напряжения. Вычитаете из питания падение напряжения светодиода (или светодиодной цепи), а потом по полученному напряжению считаете по закону Ома сопротивление.
Например, имеем светодиод на с падением в 3 вольта. Его номинальный ток 10мА, а источник питания у нас 5 вольт. Итак, 5-3 = 2 вольта. Теперь на эти два вольта надо подобрать резистор, чтобы ток был 10мА. 2 / 0,01=200 ом.
Особенно важно правильно подбирать сопротивления для фонарей разных оптронов и прочих оптических датчиков. Иначе характеристики не предсказуемые.
Поэтому, кстати, нельзя включать светодиоды параллельно с общим токоограничивающим резистором. Т.к. диоды имеют разброс по характеристикам, даже если они из одной партии. А из-за малейшего отличия от соседей разница тока через один диод может быть весьма существенная. В результате один из диодов будет работать с перекалом, перегреется и сгорит. Токоограничивающий резистор ставят на каждый диод.
Во второй части этой статьи, которая уже написана, будет более детально расписаны остальные параметры и почему они образуются, исходя из полупроводниковой конструкции диода. А я пока картинки нарисую…
Свойство полупроводника p-n типа, проводить электрический ток в одном направлении и не проводить в обратном направлении, нашло применение в электронном приборе под названием «Диод».
На рисунке 1 показано прямое включение диода при котором диод проводит электрический ток, а на рисунке 2 обратное включение диода при котором диод не проводит электрический ток. Так ведет себя диод включенный в цепь постоянного тока. Токи и соответствующие им напряжения называются прямым током (при включении диода в проводящем направлении) и соответствующее ему напряжение — прямое напряжение. При обратном включении токи и напряжения соответственно называются обратным током и обратным напряжением.
На графике вольт — амперная характеристика
выглядит как показано на рисунке.
Так как диоды применяются в различных областях радио и
электроники то основными параметрами диодов являются
прямой Iпр ток и соответствующее ему прямое напряжение Uпр,
допустимое обратное напряжение Uобр и соответствующий ему
обратный ток Iобр.
Основное назначение диодов, это преобразование переменного
тока в постоянный. Рассмотрим как, например, получить
постоянный ток из переменного для питания радиоприемника.
Понижающий трансформатор (см. рисунок) преобразует
переменное напряжение 220V осветительной сети в низкое 6V
переменное напряжение (график 1). Так как диод пропускает
ток только в одном направлении то после диода мы получим
пульсирующее напряжение только с положительными полуволнами
(График 2).
Для того, чтобы получить постоянное напряжение необходимо на
выходе выпрямителя включить конденсатор.
При прохождении через диод положительной полуволны переменного тока
конденсатор заряжается, в момент отрицательной полуволны
переменного тока на выходе диода (точка А) напряжение
отсутствует, но так как конденсатор заряжен то на его
выводах присутствует постоянное напряжение.
Конденсатор постепенно разряжается на
нагрузку, в следующий положительный полупериод
процесс повторяется, а график напряжения на
выходе выпрямителя (точка А) выглядит так как показано на рисунке.
Мы видим, что на выходе выпрямителя присутствует не идеальное
постоянное напряжение, а постоянное напряжение с небольшими
пульсациями. Пульсации тем меньше, чем больше емкость
конденсатора. Обычно в выпрямителях применяют электролитические
конденсаторы большой емкости (от 1000 мкф и более). Еще больше
сгладить пульсации можно если применить П образный фильтр
(о котором мы говорили в теме «Индуктивности») состоящий из 2
конденсаторов С1 и С2 и дросселя L1.
Еще одно важное применение диодов, это детектирование сигналов. Когда мы изучали тему «Колебательный контур» то говорили, что выделенный колебательным контуром высокочастотный сигнал радиостанции подается на детектор чтобы преобразовать сигнал радиостанции в сигнал звуковой частоты. В эфире хорошо распространяются только высокочастотные сигналы. Высокочастотные сигналы радиостанций модулируются сигналами низкой (НЧ) (звуковой) частоты. Рассмотрим сигнал модулированный по амплитуде. Такой сигнал называется «Амплитудно — Модулированным» — АМ.
Высокая (несущая частота) изменяется по амплитуде низкочастотным сигналом
(огибающей). В отличие от НЧ сигнала, частота ВЧ сигнала не меняется со
временем.
В детекторе, после диода, НЧ и ВЧ сигналы разделяются.
ВЧ сигнал практически без помех проходит через конденсатор С1 на землю, а НЧ — звуковой сигнал проходит на усилитель низкой частоты, где усиливается и подается на громкоговоритель. Для нормальной работы диода на выходе детектора должна быть включена нагрузка. В нашем случае это сопротивление Rн.
Назначение диодов, это не только выпрямление переменного тока и детектирование сигналов. Существуют, например, такие диоды, как стабилизаторы напряжения. Стабилизирующие диоды называются «стабилитроны». Принцип работы таких диодов основан на пробое p-n перехода при подаче на диод обратного (когда диод не проводит электрического тока) напряжения.
При определенном напряжении (Uпр) p-n переход пробивается, обратный ток резко возрастает а напряжение на диоде остается неизменным (смотрите график). Схема включения стабилитрона показана на рисунке.
