что такое диод аркадьева

Что такое диод аркадьева

Полупроводниковый диод или просто диод представляет из себя радиоэлемент, который пропускает электрический ток только в одном направлении и блокирует его прохождение в другом направлении. По аналогии с гидравликой диод можно сравнить с обратным клапаном: устройством, которое пропускает жидкость только в одном направлении.

Диод — это радиоэлемент с двумя выводами. Некоторые диоды выглядят почти также как и резисторы:

А некоторые выглядят чуточку по-другому:

Есть также и SMD исполнение диодов:

Выводы диода называются — анод и катод. Некоторые по ошибке называют их «плюс» и «минус». Это неверно. Так говорить нельзя.

На схемах диод обозначается так

Он может пропускать электрический ток только от анода к катоду.

Из чего состоит диод

В нашем мире встречаются вещества, которые отлично проводят электрический ток. Сюда в основном можно отнести металлы, например, серебро, медь, алюминий, золото и так далее. Такие вещества называют проводниками. Есть вещества, которые ну очень плохо проводят электрический ток — фарфор, пластмассы, стекло и так далее. Их называют диэлектриками или изоляторами. Между проводниками и диэлектриками находятся полупроводники. Это в основном германий и кремний.

После того, как германий или кремний смешивают с мельчайшей долей мышьяка или индия, образуется полупроводник N-типа, если смешать с мышьяком; или полупроводник P-типа, если смешать с индием.

Полупроводник P-типа в диоде является анодом, а полупроводник N-типа — катодом.

Давайе вскроем советский диод Д226 и посмотрим, что у него внутри, сточив часть корпуса на наждачном круге.

диод Д226

Вот это и есть тот самый PN-переход

PN-переход диода

Как определить анод и катод диода

1) на некоторых диодах катод обозначают полоской, отличающейся от цвета корпуса

2) можно проверить диод с помощью мультиметра и узнать, где у него катод, а где анод. Заодно проверить его работоспособность. Этот способ железный ;-). Как проверить диод с помощью мультиметра можно узнать в этой статье.

Где находится анод, а где катод очень легко запомнить, если вспомнить воронку для наливания жидкостей в узкие горлышки бутылок. Воронка очень похожа на схему диода. Наливаем в воронку, и жидкость у нас очень хорошо бежит, а если ее перевернуть, то попробуй налей-ка через узкое горлышко воронки ;-).

Диод в цепи постоянного тока

Как мы уже говорили, диод пропускает электрический ток только в одном направлении. Для того, чтобы это показать, давайте соберем простую схему.

прямое включение диода

Так как наша лампа накаливания на 12 Вольт, следовательно, на блоке питания тоже выставляем значение в 12 В и собираем всю электрическую цепь по схеме выше. В результате, лампочка у нас прекрасно горит. Это говорит о том, что через диод проходит электрический ток. В этом случае говорят, что диод включен в прямом направлении.

диод в прямом включении

Давайте теперь поменяем выводы диода. В результате, схема примет такой вид.

обратное включение диода

Как вы видите, лампочка не горит, так как диод не пропускает электрический ток, то есть блокирует его прохождение, хотя источник питания и выдает свои честные 12 Вольт.

обратное включение диода

Какой вывод можно из этого сделать? Диод проводит постоянный ток только в одном направлении.

Диод в цепи переменного тока

Кто забыл, что такое переменный ток, читаем эту статью. Итак, для того, чтобы рассмотреть работу диода в цепи переменного тока, давайте составим схему. Здесь мы видим генератор частоты G, диод и два клеммника Х1 и Х2, с которых мы будем снимать сигнал с помощью осциллографа.

Мой генератор частоты выглядит вот так.

генератор частот

Осциллограмму будем снимать с помощью цифрового осциллографа

Генератор выдает переменное синусоидальное напряжение.

синусоидальный сигнал

Что же будет после диода? Цепляемся к клеммам X1 и X2 и видим вот такую осциллограмму.

переменное напряжение после диода

Диод вырезал нижнюю часть синусоиды, оставив только верхнюю часть.

А что будет, если мы поменяем выводы диода? Схема примет такой вид.

переменый ток после диода

переменный ток после диода

Ничего себе! Диод срезал только положительную часть синусоиды!

Характеристики диода

Давайте рассмотрим характеристику диода КД411АМ. Ищем его характеристики в интернете, вбивая в поиск «даташит КД411АМ»

Для объяснения параметров диода, нам также потребуется его ВАХ

1) Обратное максимальное напряжение U_обр — это такое напряжение диода, которое он выдерживает при подключении в обратном направлении, при этом через него будет протекать ток I_обр — сила тока при обратном подключении диода. При превышении обратного напряжения в диоде возникает так называемый лавинный пробой, в результате этого резко возрастает ток, что может привести к полному тепловому разрушению диода. В нашем исследуемом диоде это напряжение равняется 700 Вольт.

2) Максимальный прямой ток I_пр — это максимальный ток, который может течь через диод в прямом направлении. В нашем случае это 2 Ампера.

