Устройство и работа выпрямительного диода

Устройство и работа выпрямительного диода. Диодный мост.

18 Июн 2013г | Раздел: Радио для дома

Здравствуйте уважаемые читатели сайта sesaga.ru. Продолжаем знакомиться с полупроводниковыми диодами. В предыдущей части статьи мы с Вами разобрались с принципом работы диода, рассмотрели его вольт-амперную характеристику и выяснили, что такое пробой p-n перехода.
В этой части мы рассмотрим устройство и работу выпрямительных диодов.

Выпрямительный диод – это полупроводниковый диод, предназначенный для преобразования переменного тока в постоянный. Однако, это далеко не полная область применения выпрямительных диодов: они широко используются в цепях управления и коммутации, в схемах умножения напряжения, во всех сильноточных цепях, где не предъявляется жестких требований к временным и частотным параметрам электрического сигнала.

Общие характеристики выпрямительных диодов.

В зависимости от значения максимально допустимого прямого тока выпрямительные диоды разделяются на диоды малой, средней и большой мощности:

малой мощности рассчитаны для выпрямления прямого тока до 300mA;
средней мощности – от 300mA до 10А;
большой мощности — более 10А.

По типу применяемого материала они делятся на германиевые и кремниевые, но, на сегодняшний день наибольшее применение получили кремниевые выпрямительные диоды ввиду своих физических свойств.

Кремниевые диоды, по сравнению с германиевыми, имеют во много раз меньшие обратные токи при одинаковом напряжении, что позволяет получать диоды с очень высокой величиной допустимого обратного напряжения, которое может достигать 1000 – 1500В, тогда как у германиевых диодов оно находится в пределах 100 – 400В.

Работоспособность кремниевых диодов сохраняется при температурах от -60 до +(125 — 150)º С, а германиевых – лишь от -60 до +(70 – 85)º С. Это связано с тем, что при температурах выше 85º С образование электронно-дырочных пар становится столь значительным, что происходит резкое увеличение обратного тока и эффективность работы выпрямителя падает.

Технология изготовления и конструкция выпрямительных диодов.

Конструкция выпрямительных диодов представляет собой одну пластину кристалла полупроводника, в объеме которой созданы две области разной проводимости, поэтому такие диоды называют плоскостными.

Технология изготовления таких диодов заключается в следующем:
на поверхность кристалла полупроводника с электропроводностью n-типа расплавляют алюминий, индий или бор, а на поверхность кристалла с электропроводностью p-типа расплавляют фосфор.

Под действием высокой температуры эти вещества крепко сплавляются с кристаллом полупроводника. При этом атомы этих веществ проникают (диффундируют) в толщу кристалла, образуя в нем область с преобладанием электронной или дырочной электропроводностью. Таким образом получается полупроводниковый прибор с двумя областями различного типа электропроводности — а между ними p-n переход. Большинство распространенных плоскостных кремниевых и германиевых диодов изготавливают именно таким способом.

Для защиты от внешних воздействий и обеспечения надежного теплоотвода кристалл с p-n переходом монтируют в корпусе.
Диоды малой мощности изготавливают в пластмассовом корпусе с гибкими внешними выводами, диоды средней мощности – в металлостеклянном корпусе с жесткими внешними выводами, а диоды большой мощности – в металлостеклянном или металлокерамическом корпусе, т.е. со стеклянным или керамическим изолятором. Пример выпрямительных диодов германиевого (малой мощности) и кремниевого (средней мощности) показан на рисунке ниже.

Кристаллы кремния или германия (3) с p-n переходом (4) припаиваются к кристаллодержателю (2), являющемуся одновременно основанием корпуса. К кристаллодержателю приваривается корпус (7) со стеклянным изолятором (6), через который проходит вывод одного из электродов (5).

Маломощные диоды, обладающие относительно малыми габаритами и весом, имеют гибкие выводы (1) с помощью которых они монтируются в схемах.
У диодов средней мощности и мощных, рассчитанных на значительные токи, выводы (1) значительно мощнее. Нижняя часть таких диодов представляет собой массивное теплоотводящее основание с винтом и плоской внешней поверхностью, предназначенное для обеспечения надежного теплового контакта с внешним теплоотводом (радиатором).

Электрические параметры выпрямительных диодов.

У каждого типа диодов есть свои рабочие и предельно допустимые параметры, согласно которым их выбирают для работы в той или иной схеме:

Iобр – постоянный обратный ток, мкА;
Uпр – постоянное прямое напряжение, В;
Iпр max – максимально допустимый прямой ток, А;
Uобр max – максимально допустимое обратное напряжение, В;
Р max – максимально допустимая мощность, рассеиваемая на диоде;
Рабочая частота, кГц;
Рабочая температура, С.

Здесь приведены далеко не все параметры диодов, но, как правило, если надо найти замену, то этих параметров хватает.

Схема простого выпрямителя переменного тока на одном диоде.

Разберем схему работы простейшего выпрямителя, которая изображена на рисунке:

На вход выпрямителя подадим сетевое переменное напряжение, в котором положительные полупериоды выделены красным цветом, а отрицательные – синим. К выходу выпрямителя подключим нагрузку (), а функцию выпрямляющего элемента будет выполнять диод (VD).

При положительных полупериодах напряжения, поступающих на анод диода диод открывается. В эти моменты времени через диод, а значит, и через нагрузку (), питающуюся от выпрямителя, течет прямой ток диода Iпр (на правом графике волна полупериода показана красным цветом).

При отрицательных полупериодах напряжения, поступающих на анод диода диод закрывается, и во всей цепи будет протекать незначительный обратный ток диода (Iобр). Здесь, диод как бы отсекает отрицательную полуволну переменного тока (на правом графике такая полуволна показана синей пунктирной линией).

В итоге получается, что через нагрузку (), подключенную к сети через диод (VD), течет уже не переменный, поскольку этот ток протекает только в положительные полупериоды, а пульсирующий ток – ток одного направления. Это и есть выпрямление переменного тока.

Но таким напряжением можно питать лишь маломощную нагрузку, питающуюся от сети переменного тока и не предъявляющую к питанию особых требований, например, лампу накаливания.
Напряжение через лампу будет проходить только во время положительных полуволн (импульсов), поэтому лампа будет слабо мерцать с частотой 50 Гц. Однако, за счет тепловой инертности нить не будет успевать остывать в промежутках между импульсами, и поэтому мерцание будет слабо заметным.

Читайте также:
Урок 22 - Виды кромки и кромление своими руками (обзор)

Если же запитать таким напряжением приемник или усилитель мощности, то в громкоговорителе или колонках мы будем слышать гул низкого тона с частотой 50 Гц, называемый фоном переменного тока. Это будет происходить потому, что пульсирующий ток, проходя через нагрузку, создает в ней пульсирующее напряжение, которое и является источником фона.

Этот недостаток можно частично устранить, если параллельно нагрузке подключить фильтрующий электролитический конденсатор (Cф) большой емкости.

Заряжаясь импульсами тока во время положительных полупериодов, конденсатор () во время отрицательных полупериодов разряжается через нагрузку (). Если конденсатор будет достаточно большой емкости, то за время между импульсами тока он не будет успевать полностью разряжаться, а значит, на нагрузке () будет непрерывно поддерживаться ток как во время положительных, так и во время отрицательных полупериодов. Ток, поддерживаемый за счет зарядки конденсатора, показан на правом графике сплошной волнистой красной линией.

Но и таким, несколько сглаженным током тоже нельзя питать приемник или усилитель потому, что они будут «фонить», так как уровень пульсаций (Uпульс) пока еще очень ощутим.
В выпрямителе, с работой которого мы познакомились, полезно используется энергия только половины волн переменного тока, поэтому на нем теряется больше половины входного напряжения и потому такое выпрямление переменного тока называют однополупериодным, а выпрямители – однополупериодными выпрямителями. Эти недостатки устранены в выпрямителях с использованием диодного моста.

Диодный мост.

Диодный мост – это небольшая схема, составленная из 4-х диодов и предназначенная для преобразования переменного тока в постоянный. В отличие от однополупериодного выпрямителя, состоящего из одного диода и пропускающего ток только во время положительного полупериода, мостовая схема позволяет пропускать ток в течение каждого полупериода. Диодные мосты изготавливают в виде небольших сборок заключенных в пластмассовый корпус.

Из корпуса сборки выходят четыре вывода напротив которых расположены знаки «+», «» или «

», указывающие, где у моста вход, а где выход. Но не обязательно диодные мосты можно встретить в виде такой сборки, их также собирают включением четырех диодов прямо на печатной плате, что очень удобно.