Ограничительный резистор Ro включен в цепи для того, чтобы на
нем создавалось падение напряжения Ur равное разности между
входным напряжением Uвх и выходным напряжением Uвых:
Ur = Uвх — Uвых. Очевидно, что стабилизатор напряжения на
стабилитроне не может отдавать большую мощность в нагрузку,
поэтому такие стабилизаторы применяют как источник образцового
напряжения для более мощных стабилизаторов, например на
мощных транзисторах. При снятии напряжения со стабилитрона
свойства его p-n перехода восстанавливаются.
В справочниках для стабилитронов указывается ток пробоя p-n
перехода Iст и напряжение стабилизации Uст.
Так же к обширному классу диодов относятся светоизлучающие диоды которые при прохождении через них небольшого прямого тока излучают световые волны (от инфракрасного излучения до фиолетового).
Используются светодиоды, в основном, как
экономичные индикаторы в различных бытовых и
промышленных приборах, а так же в пультах дистанционного
управления (инфракрасные) для различной электронной аппаратуры
(телевизоры, музыкальные центры и т.д.).
Итак, мы знаем, что применение диодов в радиоэлектронной
аппаратуре очень разнообразно, это выпрямление переменного тока,
детектирование сигналов, стабилизация напряжения, световые
индикаторы и так далее.
На рисунке показаны наиболее распространенные типы диодов.
Направление электрического потока. Диод
«Приятной особенностью большого количества стандартов является то, что есть из чего выбрать»
Эндрю Таненбаум, профессор информатики
Когда Бенджамин Франклин сделал своё предположение относительно направления потока зарядов (из воска в шерсть), он создал прецедент для электрических обозначений, который существует и по сей день, несмотря на то, что все знают, что электроны являются составными частями заряда, и что при натирании они переходят из шерсти в воск, а не наоборот. Благодаря именно Франклину говорят что электроны имеют отрицательный заряд, и движется этот заряд, на самом деле, в направлении противоположном тому, которое указал Франклин. Поэтому объекты, которые он назвал «отрицательными» (имеющими недостаток заряда), фактически имеют избыток электронов.
К тому времени, когда было открыто истинное направление движения потока электронов, обозначения «положительный» и «отрицательный» уже настолько прочно укоренились в научном сообществе, что попытки изменить их даже не предпринимались, хотя, применительно к «избыточному» заряду, правильно было бы назвать электрон «положительно» заряженным. По большому счету, термины «положительный» и «отрицательный» являются человеческими изобретениями и, как таковые, не имеют абсолютного значения за пределами условного языка научных описаний. С такой же легкостью Франклин мог бы назвать избыток заряда «черным», а его недостаток — «белым», в этом случае ученые говорили бы, что электрон имеет «белый» заряд (при условии использования гипотезы Франклина).
Поскольку мы склонны связывать слово «положительный» с «избытком» а слово «отрицательный» с «недостатком», то стандартное обозначение электрического заряда нам кажется противоположным. Благодаря этому, многие инженеры решили сохранить старое понятие электричества, где «положительный» означает избыток заряда, и соответственно обозначается направление движения зарядов (тока). Такое обозначение известно как общепринятое обозначение потока :
Другие инженеры для обозначения потока зарядов выбрали фактическое направление движения электронов в цепи. Такое обозначение известно как обозначение потока электронов :
Общепринятое обозначение потока показывает нам движение заряда в соответствии со знаками + и — (технически неправильно). Применять это обозначение имеет смысл, но направление движения потока зарядов здесь не соответствует действительности. Обозначение потока электронов показывает нам фактическое направление движения электронов в цепи, но знаки + и — выглядят здесь задом наперед. А вообще, имеет ли значение, как мы определяем направление движения потока зарядов в цепи? Не имеет, если мы последовательно используем одно из обозначений. Производя анализ цепи, вы можете с равным успехом использовать любое из этих обозначений. Понятия напряжения, тока, сопротивления,
Модератор форума: Igoran, Sam |
Форум радиолюбителей » СХЕМЫ » НАЧИНАЮЩИМ » Помогите определить что это и исправность |
Помогите определить что это и исправность
![](/800/600/https/radioskot.ru/.s/img/fr/bt/39/p_profile.gif)
![](/800/600/https/radioskot.ru/.s/img/fr/bt/39/p_up.gif)
![](/800/600/https/radioskot.ru/no_avatar.jpg)
Помогите определить, что это за элементы.
На них выгравировано в две строки 33 и А2А. Сам элемент в разные стороны прозванивается по разному и имеет риску — ориентация по направлению тока. Элементы А и Б сориентированы противоположным образом.
Если мерять сопротивление (на тестере 20к), то в одном направлении у всех 233, а если в обратном то у всех кроме 1 и 2 -го — 14,6, а на 1 и 2 появляется какое-то значение (6, 8, и 10..) и тут же сбрасывает на 1.
В режиме проверки диода звонятся только в одну сторону.
Это говорит о чем-то?
Слева от буквы А большой круглый диод (?). Он может прозваниваться в режиме диода в обе стороны?
*прим. модератора: учимся вставлять фото.