3) Максимальная частота F_d , которую нельзя превышать. В нашем случае максимальная частота диода будет 30 кГц. Если частота будет больше, то наш диод будет работать неправильно.

Виды диодов

Стабилитроны

Стабилитроны представляют из себя те же самые диоды. Даже из названия понятно, чтоб стабилитроны что-то стабилизируют. А стабилизируют они напряжение. Но чтобы стабилитрон выполнял стабилизацию, требуется одно условие. Они должны подключатся противоположно, чем диоды. Анод на минус, а катод на плюс. Странно не правда ли? Но почему так? Давайте разберемся. В Вольт амперной характеристике (ВАХ) диода используется положительная ветвь — прямое направление, а вот в стабилитроне другая часть ветки ВАХ — обратное направление.

Снизу на графике мы видим стабилитрон на 5 Вольт. Сколько бы у нас не изменялась сила тока, мы все равно будем получать 5 Вольт ;-). Круто, не правда ли? Но есть и подводные камни. Сила тока не должны быть больше, чем в описании на диод, иначе он выйдет из строя от высокой температуры — Закон Джоуля-Ленца. Главный параметр стабилитрона — это напряжение стабилизации (Uст). Измеряется в Вольтах. На графике вы видите стабилитрон с напряжением стабилизации 5 Вольт. Также есть диапазон силы тока, при котором будет работать стабилитрон — это минимальный и максимальный ток (I_min, I_max). Измеряется в Амперах.

Выглядят стабилитроны точно также, как и обычные диоды:

На схемах обозначаются вот так:

Светодиоды

Светодиоды — особый класс диодов, которые излучают видимый и невидимый свет. Невидимый свет — это свет в инфракрасном или ультрафиолетовом диапазоне. Но для промышленности все таки большую роль играют светодиоды с видимым светом. Они используются для индикации, оформления вывесок, светящихся баннеров, зданий а также для освещения. Светодиоды имеют такие же параметры, как и любые другие диоды, но обычно их максимальный ток значительно ниже.

Предельное обратное напряжение (U_обр) может достигать 10 Вольт. Максимальный ток (I_max) будет ограничиваться для простых светодиодов порядка 50 мА. Для осветительных больше. Поэтому при подключении обычного диода нужно вместе с ним последовательно подключать резистор. Резистор можно рассчитать по нехитрой формуле, но в идеале лучше использовать переменный резистор, подобрать нужное свечение, замерять номинал переменного резистора и поставить туда постоянный резистор с таким же номиналом.

Лампы освещения из светодиодов потребляют копейки электроэнергии и стоят дешево.

Очень большим спросом пользуются светодиодные ленты, состоящие из множества SMD светодиодов. Смотрятся очень красиво.

На схемах светодиоды обозначаются так:

Не забываем, что светодиоды делятся на индикаторные и осветительные. Индикаторные светодиоды обладают слабым свечением и используются для индикации каких-либо процессов, происходящих в электронной цепи. Для них характерно слабое свечение и малый ток потребления

Ну и осветительные светодиоды — это те, которые используются в ваших китайских фонариках, а также в LED-лампах

Светодиод — это токовый прибор, то есть для его нормальной работы требуется номинальный ток, а не напряжение. При номинальном токе на светодиоде падает некоторое напряжение, которое зависит от типа светодиода (номинальной мощности, цвета, температуры). Ниже табличка, показывающая какое падение напряжения бывает на светодиодах разных цветов свечения при номинальном токе:

Как проверить светодиод можно узнать из этой статьи.

Тиристоры

Тиристоры представляют собой диоды, проводимость которых управляется с помощью третьего вывода — управляющего электрода (УЭ). Основное применение тиристоров — это управление мощной нагрузкой с помощью слабого сигнала, подаваемого на управляющий электрод. Выглядят тиристоры примерно как диоды или транзисторы. У тиристоров параметров столько, что не хватит статьи для их описания. Главный параметр — I_ос,ср. — среднее значение тока, которое должно протекать через тиристор в прямом направлении без вреда для его здоровья. Немаловажным параметром является напряжение открытия тиристор — (U_у), которое подается на управляющий электрод и при котором тиристор полностью открывается.

а вот так примерно выглядят силовые тиристоры, то есть тиристоры, которые работают с большой силой тока:

На схемах триодные тиристоры выглядят вот таким образом:

Существуют также разновидности тиристоров — динисторы и симисторы. У динисторов нет управляющего электрода и он выглядит, как обычный диод. Динисторы начинают пропускать через себя электрический ток в прямом включении, когда напряжение на нем превысит какое-то значение. Симисторы — это те же самые триодные тиристоры, но при включении пропускают через себя электрический ток в двух направлениях, поэтому они используются в цепях с переменным током.

Диодный мост и диодные сборки

Производители также несколько диодов заталкивают в один корпус и соединяют их между собой в определенной последовательности. Таким образом получаются диодные сборки. Диодные мосты — одна из разновидностей диодных сборок.