Например. Вышел из строя один из диодов моста, если будет стоять сборка, то ее смело выкидываем, а если мост будет собран из четырех диодов прямо на плате — меняем неисправный диод и все готово.

На принципиальных схемах диодный мост обозначают включением четырех диодов в мостовую схему, как показано в левой части нижнего рисунка: здесь, диоды являются как бы плечами выпрямительного моста.
Такое графическое обозначение моста можно встретить еще в старых журналах по радиотехнике. Однако, на сегодняшний день, в основном, диодный мост обозначают в виде ромба, внутри которого расположен значок диода, указывающий только на полярность выходного напряжения.

Теперь рассмотрим работу диодного моста на примере низковольтного выпрямителя. В таком выпрямителе, с использованием четырех диодов, во время каждой полуволны работают поочередно два диода противоположных плеч моста, включенных между собой последовательно, но встречно по отношению ко второй паре диодов.

Со вторичной обмотки трансформатора переменное напряжение поступает на вход диодного моста. Когда на верхнем (по схеме) выводе вторичной обмотки возникает положительный полупериод напряжения, ток идет через диод VD3, нагрузку , диод VD2 и к нижнему выводу вторичной обмотки (см. график а). Диоды VD1 и VD4 в этот момент закрыты и через них ток не идет.

В течение другого полупериода переменного напряжения, когда плюс на нижнем (по схеме) выводе вторичной обмотки, ток идет через диод VD4, нагрузку , диод VD1 и к верхнему выводу вторичной обмотки (см. график б). В этот момент диоды VD2 и VD3 закрыты и ток через себя не пропускают.

В результате мы видим, что меняются знаки напряжения на вторичной обмотке трансформатора, а через нагрузку выпрямителя идет ток одного направления (см. график в). В таком выпрямителе полезно используются оба полупериода переменного тока, поэтому подобные выпрямители называют двухполупериодными.

И в заключении отметим, что работа двухполупериодного выпрямителя по сравнению с однопериодным получается намного эффективней:

1. Удвоилась частота пульсаций выпрямленного тока;
2. Уменьшились провалы между импульсами, что облегчило задачу сглаживания пульсаций на выходе выпрямителя;
3. Среднее значение напряжения постоянного тока примерно равно переменному напряжению, действующему во вторичной обмотке трансформатора.

А если такой выпрямитель дополнить фильтрующим электролитическим конденсатором, то им уже смело можно запитывать радиолюбительскую конструкцию.

Ну вот, мы с Вами практически и закончили изучать диоды. Конечно, в этих статьях дано далеко не все, а только основные понятия, но этих знаний Вам уже будет достаточно, чтобы собрать свою радиолюбительскую конструкцию для дома, в которой используются полупроводниковые диоды.

А в качестве дополнительной информации посмотрите видеоролик, в котором рассказывается, как проверить диодный мост мультиметром.

1. Борисов В.Г — Юный радиолюбитель. 1985г.
2. Горюнов Н.Н., Носов Ю.Р — Полупроводниковые диоды. Параметры, методы измерений. 1968г.
3. Пасынков В.В., Чиркин Л.К — Полупроводниковые приборы: Учеб. для вузов по спец. «Полупроводники и диэлектрики» и «Полупроводниковые и микроэлектронные приборы» — 4-е изд. перераб. и доп. 1987г.

Обозначения диодов и принцип работы, ВАХ

Выпрямительные диоды – это полупроводниковые приборы, которые имеют один p-n переход и два металлических вывода. Вся система заключена в пластмассовом, металлическом, стеклянном или металлокерамическом корпусе. Предназначены для преобразования переменного тока в постоянный.

Обозначение и расшифровка диодов

Обозначение выпрямительного диода на схеме согласно “ГОСТ 2.730-73 ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах. Приборы полупроводниковые”. В приложении данного ГОСТа указаны размеры в модульной сетке. Выглядит это следующим образом:

Существуют различные варианты обозначения диодов.

Читайте также:
Расчет короба под духовой шкаф и варочную поверхность

Согласно ОСТ 11366.919-81 следующее буквенно-цифровое обозначение:

  • 1) первая буква или цифра указывает на материал:
    • 1 (Г) – германий Ge
    • 2 (К) – кремний Si
    • 3 (А) – галлий Ga
    • 4 (И) – индий In
  • 2) Вторая буква – это подкласс полупроводникового прибора. Для нашего случая – это буква Д.
  • 3) Третья цифра – функционал элемента в зависимости от класса (диоды, варикапы, стабилитроны и др.).

    Например, для выпрямительных диодов (Д):

    101. 199 – диоды малой мощности с постоянным или средним значением прямого тока менее 0,3А.

    201. 299 – диоды средней мощности с постоянным или средним значением прямого тока от 0,3 до 10А.

    Также существуют диоды большой мощности с током более 10А. Отвод тепла у диодов малой мощности осуществляется через корпус, у диодов средней и большой мощности через теплоотводящие радиаторы.

    До 1982 года была другая классификация:

    • первая Д – характеризовала весь класс диодов
    • далее шел цифровой код:
      • от 1 до 100 — для точечных германиевых диодов
      • от 101 до 200 — для точечных кремниевых диодов
      • от 201 до 300 — для плоскостных кремниевых диодов
      • от 301 до 400 — для плоскостных германиевых диодов
      • от 401 до 500 — для смесительных СВЧ детекторов
      • от 501 до 600 — для умножительных диодов
      • от 601 до 700 — для видеодетекторов
      • от 701 до 749 — для параметрических германиевых диодов
      • от 750 до 800 — для параметрических кремниевых диодов
      • от 801 до 900 — для стабилитронов
      • от 901 до 950 — для варикапов
      • от 951 до 1000 — для туннельных диодов
      • от 1001 до 1100 — для выпрямительных столбов
    • третья цифра – разновидность групп однотипных приборов

    Система JEDEC (США)

    • первая цифра – число p-n переходов (1 – диод; 2 – транзистор; 3 – тиристор)
    • далее N (типа номер) и серийный номер
    • после может идти пару цифр про номиналы и отдельные характеристики диода

    Система Pro Electron (Европа)

    По данной системе приборы делятся на промышленные и бытовые. Бытовые кодируются двумя буквами и тремя цифрами от 100 до 999. У промышленных приборов будет идти три буквы и две цифры от 10 до 99. Для диодов:

    • 1) первая буква:
      • A – германий Ge
      • B – кремний Si
      • C – галлий Ga
      • R – другие полупроводники
    • 2) Вторая буква – это буква A, указывающая на маломощные импульсные и универсальные диоды.
    • 3) Третья буква отвечает за принадлежность элемента к сфере специального применения (промышленность, военная). “Z”, “Y”, “X” или “W”.
    • 4) Четвертая – это 2х, 3х или 4х-значный серийный номер прибора.
    • 5) Дополнительный код – в нем для выпрямительных диодов указывается максимальная амплитуда обратного напряжения.

    Система JIS (Япония)

    Применяется в странах Азии и тихоокеанского региона.

    • первая цифра – число переходов (0 – фототранзистор, фотодиод; 1 – диод; 2 – транзистор; 3 – тиристор)
    • затем буква S (semiconductors) – полупроводниковые
    • затем буква, отвечающая за тип прибора:
      • A – ВЧ транзисторы p-n-p
      • B – НЧ транзисторы p-n-p
      • С – ВЧ транзисторы n-p-n
      • D – НЧ транзисторы n-p-n
      • E – диоды
      • F – тиристоры
      • G – диоды Ганна
      • H – однопереходные транзисторы
      • J – полевые транзисторы с p-каналом
      • K – полевые транзисторы с n-каналом
      • M – симметричные тиристоры
      • Q – светоизлучающие диоды
      • R – выпрямительные диоды
      • S – малосигнальные диоды
      • T – лавинные диоды
      • V – варикапы, p-i-n диоды, диоды с накоплением заряда
      • Z – стабилитроны, стабисторы, ограничители

      В нашем случае будет буква R.

    • Рег. номер прибора
    • Модификация прибора
    • Далее может идти индекс, описывающий специальные свойства

    Существуют и специальные обозначения от фирм-изготовителей, которые отличаются от приведенных выше.

    Принцип действия выпрямительного диода

    Полупроводники по своим электрическим свойствам являются чем-то средним между проводниками и диэлектриками.

    Как ведет себя диод при прямом и обратном включении

    Прямое направление – направление постоянного тока, в котором диод имеет наименьшее сопротивление.

    Обратное направление – направление постоянного тока, в котором диод имеет наибольшее сопротивление.

    Рассмотрим поведение тока в цепи при прямом и обратном включении на переменное и постоянное напряжение. Изначально мы будем иметь синусоиду, которая получается от источника переменного тока.