![](/800/600/https/radioskot.ru/.s/img/fr/bt/39/p_profile.gif)
![](/800/600/https/radioskot.ru/.s/img/fr/bt/39/p_email.gif)
![](/800/600/https/radioskot.ru/.s/img/fr/bt/39/p_up.gif)
![](/800/600/https/radioskot.ru/no_avatar.jpg)
AndreyP,там же все написано. и есть обозначение ,это все диоды ,что обведено это смд диоды
сам же написал и себе ответил
![](/800/600/https/radioskot.ru/.s/img/fr/bt/39/p_profile.gif)
![](/800/600/https/radioskot.ru/.s/img/fr/bt/39/p_up.gif)
![](/800/600/https/radioskot.ru/no_avatar.jpg)
Спасибо, я не знал, что это смд диоды, поэтому в поиске не находил.
Такое поведение, что на замере сопротивления данные на двух диодах срываются на 1 нормально?
То, что большой диод звонится в обоих направлениях, но с разными данными нормально?
![](/800/600/https/radioskot.ru/.s/img/fr/bt/39/p_profile.gif)
![](/800/600/https/radioskot.ru/.s/img/fr/bt/39/p_up.gif)
![](/800/600/https/radioskot.ru/no_avatar.jpg)
В самом начале неисправности — на холодную ошибка, а с прогревом (но длительным) она проходила.
Вот тут человек писал о похожем, но.
![](/800/600/https/radioskot.ru/.s/img/fr/bt/39/p_profile.gif)
![](/800/600/https/radioskot.ru/.s/img/fr/bt/39/p_up.gif)
![](/800/600/https/radioskot.ru/avatar/89/5347-352293.jpg)
![](/800/600/https/radioskot.ru/.s/img/fr/bt/39/p_profile.gif)
![](/800/600/https/radioskot.ru/.s/img/fr/bt/39/p_up.gif)
![](/800/600/https/radioskot.ru/no_avatar.jpg)
![](/800/600/https/radioskot.ru/.s/img/fr/bt/39/p_profile.gif)
![](/800/600/https/radioskot.ru/.s/img/fr/bt/39/p_up.gif)
![](/800/600/https/radioskot.ru/avatar/65/440977.gif)
![](/800/600/https/radioskot.ru/.s/img/fr/bt/39/p_profile.gif)
![](/800/600/https/radioskot.ru/.s/img/fr/bt/39/p_up.gif)
![](/800/600/https/radioskot.ru/.s/a/38/496767602.png)
![](/800/600/https/radioskot.ru/.s/img/fr/bt/39/p_profile.gif)
![](/800/600/https/radioskot.ru/.s/img/fr/bt/39/p_up.gif)
![](/800/600/https/radioskot.ru/avatar/75/9819-339992.gif)
Добавлено (27.05.2015, 19:00)
———————————————
3 как я понял конденсатор , но какое напряжение?
Как работают полупроводники | HowStuffWorks
Устройство, которое блокирует ток в одном направлении, позволяя току течь в другом направлении, называется диодом . Диоды могут быть использованы несколькими способами. Например, устройство, которое использует батареи, часто содержит диод, который защищает устройство, если вы вставляете батареи назад. Диод просто блокирует любой ток, выходящий из батареи, если он перевернут — это защищает чувствительную электронику в устройстве.
Поведение полупроводникового диода не идеально, как показано на этом графике:
Когда с обратным смещением , идеальный диод заблокирует весь ток. Настоящий диод пропускает, возможно, 10 микроампер — не так много, но все же не идеально. И если вы подадите достаточное обратное напряжение (В), соединение разрушится и пропустит ток. Как правило, напряжение пробоя намного больше напряжения, чем когда-либо увидит схема, поэтому оно не имеет значения.
Когда смещен в прямом направлении , для работы диода требуется небольшое количество напряжения. В кремнии это напряжение составляет около 0,7 вольт. Это напряжение необходимо для запуска процесса комбинирования дырок и электронов на стыке.
Другой монументальной технологией, связанной с диодом, является транзистор. Транзисторы и диоды имеют много общего.
Транзисторы
Транзистор создается с использованием трех слоев , а не двух слоев, используемых в диоде.Вы можете создать сэндвич с NPN или PNP. Транзистор может действовать как переключатель или усилитель.
Транзистор выглядит как два диода спина к спине. Вы можете себе представить, что никакой ток не может протекать через транзистор, потому что спина к спине диоды будут блокировать ток в обоих направлениях. И это правда. Однако, когда вы подаете небольшой ток на центральный слой сэндвича , через сэндвич в целом может протекать намного больший ток. Это дает транзистору , переключающий .Малый ток может включать и выключать больший ток.
Кремниевая микросхема — это кусок кремния, который может содержать тысячи транзисторов. С помощью транзисторов, действующих как переключатели, вы можете создавать логические вентили, а с логическими вентилями вы можете создавать микропроцессорные микросхемы.
Естественный переход от кремния к легированному кремнию, к транзисторам и микросхемам — это то, что сделало микропроцессоры и другие электронные устройства такими недорогими и повсеместными в современном обществе.Основные принципы удивительно просты. Чудо заключается в постоянном совершенствовании этих принципов до такой степени, что сегодня десятки миллионов транзисторов могут быть недорого сформированы на одном кристалле.
Для получения дополнительной информации о полупроводниках, диодах, микросхемах и многом другом, перейдите по ссылкам на следующей странице.
,Схема полуволнового выпрямителя работает с использованием диода, чтобы предотвратить прохождение половины сигнала переменного тока. В результате проходит только часть (обычно половина) формы волны, и форма волны выпрямляется.
