Как обозначается на схеме полупроводниковый диод

Полупроводниковые диоды

Полупроводниковым диодом называется электропреобразовательный полупроводниковый прибор с одним выпрямляющим электрическим переходом, имеющим два вывода.

Структура полупроводникового диода с электронно-дырочным переходом и его условное графическое обозначение приведены на рис. 2.2.

Рис. 2.2. Схема структуры полупроводникового диода (а)

и его графическое обозначение (б)

Буквами p и n обозначены слои полупроводника с проводимостями соответственно p-типа и n-типа. В контактирующих слоях полупроводника (область p—n-перехода на рис. 2.2) имеет место диффузия дырок из слоя p в слой n, причиной которой является то, что их концентрация в слое p значительно больше их концентрации в слое n. В итоге в приграничных областях слоя p и слоя n возникает так называемый обедненный слой, в котором мала концентрация подвижных носителей заряда (электронов и дырок). Обедненный слой имеет большое удельное сопротивление. Ионы примесей обедненного слоя не компенсированы дырками или электронами. В совокупности ионы образуют некомпенсированные объемные заряды, создающие электрическое поле с напряженностью Е. Это поле препятствует переходу дырок из слоя p в слой n и переходу электронов из слоя n в слой p. Оно создает так называемый дрейфовый поток подвижных носителей заряда, перемещающий дырки из слоя n в слой p и электроны из слоя p в слой n. Таким образом, в зависимости от полярности проходящего через диод тока, проводимость диода существенно изменяется, приводя к изменению величину проходящего тока.

Основные характеристики полупроводникового диода представляются его вольт-амперной характеристикой (ВАХ). Вольт-амперная характеристика – это зависимость тока i, протекающего через диод, от напряжения u, приложенного к диоду. Вольт-амперной характеристикой называют и график этой зависимости (рис. 2.3).

Рис. 2.3. Вольт-амперная характеристика и основные параметры полупроводникового диода

Диоды обычно характеризуются следующими параметрами (рис. 2.3):

обратный ток при некоторой величине обратного напряжения I_обр, мкА;

падение напряжения на диоде при некотором значении прямого тока через диод U_пр, в;

емкость диода при подаче на него обратного напряжения некоторой величины С, пФ;

диапазон частот, в котором возможна работа без снижения выпрямленного тока f_гр, кГц;

рабочий диапазон температур.

Техническими условиями задаются обычно максимальные (или минимальные) значения параметров для диодов каждого типа. Так, например, задается максимально возможное значение обратного тока, прямого падения напряжения и емкости диода. Диапазон частот задается минимальным значением граничной частоты f_гр. Это значит, что параметры всех диодов не превышает (а в случае частоты – не ниже) заданного техническими условиями значения. Общий вид диодов показан на рис 2.4.

Рис. 2.4. Конструкция диодов малой мощности (а) и средней мощности (б)

Стабилитрон. Это полупроводниковый диод, сконструированный для работы в режиме электрического пробоя. Условное графическое обозначение стабилитрона представлено на рис. 2.5,а.

Рис. 2.5. Графическое изображение полупроводниковых диодов:

а) стабилитрон; б) диод Шоттки; в) варикап; г) туннельный диод;

д) обращенный диод

В указанном режиме при значительном изменении тока стабилитрона напряжение изменяется незначительно, т. е. стабилитрон стабилизирует напряжение. Вольт-амперная характеристика кремниевого стабилитрона Д814Д представлена на рис. 2.6.

Рис. 2.6. Вольт-амперная характеристика

кремниевого стабилитрона Д814Д

В стабилитронах может иметь место и туннельный, и лавинный, и смешанный пробой в зависимости от удельного сопротивления базы.

В стабилитронах с низкоомной базой (низковольтных, до 5,7 В) имеет место туннельный пробой, а в стабилитронах с высокоомной базой (высоковольтных) – лавинный пробой.

Основными является следующие параметры стабилитрона:

U_ст – напряжение стабилизации (при заданном токе в режиме пробоя);

I_ст.мин – минимально допустимый ток стабилизации;

I_{ст.макс} – максимально допустимый ток стабилизации;

r_ст – дифференциальное сопротивление стабилитрона (на участке пробоя), ;

(ТКН) – температурный коэффициент напряжения стабилизации.

