Диоды: для чего нужны, катоды и аноды, классификация и назначение
Содержание
- 1 Электровакуумные диоды
- 2 Прямое включение диода
- 3 Обратное включение диода
- 4 Виды напряжения
- 5 Полупроводниковые диоды
- 6 Виды полупроводниковых диодов
- 7 Плюсы и минусы
- 8 Использование в быту
- 9 Основные неисправности диодов
- 10 Видео
Диод –это один из самых простых приборов-полупроводников. У него есть две области с разными типами проводимости: положительный и отрицательный электрод. Это есть то, из чего состоит диод: анод, катод иp-n переход. Существует несколько разновидностей приборов.
Стандартный диод
Электровакуумные диоды
Вакуумный диод – это устройство в виде стеклянной лампы или металлокерамического баллона. Из него откачивают воздух и помещают внутрь два электрода с нитью накаливания – проводником. Она соединяется с катодом и нагревается внешним током.
Принцип работы
У диода принцип работы основан на односторонней проводимости. В электровакуумных приборах это достигается следующим образом:
- Нить накаливания нагревается, передавая тепло катоду, который начинает испускать электроны.
- Анод притягивает частицы только на «плюсе».
- Анод, подключенный к «минусу»,начнет отталкивать электроны, и тока в цепи не будет.
Благодаря принципу действия диода, основанному на управлении потоком электронов, такие устройства также называют ламповыми.
Конструкция прибора предполагает наличие выводов электродов, соединенных с контактными областями. У диода может быть два состояния: открытое и закрытое.
Прямое включение диода
Принцип работы УЗОК аноду диода подают положительное напряжение, на катод – отрицательное. Что получается:
- электроны двигаются к месту p-n границы;
- сопротивление в месте перехода уменьшается, проводимость увеличивается;
- как следствие возникает прямой ток.
При соблюдении полярности диод будет считаться включенным прямо.
Прямое включение диодаОбратное включение диода
Блокинг генератор: принцип работыЕсли подключить выводы наоборот, частицы станут перемещаться от p-n слоя. Сопротивление повысится, и протекающий ток будет низким, или обратным. При расчетах его не учитывают – под односторонней проводимостью подразумевают наличие именно прямого тока.
Виды напряжения
Принцип работы синхронного генератораСоответственно состояниям различают два типа напряжения: прямое и обратное. Главный определяющий параметр – сопротивление границы областей электродов.
Вольт-амперная хаpaктеристика (ВАХ)
Один из ответов на вопрос о том, что такое диод, – зависимость проходящего через границу p-n тока от полярности подаваемого напряжения и его величины.
Ее показывают на графике:
- вертикальная ось – прямой и обратный ток (верхняя и нижняя часть) в Амперах;
- горизонтальная – обратное и прямое напряжение (левая и правая сторона).
Образуется кривая, показывающая значения пропускного и обратного тока.
Полупроводниковые диоды
Как работает диод полупроводник? Его работа основана на взаимодействии заряда с электромагнитным полем. Условная конструкция:
- элемент из полупроводникового материала;
- сторона, принимающая электроны, – анод, проводимость p-типа;
- катод, отдающий частицы (проводимость n-типа).
Между двумя слоями формируется граница – p-n переход.
Полупроводниковый диодВольт-амперная хаpaктеристика
На графике кривая имеет ветви в обеих его частях:
- Прямая – в правой части графика. Направлена вверх, показывает возрастание прямого тока при увеличении напряжения.
- Обратная – в левой стороне. Показывает рост обратного тока – меньше, чем прямого, поэтому ветвь расположена близко к оси напряжения.
Чем ближе ветвь к вертикальной оси справа и к горизонтальной слева, тем лучше выпрямительные свойства.
Предельные значения параметров
На графике каждого прибора есть момент, когда ток нарастает сильнее. Это зависит от устройства диода – разные материалы «открываются» при разных показателях. Ток возрастает, и происходит нагревание кристалла полупроводника.