Диодные выпрямительные цепи включают в себя:
Диодные выпрямительные цепи
Полуволновой выпрямитель
Двухполупериодный выпрямитель
Двухдиодный двухполупериодный выпрямитель
Двухполупериодный мостовой выпрямитель
Синхронный выпрямитель
Полуволновая выпрямительная схема является самой простой формой выпрямительной схемы, которую можно использовать, и, хотя она может не обеспечивать наивысший уровень производительности в некоторых аспектах, тем не менее, она очень широко используется.
Применения полуволновых диодных выпрямителей
Половолновой диодный выпрямитель используется различными способами и в различных схемах.
- Силовое выпрямление: Один из наиболее очевидных способов использования полуволнового диодного выпрямителя — использование силового выпрямителя. Линейный или сетевой источник питания обычно проходит через трансформатор для преобразования напряжения до требуемого уровня.
- Демодуляция сигнала: Простой полуволновой диодный выпрямитель можно использовать для демодуляции сигналов амплитудно-модулированных сигналов.Процесс выпрямления позволяет восстановить амплитудную модуляцию.
- Детектор пика сигнала: Простой полуволновой диодный детектор может использоваться в качестве пикового детектора, детектирующего пик входящего сигнала.
Базовая схема выпрямителя полуволны
Основы работы полуволновой выпрямительной схемы довольно просты. Входящий сигнал пропускается через диод. Поскольку он может пропускать ток только в одном направлении, он пропускает только ту часть сигнала, для которой диод смещен в прямом направлении.
![The action of a diode in rectifying alternating current AC: a single diode only allows through half the waveform](http://xn--80acehaad1bmnngri1f9eg.xn--p1ai/wp-content/plugins/a3-lazy-load/assets/images/lazy_placeholder.gif)
одного диода пропускает только половину сигнала
В схеме полуволнового выпрямителя обычно используется один диод. Входящий сигнал подключается непосредственно к диоду, а диод, в свою очередь, подключается к нагрузке, как показано на схеме полуволнового выпрямителя ниже.
![Basic half wave rectifier circuit showing diode AC source and load: note the output waveform](http://xn--80acehaad1bmnngri1f9eg.xn--p1ai/wp-content/plugins/a3-lazy-load/assets/images/lazy_placeholder.gif)
Полуволновые диодные схемы
Хотя в полуволновой диодной выпрямительной схеме в основном используется один диод, существует несколько различий между диодами в зависимости от применения.
- Силовой выпрямитель: При использовании для выпрямления мощности полуволновая схема выпрямителя используется с трансформатором, если она должна использоваться для питания оборудования любым способом. Обычно в этом приложении входной переменный сигнал подается через трансформатор. Это используется для обеспечения необходимого входного напряжения.
Полуволновой выпрямитель с трансформаторным входом
- AM демодуляция: Когда полуволновой выпрямитель используется для обнаружения амплитудной модуляции, схема, очевидно, требует взаимодействия с другими цепями в радиостанции.Типичная схема может быть такой, как показано ниже. Полуволновой выпрямитель с трансформаторным входом
- Пиковый детектор: Полуволновая диодная схема часто используется в качестве простого детектора пиковых напряжений. Поместив конденсатор через выходную нагрузку, конденсатор будет заряжаться до пикового напряжения (x 2-кратное среднеквадратичное напряжение синусоидальной волны). При условии, что постоянная времени сети CR, сопротивления конденсатора и нагрузки намного больше, чем период сигнала или достаточна для захвата пика переменного сигнала, схема будет удерживать пик напряжения.
Трансформатор обеспечивает изоляцию от сети или сети, а также позволяет обеспечить требуемое напряжение на входе в диод. Обратите внимание, что пиковое напряжение равно в 2 или 1,414 раза больше среднеквадратичного значения.
Требования к полуволновому выпрямительному диоду
При проектировании полуволновой выпрямительной схемы необходимо убедиться, что диод способен обеспечить требуемую производительность. Несмотря на то, что существует очень много параметров, которые определяют отдельные диоды, и их, возможно, потребуется принять во внимание для данной конструкции, некоторые из основных параметров подробно описаны ниже:
Меры предосторожности в цепи полуволнового выпрямителя
При проектировании полуволновой выпрямительной схемы необходимо убедиться, что в цепи есть возврат постоянного тока.Часто при использовании диодного выпрямителя для обнаружения сигнала или пикового значения легко пропустить возврат постоянного тока. Это должно быть включено или как резистор, или как часть трансформатора или дросселя. Примеры приведены ниже.
![DC return included in a half wave diode rectifier](http://xn--80acehaad1bmnngri1f9eg.xn--p1ai/wp-content/plugins/a3-lazy-load/assets/images/lazy_placeholder.gif)
Половолновая схема выпрямителя часто может использоваться для хорошего эффекта. Как выпрямитель мощности, он решает только половину формы волны, что делает проблему сглаживающей позже. В результате обычно используется двухполупериодная система для выпрямления мощности.Половолновой выпрямитель часто используется для обнаружения сигналов и пиков.
Больше схем и схемотехники:
Основы операционного усилителя
Операционные усилители
Цепи питания
Транзисторная конструкция
Транзистор Дарлингтон
Транзисторные схемы
Полевые схемы
Схема символов
Возврат в меню схемы. , ,
Обходной диод и блокирующий диод, используемые для защиты панели солнечных батарей в затененном состоянии
В различных типах конструкций солнечных панелей как обходные, так и блокирующие диоды включены производителями для защиты, надежной и бесперебойной работы. Мы обсудим блокирующие и байпасные диоды в солнечных панелях с рабочими и принципиальными схемами в деталях ниже.