Величины U_ст , I_ст.мин и I_{ст.макс} принято указывать как положительные.

Для примера применения стабилитрона обратимся к схеме так называемого параметрического стабилизатора напряжения (рис. 2.7.). Легко заметить, что если напряжение u_вх настолько велико, что стабилитрон находится в режиме пробоя, то изменения этого напряжения практически не вызывают изменения напряжения u_вых (при изменении напряжения u_вх изменяется только ток i, а также напряжение ).

Рис. 2.7. Схема параметрического стабилизатора напряжения

Стабилитрон является быстродействующим прибором и хорошо работает в импульсных схемах.

Стабистор. Это полупроводниковый диод, напряжение на котором при прямом включении (около 0,7 В) мало зависит от тока (прямая ветвь на соответствующем участке почти вертикальная). Стабистор предназначен для стабилизации малых напряжений.

Диод Шоттки. В диоде Шоттки используется не p—n-переход, а выпрямляющий контакт металл-полупроводник. Условное графическое обозначение диода Шоттки представлено на рис. 2.5, б.

В обычных условиях прямой ток, образованный электронами зоны проводимости, переходящими из полупроводника в металл, имеет очень малую величину. Это является следствием недостатка электронов, энергия которых позволила бы им преодолеть данный барьер.

Для увеличения прямого тока необходимо «разогреть» электроны в полупроводнике, поднять их энергию. Такой разогрев может быть осуществлен с помощью электрического поля.

Если подключить источник внешнего напряжения плюсом к металлу, а минусом к полупроводнику n-типа, то потенциальный барьер понизится и через переход начнет протекать прямой ток. При противоположном подключении потенциальный барьер увеличивается и ток оказывается весьма малым.

Диоды Шоттки – очень быстродействующие приборы, они могут работать на частотах до десятков гигагерц (1 ГГц=1·10 9 Гц). У диода Шоттки может быть малый обратный ток и малое прямое напряжение (при малых прямых токах) – около 0,5 В, что меньше, чем у кремниевых приборов. Максимально допустимый прямой ток может составлять десятки и сотни ампер, а максимально допустимое напряжение – сотни вольт.

Варикап. Это полупроводниковый диод, предназначенный для работы в качестве конденсатора, емкость которого управляется напряжением. Условное графическое обозначение варикапа представлено на рис. 2,5, в.

На варикап подают обратное напряжение. Барьерная емкость варикапа уменьшается при увеличении (по модулю) обратного напряжения. Характер изменения емкости у варикапа такой же, как и у обычного диода.

Туннельный диод. Это полупроводниковый диод, в котором используется явление туннельного пробоя при включении в прямом направлении. Характерной особенностью туннельного диода является наличие на прямой ветви вольт-амперной характеристики участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением. Условное графическое обозначение диода представлено на рис. 2.5,г.

Для примера изобразим (рис. 2.8) прямую ветвь вольт-амперной характеристики германиевого туннельного усилительного диода 1И104А (I_{пр.макс}=20 мА – постоянный прямой ток, U_{обр.макс}=20 мВ), предназначенного для усиления в диапазоне волн 2…10 см (это соответствует частоте более 1 ГГц).

Рис. 2.8. Вольт-амперная характеристика германиевого туннельного диода

Общая емкость диода в точке минимума характеристики составляет 0,8…1,9 пФ. Полезно отметить, что проверка диода тестером не допускается. Туннельные диоды могут работать на очень высоких частотах – более 1 ГГц.

Наличие участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением на вольт-амперной характеристике обеспечивает возможность использования туннельных диодов в качестве усилительного элемента и в качестве основного элемента генераторов.

В настоящее время туннельные диоды используются именно в этом качестве в области сверхвысоких частот.

Обращенный диод. Это полупроводниковый диод, физические явления в котором подобны физическим явлениям в туннельном диоде, поэтому зачастую обращенный диод рассматривают как вариант туннельного диода. При этом участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением на вольт-амперной характеристике обращенного диода отсутствует или очень слабо выражен.

Обратная ветвь вольт-амперной характеристики обращенного диода (отличающаяся очень малым падением напряжения) используется в качестве прямой ветви «обычного диода», а прямая ветвь – в качестве обратной ветви. Отсюда и название – обращенный диод.