    При таких способах подключения отсекается половина синусоиды положительная или отрицательная. На выходе – пульсирующий переменный ток одного знака (считай, постоянный, только загвоздка в том, что им никто не пользуется).

    • анод (для прямого включения подключаем к плюсу), основание треугольника
    • катод (подключаем к минусу для прямого включения) палочка

    Ток течет от анода к катоду, некоторые прибегают к сравнению с воронкой. В широкое горлышко жидкость проходит быстрее, чем в узкое. Принцип работы заключается в пропускании тока при прямом включении и запирании диода при обратном включении (отсутствии тока). Всё дело в запирающем слое, который испаряется или расширяется в зависимости от способа подключения диода.

    Рассмотрим поведение диода в схеме постоянного тока. На левом изображении ток, напряжение проходит – лампочка горит (черная) – это прямое включение. На правом изображении диод не пропускает достаточно тока и напряжения для загорания лампочки – обратное включение.

    ВАХ выпрямительных диодов (Ge, Si)

    Вольт-амперные характеристики диодов представляют собой графики зависимостей прямых и обратных токов (Y) и напряжений (X) при различных температурах.

    При подаче обратного напряжения, превышающего пороговое значение, величина обратного тока возрастает и происходит пробой p-n слоя. Стоит обратить внимание и на порядки чисел по осям. Величины обратного тока на порядок меньше прямого. Значения прямого напряжения на порядок меньше обратного. По достижении порогового значения прямого напряжения прямой ток начинает увеличиваться лавинообразно.

    Разница между диодами в том, что обратный ток кремниевых диодов меньше, чем у германиевых. Поэтому, за счет большего тока, у Ge диодов пробой носит тепловой характер, у Si – преобладает электрический пробой. Мощность, рассеиваемая при одинаковых токах у германиевых диодов меньше.

    2020 Помегерим! – электрика и электроэнергетика

    Для чего нужны выпрямительные диоды?

    Выпрямительный диод особая разновидность диодов, созданные для трансформации переменного тока, если необходимо получить постоянный на входе или выходе. Это не единственная работа, которую выполняют данные диоды. Они нашли свое применение во всех сферах и направлениях радиоэлектроники. Они применяются для создания цепей управления, для коммутации, контроля напряжения, в цепях, где протекает сильный ток. От номинального значения тока, производится классификация выпрямительных диодов. Они бывают следующих видов:

    • малой;
    • средней;
    • высокой.

    По сфере применения на диоды из элементов германия (Gr) или кремния (Si). В статье будут описаны все особенности, технические характеристики устройства этих радиодеталей. Также читатель найдет познавательные видеоролики и интересный материал из научной статьи по данной теме.

    Технология изготовления и конструкция

    Конструкция выпрямительных диодов представляет собой одну пластину кристалла полупроводника, в объеме которой созданы две области разной проводимости, поэтому такие диоды называют плоскостными. Технология изготовления таких диодов заключается в следующем. На поверхность кристалла полупроводника с электропроводностью n-типа расплавляют алюминий, индий или бор, а на поверхность кристалла с электропроводностью p-типа расплавляют фосфор.

    Под действием высокой температуры эти вещества крепко сплавляются с кристаллом полупроводника. При этом атомы этих веществ проникают (диффундируют) в толщу кристалла, образуя в нем область с преобладанием электронной или дырочной электропроводностью. Таким образом получается полупроводниковый прибор с двумя областями различного типа электропроводности — а между ними p-n переход. Большинство распространенных плоскостных кремниевых и германиевых диодов изготавливают именно таким способом.

    Для защиты от внешних воздействий и обеспечения надежного теплоотвода кристалл с p-n переходом монтируют в корпусе.
    Диоды малой мощности изготавливают в пластмассовом корпусе с гибкими внешними выводами, диоды средней мощности – в металлостеклянном корпусе с жесткими внешними выводами, а диоды большой мощности – в металлостеклянном или металлокерамическом корпусе, т.е. со стеклянным или керамическим изолятором.

    Электрические параметры

    У каждого типа диодов есть свои рабочие и предельно допустимые параметры, согласно которым их выбирают для работы в той или иной схеме:

    • Iобр – постоянный обратный ток, мкА;
    • Uпр – постоянное прямое напряжение, В;
    • Iпр max – максимально допустимый прямой ток, А;
    • Uобр max – максимально допустимое обратное напряжение, В;
    • Р max – максимально допустимая мощность, рассеиваемая на диоде;
    • Рабочая частота, кГц;
    • Рабочая температура, С.

    Здесь приведены далеко не все параметры диодов, но, как правило, если надо найти замену, то этих параметров хватает.

    Схема простого выпрямителя переменного тока на одном диоде

    На вход выпрямителя подадим сетевое переменное напряжение, в котором положительные полупериоды выделены красным цветом, а отрицательные – синим. К выходу выпрямителя подключим нагрузку (Rн), а функцию выпрямляющего элемента будет выполнять диод (VD). При положительных полупериодах напряжения, поступающих на анод диода диод открывается. В эти моменты времени через диод, а значит, и через нагрузку (Rн), питающуюся от выпрямителя, течет прямой ток диода Iпр (на правом графике волна полупериода показана красным цветом).

    В итоге получается, что через нагрузку (Rн), подключенную к сети через диод (VD), течет уже не переменный, поскольку этот ток протекает только в положительные полупериоды, а пульсирующий ток – ток одного направления. Это и есть выпрямление переменного тока. Но таким напряжением можно питать лишь маломощную нагрузку, питающуюся от сети переменного тока и не предъявляющую к питанию особых требований, например, лампу накаливания.

    Напряжение через лампу будет проходить только во время положительных полуволн (импульсов), поэтому лампа будет слабо мерцать с частотой 50 Гц. Однако, за счет тепловой инертности нить не будет успевать остывать в промежутках между импульсами, и поэтому мерцание будет слабо заметным. Если же запитать таким напряжением приемник или усилитель мощности, то в громкоговорителе или колонках мы будем слышать гул низкого тона с частотой 50 Гц, называемый фоном переменного тока. Это будет происходить потому, что пульсирующий ток, проходя через нагрузку, создает в ней пульсирующее напряжение, которое и является источником фона.

    Этот недостаток можно частично устранить, если параллельно нагрузке подключить фильтрующий электролитический конденсатор (Cф) большой емкости. Заряжаясь импульсами тока во время положительных полупериодов, конденсатор (Cф) во время отрицательных полупериодов разряжается через нагрузку (Rн). Если конденсатор будет достаточно большой емкости, то за время между импульсами тока он не будет успевать полностью разряжаться, а значит, на нагрузке (Rн) будет непрерывно поддерживаться ток как во время положительных, так и во время отрицательных полупериодов. Ток, поддерживаемый за счет зарядки конденсатора, показан на правом графике сплошной волнистой красной линией.

    Диодный мост

    Диодный мост – это небольшая схема, составленная из 4-х диодов и предназначенная для преобразования переменного тока в постоянный. В отличие от однополупериодного выпрямителя, состоящего из одного диода и пропускающего ток только во время положительного полупериода, мостовая схема позволяет пропускать ток в течение каждого полупериода. Диодные мосты изготавливают в виде небольших сборок заключенных в пластмассовый корпус. Из корпуса сборки выходят четыре вывода напротив которых расположены знаки «+», «—» или «

    », указывающие, где у моста вход, а где выход. Но не обязательно диодные мосты можно встретить в виде такой сборки, их также собирают включением четырех диодов прямо на печатной плате, что очень удобно.

    Например. Вышел из строя один из диодов моста, если будет стоять сборка, то ее смело выкидываем, а если мост будет собран из четырех диодов прямо на плате — меняем неисправный диод и все готово. На принципиальных схемах диодный мост обозначают включением четырех диодов в мостовую схему, как показано в левой части нижнего рисунка: здесь, диоды являются как бы плечами выпрямительного моста. Такое графическое обозначение моста можно встретить еще в старых журналах по радиотехнике. Однако, на сегодняшний день, в основном, диодный мост обозначают в виде ромба, внутри которого расположен значок диода, указывающий только на полярность выходного напряжения. Теперь рассмотрим работу диодного моста на примере низковольтного выпрямителя. В таком выпрямителе, с использованием четырех диодов, во время каждой полуволны работают поочередно два диода противоположных плеч моста, включенных между собой последовательно, но встречно по отношению ко второй паре диодов.