Обходной диод в солнечной панели используется для защиты частично затененных массивов фотоэлектрических элементов внутри солнечной панели от нормально управляемой фотоэлектрической струны в пике солнечного света на той же фотоэлектрической панели.В многопанельных фотоэлектрических цепях неисправная панель или цепочка были обойдены диодом, который обеспечивает альтернативный путь протеканию тока от солнечных батарей к нагрузке.
Блокирующий диод в солнечной панели используется для предотвращения разряда или разряда батарей через фотоэлементы внутри солнечной панели, поскольку они действуют как нагрузка в ночное время или в случае полностью покрытого неба облаками и т. Д. Короче говоря, так как диод пропускает ток только в одном направлении, то ток от солнечных батарей течет (с прямым смещением) к батарее и блокирует от батареи к солнечной панели (с обратным смещением).
Что такое диод?
Диод — это однонаправленное полупроводниковое устройство, которое пропускает ток только в одном направлении (прямое смещение, то есть анод подключен к положительному выводу, а катод подключен к отрицательному выводу). Он блокирует поток тока в противоположном направлении (обратное смещение, то есть анод к клемме -Ve и катод к клемме + Ve).
Они изготовлены из полупроводниковых материалов, таких как кремний и германий.Они обеспечивают высокое сопротивление току в одном направлении (обратное смещение) и действуют путем короткого замыкания для тока в противоположном направлении (прямое смещение). Ниже приведен общий символ диода с анодом и катодной клеммой.
Работа блокирующих и байпасных диодов в PV Панели
Система солнечных панелей — лучшая альтернатива широкому диапазону (от МВт до МВт) свободной электрической энергии и может использоваться с сеткой на входе или вне сети система питания.Он может быть установлен в любом месте в диапазоне солнечного света для выработки электроэнергии.
Фотоэлектрический элемент внутри солнечной панели представляет собой простой полупроводниковый фотодиод, изготовленный из взаимосвязанных элементов кристаллического кремния, которые поглощают / поглощают фотон от прямого солнечного света на его поверхности и преобразуют его в электрическую энергию. фотогальванические элементы соединены последовательно в солнечной панели и вырабатывают электрическую энергию при нормальной работе, когда солнечный свет попадает на эти фотогальванические элементы.
Но некоторые факторы влияют на способность солнечных батарей к выработке электрической энергии, такие как ненормальные условия окружающей среды, такие как дождь, снегопад и влажность, полные облака, покрывающие небо, солнечная радиация, изменения температуры и расположение массива панелей относительно солнца и т. Д.
Одним из наиболее важных факторов, влияющих на выход и эффективность, являются полностью или частично затененные солнечные панели из-за облаков, деревьев, листьев, зданий и т. Д. В этом случае некоторые из фотоэлектрических элементов не способны генерировать энергию, поскольку они не подвергаются воздействию прямой солнечный светВ этом случае затронутые клетки действуют как нагрузка и могут быть повреждены из-за горячей точки. Вот почему нам нужен обходной диод в солнечной панели.
Посмотрим ниже, как заштрихованные солнечные панели могут быть опасными и как обходной диод предотвращает солнечные панели или повреждает фотоэлектрические шнуры.
фотоэлементы без байпасных диодов
Один фотоэлектрический элемент генерирует около 0,58 В постоянного тока при 25 ° C . В случае разомкнутой цепи, как правило, значение V OC равно 0.5 — 0,6 В, в то время как мощность одного фотоэлектрического элемента составляет от 1 до 1,5 Вт в случае разомкнутой цепи. Таким образом, одиночная фотостатическая ячейка 1,5 Вт с 0,5 В будет выдавать ток 3 А как I = P / V (1,5 Вт / 0,5 В = 3 Ампер).
Предположим, что к фотоэлементам не подключены обходные диоды. Как вы можете видеть, фотоэлементы соединены в последовательную цепочку (положительный вывод соединен с отрицательным выводом второй солнечной панели и т. Д.).
Мы знаем, что ток «I» последовательно в каждой точке одинаков, а напряжения аддитивны, т.е.е. V T = V 1 + V 2 + V 3 … V n . Таким образом, общее напряжение V T = 0,5 В + 0,5 В + 0,5 В = 1,5 В.
В обычном режиме работы все фотоэлементы работают безотказно, то есть все три фотоэлемента выдают номинальную мощность в токах и вольтах. Мощность аддитивна как в последовательном, так и в параллельном соединении. Таким образом, мы получаем идеальную максимальную номинальную мощность в амперах и вольтах. Поток тока показан синей пунктирной линией от фотоэлементов до выходной нагрузки.
Но что в случае с затененными ячейками? А что, если нет и обходного диода? Посмотрим, что будет дальше.
Затененные фотоэлементы без байпасных диодов
В случае опавших листьев или облаков затененные фотоэлектрические элементы не смогут генерировать электрическую энергию и действуют как резистивная полупроводниковая нагрузка. В случае отсутствия байпасных диодов энергия, вырабатываемая фотоэлементами, обращенными к прямому солнечному свету, начнет поступать в затененные элементы, поскольку они также ведут себя как нагрузка.Этот чрезмерный ток приведет к нагреву затененных тензодатчиков, поскольку они рассеивают мощность, что приводит к появлению горячей точки и может повредить или сжечь поврежденные элементы.