Условное графическое обозначение обращенного диода представлено на рис. 2.5,д.

Рассмотрим для примера вольт-амперные характеристики германиевого обращенного диода 1И104А (рис. 2.9), предназначенного, кроме прочего, для работы в импульсных устройствах (постоянный прямой ток – не более 0,3 мА, постоянный обратный ток – не более 4 мА (при ), общая емкость в точке минимума вольт-амперной характеристики 1,2…1,5пФ).

Как видно из графика (рис. 2.9), обе ветви вольт-амперной характеристики практически симметричны (в зеркальном отражении) относительно начала координат. Участок отрицательного дифференциального сопротивления размещен на участке положительного напряжения между 0,1 и 0,3 В. При этом амплитуда тока на участке с отрицательным дифференциальным сопротивлением не превышает 0,05 мА.

Рис. 2.9. Вольт-амперная характеристика обращенного диода

Классификация и система обозначений. Классификация современных полупроводниковых диодов (ПД) по их назначению, физическим свойствам, основным электрическим параметрам, конструктивно-технологическим признакам, исходному полупроводниковому материалу находит отражение в системе условных обозначений диодов в соответствии с ГОСТ 20859.1-89.

Первый элемент (цифра или буква) обозначает исходный полупроводниковый материал, второй (буква) – подкласс приборов, третий (цифра) – основные функциональные возможности прибора, четвертый – число, обозначающее порядковый номер разработки, пятый элемент – буква, условно определяющая классификацию (разбраковку по параметрам) приборов, изготовленных по единой технологии.

Для обозначения исходного полупроводникового материала используются следующие символы:

Г, или 1 – германий или его соединения;

К, или 2 – кремний или его соединения;

А, или 3 – соединения галлия;

И, или 4 – соединения индия.

Для обозначения подклассов диодов используется одна из следующих букв:

Д – диоды выпрямительные и импульсные;

Ц – выпрямительные столбы и блоки;

И – туннельные диоды;

А – сверхвысокочастотные диоды;

Г – генераторы шума;

Л – излучающие оптоэлектронные приборы;

Для обозначения наиболее характерных эксплуатационных признаков приборов (их функциональных возможностей) используются следующие цифры.

Диоды (подкласс Д):

1 – выпрямительные диоды с постоянным или средним значением прямого

тока не более 0,3 А;

2 – выпрямительные диоды с постоянным или средним значением прямого

тока более 0,3 А, но не свыше 10 А;

4 – импульсные диоды с временем восстановления обратного

сопротивления более 500 нс;

5 – импульсные диоды с временем восстановления более 150 нс, но не

свыше 500 нс;

6 – импульсные диоды с временем восстановления 30…150 нс;

7 – импульсные диоды с временем восстановления 5…30 нс;

8 – импульсные диоды с временем восстановления 1…5 нс;

9 – импульсные диоды с эффективным временем жизни неосновных

носителей заряда менее 1 нс.

Выпрямительные столбы и блоки (подкласс Ц):

1 – столбы с постоянным или средним значением прямого тока не более

2 – столбы с постоянным или средним значением прямого тока 0,3…10 А;

3 – блоки с постоянным или средним значением прямого тока 0,3 А;

4 – блоки с постоянным или средним значением прямого тока 0,3…10 А.

Обозначения диодов и принцип работы, ВАХ

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.

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:

• 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;

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.

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 2-х, 3-х или 4х-значный серийный номер прибора.
5) Дополнительный код – в нем для выпрямительных диодов указывается максимальная амплитуда обратного напряжения.

Система JIS (Япония)

• 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.

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

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.

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 (ВАХ) 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.

Диоды и их разновидности

Мы очень часто применяем в своих схемах диоды, а знаете ли вы как он работает и что из себя представляет? Сегодня в «семейство» диодов входит не один десяток полупроводниковых приборов, носящих название «диод». Диод представляет собой небольшую емкость с откачанным воздухом, внутри которой на небольшом расстоянии друг от друга находится анод и второй электрод — катод, один из которых обладает электропроводностью типа р, а другой — n.