Тепло либо рассеивается само по себе, либо отводится при помощи радиаторов. Если ток превышает допустимый параметр, проводник разрушается под воздействием высокой температуры. Поэтому по назначению диода, а также материалу определяют максимально допустимые параметры.
Виды полупроводниковых диодов
Полупроводниковый – широкое определение, оно описывает саму идею и общее устройство. На пpaктике существует множество узкоспециализированных разновидностей.
Выпрямители и их свойства
Иногда нужно преобразовать ток в цепи, для чего нужен диод с выпрямительными свойствами либо диодный мост. Благодаря принципу работы, переменный ток на входе прибора даст лишь одну полуволну – в открытом состоянии.
Полупроводниковые стабилитроны
Задача этих устройств – стабилизация напряжения. Как это происходит:
- в обычном состоянии у перехода высокое сопротивление, ток почти не проходит;
- если наступает пробой, проходимость увеличивается, сопротивление падает.
Устройства работают в условиях пробоя и часто применяются для профилактики перенапряжения.
Диод-стабилитронДиод Зенера
Часто можно встретить название «диод Зенера», что это такое? Это лишь еще одно название стабилитрона – в честь ученого Кларенса Зенера, открывшего туннельный пробой. Это эффект прохождения заряженных частиц через p-n барьер, когда перекрываются зоны электродов. Открытие позволило разработать первые стабилитроны, отсюда название.
Принцип работы детекторов
На основе обычного выпрямителя можно собрать простейший амплитудный детектор. Как устроена работа диода (например, с барьером Шоттки):
- если полупериоды выше напряжения на конденсаторе, начинается зарядка;
- как только амплитуда становится меньше его значения, диод закрывается.
Конденсатор разряжается, происходит восстановление низкочастотного сигнала.
Светодиод
В отличие от обычного прибора, СД создают оптическое излучение при прохождении тока. Это происходит при рекомбинации носителей заряда с излучением фотонов на границе электродов. Впервые эффект был открыт в 1907 году, технология продолжает совершенствоваться до сих пор.
Особенности светодиода
Спектр оптического излучения узкий – нужный цвет изначально заложен в кристалле диода. Однако диапазон может отличаться в зависимости от состава материала-полупроводника:
- зеленый – фосфид галлия;
- синий – карбид кремния;
- красный – арсенид галлия.
При этом светодиоды обладают высокой световой отдачей, спектральной чистотой, прочностью и долговечностью.
Обычные светодиодыТуннельный
Работает на основе одноименного эффекта. При изготовлении применяют вырожденные полупроводники. Встречается в качестве усилителя.
Обращенный диод
Обладают высокими показателями обратного тока, превосходящими прямой. Отличаются низкой чувствительностью к ионизирующему излучению.
Варикап
Проще всего объяснить на примере конденсатора с переменной толщиной диэлектрического слоя. При низком напряжении на p-n переходе толщина слоя при высокой емкости мала, при высоком – слой должен увеличиваться. Для чего нужны такие диоды? Их используют как элементы с управляемой емкостью, например, в системах автонастройки частоты в радиоприборах.
Фотодиод
Устройства, в которых обратный ток возникает при попадании фотонов. По принципу действия схожи с обычным солнечным элементом.
Маркировка
Современная маркировка диодов содержит четыре элемента:
- материал изготовления;
- обозначение класса диода;
- назначение или свойства;
- номер разработки.
Например, КД202А – кремниевый (К), выпрямительный (Д) диод.
Триоды
Раньше использовались вместо транзисторов; в современной электротехнике почти не используются. Состоят из трех электродов: катода прямого либо косвенного накала, анода и сетки. В зависимости от напряжения, регулируется поток электронов, создавая эффект усилителя.
Плюсы и минусы
Полупроводниковые диоды имеют как преимущества, так и недостатки. К первым можно отнести:
- доступность – элементы стоят недорого;
- взаимозаменяемость – при выходе из строя легко подобрать и установить аналогичный;
- высокая пропускная способность;
- простой принцип работы.