По мере падения напряжения на затененных элементах нормальные элементы без затенения пытаются регулировать падение напряжения путем увеличения напряжения разомкнутой цепи. Таким образом, затронутые затененные фотоэлементы становятся смещенными, и отрицательное напряжение появляется в противоположном направлении через его клеммы. Это отрицательное напряжение вызывает протекание тока в противоположном направлении в затененных фотоэлементах, на которые воздействует ток в зависимости от рабочего тока и тока короткого замыкания I SC .Таким образом, затененный элемент внутри солнечной панели будет рассеивать энергию, а не вырабатывать ее, так как в ней происходит обратное падение напряжения из-за потока электронных токов. Весь этот процесс приведет к снижению общей эффективности или может привести к повреждению и взрыву фотоэлементов в солнечной панели.
Синие пунктирные линии показывают поток токов, то есть некоторый ток течет из нормальных ячеек № 1 и ячейки № 3 в поврежденную заштрихованную ячейку № 2. В случае разомкнутой цепи все токи могут протекать в пораженные ячейки, пока в В случае подключения нагрузки к фотоэлектрической панели, некоторый ток протекает к нагрузке с пониженной скоростью.
Вот почему нам нужны обходные диоды в солнечной панели. Давайте посмотрим, что происходит, когда на фотоэлектрической панели есть обходной диод, следующим образом.
Фотоэлементы с байпасными диодами
Теперь давайте посмотрим, как мы можем защитить солнечную панель или фотоэлектрическую батарею и строки от частичного или полностью затененного эффекта фотоэлементов. Это обходной диод. Обходные диоды можно использовать, соединяя их параллельно с фотоэлементом последовательно соединенной струнной матрицы, чтобы исключить фактор риска и защитить солнечные панели от общего повреждения и взрыва в случае полного или частичного затенения.
Обходные диоды соединены внешне (параллельно) с фотоэлектрическими элементами в обратном смещении (анодная клемма подключена к + Ve и катоду со стороны -Ve солнечной батареи), что обеспечивает альтернативный путь для протекания тока в случае затенения клетки. Обходные диоды с обратным смещением не пропускают производимый ток в нормальных элементах в затененные элементы.
Поток генерируемых токов обозначен синими пунктирными линиями. В случае ясного неба, то есть пика солнечного света, производимый ток не будет течь через диоды байпаса, как показано красными пунктирными линиями, поскольку они имеют обратное смещение и действуют как разомкнутая цепь.Таким образом, общая мощность идет на зарядку аккумулятора или подключенную нагрузку, не влияя на эффективность, как ожидалось.
Но что происходит, когда на частичных ячейках появляются облака или тени здания? давайте посмотрим.
Затененные фотоэлементы с байпасными диодами
В случае облаков или снега и т. Д. На ячейку № 2 влияют, и она не сможет генерировать энергию, таким образом, превращаясь в полупроводниковый резистор, теперь действует как нагрузка. Теперь затененные ячейки обеспечивают отрицательную мощность (нужно рассеивать мощность, а не генерировать ее), активируются обходные диоды через ячейку (как это сейчас происходит в прямом смещении) и отводят ток в нагрузку, как показано синими пунктирными линиями. минуя затененную ячейку на рис.
Короче говоря, шунтирующие диоды, подключенные через затененные ячейки № 2, обеспечивают альтернативный путь для протекания токов от ячейки № 1 к ячейке № 3 и затем нагрузки. Таким образом, шунтирующий диод поддерживает надежную и бесперебойную работу фотоэлементов, не повреждая фотоэлемент или общую матрицу фотоэлектрических цепочек с пониженной скоростью, поскольку элемент № 2 не способен генерировать электроэнергию.
В качестве обходных диодов в солнечных панелях используются два типа диодов: диод PN-Junction и диод Шоттки (также известный как барьерный диод Шоттки) с широким диапазоном номинальных токов.Диод Шоттки имеет более низкое прямое падение напряжения 0,4 В по сравнению с обычным кремниевым диодом PN-перехода, который составляет 0,7 В.
Это означает, что при прямом смещении диод Шоттки сохраняет почти уровень напряжения одиночного фотоэлектрического элемента (который составляет 0,5 В) в каждой последовательной цепи. Другими словами, он обеспечивает эффективную работу фотоэлектрических элементов благодаря более низкому рассеянию мощности в режиме блокировки.
Другое преимущество байпасного диода, соединенного параллельно с солнечными элементами, заключается в том, что при его работе (т.е.е. прямое смещение), прямое падение напряжения составляет 0,4 В (и 0,7 В в случае диода с PN-переходом), что ограничивает обратное, т. е. отрицательное напряжение, создаваемое затененной ячейкой, которое приводит к уменьшению вероятности возникновения горячих точек. Повышение температуры может привести к ожогу или повреждению фотоэлементов, но в случае использования байпасных диодов затененная ячейка возвращается к нормальной работе после удаления облака. Вышеуказанные точные причины, по которым в солнечных панелях установлены обходные диоды.
Почему нет диода байпаса через каждую фотоэлемент?
Подключение обходного диода через каждую отдельную фотоэлемент приведет к дорогостоящей и сложной конструкции.Таким образом, производитель устанавливает внешние диоды байпаса снаружи в распределительной коробке солнечной панели (задняя сторона фотоэлектрической панели) для цепочек вместо одиночных фотоэлементов.