Чтобы представить как работает диод, возьмем для примера ситуацию с накачиванием колеса при помощи насоса. Вот мы работаем насосом, воздух закачивается в камеру через ниппель, а обратно этот воздух выйти через ниппель не может. По сути воздух, это тот же электрон в диоде, вошел электрончик, а обратно выйти уже нельзя. Если вдруг ниппель выйдет из строя то колесо сдуется, будет пробой диода. А если представить что ниппель у нас исправный, и если мы будем нажимая на пипку ниппеля выпускать воздух из камеры, причем нажимая как нам хочется и с какой длительностью – это будет управляемый пробой. Из этого можно сделать вывод что диод пропускает ток только в одном направлении (в обратном направлении тоже пропускает, но совсем маленький)

Внутреннее сопротивление диода (открытого) — величина непостоянная, она зависит от прямого напряжения приложенного к диоду. Чем больше это напряжение, тем больше прямой ток через диод, тем меньше его пропускное сопротивление. Судить о сопротивлении диода можно по падению напряжения на нем и току через него. Так, например, если через диод идет прямой ток Iпр. = 100 мА (0,1 А) и при этом на нем падает напряжение 1В, то (по закону Ома) прямое сопротивление диода будет: R = 1 / 0,1 = 10 Ом.

Отмечу сразу, что вдаваться в подробности и сильно углубляться, строить графики, писать формулы мы не будем – рассмотрим все поверхностно. В данной статье рассмотрим разновидности диодов, а именно светодиоды, стабилитроны, варикапы, диоды Шоттки и др.

Диоды

Обозначаются на схемах вот так:

Треугольная часть является АНОД’ом, а черточка это КАТОД. Анод это плюс, катод – минус. Диоды например, используют в блоках питания для выпрямления переменного тока, при помощи диодного моста можно превратить переменной ток в постоянный, применяются для защиты разных устройств от неправильной полярности включения и т. п.

Диодный мост представляет собой 4 диода, которые подключаются последовательно, причем два диода из этих четырех включены встречно, посмотрите на рисунки ниже.

Именно так и обозначается диодный мост, правда в некоторых схемах обозначают сокращенным вариантом:

подключаются к трансформатору, на схеме это будет выглядеть вот так:

Диодный мост предназначен для преобразования, чаще говорят для выпрямления переменного тока в постоянный. Такое выпрямление называется двухполупериодным. Принцип работы диодного моста заключается в пропускании положительной полуволны переменного напряжения положительными диодами и обрезании отрицательной полуволны отрицательными диодами. Поэтому на выходе выпрямителя образуется немного пульсирующее положительное напряжение с постоянной величиной.

Для того, чтобы этих пульсаций не было, ставят электролитические конденсаторы. после добавления конденсатора напряжение немного увеличивается, но отвлекаться не будем, про конденсаторы можете почитать здесь.

Диодные мосты применяют для питания радиоаппаратуры, применяются в блоках питания и зарядных устройствах. Как уже говорил, диодный мост можно составить из четырех одинаковых диодов, но продаются и готовые диодные мосты, выглядят они вот так:

Диод Шоттки

Диоды Шоттки имеют очень малое падение напряжения и обладают повышенным быстродействием по сравнению с обычными диодами.

Ставить вместо диода Шоттки обычный диод не рекомендуется, обычный диод может быстро выйти из строя. Обозначается на схемах такой диод так:

Стабилитрон

Стабилитрон препятствует превышению напряжения выше определённого порога на конкретном участке схемы. Может выполнять как защитные так и ограничительные функции, работают они только в цепях постоянного тока. При подключении следует соблюдать полярность. Однотипные стабилитроны можно соединять последовательно для повышения стабилизируемого напряжения или образования делителя напряжений.

Стабилитроны на схемах обозначаются следующим образом:

Основным параметром стабилитронов является напряжение стабилизации, стабилитроны имеют различные напряжения стабилизации, например 3в, 5в, 8.2в, 12в, 18в и т.п.

Варикап

Варикап (по другому емкостной диод) меняет своё сопротивление в зависимости от поданного на него напряжения. Применяется как управляемый конденсатор переменной емкости, например, для настройки высокочастотных колебательных контуров.

Тиристор

Тиристор имеет два устойчивых состояния: 1) закрытое, то есть состояние низкой проводимости, 2) открытое, то есть состояние высокой проводимости. Другими словами он способен под действием сигнала переходить из закрытого состояния в открытое.

