Įvaldyti diodų ir lygintuvų pagrindus

Sparčiai besivystančiame elektronikos pasaulyje diodai yra kaip pamatų komponentas, naudingas įvairioms programoms, pradedant nuo galios konvertavimo ir baigiant subtiliomis elektroninėmis grandinėmis.Diodas, pirmiausia, yra prietaisas, leidžiantis srautui srautui srautui viena kryptimi, tuo pačiu blokuojant jį priešinga kryptimi, užtikrinant, kad komponentai veikia teisingai ir saugiai.Nesvarbu, ar tai atliekant paprastas taisymo užduotis, apsaugant nuo atvirkštinio srovės srauto, ar užtikrinant aukštos įtampos generatorių vientisumą, „Diodes“ pasirodo esanti reikalinga priemonė elektronikos priemonių rinkinyje.Šis straipsnis įsigilina į sudėtingą diodų veikimą, ištirti jų fizines savybes, eksploatavimo mechanizmus ir dar daugiau.

Katalogas

1 paveikslas: diodai

Diodų apžvalga

Diodas yra pagrindinis elektroninis komponentas, leidžiantis srovei tekėti viena kryptimi, tuo pačiu žymiai ribojant jį priešinga kryptimi.Dažniausias šiuolaikinėje elektronikoje naudojamas tipas yra puslaidininkių diodas.Kiti svarbūs tipai yra „Zener“ diodai ir Schottky diodai.Grandinės diagramose diodai pavaizduoti simboliais, kurie parodo pageidaujamą srovės srauto kryptį.

Diodai klasifikuojami atsižvelgiant į dabartines tvarkymo galimybes.Maži signalo diodai valdo sroves iki 1 ampero ir yra tinkami naudoti mažos galios tokioms priemonėms kaip signalo moduliacija.Diodai, kurie tvarko sroves virš šio lygio, yra vadinami lygintuvais ir yra pagrindiniai galios konvertavimo procesai.

2 paveikslas: Darbiniai diodai

Kaip veikia diodai?

Pagalvokite apie diodą kaip vienpusį elektros energijos vožtuvą.Tai leidžia srovei praeiti tik tada, kai įvykdomos tam tikros sąlygos.Kai diodas yra nukreiptas į priekį (tai reiškia, kad anodas yra prijungtas prie aukštesnės įtampos nei katodas), jis atlieka elektrą, užbaigia grandinę ir leidžia apšviesti prietaisus kaip lempos.

Kai diodas yra nukreiptas atvirkščiai (katodas yra aukštesnėje įtampoje nei anodas), jis nustoja atlikti.Šis veiksmas nutraukia grandinę ir apsaugo nuo srovės srauto, veiksmingai sustabdant bet kokius prijungtus įrenginius.

3 paveikslas: diodų simbolis ir prasmė

Diodų simboliai

Diodų simboliai scheminėse schemose padeda vartotojams suprasti ir pašalinti trikčių grandines.Rodyklė diodo simboliu nurodo įprastos srovės srauto kryptimi (nuo teigiamo iki neigiamo), kuri yra priešinga elektronų srauto kryptis.Šis simbolinis vaizdavimas padeda intuityviai suprasti, kaip diodai veikia grandinėje, užtikrinant efektyvų ir saugų veikimą.

4 paveikslas: Hidraulinio patikrinimo vožtuvo analogija

Hidrauliniai tikrinimo vožtuvai: veiksminga analogija

Norėdami geriau žinoti, kaip veikia diodai, palyginkime juos su hidrauliniais tikrinimo vožtuvais.Hidraulinis patikrinimo vožtuvas kontroliuoja skysčio srautą, leisdamas jam judėti tik viena kryptimi, atsižvelgiant į slėgio skirtumus.Kai slėgis aukščiau esančioje pusėje yra pakankamai aukštas, jis įveikia vožtuvo pasipriešinimą ir leidžia skystį.Panašiai diodai kontroliuoja elektros srovės srautą.Įtampos skirtumai veikia kaip slėgis hidraulinėje sistemoje.Kai diodas yra nukreiptas į priekį (anodas yra aukštesnėje įtampoje nei katodas), įtampa „slėgis“ stumia elektronus per sankryžą, leisdamas srovei tekėti, panašiai kaip tikrinimo vožtuvo anga, kad skystis praleistų.