    Применение диодов

    Не следует думать, что диоды применяются лишь как выпрямительные и детекторные приборы. Кроме этого можно выделить еще множество их профессий. ВАХ диодов позволяет использовать их там, где требуется нелинейная обработка аналоговых сигналов. Это преобразователи частоты, логарифмические усилители, детекторы и другие устройства. Диоды в таких устройствах используются либо непосредственно как преобразователь, либо формируют характеристики устройства, будучи включенными в цепь обратной связи. Широкое применение диоды находят в стабилизированных источниках питания, как источники опорного напряжения (стабилитроны), либо как коммутирующие элементы накопительной катушки индуктивности (импульсные стабилизаторы напряжения).

    С помощью диодов очень просто создать ограничители сигнала: два диода включенные встречно – параллельно служат прекрасной защитой входа усилителя, например, микрофонного, от подачи повышенного уровня сигнала. Кроме перечисленных устройств диоды очень часто используются в коммутаторах сигналов, а также в логических устройствах. Достаточно вспомнить логические операции И, ИЛИ и их сочетания. Одной из разновидностей диодов являются светодиоды. Когда-то они применялись лишь как индикаторы в различных устройствах. Теперь они везде и повсюду от простейших фонариков до телевизоров с LED – подсветкой, не заметить их просто невозможно.

    Параметры диодов

    Параметров у диодов достаточно много и они определяются функцией, которую те выполняют в конкретном устройстве. Например, в диодах, генерирующих СВЧ колебания, очень важным параметром является рабочая частота, а также та граничная частота, на которой происходит срыв генерации. А вот для выпрямительных диодов этот параметр совершенно не важен. Основные параметры выпрямительных диодов приведены в таблице ниже.

    В импульсных и переключающих диодах важна скорость переключения и время восстановления, то есть скорость полного открытия и полного закрытия. В мощных силовых диодах важна рассеиваемая мощность. Для этого их монтируют на специальные радиаторы. А вот диоды, работающие в слаботочных устройствах, ни в каких радиаторах не нуждаются. Но есть параметры, которые считаются важными для всех типов диодов, перечислим их:

    • U пр.– допустимое напряжение на диоде при протекании через него тока в прямом направлении. Превышать это напряжение не стоит, так как это приведёт к его порче.
    • U обр.– допустимое напряжение на диоде в закрытом состоянии. Его ещё называют напряжением пробоя. В закрытом состоянии, когда через p-n переход не протекает ток, на выводах образуется обратное напряжение. Если оно превысит допустимое значение, то это приведёт к физическому «пробою» p-n перехода. В результате диод превратиться в обычный проводник (сгорит).

    Очень чувствительны к превышению обратного напряжения диоды Шоттки, которые очень часто выходят из строя по этой причине.

    Обычные диоды, например, выпрямительные кремниевые более устойчивы к превышению обратного напряжения. При незначительном его превышении они переходят в режим обратимого пробоя. Если кристалл диода не успевает перегреться из-за чрезмерного выделения тепла, то изделие может работать ещё долгое время.

    • I пр.– прямой ток диода. Это очень важный параметр, который стоит учитывать при замене диодов аналогами или при конструировании самодельных устройств. Величина прямого тока для разных модификаций может достигать величин десятков и сотен ампер. Особо мощные диоды устанавливают на радиатор для отвода тепла, который образуется из-за теплового действия тока. P-N переход в прямом включении также обладает небольшим сопротивлением. На небольших рабочих токах его действие не заметно, но вот при токах в единицы-десятки ампер кристалл диода ощутимо нагревается. Так, например, выпрямительный диодный мост в сварочном инверторном аппарате обязательно устанавливают на радиатор.
    • I обр.– обратный ток диода. Обратный ток – это так называемый ток неосновных носителей. Он образуется, когда диод закрыт. Величина обратного тока очень мала и его в подавляющем числе случаев не учитывают.
    • U стаб.– напряжение стабилизации (для стабилитронов). Подробнее об этом параметре читайте в статье про стабилитрон.

    Кроме того следует иметь в виду, что все эти параметры в технической литературе печатаются и со значком “max”. Здесь указывается предельно допустимое значение данного параметра. Поэтому подбирая тип диода для вашей конструкции необходимо рассчитывать именно на максимально допустимые величины.

    Заключение

    В статье описаны все тонкости и нюансы работы и устройства выпрямительных диодов и схема их устройства. Более подробно о них можно узнать из стать Что такое диоды.

    Выпрямительные диоды

    Диод – двухэлектродный полупроводниковый прибор с одним p–n-переходом, обладающий односторонней проводимостью тока. Существует много различных типов диодов – выпрямительные, импульсные, туннельные, обращенные, сверхвысокочастотные диоды, а также стабилитроны, варикапы, фотодиоды, светодиоды и др.

    Работа выпрямительного диода объясняется свойствами электрического p–n-перехода.

    Вблизи границы двух полупроводников образуется слой, лишенный подвижных носителей заряда (из-за рекомбинации) и обладающий высоким электрическим сопротивлением, – так называемый запирающий слой. Этот слой определяет контактную разность потенциалов (потенциальный барьер).

    Если к p–n-переходу приложить внешнее напряжение, создающее электрическое поле в направлении, противоположном полю электрического слоя, то толщина этого слоя уменьшится и при напряжении 0,4 – 0,6 В запирающий слой исчезнет, а ток существенно возрастет (этот ток называют прямым).

    При подключении внешнего напряжения другой полярности запирающий слой увеличится и сопротивление p–n-перехода возрастет, а ток, обусловленный движением неосновных носителей заряда, будет незначительным даже при сравнительно больших напряжениях.

    Прямой ток диода создается основными, а обратный – неосновными носителями заряда. Положительный (прямой) ток диод пропускает в направлении от анода к катоду.

    На рис. 1 показаны условное графическое обозначение (УГО) и характеристики выпрямительных диодов (их идеальная и реальная вольт-амперная характеристики). Видимый излом вольт-амперной характеристики диода (ВАХ) в начале координат связан с различными масштабами токов и напряжений в первом и третьем квадранте графика. Два вывода диода: анод А и катод К в УГО не обозначаются и на рисунке показаны для пояснения.

    На вольт-амперная характеристика реального диода обозначена область электрического пробоя, когда при небольшом увеличении обратного напряжения ток резко возрастает.

    Электрический пробой является обратимым явлением. При возвращении в рабочую область диод не теряет своих свойств. Если обратный ток превысит определенное значение, то электрический пробой перейдет в необратимый тепловой с выходом прибора из строя.

    Рис. 1. Полупроводниковый выпрямительный диод: а – условное графическое изображение, б – идеальная вольт-амперная характеристика, в – реальная вольт-амперная характеристика

    Промышленностью в основном выпускаются германиевые (Ge) и кремниевые (Si) диоды.

    Кремниевые диоды обладают малыми обратными токами, более высокой рабочей температурой (150 – 200 °С против 80 – 100 °С), выдерживают большие обратные напряжения и плотности тока (60 – 80 А/см2 против 20 – 40 А/см2). Кроме того, кремний – широко распространенный элемент (в отличие от германиевых диодов, который относится к редкоземельным элементам).

    К преимуществам германиевых диодов можно отнести малое падение напряжения при протекании прямого тока (0,3 – 0,6 В против 0,8 – 1,2 В). Кроме названных полупроводниковых материалов, в сверхвысокочастотных цепях используют арсенид галлия GaAs.

    Полупроводниковые диоды по технологии изготовления делятся на два класса: точечные и плоскостные.

    Точечный диод образуют Si- или Ge-пластина n-типа площадью 0,5 – 1,5 мм2 и стальная игла, образующая p–n-переход в месте контакта. В результате малой площади переход имеет малую емкость, следовательно, такой диод способен работать в высокочастотных цепях. Но ток через переход не может быть большим (обычно не более 100 мА).

    Плоскостной диод состоит из двух соединенных Si- или Ge-пластин с разной электропроводностью. Большая площадь контакта ведет к большой емкости перехода и относительно низкой рабочей частоте, но проходящий ток может быть большим (до 6000 А).

    Основными параметрами выпрямительных диодов являются:

    • максимально допустимый прямой ток Iпр.max,
    • максимально допустимое обратное напряжение Uобр.max,
    • максимально допустимая частота fmax.

    По первому параметру выпрямительные диоды делят на диоды:

    • малой мощности, прямой ток до 300 мА,
    • средней мощности, прямой ток 300 мА – 10 А,
    • большой мощности – силовые, максимальный прямой ток определяется классом и составляет 10, 16, 25, 40 – 1600 А.

    Импульсные диоды применяются в маломощных схемах с импульсным характером подводимого напряжения. Отличительное требование к ним – малое время перехода из закрытого состояния в открытое и обратно (типичное время 0,1 – 100 мкс). УГО импульсных диодов такое же, как у выпрямительных диодов.