Как правило, двух байпасных диодов достаточно для солнечной панели мощностью 50 Вт, имеющей 36-40 отдельных фотоэлементов, и зарядка системы от 12 В до 24 В или параллельного подключения батарейной системы зависит от номинального тока и напряжения, которые составляют 1- 60 А и 45 В в случае диод шоттки.
Блокирующие диоды в солнечных панелях
Как упоминалось выше, диоды пропускают ток только в одном направлении (прямое смещение) и блокируют в противоположном направлении (обратное смещение).
Это то, что фактически делают блокирующие диоды в солнечной панели. Во время нормальной работы солнечных элементов при ясном солнечном свете солнечные элементы генерируют электрическую энергию и пропускают поток электронов в одном направлении, то есть от солнечной панели к батарее или контроллеру заряда и другим подключенным нагрузкам.
Ночью, в облаках или без нагрузки в оттенках, подключенная батарея будет подавать ток на солнечные элементы, поскольку они ведут себя как обычные резисторы. Чтобы преодолеть эту проблему, используются блокирующие диоды, чтобы блокировать поток тока обратно на солнечные панели, что предотвращает разрядку батареи, а также защищает солнечные элементы от горячих точек из-за рассеивания энергии внутри, что приводит к повреждению солнечного элемента.
Короче говоря, блокирующие диоды обеспечивают единственный путь прохождения тока от солнечной панели к батарее и блокируют токи от батареи к солнечным элементам в течение ночи, поскольку солнечные элементы действуют как нагрузка, а не генерируют энергию.
Имейте в виду, что блокирующие диоды устанавливаются последовательно с солнечной панелью. На следующем рисунке показана комбинация блокирующих диодов, соединенных последовательно, и байпасных диодов, соединенных параллельно с солнечной панелью.
Как показано на рисунке ниже, лист упал на ячейку № 3. Таким образом, сгенерированный ток будет течь от ячейки № 1 и № 2 к выходному выводу, как это происходит при нормальной работе. Ток будет проходить через байпасный диод через ячейку № 3, которая подвергается воздействию, и ячейку № 4 и к нагрузкам, а затем через блокирующие диоды, что является надежной работой солнечной энергосистемы, как и ожидалось.
Я надеюсь, что это прояснило идею, что это за обходные и блокирующие диоды в распределительной коробке на задней стороне солнечной панели.
Похожие сообщения:
.- Классы
- Класс 1 — 3
- Класс 4 — 5
- Класс 6 — 10
- Класс 11 — 12
- КОНКУРСЫ
- BBS
- 000000000000 Книги
- NCERT Книги для 5 класса
- NCERT Книги Класс 6
- NCERT Книги для 7 класса
- NCERT Книги для 8 класса
- NCERT Книги для 9 класса 9
- NCERT Книги для 10 класса
- NCERT Книги для 11 класса
- NCERT Книги для 12-го класса
- NCERT Exemplar
- NCERT Exemplar Class 8
- NCERT Exemplar Class 9
- NCERT Exemplar Class 10
- NCERT Exemplar Class 11
- NCERT Exemplar Class 12 9000al Aggar
Agard Agard Agard Agard Agulis Class 12- Классы
- RS Решения Aggarwal класса 10
- RS Решения Aggarwal класса 11
- RS Решения Aggarwal класса 10 90 003 Решения RS Aggarwal класса 9
- Решения RS Aggarwal класса 8
- Решения RS Aggarwal класса 7
- Решения RS Aggarwal класса 6
- Решения RD Sharma
- Решения класса RD Sharma
- Решения класса 9 Шарма 7 Решения RD Sharma Class 8
- Решения RD Sharma Class 9
- Решения RD Sharma Class 10
- Решения RD Sharma Class 11
- Решения RD Sharma Class 12
- ФИЗИКА
- Механика
- 000000 Электромагнетизм
- ХИМИЯ
- Органическая химия
- Неорганическая химия
- Периодическая таблица
- МАТС
- Теорема Пифагора
- Отношения и функции
- Последовательности и серии
- Таблицы умножения
- Детерминанты и матрицы
- Прибыль и убыток
- Полиномиальные уравнения
- Делительные дроби
- 000 ФОРМУЛЫ
- Математические формулы
- Алгебровые формулы
- Тригонометрические формулы
- Геометрические формулы
- КАЛЬКУЛЯТОРЫ
- Математические калькуляторы
- S000
- S0003
- Pегипс Класс 6
- Образцы документов CBSE для класса 7
- Образцы документов CBSE для класса 8
- Образцы документов CBSE для класса 9
- Образцы документов CBSE для класса 10
- Образцы документов CBSE для класса 11
- Образец образца CBSE pers for Class 12
- CBSE Предыдущий год Вопросник
- CBSE Предыдущий год Вопросники Класс 10
- CBSE Предыдущий год Вопросник класс 12
- HC Verma Solutions
- HC Verma Solutions Класс 11 Физика
- Решения HC Verma Class 12 Physics
- Решения Lakhmir Singh
- Решения Lakhmir Singh Class 9
- Решения Lakhmir Singh Class 10
- Решения Lakhmir Singh Class 8
- Примечания
- CBSE
- Notes
- CBSE Класс 7 Примечания CBSE