Из недостатков – уязвимость к внешним воздействиям и возможные неисправности. Это могут быть:
- обрыв перехода;
- нарушение герметичности;
- пробой перехода.
Однако устранить повреждения и заменить устройство несложно, поэтому минусы можно считать несущественными.
Использование в быту
Благодаря тому, как просто устроены диоды, они распространены повсеместно. Их используют почти в каждом приборе, который можно увидеть дома. Например, LED телевизоры, сам принцип их работы основан на использования светодиодов. Другие примеры – блоки питания, реле, любительские электрические схемы.
Основные неисправности диодов
Главная проблема, с которой сталкиваются при использовании диодов, – эффект пробоя. Есть несколько видов неисправности.
Пробой на графике ВАХПробой p-n-перехода
При пробое происходит уменьшение сопротивления, образуется обратный ток. Различают лавинный пробой, которой сопровождается цепочкой прорывов, и полевой.
Электрический пробой
Главное в электрических пробоях – они обладают обратимой природой (состояние возвращается к нормальному). Это значит, что переход не повреждается. Это позволяет использовать пробой как основополагающий принцип работы – как в стабилитронах.
Тепловой пробой
Возникает при повышении температуры. Отличается возникновением необратимых повреждений: разрушается кристаллическая решетка полупроводника.
Несмотря на простоту конструкции, диод по-прежнему используется в современных устройствах. Найти ему альтернативу удается не всегда. Тем более продолжаются работы по технологическому совершенствованию диодов для различных задач.
Видео
Понятие потенциала в физике. Разность потенциалов (напряжение) как основное понятие в электротехнике и электричестве. Примеры формул служащих для вычисления напряжения. Для чего нужен потенциометр электрику и как он работает....
13 11 2025 13:14:15
Возможные варианты выполнения освещения коридоров. Критерии выбора и пpaктические советы. Виды применяемых ламп и их преимущества....
12 11 2025 22:52:30
Все кто занимается радиоэлектроникой, сталкивались с перегревом паяльника. Это может быть недорогой недавно купленный паяльник, который вышел из строя....
11 11 2025 17:23:51
Принципиальна схема симисторного однофазного стабилизатора. Достоинства и недостатки современных стабилизаторов на симисторных элементах. Симисторный стабилизатор 12 вольт: схема сборки своими руками....
10 11 2025 8:45:26
Возникновение и опасность статического электричества: как возникают статические заряды. Статическое электричество и защита от него на производстве и в быту. Комплекс мер и мероприятий, помогающих предотвратить образование электростатических разрядов....
09 11 2025 3:15:41
Устройство и хаpaктеристики электролитических и неполярных конденсаторов. Возможные неисправности, проверка работоспособности деталей мультиметр. Измерение емкости элементов. Измерение прибором ESR. Снижение напряжения пробоя конденсатора....
08 11 2025 19:47:11
Экзаменационные тесты для проверки знаний норм и правил работы в электроустановках в объеме группы V по электробезопасности...
07 11 2025 22:58:23
Зачем нужны гирлянды метеоритный дождь. Как и где применять гирлянду падающий дождь. Устройство электрической гирлянды звездный дождь. Самостоятельное изготовление гирлянды занавес звезды....
06 11 2025 14:20:21
Монтаж электрооборудования - ответственные операции. Их выполняют с соблюдением действующих правил и придерживаясь техники безопасности....
05 11 2025 2:33:18
Выбирая светильники для кухни при декорировании, руководствуются правилами дизайна и принципами деления помещения на функциональные зоны....
04 11 2025 19:35:53
Открытая электропроводка в кабель каналах хорошее решение для монтажа. Но стоит помнить о правилах прокладки кабеля в каналах, это залог успешной установки....
03 11 2025 2:56:40
Как развивалось учение о магнитном поле. Хаpaктеристики магнитного поля. Природа возникновения магнитных полей. Как представить магнитное поле. Какие бывают магнитные поля. Получение энергии из магнитного поля Земли....
02 11 2025 11:32:16
Механизм образования газа. Сырье для биогаза. Биогаз: технология получения, преимущества и недостатки. Конструкция биогазовой установки для частного или фермерского хозяйства....