    Рис.2. Переходные процессы в импульсных диодах: а – зависимость тока при переключении напряжения с прямого на обратное, б – зависимость напряжения при прохождении через диод импульса прямого тока

    К специфическим параметрам импульсных диодов относятся:

    • время восстановления Tвосст
    • это интервал времени между моментом переключения напряжения на диоде с прямого на обратное и моментом, когда обратный ток уменьшится до заданного значения (рис 2,а),
    • время установления Tуст – это интервал времени между началом протекания через диод прямого тока заданной величины и моментом, когда напряжение на диоде достигнет 1,2 установившегося значения (рис 2,б),
    • максимальный ток восстановления Iобр.имп.макс., равный наибольшему значению обратного тока через диод после переключения напряжения с прямого на обратное (рис 2,а).

    Обращенные диоды получают при концентрации примесей в p- и n-областях большей, чем у обычных выпрямительных диодов. Такой диод оказывает малое сопротивление проходящему току при обратном включении (рис.3) и сравнительно большое сопротивление при прямом включении. Поэтому их применяют при выпрямлении малых сигналов с амплитудой напряжения в несколько десятых вольта.

    Рис. 3. УГО и ВАХ обращенных диодов

    Диоды Шоттки получают, используя переход металл-полупроводник. При этом применяют подложки из низкоомного n-кремния (или карбида кремния) с высокоомным тонким эпитаксиальным слоем того же полупроводника (рис.4).

    На поверхность эпитаксиального слоя наносят металлический электрод, обеспечивающий выпрямление, но не инжектирующий неосновные носители в базовую область (чаще всего золото). Благодаря этому в этих диодах нет таких медленных процессов, как накопление и рассасывание неосновных носителей в базе. Поэтому инерционность диодов Шоттки не высока. Она определяется величиной барьерной емкости выпрямляющего контакта (1 – 20 пФ).

    Кроме этого, у диодов Шоттки оказывается значительно меньшее, чем у выпрямительных диодов последовательное сопротивление, так как металлический слой имеет малое сопротивление по сравнению с любым даже сильно легированным полупроводником. Это позволяет использовать диоды Шоттки для выпрямления значительных токов (десятки ампер). Обычно их применяют в импульсных вторичных источниках питания для выпрямления высокочастотных напряжений (частотой до нескольких МГц).

    Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

    Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

    Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

    Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

    Устройство и работа выпрямительного диода

    Полупроводниковый диод самый простой полупроводниковый прибор, состоящий из одного PN перехода. Основная его функция – это проводить электрический ток в одном направлении, и не пропускать его в обратном. Состоит диод из двух слоев полупроводника типов N и P (Рисунок 1.2.1)

    Рисунок 1.2.1 Строение диода

    На стыке соединения P и N образуется PN-переход. Электрод, подключенный к P, называется анод. Электрод, подключенный к N, называется катод. Диод проводит ток в направлении от анода к катоду, и не проводит обратно.

    Диод в состоянии покоя.

    Диод находится в состоянии покоя, когда ни к аноду, ни к катоду не подключено напряжения (Рисунок 1.2.2).

    Рисунок 1.2.2 Диод в состоянии покоя

    В части N имеются в наличии свободные электроны – отрицательно заряженные частицы. В части P находятся положительно заряженные ионы – дырки. В результате, в том месте, где есть частицы с зарядами разных знаков, возникает электрическое поле, притягивающее их друг к другу.

    Под действием этого поля свободные электроны из части N дрейфуют через PN переход в часть P и заполняют некоторые дырки. В итоге получается очень слабый электрический ток, измеряемый в наноамперах. В результате, плотность вещества в P части повышается и возникает диффузия (стремление вещества к равномерной концентрации), толкающая частицы обратно на сторону N.

    Обратное включение диода.

    Теперь рассмотрим, как у полупроводникового диода получается выполнять свою основную функцию – проводить ток только в одном направлении. Подключим источник питания – плюс к катоду, минус к аноду (рисунок 1.2.3)

    Рисунок 1.2.3 Обратное включение диода

    В соответствии с силой притяжения, возникшей между зарядами разной полярности, электроны из N начнут движение к плюсу и отдалятся от PN перехода. Аналогично, дырки из P будут притягиваться к минусу, и также отдалятся от PN перехода. В результате, плотность вещества у электродов повышается. В действие приходит диффузия и начинает толкать частицы обратно, стремясь к равномерной плотности вещества.

    Как мы видим, в этом состоянии диод не проводит ток. При повышении напряжения, в PN переходе будет все меньше и меньше заряженных частиц.

    Прямое включение диода.

    Меняем полярность источника питания – плюс к аноду, минус к катоду.

    Рисунок 1.2.4 Прямое включения диода

    В таком положении, между зарядами одинаковой полярности возникает сила отталкивания. Отрицательно заряженные электроны отдаляются от минуса и двигаются сторону pn перехода. В свою очередь, положительно заряженные дырки отталкиваются от плюса и направляются навстречу электронам. PN переход обогащается заряженными частицами с разной полярностью, между которыми возникает электрическое поле – внутреннее электрическое поле PN перехода. Под его действием электроны начинают дрейфовать на сторону P. Часть из них рекомбинируют с дырками (заполняют место в атомах, где не хватает электрона). Остальные электроны устремляются к плюсу батарейки. Через диод пошел ток ID.

    1.2.1 Выпрямительные диоды

    Выпрямительный диод — это полупроводниковый диод, предназначенный для преобразования переменного тока в постоянный.

    В основе работы выпрямительных диодов лежит свойство односторонней проводимости рn-перехода, которое заключается в том, что последний хорошо проводит ток (имеет малое сопротивление) при прямом включении и практически не проводит ток (имеет очень высокое сопротивление) при обратном включении.

    Основными параметрами выпрямительных полупроводниковых диодов являются:

    • прямой ток диода Iпр, который нормируется при определенном прямом напряжении (обычно Uпр=1…2В);
    • максимально допустимый прямой ток Iпр.мах диода;
    • максимально допустимое обратное напряжение диода Uобр.мах, при котором диод еще может нормально работать длительное время;
    • постоянный обратной ток Iобр, протекающий через диод при обратном напряжении, равном Uобр.мах;
    • средний выпрямленный ток Iвп.ср, который может длительно проходить через диод при допустимой температуре его нагрева;
    • максимально допустимая мощность Pмах, рассеиваемая диодом, при которой обеспечивается заданная надежность диода.

    Для сохранения работоспособности германиевого диода его температура не должна превышать +85°С, кремниевые диоды могут работать при температуре до +150°С.

    Вольт-амперная характеристика германиевого и кремниевого диода представлена на рисунке 1.2.1.1

    Рисунок 1.2.1.1 Вольт-амперная характеристика германиевого и кремниевого диода: а−германиевый диод; б−кремниевый диод

    Падение напряжения при пропускании прямого тока у германиевых диодов составляет Uпр=0,3…0,6В, у кремниевых диодов Uпр=0,8…1,2В.

    Большие падения напряжения при прохождении прямого тока через кремниевые диоды по сравнению с прямым падение напряжения на германиевых диодах связаны с большей высотой потенциального барьера рn- переходов, сформированных в кремнии. С увеличением температуры прямое падение напряжения уменьшается, что связано с уменьшением высоты потенциального барьера. При подаче на полупроводниковый диод обратного напряжения в нем возникает незначительный обратный ток, обусловленный движением не основных носителей заряда через рn-переход. При повышении температуры рn-перехода число не основных носителей заряда увеличивается за счет перехода части электронов из валентной зоны в зону проводимости и образования пар носителей заряда электрон-дырка. Поэтому обратный ток диода возрастает. В случае приложения к диоду обратного напряжения в несколько сотен вольт внешнее электрическое поле в запирающем слое становится настолько сильным, что способно вырвать электроны из валентной зоны в зону проводимости (эффект Зенера). Обратный ток при этом резко увеличивается, что вызывает нагрев диода, дальнейшей рост тока и, наконец, тепловой пробой (разрушение) рn-перехода.

    Большинство диодов может надежно работать при обратных напряжениях, не превышающих (0,7…0,8) Uпроб. Допустимое обратное напряжение германиевых диодов достигает − 100…400В, а кремниевых диодов − 1000…1500В.

    Выпрямительные диоды применяются для выпрямления переменного тока (преобразования переменного тока в постоянный); используются в схемах управления и коммутации для ограничения паразитных выбросов напряжений, в качестве элементов электрической развязки цепей и т.д.

    1.2.2 Полупроводниковый стабилитрон

    Полупроводниковый стабилитрон — это полупроводниковый диод, напряжение на котором в области электрического пробоя слабо зависит от тока и который используется для стабилизации напряжения.