- Класс 8 Примечания CBSE
- Класс 9 Примечания CBSE
- Класс 10 Примечания CBSE
- Класс 11 Примечания CBSE
- Класс 12 Примечания CBSE
- Дополнительные вопросы CBSE 8 класса
- Дополнительные вопросы CBSE 8 по естественным наукам
- CBSE 9 класса Дополнительные вопросы
- CBSE 9 дополнительных вопросов по науке CBSE 9000 Класс 10 Дополнительные вопросы по математике
- Класс 3
- Класс 4
- Класс 5
- Класс 6
- Класс 7
- Класс 8
- Класс 9
- Класс 10
- Класс 11
- Класс 12
- Решения NCERT для класса 11
- Решения NCERT для физики класса 11
- Решения NCERT для класса 11 Химия Решения для класса 11 Биология
- NCERT Solutions для Класс 12 Физика
- Решения NCERT для 12 класса Химия
- Решения NCERT для 12 класса Биология
- Решения NCERT для 12 класса Математика
- Решения NCERT Класс 12 Бухгалтерский учет
- Решения NCERT Класс 12 Бизнес исследования
- Решения NCERT Класс 12 Экономика
- NCERT Solutions Class 12 Бухгалтерский учет Часть 1
- NCERT Solutions Class 12 Бухгалтерский учет Часть 2
- NCERT Solutions Class 12 Микроэкономика
- NCERT Solutions Class 12 Коммерция
- NCERT Solutions Class 12 Макроэкономика
- Решения NCERT для класса 4 Maths
- Решения NCERT для класса 4 EVS
- Решения NCERT для класса 5
- Решения NCERT для класса 5 EVS
- Решения NCERT для класса 6 Математика
- Решения NCERT для класса 6 Наука
- Решения NCERT для класса 6 Общественные науки
- Решения NCERT для класса 6 Английский
- Решения NCERT для класса 7 Математика
- Решения NCERT для 7 класса Science
- Решения NCERT для 7 класса Общественные науки
- Решения NCERT для 7 класса Английский
- для 8 класса Математика
- Решения NCERT для класса 8 Science
- Решения NCERT для класса 8 Общественные науки
- NCERT Solutio ns для класса 8 Английский
- Решения NCERT для класса 9 Общественные науки
- Решения NCERT для класса 9 Математика Глава 1
- Решения NCERT Для класса 9 Математика 9 класса Глава 2
- Решения NCERT для математики 9 класса Глава 3
- Решения NCERT для математики 9 класса Глава 4
- Решения NCERT для математики 9 класса Глава 5
- Решения NCERT для математики 9 класса Глава 6
- Решения NCERT для Математика 9 класса Глава 7
- Решения NCERT для математики 9 класса Глава 8
- Решения NCERT для математики 9 класса Глава 9
- Решения NCERT для математики 9 класса Глава 10
- Решения NCERT для математики 9 класса Глава 11
- Решения NCERT для Математика 9 класса Глава 12
- Решения NCERT для математики 9 класса Глава 13
- Решения NCERT для математики 9 класса Глава 14
- Решения NCERT для математики класса 9 Глава 15
- Решения NCERT для науки 9 класса Глава 1
- Решения NCERT для науки 9 класса Глава 2
- Решения NCERT для класса 9 Наука Глава 3
- Решения NCERT для 9 класса Наука Глава 4
- Решения NCERT для 9 класса Наука Глава 5
- Решения NCERT для 9 класса Наука Глава 6
- Решения NCERT для 9 класса Наука Глава 7
- Решения NCERT для 9 класса Научная глава 8
- Решения NCERT для 9 класса Научная глава
- Научные решения NCERT для 9 класса Научная глава 10
- Научные решения NCERT для 9 класса Научная глава 12
- Научные решения NCERT для 9 класса Научная глава 11
- Решения NCERT для 9 класса Научная глава 13
- Решения NCERT для 9 класса Научная глава 14
- Решения NCERT для класса 9 Science Глава 15
- Решения NCERT для класса 10 Общественные науки
- Решения NCERT для математики класса 10 Глава 1
- Решения NCERT для математики класса 10 Глава 2
- решения NCERT для математики класса 10 глава 3
- решения NCERT для математики класса 10 глава 4
- решения NCERT для математики класса 10 глава 5
- решения NCERT для математики класса 10 глава 6
- решения NCERT для математики класса 10 Глава 7
- решения NCERT для математики класса 10 глава 8
- решения NCERT для математики класса 10 глава 9
- решения NCERT для математики класса 10 глава 10
- решения NCERT для математики класса 10 глава 11
- решения NCERT для математики класса 10, глава 12
- Решения NCERT для математики класса 10, глава 13
- соль NCERT Решения для математики класса 10 Глава 14
- Решения NCERT для математики класса 10 Глава 15
- Решения NCERT для науки 10 класса Глава 1 Решения NCERT для науки 10 класса Глава 2
- Класс 11 Коммерческая программа Syllabus
- Учебный курс по бизнес-классу 11000
- Учебная программа по экономическому классу
- Учебная программа по 12 классу
- Учебная программа по 12 классам
- Учебная записка по 12-му классу
- Решения TS Grewal Класс 12 Бухгалтерский учет
- Решения TS Grewal Класс 11 Бухгалтерский учет
- ML Aggarwal Solutions Class 10 Maths
- ML Aggarwal Solutions Class 9 Maths