На схемах диодный мост обозначается вот так:

Существуют также и другие виды диодов, такие как варикапы, диод Ганна, диод Шоттки и тд. Для того, чтобы их всех описать, нам не хватит и вечности.

Очень интересное видео про диод

Похожие статьи по теме «диод»

Источник

Портативный генератор Маркса

Моя схема выглядит так же, только в ней отсутствует диод, поэтому приводить её здесь я не буду. Комплект выглядит так:

Считаю необходимым отдельно показать трансформатор крупным планом:

На AliExpress это не единственный вид миниатюрный импульсных высоковольтных трансформаторов, однако, как показал мой личный опыт, вышеприведённый трансформатор работает лучше всех других, да и выглядит серьёзнее.

Вторая часть. Высоковольтная. Эта часть, по сути, представляет из себя простой учетверитель напряжения, собранный по стандартной схеме. Его схема:

Умножитель напряжения в результате оказался достаточно крупным, однако обойтись без него просто невозможно: выходное напряжение с трансформатора переменное и достаточно низкое, не превышающее 3 кВ, а для генератора Маркса, как было сказано выше, требуется исключительно постоянное напряжение не ниже 6 кВ. Конденсаторы умножителя самые стандартные, из Чип и Дип, керамика. 680 пФ x 15 кВ. Они имеют небольшой размер и выглядят так:

В качестве диодов были взяты высоковольтные выпрямительные столбы КЦ106Г. Они использовались в умножителях напряжения строчной развёртки советских цветных телевизоров. Выглядят так:

Подключаем собранный умножитель к низковольтной части и запускаем.

На этом этапе уже можно говорить о том, что генератор Маркса можно запитать от батарейки, во всяком случае, напряжения для этого уже достаточно.

Третья часть. Генератор Маркса. Теперь началось самое интересное. Сборка непосредственно генератора Маркса. Нужно отметить, что это самая нудная часть, так как она потребует максимальной аккуратности и большого объёма пайки. Как было упомянуто выше, генератор будет иметь 9 ступеней. Чисто теоретически, он должен умножать входное напряжение в 9 раз. Простейшие расчёты показывают, что: выходное напряжение умножителя составляет 2 * 4 = 8 кВ в среднем, а выходное напряжение генератора Маркса составляет 8 * 9 = 72 кВ. К сожалению, на практике напряжение не достигнет таких значений по нескольким причинам. Во-первых, напряжения в 8 кВ вполне достаточно для коронных разрядов и стекания напряжения. Эти процессы не видны глазом, однако именно они приводят к очень большим потерям в любых высоковольтных устройствах, начиная от тех-же самоделок и заканчивая высоковольтными ЛЭП. Во-вторых, серьёзные потери существуют на разрядниках и незначительные на резисторах также в момент разряда. Суммарно это даёт не менее 50% энергии «на ветер». Кроме того, напряжение в 72 кВ способно пробить до 72 мм воздуха, что означает пробой всей системы практически по диагонали, поэтому допускать такого напряжения просто нельзя. Схема генератора стандартная. Ниже приведу схему на шесть ступеней.

Для начала была собрана установка на 5 ступеней. Результат её работы меня сильно порадовал.

Однако пяти ступеней оказалось всё же маловато, поэтому были добавлены ещё пять ступеней, одна из которых в готовое устройство не вошла. Десять ступеней давали уже весьма внушительный результат.

Цель достигнута, генератор работает, однако в таком виде он занимает пол стола. Следующим шагом стала реализация печатной платы для этого чуда.

Башня делается таким образом: между двумя одинаковые пластинами фольгированного текстолита располагаются конденсаторы и разрядники. Резисторы устанавливаются с противоположных сторон плат.

Затем с помощью напильника делаем пропил шириной около 1 см так, как показано на фотографии:

Затем размечаем плату и сверлим отверстия.

Травим в растворе хлорного железа.

После травления смываем маркер с плат.

После этого платы нужно тщательно промыть в тёплой воде с мылом. Можно приступать к лужению.

После лужения остаются следы канифоли. Их необходимо смыть, так как они не только ухудшают внешний вид устройства, но и могут ухудшить электрическую прочность системы. Обычно это делают чистым медицинским спиртом, однако с этой задачей блестяще справляется растворитель № 646.

Теперь распаиваем компоненты. Сначала конденсаторы.

Теперь рассверливаем отверстия и по отверстиям отрисовываем дорожки на обратной стороне платы специальным маркером.

Затем травим плату.

Последующие действия аналогичны тем, что проводились с первыми двумя платами: счищаем маркер, моем, облуживаем, смываем канифоль.

Приступаем к установке деталей. Сначала закрепим башню, это самое интересное.

Башня имеет 4 «ножки», в центрах которых расположены отверстия. В них вставляются маленькие кусочки медной жилы, а затем это всё обильно заливается припоем.

После этого устанавливаются все остальные компоненты.

Схема получившегося устройства:

Все номиналы были описаны в статье, кроме того, их можно найти в списке компонентов в конце статьи.

Несколько слов о безопасности.

На этом у меня всё, желаю всем удачи!

Источник