Atvirkštiniame poslinkyje (kai katodas yra aukštesnėje įtampoje), įtampa veikia prieš elektronų srautą, veiksmingai sustabdydama srovę.Tai panašu į patikrinimo vožtuvo uždarymą ir skysčio srautą.Diodų elgesys yra labai svarbus norint nukreipti srovę grandinėse, apsaugoti jautrius komponentus nuo atvirkštinių srovių ir pagerinti elektroninių sistemų efektyvumą ir saugumą.Hidraulinio patikrinimo vožtuvo analogija padeda vizualizuoti diodų operacijas ir pabrėžia jų vaidmenį kontroliuojant srovės kryptį.Norint pasiekti norimas elektronines funkcijas ir palaikyti sistemos vientisumą, reikalinga tinkama įtampos orientacija.

5 paveikslas: Į priekinio šališkumo diodas

Tyrinėti į priekį nukreiptų šališkumo dinamiką dioduose

Esant priekinei šališkumo konfigūracijai, diodas efektyviai atlieka elektrinę srovę su minimaliu įtampos kritimu per jo sankryžą.Šis mažas įtampos kritimas yra būtinas, nes jis užtikrina, kad didžiąją dalį akumuliatoriaus įtampos būtų prieinama kitiems grandinės komponentams, pavyzdžiui, lempoms, taip pagerinant sistemos energijos efektyvumą.

Šios operacijos raktas yra išeikvojimo regiono elgsena diodo p-N sankryžoje.Be jokios taikomos įtampos, ši sritis veikia kaip užtvara, užkertanti kelią elektronų srautui ir izoliuodama diodą.Kai anodui taikoma teigiama įtampa ir katodo neigiama įtampa, išeikvojimo sritis pradeda trauktis.Į priekinė įtampa sumažina šio barjero storį, kol jis taps nereikšmingas, leidžiant elektronams laisvai judėti per sankryžą.

Didėjant barjerui, elektronų mobilumas didėja, todėl atsiranda pastovus srovės srautas.Šis diodo pokytis, esant priekiniam šališkumui, yra tarsi anksčiau uždaryti vartų atidarymas, leidžiantis neribotą srovės srautą.Šio proceso efektyvumą galima palyginti su mechaniniu jungikliu, kuris gali turėti didesnį pasipriešinimą ir energijos praradimą.Skirtingumo metu diodas veikia beveik kaip idealus jungiklis, leidžiantis srovei srautui į priekį nukreiptoje būsenoje ir blokuojant jį atvirkščiai.

6 paveikslas: Atvirkštinio šališkumo diodas

Atvirkštinio šališkumo pagrindai diodų konfigūracijose

Atvirkštinio šališkumo režimu diodas pirmiausia veikia kaip kliūtis prieš elektrinę srovę, parodydamas reikšmingą atsparumo padidėjimą.Šis pasipriešinimas atsiranda dėl išeikvojimo zonos išsiplėtimo diodo p-n jungtyje, kai anodo atžvilgiu taikoma neigiama įtampa, palyginti su katodo atžvilgiu.Ši išplėtimas padidina diodo sugebėjimą kliudyti srovės srautui, reikalingą diodui izoliatoriui, išskyrus nedidelę nuotėkio srovę, kuri paprastai yra nereikšminga daugeliui programų.

Ši konfigūracija yra svarbiausia apsaugoti jautrius komponentus elektroninėse grandinėse.Išplėstas išeikvojimo sluoksnis sudaro efektyvią blokadą prieš atvirkštines sroves, kurios kitaip gali sugadinti ar trukdyti, tekant atgal per grandinę.Šis apsauginis mechanizmas yra ypač vertingas tokiomis sąlygomis, kurios galėtų sukelti elektrinį stresą arba sukelti komponentų gedimą, taip išlaikant elektroninių prietaisų vientisumą ir funkcionalumą.

Be to, didžiausia atvirkštinė įtampa (PIV) yra rimtas veiksnys, atliekant diodo atvirkštinio poslinkio operaciją.PIV, maksimali įtampa, kurią diodas gali atlaikyti be skilimo, turi būti atidžiai apsvarstyta, kad būtų užtikrintas diodo ilgaamžiškumas ir patikimumas grandinių dizainuose.Temperatūros svyravimai gali paveikti PIV, darant įtaką diodo gebėjimui atsispirti gedimui esant atvirkštiniam šališkumui.Dėl šio jautrumo temperatūrai reikia kruopščiai pasirinkti ir valdyti diodus, kad būtų užtikrintas nuoseklus ir patikimas veikimas įvairiomis aplinkos sąlygomis.