01 11 2025 5:58:12
Устройство и разновидности проходных выключателей. Схемы подключения проходного выключателя в квартире и загородном доме. Проходной выключатель: монтаж своими силами....
31 10 2025 10:11:36
Как необходимо передвигаться в зоне шагового напряжения. Определение напряжения шага. Причины возникновения, радиус распространения и сила тока. Меры защиты. Первая помощь при поражении шаговым напряжением. Как необходимо передвигаться в зоне шагового напряжения....
30 10 2025 16:58:34
Принцип стабилизации тока и требования к управляющему элементу. Суть стабилизации. Выбор схемы включения. Устройство и работа полевого транзистора: особенности полевых структур. Принцип управления переходом. Пример стабилизатора на полевом транзисторе....
29 10 2025 2:59:39
При обустройстве жилья это направление особенно популярно...
28 10 2025 11:29:52
Особенности подключения аккумуляторов к солнечным батареям. Как рассчитать основные параметры АКБ для солнечных батарей. Основные виды аккумуляторных батарей для гелиосистем. Гелиосистема с AGM-накопителями....
27 10 2025 20:49:37
Что такое тепловой конвектор, устройство конвектора. Тип разогрева воздуха в разных моделях отопительного электрического устройства. Принцип работы тепловых конвекторов. Преимущества и недостатки теплового конвектора....
26 10 2025 10:44:51
Способы регулирования, контроля, управления освещением. Преимущества управления освещением на расстоянии и ее классификация....
25 10 2025 7:22:11
Есть ли в поезде розетки: можно ли в вагоне подключить зарядное устройство? Предпочтительные места в купе вагоне и плацкарте. Недостатки расположения розеток. Электрификация салонов скоростных поездов....
24 10 2025 10:55:43
Особенности конструкции энергосберегающих ламп. Достоинства и недостатки энергосберегающей лампы. Таблица мощности и классификация энергосберегающих источников освещения. Как выбрать устройство для освещения....
23 10 2025 22:40:44
Отличительные особенности работы энергосистем. Классы устройств автоматики по предназначению и области применения. Системная противоаварийная автоматика. Логическая защита шин как модернизация линейной защиты....
22 10 2025 19:22:41
Применение различных типов соединений в электрических цепях в зависимости условий. Преимущество параллельного соединения проводников. Законы последовательной и параллельной цепей. Примеры использования различных видов соединения проводников....
21 10 2025 13:33:54
Виды терморегуляторов: механические и электронные — преимущества и недостатки. Двухзонный (двухзональный) термостат: особенности устройства и подключения. Терморегуляторы 12В: правила установки. Сравнительный обзор термостатов....
20 10 2025 16:23:40
Воздействие электротока на человеческий организм. Понятие электротравмы. Подразделение степеней тяжести поражения от удара электрическим током. Классификация электротравматизма. Виды местных электротравм....
19 10 2025 3:59:29
Незаконное отключение электричества, основные причины. Что произойдет, если не оплатить счет за коммунальные услуги, советы, способы подключения к сети....
18 10 2025 21:21:40
Параметры емкостного сопротивления в различных схемах. Определение емкостных сопротивлений в цепях электрического тока по формуле. Векторное представление ёмкости. Ёмкостное сопротивление: единицы измерения и пример расчетов....
17 10 2025 3:21:57
Как правильно организовать освещение участка. Многообразие способов освещения некоторых зон на территории вокруг загородного дома....
16 10 2025 8:49:52
Понятие о постоянном и переменном токе. Сравнительные хаpaктеристики постоянного и переменного токов. Постоянный и переменный ток: различия при трaнcпортировке. Достоинства и недостатки переменных и постоянных электротоков....
15 10 2025 2:32:56
Типы сигналов от телeбашни. Способы приема цифрового ТВ. Как настроить цифровое телевидение. Перечень доступных каналов для приема на обычную антенну. Пакеты вещания: какой выбрать....