    В полупроводниковых стабилитронах используется свойство незначительного изменения обратного напряжения на рn-переходе при электрическом (лавинном или туннельном) пробое. Это связано с тем, что небольшое увеличение напряжения на рn-переходе в режиме электрического пробоя вызывает более интенсивную генерацию носителей заряда и значительное увеличение обратного тока.

    Низковольтные стабилитроны изготовляют на основе сильнолегированного (низкоомного) материала. В этом случае образуется узкий плоскостной переход, в котором при сравнительно низких обратных напряжениях (менее 6В) возникает туннельный электрический пробой. Высоковольтные стабилитроны изготавливают на основе слаболегированного (высокоомного) материала. Поэтому их принцип действия связан с лавинным электрическим пробоем.

    Основные параметры стабилитронов:

    • Напряжение стабилизации Uст (Uст=1…1000В);
    • минимальный Iст.міn и максимальный Iст.мах токи стабилизации (Iст.міn»1,0…10мА, Iст.мах»0,05…2,0А);
    • максимально допустимая рассеиваемая мощность Рмах;
    • дифференциальное сопротивление на участке стабилизации
    • температурный коэффициент напряжения на участке стабилизации:

    TKU стабилитрона показывает на сколько процентов изменится стабилизирующее напряжение при изменении температуры полупроводника на 1°С (TKU=−0,5…+0,2)

    Условно графическое обозначение стабилитрона представлена на рисунке 1.2.2.1.

    Рисунок 1.2.2.1 Условно графическое обозначение стабилитрона а) не симметричный стабилитрон б) симметричный стабилитрон

    Вольт-амперная характеристика стабилитрона на рисунке 1.2.2.2

    Рисунок 1.2.2.2 Вольт-амперная характеристика стабилитрона

    Стабилитроны используют для стабилизации напряжений источников питания, а также для фиксации уровней напряжений в различных схемах.

    Существуют также двухсторонние (симметричные) стабилитроны, имеющие симметричную ВАХ относительно начала координат. Стабилитроны допускают последовательное включение, при этом результирующее стабилизирующее напряжение равно сумме напряжений стабилитронов: Uст = Uст1 + Uст2 +…

    1.2.3 Туннельный диод

    Туннельный диод — это полупроводниковый диод на основе вырожденного полупроводника, в котором туннельный эффект приводит к появлению на вольт-амперной характеристике при прямом напряжении участка отрицательного дифференциального сопротивления.

    Туннельный диод изготовляется из германия или арсенида галлия с очень большой концентрацией примесей, т.е. с очень малым удельным сопротивлением. Такие полупроводники с малым сопротивлением называют вырожденными. Это позволяет получить очень узкий рn-переход. В таких переходах возникают условия для относительно свободного туннельного прохождения электронов через потенциальный барьер (туннельный эффект). Туннельный эффект приводит к появлению на прямой ветви ВАХ диода участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением.

    Основные параметры туннельных диодов:

    • Пиковый ток Iп – прямой ток в точке максимума ВАХ;
    • ток впадины Iв − прямой ток в точке минимума ВАХ;
    • отношение токов туннельного диода Iп/Iв;
    • напряжение пика Uп – прямое напряжение, соответствующее пиковому току;
    • напряжение впадины Uв − прямое напряжение, соответствующее току впадины;

    Туннельные диоды используются для генерации и усиления электромагнитных колебаний, а также в быстродействующих переключающих и импульсных схемах.

    Вольт-амперная характеристика туннельного диода и его УГО представлена на рисунке 1.2.3.1

    Рисунок 1.2.3.1 Вольт-амперная характеристика туннельного диода и его УГО

    1.2.4 Обращенный диод

    Обращенный диод — диод на основе полупроводника с критической концентрацией примесей, в котором проводимость при обратном напряжении вследствие туннельного эффекта значительно больше, чем при прямом напряжении.

    Принцип действия обращенного диода основан на использовании туннельного эффекта. Но в обращенных диодах концентрацию примесей делают меньше, чем в обычных туннельных. Поэтому контактная разность потенциалов у обращенных диодов меньше, а толщина рn-перехода больше. Это приводит к тому, что под действием прямого напряжения прямой туннельный ток не создается. Прямой ток в обращенных диодах создается инжекцией не основных носителей зарядов через рn-переход, т.е. прямой ток является диффузионным. При обратном напряжении через переход протекает значительный туннельный ток, создаваемый перемещение электронов сквозь потенциальный барьер из р-области в n-область. Рабочим участком ВАХ обращенного диода является обратная ветвь. Таким образом, обращенные диоды обладают выпрямляющим эффектом, но пропускное (проводящее) направление у них соответствует обратному включению, а запирающее (непроводящее) – прямому включению.

    Вольт-амперная характеристика обращенного диода и его УГО представлена на рисунке 1.2.4.1

    Рисунок 1.2.4.1 Вольт-амперная характеристика обращенного диода и УГО

    Обращенные диоды применяют в импульсных устройствах, а также в качестве преобразователей сигналов (смесителей и детекторов) в радиотехнических устройствах.

    1.2.5 Варикапы

    Варикап — это полупроводниковый диод, в котором используется зависимость емкости от величины обратного напряжения и который предназначен для применения в качестве элемента с электрически управляемой емкостью. Полупроводниковым материалом для изготовления варикапов является кремний.

    Основные параметры варикапов:

    • номинальная емкость Св– емкость при заданном обратном напряжении (Св=10…500 пФ);
    • коэффициент перекрытия по емкости (отношение емкостей варикапа при двух заданных значениях обратных напряжений.)

    Варикапы широко применяются в различных схемах для автоматической подстройки частоты, в параметрических усилителях.

    На рисунке 1.2.5.1 представлена вольт-амперная характеристика варикапа и его УГО

    Рисунок 1.2.5.1 Вольт-амперная характеристика варикапа и УГО

    1.2.6 Светоизлучающие диоды

    Светодиодами называются маломощные полупроводниковые источники света, основой которых является излучающий рппереход. Свечение рn-перехода вызвано рекомбинацией носителей заряда. При подаче прямого напряжения электроны из n-области проникают в p-область, где рекомбинируют с дырками и излучают освободившуюся энергию в виде света.

    Светодиоды изготавливаются из карбида кремния, арсенида или фосфида галлия. Свечение может быть весьма интенсивным и лежит в инфракрасной, красной, зеленой и синей частях спектра. Светодиод начинает испускать свет, как только подается прямое напряжение, причем с ростом тока интенсивность свечения увеличивается.

    Основными параметрами светодиодов являются:

    • Ризлуч – полная мощность излучения (до 100 мВт).
    • Unp – постоянное прямое напряжение (порядка единиц вольт) при – const.
    • Iпр. – постоянный прямой ток (до 110 мА).
    • Цвет свечения.

    Прямая ветвь ВАХ светодиода и его условное обозначение показаны на рисунке 1.2.6.1

    Рисунок 1.2.6.1 ВАХ светодиода и его УГО

    Светодиоды применяют в устройствах визуального отображения информации.

    1.2.7 Фотодиоды

    Фотодиод — это полупроводниковые приборы, принцип действия которых основан на внутреннем фотоэффекте, состоящем в генерации под действием света электронно-дырочных пар в рппереходе, в результате чего увеличивается концентрация основных и неосновных носителей заряда в его объеме. Обратный ток фотодиода определяется концентрацией неосновных носителей и, следовательно, интенсивностью облучения. Вольт-амперные характеристики фотодиода (рисунок 1.2.7.1 (см. стр.28)) показывает, что каждому значению светового потока Ф соответствует определенное значение обратного тока. Такой режим работы прибора называют фотодиодным.

    Фотодиод обозначается на схеме на рисунке 1.2.7.2

    Рисунок 1.2.7.2 УГО фотодиода

    Рисунок 1.2.7.1 Вольт-амперная характеристика фотодиода

    Фотодиоды применяются в качестве датчиков освещенности.

    Задание для самостоятельной работы

    по теме 1.2 «Полупроводниковые диоды»

    №1. Заполнить таблицу и поместить ее в чате.

    Оценить работы своих одногруппников с помощью смайликов.

    Ремонт электронных напольных и кухонных весов

    В этой статье рассмотрим пример ремонта электронных весов своими руками. В качестве примера самостоятельной диагностики, ремонта и разборки будут электронные кухонные весы VITEK VT-2410 W Steam iron. Инструкция по ремонту подойдет и для напольных весов. Они принципиально ничем не различаются, только размерами.

    Что нужно сделать в первую очередь

    Если ваши весы не показывают ничего и никак не реагируют на касания, то самое первое, что нужно сделать – это проверить батарейку питания.

    Проверить батарейку можно при помощи мультиметра.