Тиристор имеет три вывода, кроме Анода и Катода еще и управляющий электрод — используется для перевода тиристора во включенное состояние. Современные импортные тиристоры выпускаются и в корпусах ТО-220 и ТО-92.

Тиристоры часто используются в схемах для регулировки мощностей, для плавного пуска двигателей или включения лампочек. Тиристоры позволяют управлять большими токами. У некоторых типов тиристоров максимальный прямой ток достигает 5000 А и более, а значение напряжений в закрытом состоянии до 5 кВ. Мощные силовые тиристоры вида Т143(500-16) применяются в шкафах управления эл.двигателями, частотниках.

Симистор

Симистор используется в системах, питающихся переменным напряжением, его можно представить как два тиристора, которые включены встречно-параллельно. Симистор пропускает ток в обоих направлениях.

Светодиод

Светодиод излучает свет при пропускании через него электрического тока. Светодиоды применяются в устройствах индикации приборов, в электронных компонентах (оптронах), сотовых телефонах для подсветки дисплея и клавиатуры, мощные светодиоды используют как источник света в фонарях и т.д. Светодиоды бывают разного цвета свечения, RGB и т.д.

Обозначение на схемах:

Подробнее про светодиоды можно почитать здесь.

Инфракрасный диод

Инфракрасные светодиоды (сокращенно ИК диоды) излучают свет в инфракрасном диапазоне . Области применения инфракрасных светодиодов это оптические контрольно-измерительные приборы, устройства дистанционного управления, оптронные коммутационные устройства, беспроводные линии связи. Ик диоды обозначаются так же как и светодиоды.

Инфракрасные диоды излучают свет вне видимого диапазона, свечение ИК диода можно увидеть и посмотреть например через камеру сотового телефона, данные диоды так же применяют в камерах видеонаблюдения, особенно на уличных камерах чтобы в темное время суток была видна картинка.

Фотодиод

Фотодиод преобразует свет попавший на его фоточувствительную область, в электрический ток, находит применение в преобразовании света в электрический сигнал.

Фото диоды (а так же фоторезисторы, фототранзисторы) можно сравнить с солнечными батареями. Обозначаются на схемах так:

Адвансед Опубликована: 2012 г. 0 1
Вознаградить Я собрал 0 4

Что такое диод, как подключается и обозначается на схемах

Еще в 1939 году было обнаружено, что переход между полупроводниками с различными типами проводимостью пропускает электрический ток только в одном направлении. Это открытие позволило создать полупроводниковый диод – несложный прибор, без которого невозможно представить твердотельную электронику и в наше время высоких технологий.

Значение и применение диодов в электронике

Способность проводить ток только в одном направлении широко используется в силовой электронике для выпрямления тока в источниках питания, преобразующих переменное напряжение в постоянное. Это применение диода самое очевидное, но не единственное.

Можно применить полупроводниковый прибор для развязки электрических цепей – там, где ток должен течь в определенных направлениях (ниже будет описана схема проверки ламп, основанная на подобном принципе). Обратная ветвь характеристики, где напряжение мало зависит от тока, может использоваться для стабилизации напряжений.

В слаботочной технике (электронике) часто используется нелинейность вольт-амперной характеристики диодов. Используя это свойство, можно построить детекторы или модуляторы для радиоприемной или передающей аппаратуры. Так как области с различной проводимостью образуют своеобразный конденсатор (и его характеристики зависит от приложенного напряжения), диоды можно использовать для изменения емкости в резонансных цепях. А еще диоды пригодятся в цепях переключения.

Внешний вид и определение полярности

Внешне эти полупроводниковые приборы могут выглядеть совершенно по-разному. Например, отечественный КД102 похож на стеклянную капельку, а КД105 выглядит, как пластиковый кирпичик. Устаревшие Д226 похожи на свое условно-графическое обозначение. Бывают диоды и в «транзисторных» корпусах.

При всем различии внешнего вида, у всех диодов есть характерный признак – количество выводов всегда равно двум. Бывает, что в один корпус помещается несколько диодов (диодная сборка). У сборки может быть три или более выводов.

Так выглядят различные типы диодов

Один вывод подключается к положительному полюсу питания и называется анодом, а другой – к минусу, и называется катодом. Если корпус имеет достаточные размеры, для определения расположения выводов на него наносится рисунок в виде УГО диода в соответствующем направлении.

Во многих случаях на корпусе нет места для нанесения полноценной графики, поэтому выводы помечают цветной точкой или кольцевой полоской. У зарубежных приборов и у некоторых отечественных метка ставится в районе катодного вывода. У многих отечественных диодов (КД102 и т.п.) помечается, наоборот, анод.

Некоторые типы полупроводниковых диодов (в основном, стабилитроны) имеют две метки разных цветов. Например, КС156 в стеклянном корпусе имеет две кольцевых полоски:

1. Оранжевую со стороны катода.
2. Белую со стороны анода.

По этим же полоскам и по окраске во многих случаях можно определить номинал (тип) диода. Если есть сомнения в цоколевке или маркировка отсутствует совсем, надо проверить прибор тестером в режиме прозвонки диодов. Если положительный вывод подключить к плюсовому щупу тестера, а отрицательный – к минусу, то тестер покажет какое-то сопротивление, зависящее от конструкции диода. При обратном подключении сопротивление будет бесконечным.

Определение полярности мультиметром

Еще проще для определения цоколевки воспользоваться специальным тестером.

Проверка полярности КД521 тестером

Описание структуры и принципа работы диода

Полупроводниковый диод состоит из двух контактирующих участков полупроводника:

• n-типа (с избытком электронов);
• p-типа (с недостатком электронов) – на месте недостающих электронов образуются места с положительным зарядом, называемые дырками.

В месте контакта участков электроны и дырки частично рекомбинируют («лишние» электроны занимают пустые места), и здесь образуется область с высоким сопротивлением, в которой нет носителей заряда.

Если приложить к выводам диода напряжение в прямом направлении, электроны будут двигаться в сторону положительного электрода, а дырки – в сторону отрицательного.

Иллюстрация устройства и принципа работы p-n перехода

На самом деле «дырки», конечно, двигаться не могут. Двигаться будут электроны, перемещаясь с одного пустого места на другое.

В этом случае в области контакта будет увеличиваться концентрация основных носителей, и через диод потечет ток. Если напряжение приложено в обратном направлении, носители заряда движутся в обратном направлении – от области контакта. В результате участок с повышенным сопротивлением будет расти, ток будет практически отсутствовать. Так работает диод.

Вольт-амперная характеристика элемента с односторонней проводимостью

Основные технические параметры

Для выбора диода в первую очередь обращают внимание на два основных параметра:

1. Максимальный ток.
2. Максимальное обратное напряжение.

В некоторых случаях этого достаточно.

Для специальных типов диодов или для работающих в специальных условиях могут потребоваться дополнительные параметры:

• обратный ток;
• падение напряжения;
• цвет свечения (для светодиодов);
• пределы изменения емкости (для варикапов);
• напряжение стабилизации (для стабилитронов);
• другие параметры.

Помимо электрических характеристик, важным может оказаться тип корпуса диода (например, для подбора аналога для замены неисправного прибора).

Маркировка и обозначение на схеме

Условно-графическое отображение диода на схеме символизирует его одностороннюю проводимость. Основой изображения диода служит равнобедренный треугольник, вершина которого направлена по направлению прохождения тока (в принятом в технической литературе направлении – от плюса к минусу). Каждый прибор имеет буквенный индекс (VD, D и т.п.) и порядковый номер (VD1, VD2 и т.д.).

Устаревшее (слева) и современное (справа) УГО диода

Разновидности диодов

Диоды даже одинаковой конструкции могут выполнять в схемах различные задачи. Во многих случаях в зависимости от типа полупроводникового прибора его УГО дополняется небольшим элементом.

Силовые диоды

Эти приборы предназначены для выпрямления переменного тока в блоках питания. Они имеют большие (иногда очень большие) габариты, а их корпуса часто имеют возможность установки на теплоотводящий радиатор. УГО силовых диодов особенностей не имеет.

Импульсные и высокочастотные диоды

Этот тип приборов предназначен для работы на высоких частотах. Они имеют пониженную емкость перехода и небольшое время переключения из закрытого состояния в открытое и наоборот. Могут быть как миниатюрными, так и иметь достаточно большие размеры – в зависимости от мощности.

Диоды Шоттки

Этот тип приборов применяют там, где нужно пониженное падение напряжения в открытом состоянии. Достигается это применением перехода полупроводник-металл, вместо перехода p-полупроводника и n-полупроводника. Одновременно это увеличивает скорость переключения диода, но снижает выпрямительные свойства (благодаря повышенному обратному току).

УГО диода Шоттки

Стабилитроны

Этот тип приборов предназначен для работы в режиме лавинного пробоя, который возникает при приложении обратного напряжения. В этом случае диод работает на обратной ветви характеристики, которая расположена достаточно круто к оси абсцисс. При этом ток может изменяться в широких пределах, а напряжение на переходе будет оставаться примерно постоянным. УГО такого диода имеет дополнительный элемент.

Так на схеме обозначается стабилитрон

В данном качестве может применяться любой полупроводниковый диод. Отличие стабилитрона только в том, что его напряжение пробоя и угол наклона характеристики нормированы.

Варикапы

Варикапы используются в качестве конденсаторов, емкость которых зависит от приложенного обратного напряжения. Таким способом можно, например, изменять настройку резонансных цепей. Символ варикапа содержит объединенное изображение диода и конденсатора.

УГО варикапа

В этом качестве тоже можно использовать практически любой диод. Но у варикапов емкость и ее зависимость от напряжения нормирована.

Светодиоды

При прохождении тока через p-n переход происходит рекомбинация носителей заряда. В некоторых случаях она сопровождается излучением видимого, инфракрасного или ультрафиолетового света. Приборы, в которых эта способность является преобладающим свойством, определяющим их применение, называются светодиодами или LED. К их УГО добавляются две стрелки, символизирующие излучение изнутри прибора.

УГО светодиода

Фотодиоды

Обратное направление стрелок имеет обозначение фотодиода. В нем под действием световой энергии образуются носители заряда. Фотодиод может применяться, как светочувствительный элемент для обнаружения освещенности или для преобразования световой энергии в электрическую.

УГО фотодиода

Существуют и другие типы диодов – лавинно-пролетные, туннельные, p-i-n диоды и т.д. Каждый такой прибор имеет свою область применения.

Примеры включения диода в электрических цепях

Схема простейшего выпрямителя

Самое очевидное применение полупроводниковых вентилей – выпрямитель переменного тока. В простейшем случае такое устройство состоит из одного диода, который проводит ток в одну сторону и «срезает» волны обратной полярности.

Напряжение на выходе и на входе однополупериодного выпрямителя

Эта схема не оптимальна. Она не позволяет полностью использовать мощность источника питания и требует громоздкого фильтра для сглаживания пульсаций. Чаще применяют двухполупериодную (мостовую) схему.

Мостовой выпрямитель

Здесь форма напряжения на выходе гораздо ближе к прямой. И эффективность использования мощности источника намного выше.

Иллюстрация работы двухполупериодного выпрямителя

Работу диода по разделению цепей демонстрирует система сигнализации с контролем исправности ламп. Если одна из ламп выходит из строя, персонал не заметит появления аварийного сигнала, поэтому состояние ламп надо периодически контролировать. Для этого предусмотрена кнопка контроля, подключаемая через диоды. В результате при ее нажатии напряжение через диоды VD1, VD2..VDn поступит на соответствующие лампы. Без диодов срабатывание хотя бы одной линии сигнализации привело бы к зажиганию всех лампочек (через схему контроля).

Если источник сигнала — контакты реле, элементы VD01, VD02..VD0n можно не устанавливать. Они нужны лишь для защиты выходов аварийных датчиков в электронном исполнении.

Схема сигнализации с контролем ламп

Следующий пример использования диодов – параметрический стабилизатор. Стабилитрон здесь включен через балластное сопротивление R1, а нагрузкой служит резистор R2. В пределах, определяемых характеристиками стабилитрона, напряжение на R2 будет стабильным, вне зависимости от входного напряжения и номинала R2.

Простой стабилизатор

Из видео узнаете об обратном подключении диода.

Приведенными схемами применение полупроводниковых диодов, конечно, не исчерпывается. Область использования элементов с односторонней проводимостью и нелинейной ВАХ гораздо шире. По мере повышения квалификации специалиста можно осваивать и другие применения диодов.