14 10 2025 9:21:29
Польза и вред механических резонансов. Добротность колебательной системы. Положительные и отрицательные стороны резонанса. Частота резонанса. Электромеханические резонаторы. Достижения размытия резонанса. Кварцевые резонаторы и электромеханические фильтры....
13 10 2025 2:42:36
Хаpaктеристики и оценка эффективности бытовых антенн Дельта. Конструкция и параметры антенны Дельта. Порядок подключения к телевизионному приемнику и особенности эксплуатации....
12 10 2025 17:52:50
Назначение и принцип работы УЗО. Подключения устройства защитного отключения. Основные отличия УЗО от дифференциального автомата. Как выбрать нужное устройство по параметрам....
11 10 2025 18:46:22
Установка, выбор автоматического выключателя, его подсоединение к сети. Подключение светильника к выключателю....
10 10 2025 12:53:38
Пластиковые каналы, особенности металлических, железобетонных лотков их назначение. Перфорированные и неперфорированные лотки, удобство их прокладки....
09 10 2025 6:57:13
Свойства точечной сварки. Особенности переделки споттера из сварочного аппарата своими руками. Типы сердечников. Выбор параметров вторичной обмотки, схемы и размещение обмоток. Схема управления....
08 10 2025 14:40:55
Опломбировка электросчетчиков. Виды пломб. Процесс пломбировки счетчика. Как выглядит специализированная заводская пломба, гарантирующая полную исправность и бесперебойную работоспособность электросчетчика....
07 10 2025 10:41:54
Освещение искусственное определяет качество нашей жизни и комфортные условия для пребывания человека в любом месте, а также обустраивает наше жилище....
06 10 2025 11:37:23
Для чего нужны выпрямители переменного тока. Область применения выпрямителей переменных токов. Классификация: по числу фаз, по управляемости, по значению мощности. Выпрямляем переменный ток в постоянный: полуволновой или полноволновой метод....
05 10 2025 0:31:39
Требования к устройствам автоматического ввода резерва и их типы. Принцип действия АВР. Автоматический ввод резерва на мощных контакторах: особенности и преимущества....
04 10 2025 8:30:10
Щупы (крокодилы) для мультиметра. Разновидности щупов по качеству: любительские и профессиональные. Виды по назначению. Изделия для SMD-монтажа. Изготовление самодельных термопар своими руками из подручных материалов....
03 10 2025 18:21:58
Назначение и конструктивные особенности резисторов SMD. Расшифровка аббревиатуры SMD-резисторов, в том числе с типоразмером 0805. Маркировка резисторов с четырьмя цифрами и общие методики расшифровки....
02 10 2025 23:47:45
Расшифровка и технические хаpaктеристики кабеля ПВС. Условия эксплуатации провода ПВС. Электрические параметры кабелей ПВС. Конструкция и маркировка проводов ПВС. Правила прокладки и срок эксплуатации провода ПВС....
01 10 2025 3:22:44
Аварийное освещение обязательная часть мер безопасности для снижения рисков в случаях нарушении рабочего цикла или возникновении пожара....
30 09 2025 12:24:39
Однокристальные и трехкристальные led-ленты. Грамотное подключение светодиодных лент к батарейке, колонкам или блоку. Как правильно монтировать изделие....
29 09 2025 15:32:44
Какого сечения нужен кабель для электроплиты при подключении. Какой кабель используется для подключения плиты в квартире....
28 09 2025 19:51:55
Освещение в туалете и разновидности светильников, особенности монтажа и расположения. Использование подсветки в качестве дизайнерского элемента....
27 09 2025 11:38:29
Распиновка наушников (проводов и разъемов): необходимый инструмент и расходные материалы. Поиск неисправностей и прозвонка проводов. Ремонт динамика наушников....
26 09 2025 23:25:13
Как правильно подключить диммер для ламп и светодиодной ленты. Схемы подключения диммера, особенности, правила....
25 09 2025 6:13:27
Еще:
Электрика -1 :: Электрика -2 :: Электрика -3 :: Электрика -4 ::