7 paveikslas: nešališkas lygintuvo diodas

Nešališkų lygintuvo diodų vaidmuo

Nemolinio lygintuvo diodas, dar vadinamas neobjektyviu diodu, veikia be jokios išorinės įtampos ar paklaidų.Šioje neutralioje būsenoje diodas daugiausia veikia kaip atvira grandinė, blokuojanti elektros srovės srautą.Ši neaktyvi būklė išlieka tol, kol pritaikyta įtampa viršija jo priekinės įtampos slenkstį, paprastai apie 0,7 volto silicio diodams.Žemiau šios ribos diodas riboja didelį srovės srautą, todėl jis yra naudingas reguliuojant elektros grandines, neturinčias išorinės įtakos.

Nemankinio lygintuvo diodo funkcionalumas yra raktas į elektronines sistemas, ypač skirtas užkirsti kelią atsitiktiniam srovės srautui.Kai netaikoma įtampa, diodas apsaugo jautrius komponentus, blokuodamas elektros perdavimą.Tik turint pakankamą priekinės paklaidos įtampą diodas pereina į „aktyvią“ būseną, leidžiančią srovei tekėti viena kryptimi.Šis selektyvus laidumas yra raktas į kintamos srovės (AC) konvertavimą į tiesioginę srovę (DC).Diodo galimybė tam tikromis sąlygomis išlikti nelaidžiamoms tam tikroms sąlygoms reikalingas daugelio elektroninių prietaisų eksploatavimo stabilumui ir efektyvumui, pabrėžiant reikiamą vaidmenį šiuolaikiniame elektroniniame dizaine.

8 paveikslas: Į priekinė įtampa

Paaiškinta į priekį įtampa

Į priekinė įtampa yra pagrindinis diodo našumo parametras.Tai rodo minimalią įtampą, reikalingą diodui suaktyvinti, sumažinant išeikvojimo sritį jo P-N sankryžoje.Ši riba skiriasi priklausomai nuo naudojamos puslaidininkinės medžiagos.Pavyzdžiui, silicio diodams paprastai reikia apie 0,7 voltų, o germanio diodams reikia apie 0,3 voltų.Šios vertės priklauso nuo medžiagų elektrinių savybių, darant įtaką diodo efektyvumui ir tinkamumui įvairioms elektroninėms reikmėms.

Specifinė reikalinga priekinė įtampa yra būdinga puslaidininkių medžiagai.Silicio diodai, kuriems reikia 0,7 voltų, yra paplitę daugelyje programų dėl jų tvirtumo.Germanium diodai, kurie aktyvuoja esant 0,3 volto, yra naudojami esant mažesnėms įtampos slenksčiams.Atsižvelgiant į šias medžiagoms būdingas charakteristikas, padeda pasirinkti tinkamą diodą tam tikroje programoje.

Didelis diodų pranašumas yra priekinės įtampos stabilumas esant skirtingoms srovėms.Šis stabilumas leidžia dizaineriams tiksliai numatyti įtampos kritimą per diodus, supaprastinančius grandinės dizainą.Nuosekli priekinė įtampa užtikrina vienodą srovės srautą, kuris padidina elektroninių grandinių nuspėjamumą ir funkcionalumą.

9 paveikslas: diodo lygtis

Diodo lygties išardymas

Diodo lygtis reikalinga norint suprasti, kaip srovė teka per diodą, pagrįstą taikoma įtampa.Jame atsižvelgiama į diodo jungties temperatūrą ir pagrindines fizines konstantus, tiksliai modeliuodamas esamą atsaką į tam tikrą įtampą.Šis ryšys nusistovi kuriant grandines, kurioms reikia tikslios įtampos ir srovės valdymo.

Nors diodo lygtis gali atrodyti sudėtinga, ji turi reikšmingų praktinių pritaikymų, ypač nuo tikslumo priklausomuose įrenginiuose, tokiuose kaip temperatūros jutikliai.Šiuose prietaisuose diodai naudojami tiksliai susieti temperatūros pokyčius į įtampos poslinkius.

10 paveikslas: Diodų tipai

Diodų klasifikavimas: skirtingi tipai ir jų funkcijos

Diodai būna įvairių rūšių, kiekvienas skirtas konkrečioms funkcijoms elektroninėse grandinėse.Atsižvelgiant į jų unikalius vaidmenis, padidėja grandinės našumas ir patikimumas.

Lygintuvo diodai: Lygintuvo diodai yra sukurti didelėms srovėms valdyti.Jie konvertuoja kintamąją srovę (AC) į tiesioginę srovę (DC), todėl jie yra naudingi maitinimo šaltiniuose ir akumuliatoriaus įkrovikliams.