    Но даже если она полностью заряжена – все равно дело может быть в ней. Почему? Вы купили новую батарейку, но она чуть тоньше, чем та, которая была установлена. И она просто не приживается к контактам в разъеме. Такое тоже может быть.

    Батарейки в виде «таблеток» бывают разной толщины, и это тоже надо учитывать. На фото ниже пример набора батареек.

    Они отчитаются друг от друга по толщине.

    Но даже после замены батарейки на точно такую же новую, весы все равно не хотят включаться! И это уже проблема внутри корпуса.

    Типичные и основные неисправности весов

    К типичным неисправностям весов можно отнести:

    1. Ложные показания. Весы либо показывают больше, либо меньше. А могут вообще ничего не измерять.
    2. Нет индикации дисплея. Весы не включаются.
    3. Индикация есть, но на экране непонятная информация.
    4. Не переключаются режимы измерения.

    В целом, чаще всего причинами таких неисправностей является и попадание влаги, и открыв провода от платы, датчика или разъема батарейки.

    Устранить такие неисправности не представляет особого труда. Трудность заключается в правильной разборке.

    Что нужно для разборки и ремонта весов

    В дорогих моделях можно просто открутить корпус от поверхности весов. А в целом, в большинстве случаев плата весов с датчиками и их поверхность приклеиваются друг к другу.

    Чтобы разобрать склеенные весы, в целом пригодится тот же набор инструментов, что и при замене экрана на телефоне.

    Как минимум для разборки понадобится фен (можно использовать паяльный, строительный или для сушки волос) и пара медиаторов или пластиковых карточек (подойдут и обычные магазинные карточки, или можно сделать из пластмассовой бутылки медиаторы).

    Также не помешает металлическая лопатка и пинцет для более тонкой работы с проводами. И не забываем про маленькую крестовую отвертку.

    Если у вас есть бензин Калоша, спирт или водка – это намного упростит процесс разборки. Еще понадобится шприц, чтобы можно было точечно дозировать бензин или спирт.

    Непосредственно для самого ремонта понадобится паяльник, флюс (RMA223 или можно использовать простую жидкую канифоль) и припой (не обязательно, но желательно).

    Для ремонта весов нельзя использовать паяльную кислоту. Это категорически не стоит делать.

    Чтобы снова собрать весы понадобится клей B7000 или двухсторонний скотч.

    Как разобрать весы

    Для некоторых моделей весов достаточно открутить заднюю крышку, и будет доступ к плате и проводке. В данном случае весы склеены. Здесь будет рассмотрена методика разборки склеенных весов.

    Разбирайте весы на хорошо освещенном столе. Первым делом наносим метки на корпус весов ручкой или обычным карандашом. Это нужно для того, чтобы потом можно было удобнее их склеивать, без неровностей.

    Далее если у вас есть спирт или бензин Калоша – набираем его в шприц, и чуть-чуть подливаем его по всем щелям площади корпуса.

    Ждем минут 10-20, пока клей не начнет растворяться из-за спирта. Это намного облегчает процесс расклейки.

    Теперь можно приступать к нагреву корпуса весов.

    Если у вас паяльный фен или строительный – ставьте температуру 100 ℃, не выше.

    Более высокая начнет плавить корпус. Поток воздуха средний.

    Используем для разборки медиатор и карточку.

    Сначала греем феном всю площадь весов. Далее аккуратно вставляем в щель пластиковую карточку с угла.

    Кстати, первой лучше всего использовать именно пластиковую карточку. Потому, что в некоторых моделях весов провода располагаются близко к корпусу. И вы можете повредить их при резкой расклейке. Металлические медиаторы могут повредить провода.

    В данном случаем используем металлический медиатор или вторую карточку как вспомогательную.

    Вставляем ее в уже расклеенный участок.

    Почему так важно аккуратно разбирать весы? Если вы перестараетесь, начнете их сгибать или повредите корпус – вы потом не приклеите их ровно. Если не приклеите весы ровно – они не будут показывать точно. Будут огромные погрешности. Пример повреждения корпуса на фото ниже.

    Такие весы уже нельзя починить. Корпус будет криво приклеен, и датчики будут выдавать ложную информацию.

    Также нельзя при расклейке выгибать корпус весов. Если плохо отклеивается – добавьте на карточку иди медиатор бензин Калоша или спирт.

    Проходим карточкой по всей площади, и весы успешно расклеены.

    Диагностика неисправностей

    Сразу же попадаются на глаза оторванные провода, которые и послужили причинами неисправности данных весов.

    Эти весы сначала не переключали единицы измерения (кнопка UNIT), а затем и вовсе перестали включаться. Провода отошли от разъема питания и от кнопки UNIT.

    Это могло произойти по нескольким наиболее вероятным причинам:

    • Плохая заводская пайка. Изначально плохо припаянные провода могут оторваться от платы.
    • Открыв контакта в результате удара. Даже если пайка была идеальна, один небольшой удар может оторвать провод от платы. Особенно это касается напольных весов.

    Припаиваем оторванный провод.

    Наносим флюс (жидкую канифоль) на контакт.

    Если припоя мало – можно добавить еще. Далее прислоняем оторванный провод к контакту, и припаиваем его.

    Температура паяльника не должна быть выше 300 ℃.

    А чтобы припаять оторванные провода от разъема батареек, нужно разобрать корпус. Без этого не получится нормально припаять провода к разъёму.

    Второй этап разборки весов

    Откручиваем болтики от корпуса.

    Если их не открутить – вы не сможете открепить клипсы, которыми крепится корпус.

    Далее металлической лопаткой открываем клипсы.

    Аккуратно лопаткой проходим по периметру отщёлкивая все клипсы.

    Весы полностью разобраны.

    Из чего состоят весы

    Теперь можно более подробно остановиться на внутренней начинке любых бытовых весов.

    У всех весов есть датчики. Это как правило тензорезисторы.

    Их может быть 4 штуки в весах на каждый край. Этот тип резисторов изменяет свое сопротивление в зависимости от давления.

    На фотографии выше тензорезистор с двумя проводами. Но на самом деле их должно быть три. Это пример неисправного тензорезистора.

    Все показания тензорезисторов отправляются на плату управления, где они вычисляются, и передаются показания на дисплей.

    Сама по себе плата управления редко выходит из строя. Еще практически у любых весов есть кнопка включения (совмещенная с «тарой» (TARE)), и кнопка переключения единиц измерения (UNIT).

    Они сенсорные. При прикасании к ним сигнал передается на плату управления.

    Ну и конечно же, для питания нужен разъем для батареек-таблеток.

    Теперь осталось припаять оторванные провода обратно на разъем, и проверить работу весов.

    Пайка разъема для батареек

    Черный провод (минус) – это центральный контакт. А красный провод (плюс) – это боковой.

    Припаиваем провода.

    Если пайка идет плохо, попробуйте сначала залудить провод, а затем припаять его к плате.

    Не забудьте добавлять флюс перед пайкой на контакты.

    Припаиваемый провод удобно держать пинцетом.

    Чистить контакты после пайки можно все тем же бензином Калоша или спиртом. Однако это делать необязательно, если вы паяли обычной жидкой канифолью или нейтральным флюсом.

    Проверка работы

    Теперь осталось проверить работоспособность весов. Подключаем батарейку.

    Нажимаем на кнопку, и кладем небольшой груз.

    После проверки можно смело окончательно собирать весы, и склеивать их.

    Какие еще бывают случаи

    Еще могут быть последствия попадания влаги, отрыв провода от тензорезистора или кнопки включения.

    Внимательно осмотрите плату на наличие следов залития, плохой пайки или трещин.

    Если вы обнаружили следы воды – их можно просто удалить при помощи щетки и спирта.

    Как снова склеить весы

    После окончательной проверки осталось собрать весы.

    Прикручиваем болтики и защелкиваем корпус.

    Чем нельзя приклеить корпус весов

    Ни в коем случае нельзя использовать суперклей. Да и вообще, лучше забыть про суперклей при ремонте электроники.

    Суперклей повреждает поверхность. А самое главное – вы приклеите детали друг другу раз и навсегда. Без повреждения разъединить склеенные детали суперклеем не получится.

    В нашем же случае приклеить весы удачно с первого раза скорее всего не получится. Нужно точно прицелиться, и склеить все ровно, чтобы не было погрешностей в измерениях.

    Чем можно приклеить весы

    Приклеить весы можно либо клеем B7000, либо двухсторонним скотчем для ремонта телефонов.

    Если вы решили использовать двухсторонний скотч, то сперва придется удалить остатки старого, и наклеить новый по периметру одним слоем и на одном уровне.

    В данном случае используем клей B7000.