Diodų perjungimas: Diodų perjungimas yra optimizuotas greitam veikimui.Jie yra raktas į skaitmeninio ir radijo dažnio (RF) grandines, kur norint pagerinti našumą reikia greito perjungimo greičio.

„Zener Diodes“: „Zener“ diodai yra naudingi reguliuojant įtampą.Jie suteikia stabilią etaloninę įtampą, užtikrinančią nuoseklų grandinių, kurioms reikia tiksliai valdyti įtampą, našumą.

Šviesos diodai (šviesos diodai) : Šviesos diodai paverčia elektros energiją į šviesą.Jie naudojami apšvietimui, signalizavimui ir ekranams, vaidinant pagrindinį vaidmenį tiek praktiniuose, tiek dekoratyviniuose programose.

Lavinos diodai: „Avalanche“ diodai yra skirti valdyti įtampos smaigalius.Jie apsaugo grandines nuo trumpalaikių įtampos viršįtampių, neleidžiant pažeisti kitų komponentų.

11 paveikslas: lygintuvas

Du skirtingi lygintuvų tipai

Lygintuvai yra specializuotas diodų tipas, skirtas kintamos srovės (AC) paversti tiesiogine srove (DC).Lygintuvai būna dviejų pagrindinių formų: pusinės bangos ir visos bangos.

12 paveikslas: pusiau bangos lygintuvai

Pusiau bangos lygintuvai leidžia praeiti tik pusę kintamosios srovės bangos formos, blokuodami priešingą pusę.Šis dizainas yra paprastesnis ir pigesnis, tačiau ne toks efektyvus, nes jis naudoja tik pusę kintamosios srovės ciklo.

13 paveikslas: Viso bangos lygintuvai

Viso bangos lygintuvai naudoja visą kintamosios srovės bangos formą.Jie gali naudoti tilto konfigūraciją arba centre pritvirtintą transformatorių, kad neigiama kintamosios srovės ciklo pusė konvertuotų į teigiamą.Šis požiūris pagerina efektyvumą ir išėjimo stabilumą.

Tiriant lygintuvų vaidmenį elektros grandinės projektavime

Vaidmuo aukštos įtampos generatoriuose

Lygintuvai daro įtaką kuriant aukštos įtampos generatorius, kurie reikalingi tokioms programoms kaip XX amžiaus dalelių greitintuvams.Šie generatoriai naudoja daugybę lygintuvų, išdėstytų etapuose, kad palaipsniui padidintų įtampą, parodydami lygintuvo sugebėjimą efektyviai valdyti ir sustiprinti aukštą įtampą.

Padidėja kelių pakopų įtampos

Šioje sąrankoje lygintuvai dedami keliais etapais, kad būtų galima palaipsniui padidinti įtampą.Kiekvienas etapas prideda tam tikrą įtampos kiekį, efektyviai padidindama bendrą išėjimą.Ši konfigūracija parodo lygintuvo sugebėjimą tvarkyti ir valdyti didelės energijos aplinkos.Lygintuvai naudojami keliuose etapuose, o tai pabrėžia jų pagrindinę reikšmę elektros inžinerijoje.Lygintuvai vaidina svarbų vaidmenį didelės energijos naudojimo srityse, nes jie negali tik konvertuoti įtampos, bet ir reguliuoti jas sudėtingose ​​sistemose.

Lygintuvo diodų bandymo metodai

Norint užtikrinti jo veiksmingumą ir patikimumą elektroninėse grandinėse, reikalingas lygintuvo diodas.Galite naudoti multimetrą dviem pirminiams bandymams atlikti: atsparumo matavimui ir įtampos kritimo patikrinimui.

Atsparumo matavimas

Nustatykite savo multimetrą į ommetro (pasipriešinimo) nustatymą.

Prijunkite teigiamą multimetro laidą prie diodo anodo (teigiamos pusės) ir neigiamo laido į katodą (neigiama pusė).Esant šiai į priekį nukreiptoje būsenoje, sveikas silicio diodas paprastai rodo atsparumą, kuris reiškia, kad įtampos kritimas yra apie 0,7 volto, tai rodo, kad jis veikia normaliai.

Pakeiskite laidus, jungiančias teigiamą laidą prie katodo ir neigiamą laidą prie anodo.Esant šiai atvirkštinio šališkumo būsenai, multimetras turėtų nuskaityti didelį pasipriešinimą arba rodyti „OL“ (per ribą), patvirtindamas, kad diodas efektyviai blokuoja atvirkštinę srovę.

Įtampos kritimo patikrinimas

Perjunkite multimetrą į jo diodų patikrinimo nustatymą, skirtą išmatuoti įtampos kritimą per diodą.

Prijunkite teigiamą laidą prie anodo ir neigiamo laido prie katodo.Multimetras turėtų parodyti įtampos kritimą, arti 0,7 volto silicio diodui, kuris yra jo tipinė priekinė įtampa.

Pasukite laidus, padėdami teigiamą laidą ant katodo ir neigiamą anodą.Multimetras neturėtų nerodyti reikšmingo įtampos kritimo, panašaus į begalinio Ohmmetro bandymo atsparumo rodmenis.

Išvada

Kaip efektyvus būdas reguliuoti dabartinį srautą ir subtilus komponentus apsaugoti, diodai yra raktas į elektroninių grandinių vientisumą ir veikimą.Jų įvairūs tipai, įskaitant lygintuvą, „Zener“ ir „Schottky“ diodus, patenkina įvairius taikymo asortimentus, pradedant nuo galios virsmo iki įtampos reguliavimo ir signalo moduliacijos.Išsami pirmyn ir atvirkštinio šališkumo konfigūracijų analizė paaiškina, kaip diodai pasiekia savo nepaprastą efektyvumą ir apsauginę funkcijas.

Dažnai užduodami klausimai [DUK]

1. Koks yra diodo, kaip lygintuvo, principas?

Diodas veikia kaip lygintuvas, leisdamas elektros srovei tekėti tik viena kryptimi.Šis gebėjimas atsiranda dėl savo struktūros, sudarytos iš puslaidininkinės medžiagos, sudarančios jungtį tarp dviejų skirtingai dopuotų sričių: P tipo ir N tipo.Kai įtampa taikoma per diodą taip, kad p tipo yra prijungtas prie teigiamos įtampos šaltinio pusės ir N tipo iki neigiamo, diodas leidžia srovei praeiti (į priekį šališkumo).Jei atvirkščiai (atvirkštinis poslinkis), srovės srautas yra užblokuotas.Šis selektyvus srautas naudojamas kintamos srovės (AC) konvertavimui į tiesioginę srovę (DC).

2. Kokia yra diodo funkcija?

Be ištaisymo, diodai tarnauja keliems tikslams:

Įtampos reguliavimas: Diodai, tokie kaip „Zener“ diodai, palaiko pastovią įtampą tarp elektroninių komponentų.

Signalo demoduliacija: diodai naudojami radijo ir kitose signalo technologijose, norint išgauti signalus iš nešiklio bangų.

Apsauga: Diodai apsaugo neskelbtiną elektroniką, nukreipdami perteklinę įtampą (tokiose programose kaip viršįtampių apsaugos priemonės).

3. Koks yra diodo darbo taškas?

Diodo darbo taškas arba darbo taškas nurodo įtampą ir sroves, kuriomis jis veikia grandinėje.Šis taškas nustatomas pagal diodo būdingos kreivės sankirtą (rodanti srovės ir įtampos elgseną) ir grandinės apkrovos liniją.Darbo taškas keičiasi atsižvelgiant į grandinės konfigūraciją ir taikomą įtampą.

4. Kas yra lygintuvo svarba?

Lygintuvai yra raktas į kintamąjį kintamąjį į DC, kuris reikalingas daugumai elektroninių prietaisų, kuriems reikalingas pastovus, vienkryptis elektros srautas.Šis konvertavimas yra privalomas, nes daugelis prietaisų, pradedant maža elektronika ir baigiant didelėmis pramoninėmis mašinomis, veikia tik DC.Efektyvus taisymas daro įtaką šių sistemų veikimui, efektyvumui ir saugumui.

5. Kokios yra diodo savybės?

Pagrindinės diodo charakteristikos yra:

Į priekio įtampos kritimas: Paprastai silicio diodų metu apie 0,7 volto, tai yra įtampa, reikalinga norint pradėti laidžią srovę.

Atvirkštinio skilimo įtampa: Maksimali atvirkštinė įtampa, kurią diodas gali atlaikyti, prieš pradedant laidumą atvirkščiai.

Dabartinė valdymo galimybė: tai lemia, kiek srovės diodas gali saugiai praeiti neperkaistus ar nepažeidžiant.

Atvirkštinio atkūrimo laikas: laikas, per kurį diodas nutraukia laidumą atvirkščiai, kai priekinė srovė bus sustabdyta.Tai ypač būtina aukšto dažnio grandinėse.