    Этот клей (и двухсторонний скотч) хороши тем, что устройство можно будет потом снова разобрать. Он отлично склеивает поверхности. Идеально подходит для ремонта техники, и не портит склеиваемые поверхности.

    Наносим клей, и соединяем поверхности.


    Центруем по меткам, которые поставили изначально. А еще можно центровать плату весов по кнопкам и дисплею.

    Внимательно следите за проводами, чтобы случайно не задеть их при склеивании.

    Кладем на весы груз, чтобы клей лучше распределился о площади. Груз нужен равномерный, и по всей поверхности. И оставляем так весы хотя бы на 2 часа. А лучше на сутки.

    И все, ремонт окончен. В случае повторной неисправности расклеить весы можно будет без проблем.

    Как можно заметить, такие весы вполне реально отремонтировать даже дома. А вот некоторые сервисные центры с неохотой берутся за такие ремонты. Банально вопрос цены.

    Если вы купили эти весы за условные 1000 рублей, а ремонт будет стоить 800 – стоит ли их ремонтировать?

    В любом случае, если вы решили попробовать отремонтировать весы своими руками, то это вполне возможно. Даже если вы начинающих радиолюбитель или электронщик.

    Как отремонтировать электронные весы своими руками

    Весы будут полезны для любого современного дома, особенно если речь идёт о загородном хозяйстве. Без них не обойтись при приготовлении пищи, ни в процессе хозяйственных дел.

    Очень популярны кухонные и напольные электронные весы среди женщин, желающих контролировать свой вес.

    Они являются неотъемлемыми помощниками в любом деле, и без них сложно обойтись при уходе за собственной внешностью и приготовлении изысканных блюд.

    И вот, вы приобрели весы, они вам прослужили некоторое время, но после сломались. В подобной ситуации сразу появляется вопрос — что же делать в этом случае?

    Стоит упомянуть, что ремонт весов — это не простая задача, но отчаиваться нельзя. Чтобы решить эту сложную задачу, каждому, кто берется за это дело, понадобится настойчивость и усердие. Можно отдать весы профессионалу, чтобы он их отремонтировал.

    Другой вариант — осуществить ремонт самостоятельным путем.

    Начинка

    Электронные весы обладают иным принципом действия, чем тот, который наблюдается у механических, но все же главный принцип остается неизменным. Главным принципом является измерение на основании сопротивления термических датчиков.

    Если есть базовые знания работы прибора, то можно не бояться нарушить целостность всей конструкции. Как сделать ремонт кухонных электронных весов, показано в этом видео, Берите себе на заметку!

    Результаты взвешивания имеют определенную шкалу, которая выводится в цифрах на цифровой дисплей. Показания, которые выводятся на дисплей, имеют цену деления. Погрешность в показаниях обычно от 0,1 до 0,5 кг. Самое первое, о чем нужно всегда помнить — это не прикасаться к дисплею.

    Он находится под герметическим стеклом, и если под него проникает воздух, то нарушается поляризация кристаллов. И в результате это приведет к тому, что экран станет черным и покроется разводами.

    Поэтому нельзя ничего трогать, что имеет отношение в дисплею: винтики, крепеж, клей. В более простых моделях крепежный элемент может отсутствовать.
    Кнопки обычно сенсорные. В любых измерительных приборах данного типа обязательно должна быть батарейка. Она имеет вид таблетки, а мощность ее составляет около 3 вольт.

    Измерения веса в электронных устройствах осуществляется по различным принципам. Особо важно, присутствуют ли в конфигурациях детали из металла и сколько их.

    Первые модели электронных видов, практически не отличались от механических. У них была схожая измерительная пружина, но вывод результатов осуществлялся на дисплей. В более сложных конструкциях присутствуют 2 металлических диска.

    Так выглядит мастерская по ремонту весов, в том числе и бытовых

    Они работают по принципу электрического конденсатора. Когда на весы начинают воздействовать, тогда пластины начинают раздвигаться.

    Между ними возникает электрический заряд, сначала он изменяется, а после фиксируется и преобразуется. В конечном итоге, показания выводятся на цифровой дисплей.

    Используется минимальное количество механических частей. Это делает измерительный прибор надежнее, увеличивает срок его службы. Самые последние модели обладают датчиком напряжения. Он имеет вид тонкого металлического провода.

    Именно через него, идет электрический ток. Когда происходит давление веса, датчик напряжения натягивается.

    Через провод проходит электрический сигнал. Он изменяется, а после эти изменения выводятся на экран дисплея. В подобных моделях, механические элементы полностью отсутствуют. Все измерения осуществляются только благодаря электроники.

    В качестве источника питания применимы обычные батарейки, но можно использовать и солнечные батареи. Включение и выключение, осуществляется автоматически. В электронных устройствах много технологически сложной начинки, что позволило создать множество дополнительных функций.

    Ремонт основных узлов электронных весов

    Первое, что нужно сделать — это разобрать прибор. Для этого необходимо открутить крышку и осуществить визуальный осмотр прибора.

    Если вы увидели, что какой-то провод не на месте, то его нужно припаять на место. Если есть повреждения в дорожках электронной платы, то нужно удалить их и восстановить работу.

    В этих целях будет полезна наждачная бумага мелкой зернистости. С помощью её, место дефекта зачищается, обезжиривается и шлифуется.

    Поверх повреждения напаивается большой слой олова либо создается перемычка. И в завершении покрыть лаком (подойдет лак для ногтей). Внутренняя рама может погнуться, если на устройство, становился кто-то, чей вес превышает допустимую норму.

    Чтобы исправить это, понадобится строительный уровень, уголок и штангенциркуль. Механические повреждения способны привести к тому, что они будут показывать неправильные показания.

    Очень интересное и полезное видео, в котором для вас наглядно продемонстрируют, как можно отремонтировать электронные весы, даже своими руками. Приятного просмотра!

    Если исправить эти неполадки, то обычно весы вновь начинают работать. Платформа электронных весов неподвижна, за изменение ответственны ножки.

    Под каждой находятся прочные рамы. Они создаются из особого сплава, когда человек встает на весы, то они деформируются. Чтобы заметить изменения, понадобится строительный уровень, на глаз изменения незаметны.

    На каждой раме установлены небольшие пластины, их размер не более 2 см. Это является главным сенсорным узлом. Чувствительная пластина впечатана в раму и закреплена клеем либо компаундом.

    К пластине идут 3 провода, они отвечают за измерение сопротивления плеч моста. Сам мост имеет вид квадрата, с каждой стороны которого существует отдельный резистор.

    Советы по ремонту электронных весов

    Самое первое, что потребуется сделать — проверить пригодны ли элементы питания у электронных весов. Для этого нужно снять корпус с конструкции. Далее вытаскиваются все элементы питания.

    Чтобы картина была полнее, желательно проверить их на другом приборе. Но перед этим нужно точно выяснить рабочий ли он. Если питание уже не пригодно, то просто нужно приобрести новые батарейки. Далее осмотр шлейфа, он соединяет дисплей и плату весов.

    Причиной неисправности может стать тот факт, что шлейф не плотно примыкает к ним.

    Для этого плата немного приподнимается и плотно прижимается к дисплею.

    Парогенератор для одежды, отзывы и устройство работы устройства, находятся у нас на сайте.

    Читайте только здесь, что думаю люди о измельчители для кухни.

    Принцип работы промышленной соковыжималки для яблок, описан тут. Рекомендуем ознакомится!

    Здесь будет полезен небольшой деревянный брусок. Он устанавливается между нижней корпусной частью и платой.

    Следующее, на что желательно обратить внимание — это контактные концы весов. В процессе работы они плотно примыкают к ножкам весов. Важно учесть то, что при условии частого применения, металл на кончиках может истончиться. В результате этого, они будут показывать ошибку.

    Для решения этой проблемы понадобится реле. Оно должно быть соответствующего размера, в нем необходима замена контактов. И в конце припаять их к проводам или просто прикрепит.

    После приведенных выше манипуляций, следует осуществить очистку электронных весов. Из поверхности и внутреннего слоя удаляются все остатки пищи, пыли, грязи. Они могли попасть при эксплуатации прибора.

    Они должны быть сухими, для этого нужно их протереть сухим полотенцем. Важно, чтобы вода не попадала внутрь, это может быть причиной поломки.

    Если на них поставить больший вес, чем это допустимо, то он может показывать неправильные данные. Осуществление калибровки весов. Нужно нажать на кнопку и удерживать ее.

    Осуществлять это действие до того, как на экране появится надпись CAL.

    Можно использовать любой предмет, который будет иметь соответствующий вес.

    Через несколько секунд появится надпись PASS, после чего калибровка завершится. При неудачной калибровке появится надпись FAIL.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: