Принцип работы диода и сфера его применения

Содержание:

Ключевая разница:

Две клеммы диодов известны как анод и катод. Он состоит из полупроводника N-типа и полупроводника P-типа, которые размещены вместе. Катод — это сторона P-типа, а анод — это N-тип. Функционирование всех диодов основано на одном общем принципе; Однако существуют различные типы диодов, которые подходят для различных применений.

Большинство диодов сформированы из полупроводниковых материалов, таких как кремний. Тем не менее, германий также может быть использован иногда. Диоды часто используются для выпрямления сигналов.Существуют различные типы диодов. Например, фотодиод — это тот, который позволяет току течь при попадании на него света. Эти типы диодов в основном используются в качестве детекторов света. Диод также известен как выпрямитель.

Важно отметить, что стабилитрон работает как обычный диод на прямом смещении. Однако при обратном смещении ток утечки начинает протекать через диод

Этот ток утечки увеличивается с обратным напряжением. При определенном обратном напряжении ток утечки начинает внезапно увеличиваться. Это конкретное напряжение известно как напряжение пробоя стабилитрона или «напряжение стабилитрона». Ток, который внезапно увеличивается, также называется током Зенера. Стабилитрон можно легко отличить от обычных диодов по его коду и напряжению пробоя (напряжению Зенера), которые четко напечатаны на нем.

Сравнение между диодом и резистором:

диод

Стабилитрон

Определение

Диод — это тип электрического устройства, которое позволяет току проходить через него только в одном направлении.

Стабилитрон также является типом диода, который позволяет обратному току течь через него, если напряжение превышает напряжение пробоя, известное как ‘напряжение Зенера.

Пользы

  • Ограничение и зажим — для защиты цепей путем ограничения напряжения
  • Выпрямитель напряжения — Тьюринга переменного тока в постоянный
  • Множители напряжения
  • Нелинейное смешение двух напряжений

В основном используется в регулировании напряжения

Типы

  • Распределительный диод (обычный тип)
  • Светоизлучающий (LED)
  • Фотодиоды (поглощает свет, дает ток)
  • Шоттки (высокоскоростной переключатель, низкое напряжение при включении, Al. На кремнии)
  • Туннель (я против V немного отличается от JD, отрицательное сопротивление!)
  • Veractor (колпачок соединения зависит от напряжения)
  • Стабилитрон (специальный диод, использующий обратное смещение)
  • ZD- и ZPD-типы — европейские ZD-типы или ZPD-типы легко идентифицировать. ZPD12 означает напряжение стабилитрона 12В.
  • 1N-типы — напряжение Зенера американских 1N-типов не может быть распознано по типу.

Представление на принципиальной схеме

Горизонтальная линия со стрелкой, указывающей на пересекающуюся вертикальную линию.

Это так же, как обычный диод. Однако катод имеет форму Z вместо прямой линии.

Этимология

Из Гк. ди- «дважды» + ходос «путь»

Назван в честь К. М. Зенера (1905-93), американского физика

Немного теории

Стабильная зарплата, стабильная жизнь, стабильное государство. Последнее не про Россию, конечно :-).  Если глянуть в толковый словарик, то можно толково разобрать, что же такое “стабильность”. На первых строчках Яндекс мне сразу выдал обозначение этого слова: стабильный – это значит постоянный, устойчивый, не изменяющийся.

Но чаще всего этот термин используется именно в электронике и электротехнике. В электронике очень важны постоянные значения какого-либо параметра. Это может быть сила тока, напряжение, частота сигнала и другие его характеристики. Отклонение сигнала от какого-либо заданного параметра может привести к неправильной работе радиоэлектронной аппаратуры и даже к ее поломке

Поэтому, в электронике очень важно, чтобы все стабильно работало и не давало сбоев

В электронике и электротехнике стабилизируют напряжение. От значения напряжения зависит работа  радиоэлектронной аппаратуры.  Если оно изменится в меньшую,  или даже еще хуже, в большую сторону, то аппаратура  в первом случае может неправильно работать, а во втором случае и вовсе колыхнуть ярким пламенем.

Для того, чтобы не допустить взлетов и падения напряжения, были изобретены различные стабилизаторы напряжения. Как вы поняли из словосочетания, они используются чтобы стабилизировать “играющее” напряжение.

Практическая часть

1) Снятие вольтамперной характеристики

Рисунок 3 Электрическая принципиальная схема для снятия вольт амперной характеристики стабилитрона

Тут приведена полярность для обратной ветви характеристики, для снятия прямой ветви соответственно изменить полярность питания и подключения измерительных приборов.

Соберём схему по рисунку 3. Для снятия вольтамперной характеристики стабилитрона вначале изменяют прямое, а затем обратное напряжение, подводимое к диоду, и следят за изменениями тока в цепи. Для построения характеристики достаточно снять 5-6 показаний приборов для прямой и 8-10 показаний для обратной ветви характеристики. Особенно тщательно следует снимать характеристику на участке стабилизации, так как здесь в широком диапазоне изменения тока диода напряжение Uст меняется незначительно. Данные наблюдений записывают в таблицу I= f (U)

2) Построение вольтамперной характеристики

График вольтамперной характеристики кремниевого стабилитрона строят по результатам таблицы. Примерный вид вольтамперной характеристики показан на рисунке 4.

Рисунок 4 Примерный вид вольтамперной характеристики

Рисунок 5 Электрическая принципиальная схема для исследования параметрического стабилизатора

Схема для исследования параметрического стабилизатора показана на рисунке 5. Поочередно осуществляется подключение нагрузочных резисторов R2 или R3 с разными сопротивлениями, тем самым изменяется нагрузочный ток.

Порядок выполнения работы

  1. Подключить к схеме для исследования параметрического стабилизатора измерительную аппаратуру и источник питания. Подготовить приборы для измерения соответствующих параметров.
  2. Рассчитать по известным параметрам схемы коэффициент стабилизации напряжения Кст стабилизатора.
  3. Определить экспериментально и записать в таблицу коэффициент стабилизации напряжения при изменениях входного напряжения от 25 до 30 В для обоих нагрузочных резисторов. Для чего установить входное напряжение стабилизатора с точностью до 0,05 В. Затем увеличив входное напряжение до 30 В снова измерить входное напряжение. По результатам измерений, записанных в таблицу,  по формуле (6) определить искомый коэффициент стабилизации, сравнив с расчётами, сделанными в п.2, учитывая, что они могут отличаться на 20-30%.
  4. Определить расчётно-экспериментальным путём минимальное и максимальное сопротивление балластного резистора. Для определения сопротивление балластного резистора по формулам (4) необходимо измерить минимальное и максимальное значения нагрузочного тока, определённое при любом входном напряжении от 25 до 30 В. В качестве напряжения Uст принять значение напряжения Uн из таблицы, округляя его до 0,1 долей вольта.
  5. Определение коэффициента стабилизации.

Используемый в лабораторной работе стабилитрон Д814Б и резисторы (балластное сопротивление R1 МЛТ-2 510 Ом, нагрузочные резисторы R2 МЛТ-1 1 кОм и R3 МЛТ-0,5 3 кОм) закреплены на плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита.

Первая часть лабораторной работы состоит в снятии прямой и обратной ветвей вольтамперной характеристики стабилитрона

Во второй части на основе стабилитрона собирается простейший параметрический стабилизатор. 

Меняя напряжение на входе стабилизатора, можно убедиться, что напряжение на нагрузке (резистор R2 или R3) изменяться практически не будет. Аналогично переключая резисторы R2 или R3 можно удостовериться, что изменение сопротивления нагрузки также не приводит к значительным колебаниям напряжения на ней.

Здесь были использованы сокращения материала в теоретической части, полную версию работы прочитайте тут. Специально для radioskot.ru — Denev

Принцип работы

Полупроводниковые или выпрямительные диоды имеют довольно простой принцип работы. Как мы уже говорили, диод изготовлен из кремния таким образом, что один его конец p-типа, а другой конец типа n. Это означает, что оба контакта имеют различные характеристики. На одном наблюдается избыток электронов, в то время как другой имеет избыток отверстий. Естественно, в устройстве есть участок, в котором все электроны заполняют определенные пробелы. Это означает, что внешние заряды отсутствуют. В связи с тем, что эта область обедняется носителями заряда и известна как объединяющий участок.

Несмотря на то, что объединяющий участок очень мал, (часто его размер составляет несколько тысячных долей миллиметра), ток не может протекать в нем в обычном режиме. Если напряжение подается так, что площадь типа p становится положительной, а тип n, соответственно, отрицательной, отверстия переходят к отрицательному полюсу и помогают электронам перейти через объединяющий участок. Точно так же электроны движутся к положительному контакту и как бы обходят объединительный. Несмотря на то, что все частицы движутся с разным зарядом в разном направлении, в итоге они образуют однонаправленный ток, что помогает выпрямить сигнал и предупредить скачки напряжения на контактах диода.

Если напряжение прикладывается к полупроводниковому диоду в противоположном направлении, ток не будет проходить по нему. Причина заключается в том, что отверстия привлекаются отрицательным потенциалом, который находится в области р-типа. Аналогично электроны притягиваются к положительному потенциалу, который применяется к области n-типа. Это заставляет объединяющий участок увеличиваться в размере, из-за чего поток направленных частиц становится невозможным.

Что это такое

В литературе дается следующее определение:

Стабилитрон или диод Зенера это прибор, предназначенный для стабилизации напряжения в электрических цепях. Работает при обратном смещении в режиме пробоя. До наступления пробоя имеет высокое сопротивление перехода. Протекающие при этом токи незначительны. Широко используются в электронике и в электротехнике.

Если говорить простыми словами, то стабилитрон предназначен для стабилизации напряжения в электронных схемах. В цепь он включается в обратном направлении. При достижении напряжения, превышающего напряжение стабилизации, происходит обратимый электрический пробой pn-перехода. Как только оно понизится до номинала, пробой прекращается, и стабилитрон закрывается.

На нижеприведенном рисунке представлена графическая схема для чайников, позволяющая понять принцип действия диода Зенера.

Основными преимуществами является невысокая стоимость и небольшие габариты. Промышленность выпускает устройства с напряжением стабилизации о 1,8 — 400 В в металлических, керамических или корпусах из стекла. Это зависит от мощности, на которую рассчитан стабилитрон и других характеристик.

Для стабилизации высоковольтного напряжения от 0,4 до нескольких десятков кВ, применяются стабилитроны тлеющего разряда. Они имеют стеклянный корпус и до появления полупроводниковых приборов применялись в параметрических стабилизаторах.

Аналогичными свойствами обладают приборы, меняющие свое сопротивление в зависимости от приложенного напряжения – это варисторы. Между стабилитроном и варистором разница заключается в том, что последний обладает двунаправленными симметричными характеристиками. А это значит, что в отличие от диодов, он не имеет полярности. Кратко варистор предназначен для обеспечения защиты от перенапряжения электронных схем.

Для предохранения аппаратуры от скачков напряжения применяют супрессоры. Между стабилитроном и супрессором отличия заключаются в том, что первый постепенно изменяет свое внутреннее сопротивление в зависимости от приложенного напряжения. Второй при достижении определенного порога напряжения открывается сразу. Т.е. его внутреннее сопротивление стремится к нулю. Основное назначение супрессоров — защита аппаратуры от скачков питания.

На рисунке ниже представлено условно графическое обозначение (УГО по ГОСТ) полупроводника и его вольт-амперная характеристика.

На рисунке цифрами указан участок 1-2. Он является рабочим и предназначен для стабилизации напряжения в цепях. Если прибор включить в прямом направлении, то он будет работать как обычный диод.

Рекомендуем посмотреть следующий видеоролик, чтобы подробнее изучить принцип действия стабилитрона, обозначение элементов и область их применения.

Типоразмеры SMD-компонентов

Чип-компоненты одного номинала могут иметь разные габариты. Габариты SMD-компонента определяются по его «типоразмеру». Например, чип-резисторы имеют типоразмеры от «0201» до «2512». Этими четырьмя цифрами закодированы ширина и длина чип-резистора в дюймах. Ниже в таблицах можно посмотреть типоразмеры в миллиметрах. 

smd резисторы

Прямоугольные чип-резисторы и керамические конденсаторы
Типоразмер L, мм (дюйм) W, мм (дюйм) H, мм (дюйм) A, мм Вт
0201 0.6 (0.02) 0.3 (0.01) 0.23 (0.01) 0.13 1/20
0402 1.0 (0.04) 0.5 (0.01) 0.35 (0.014) 0.25 1/16
0603 1.6 (0.06) 0.8 (0.03) 0.45 (0.018) 0.3 1/10
0805 2.0 (0.08) 1.2 (0.05) 0.4 (0.018) 0.4 1/8
1206 3.2 (0.12) 1.6 (0.06) 0.5 (0.022) 0.5 1/4
1210 5.0 (0.12) 2.5 (0.10) 0.55 (0.022) 0.5 1/2
1218 5.0 (0.12) 2.5 (0.18) 0.55 (0.022) 0.5 1
2010 5.0 (0.20) 2.5 (0.10) 0.55 (0.024) 0.5 3/4
2512 6.35 (0.25) 3.2 (0.12) 0.55 (0.024) 0.5
Цилиндрические чип-резисторы и диоды
Типоразмер Ø, мм (дюйм) L, мм (дюйм) Вт
0102 1.1 (0.01) 2.2 (0.02) 1/4
0204 1.4 (0.02) 3.6 (0.04) 1/2
0207 2.2 (0.02) 5.8 (0.07) 1

smd конденсаторы

Керамические чип-конденсаторы совпадают по типоразмеру с чип-резисторами, а вот танталовые чип-конденсаторы имеют своют систему типоразмеров:

Танталовые конденсаторы
Типоразмер L, мм (дюйм) W, мм (дюйм) T, мм (дюйм) B, мм A, мм
A 3.2 (0.126) 1.6 (0.063) 1.6 (0.063) 1.2 0.8
B 3.5 (0.138) 2.8 (0.110) 1.9 (0.075) 2.2 0.8
C 6.0 (0.236) 3.2 (0.126) 2.5 (0.098) 2.2 1.3
D 7.3 (0.287) 4.3 (0.170) 2.8 (0.110) 2.4 1.3
E 7.3 (0.287) 4.3 (0.170) 4.0 (0.158) 2.4 1.2

smd катушки индуктивности и дроссели

Индуктивности встречаются во множестве видов корпусов, но корпуса подчиняются все тому же закону типоразмеров. Это облегачает автоматический монтаж. Да и нам, радиолюбителям, позволяет легче ориентироваться.

Всякие катушки, дроссели и трансформаторы называются «моточные изделия». Обычно мы их мотаем сами, но иногда можно и прикупить готовые изделия. Тем более, если требуются SMD варианты, которые выпускаются со множестом бонусов: магнитное экранирование корпуса, компактность, закрытый или открытый корпус, высокая добротность, электромагнитное экранирование, широкий диапазон рабочих температур. 

Подбирать требующуюся катушку лучше по каталогам и требуемому типоразмеру. Типоразмеры, как и для чип-резисторов задаются спомощью кода из четырех чисел (0805). При этом «08» обозначает длину, а «05» ширину в дюймах. Реальный размер такого SMD-компонента будет 0.08х0.05 дюйма. 

smd диоды и стабилитроны

Диоды могут быть как в цилиндрических корпусах, так и в корпусах в виде небольших параллелипипедов. Цилиндрические корпуса диодов чаще всего предсавтлены корпусами MiniMELF (SOD80 / DO213AA / LL34) или MELF (DO213AB / LL41). Типоразмеры у них задаются также как у катушек, резисторов, конденсаторов.

Диоды, стабилитроны, конденсаторы, резисторы
Тип корпуса L* (мм) D* (мм) F* (мм) S* (мм) Примечание
DO-213AA (SOD80) 3.5 1.65 048 0.03 JEDEC
DO-213AB (MELF) 5.0 2.52 0.48 0.03 JEDEC
DO-213AC 3.45 1.4 0.42 JEDEC
ERD03LL 1.6 1.0 0.2 0.05 PANASONIC
ER021L 2.0 1.25 0.3 0.07 PANASONIC
ERSM 5.9 2.2 0.6 0.15 PANASONIC, ГОСТ Р1-11
MELF 5.0 2.5 0.5 0.1 CENTS
SOD80 (miniMELF) 3.5 1.6 0.3 0.075 PHILIPS
SOD80C 3.6 1.52 0.3 0.075 PHILIPS
SOD87 3.5 2.05 0.3 0.075 PHILIPS

smd транзисторы

Транзисторы для поверхностного монтажа могут быть также малой, средней и большой мощности. Они также имеют соответствующие корпуса. Корпуса транзисторов можно условно разбить на две группы: SOT, DPAK.

Хочу обратить внимание, что в таких корпусах могут быть также сборки из нескольких компонентов, а не только транзисторы. Например, диодные сборки

Это интересно: Устройство и схема подключения фотореле для уличного освещения: разбираемся со всех сторон

Использует

Стабилитрон показан с типичными корпусами. Показан обратный ток .-яZ{\ displaystyle -i_ {Z}}

Стабилитроны широко используются в качестве опорного напряжения и , как шунтирующие регуляторы для регулирования напряжения на малых контурах. При параллельном подключении к источнику переменного напряжения, так что он имеет обратное смещение, стабилитрон проводит, когда напряжение достигает обратного напряжения пробоя диода. С этого момента низкий импеданс диода поддерживает напряжение на диоде на этом значении.

В этой схеме, типичное опорное напряжения или регуляторе, входное напряжение, U в , регулируются до стабильного выходного напряжения U из . Напряжение пробоя диода D стабильно в широком диапазоне токов и поддерживает приблизительно постоянное значение U , даже если входное напряжение может колебаться в широком диапазоне. Из-за низкого импеданса диода при такой работе резистор R используется для ограничения тока в цепи.

В случае этой простой ссылки ток, протекающий в диоде, определяется с использованием закона Ома и известного падения напряжения на резисторе R ;

ядиодзнак равноUв-Uвнер{\ displaystyle I _ {\ text {diode}} = {\ frac {U _ {\ text {in}} — U _ {\ text {out}}} {R}}}

Значение R должно удовлетворять двум условиям:

  1. R должен быть достаточно малым, чтобы ток через D удерживал D в обратном пробое. Значение этого тока указано в листе данных для D. Например, обычное устройство BZX79C5V6, стабилитрон 5,6 В 0,5 Вт, имеет рекомендованный обратный ток 5 мА. Если через D проходит недостаточный ток, то U out не регулируется и меньше номинального напряжения пробоя (это отличается от ламп регулятора напряжения, где выходное напряжение выше номинального и может возрасти до U in ). При вычислении R необходимо сделать поправку на любой ток через внешнюю нагрузку, не показанную на этой диаграмме, подключенную через U out .
  2. R должно быть достаточно большим, чтобы ток через D не разрушил устройство. Если ток через D является я D , его пробивное напряжение V B , и его максимальная мощность рассеяния Р макс коррелируют как таковую: .яDVB<пМаксимум{\ displaystyle I_ {D} V_ {B} <P _ {\ text {max}}}

Нагрузка может быть помещена через диод в этой цепи опорного сигнала, и до тех пор, как локотники Зенера в обратном пробое, диод обеспечивает стабильный источник напряжения к нагрузке. Стабилитроны в этой конфигурации часто используются в качестве стабильных эталонов для более совершенных схем стабилизатора напряжения.

Шунтирующие регуляторы просты, но требования, чтобы балластный резистор был достаточно малым, чтобы избежать чрезмерного падения напряжения в худшем случае (низкое входное напряжение одновременно с большим током нагрузки), как правило, большую часть времени пропускает большой ток через диод. , что делает его довольно расточительным регулятором с высокой рассеиваемой мощностью в режиме покоя, подходящим только для небольших нагрузок.

Эти устройства также встречаются, обычно последовательно с переходом база-эмиттер, в транзисторных каскадах, где можно использовать выборочный выбор устройства с центром в точке лавины или стабилизации, чтобы ввести компенсацию температурного коэффициента, балансирующую p – n-переход транзистора. . Примером такого использования может быть усилитель ошибки постоянного тока, используемый в системе контура обратной связи регулируемого источника питания .

Стабилитроны также используются в устройствах защиты от перенапряжения для ограничения скачков переходного напряжения.

Еще одно применение стабилитрона — использование вызванного его лавинным пробоем, в генераторе случайных чисел .

Ограничитель формы волны

Примеры ограничителя формы сигнала

Два последовательно установленных стабилитрона ограничивают обе половины входного сигнала. Ограничители формы волны можно использовать не только для изменения формы сигнала, но и для предотвращения скачков напряжения, влияющих на цепи, подключенные к источнику питания.

Сдвигатель напряжения

Примеры переключателя напряжения

Стабилитрон может быть применен к цепи с резистором, который действует как переключатель напряжения. Эта схема снижает выходное напряжение на величину, равную напряжению пробоя стабилитрона.

Регулятор напряжения

Примеры регулятора напряжения

Стабилитрон может применяться в цепи регулятора напряжения для регулирования напряжения, прикладываемого к нагрузке, например, в линейном регуляторе .

Вольт-амперная характеристика полупроводникового диода

Вольт-амперная характеристика полупроводникового диода состоит из прямой и обратной ветви. Расположены они в I и в III квадрантах, так как направление тока и напряжения через диод всегда совпадают. По вольт-амперной характеристике можно определить некоторые параметры, а также наглядно увидеть, на что влияют характеристики прибора.

Напряжение порога проводимости

Если к диоду приложить прямое напряжение и начать его увеличивать, то в первый момент ничего не произойдет – ток расти не будет. Но при определенном значении диод откроется, и ток будет увеличиваться в соответствии с напряжением. Это напряжение называется напряжением порога проводимости и на ВАХ отмечено, как Uпорога. Оно зависит от материала, из которого изготовлен диод. Для самых распространенных полупроводников этот параметр составляет:

  • кремний – 0,6-0,8 В;
  • германий – 0,2-0,3 В;
  • арсенид галлия – 1,5 В.

Свойство германиевых полупроводниковых приборов открываться при малом напряжении используется при работе в низковольтных схемах и в других ситуациях.

Максимальный ток через диод при прямом включении

После того, как диод открылся, его ток растет вместе с увеличением прямого напряжения. Для идеального диода этот график уходит в бесконечность. На практике этот параметр ограничен способностью полупроводникового прибора рассеивать тепло. При достижении определенного предела диод перегреется и выйдет из строя. Чтобы этого избежать, производители указывают наибольший допустимый ток (на ВАХ – Imax). Его можно приблизительно определить по размеру диода и его корпусу. В порядке убывания:

  • наибольший ток держат приборы в металлической оболочке;
  • на среднюю мощность рассчитаны пластиковые корпуса;
  • диоды в стеклянных оболочках используются в слаботочных цепях.

Металлические приборы можно устанавливать на радиаторах – это увеличит мощность рассеяния.

Обратный ток утечки

Если приложить к диоду обратное напряжение, то малочувствительный амперметр ничего не покажет. На самом деле только идеальный диод не пропускает никакого тока. У реального прибора ток будет, но он очень мал, и называется обратным током утечки (на ВАХ – Iобр). Он составляет десятки микроампер или десятые доли миллиампер и намного меньше прямого тока. Определить его можно по справочнику.

Напряжение пробоя

При определенном значении обратного напряжения возникает резкий рост тока, называемый пробоем. Он носит туннельный или лавинный характер и является обратимым. Этот режим используется для стабилизации напряжения (лавинный) или для генерации импульсов (туннельный). При дальнейшем увеличении напряжения пробой становится тепловым. Этот режим необратим и диод выходит из строя.

Паразитическая ёмкость pn-перехода

Уже упоминалось, что p-n переход обладает электрической ёмкостью. И если в варикапах это свойство полезно и используется, то в обычных диодах оно может быть вредным. Хотя ёмкость составляет единицы или десятки пФ и на постоянном токе или низких частотах незаметна, с повышением частоты её влияние возрастает. Несколько пикофарад на ВЧ создадут достаточно низкое сопротивление для паразитных утечек сигнала, сложатся с существующей ёмкостью и изменят параметры цепи, а совместно с индуктивностью вывода или печатного проводника образуют контур с паразитным резонансом. Поэтому при производстве высокочастотных приборов принимают меры для снижения ёмкости перехода.

Прямое включение диода

На p-n-переход диода может оказывать воздействие напряжение, подаваемое с внешних источников. Такие показатели, как величина и полярность, будут сказываться на его поведении и проводимом через него электрическом токе.

Ниже подробно рассмотрен вариант, при котором происходит подключение плюса к области p-типа, а отрицательного полюса к области n-типа. В этом случае произойдет прямое включение:

  1. Под воздействием напряжения от внешнего источника, в p-n-переходе сформируется электрическое поле, при этом его направление будет противоположным относительно внутреннего диффузионного поля.
  2. Напряжение поля значительно снизится, что вызовет резкое сужение запирающего слоя.
  3. Под воздействием этих процессов значительное количество электронов обретет возможность свободно переходить из p-области в n-область, а также в обратном направлении.
  4. Показатели тока дрейфа во время этого процесса остаются прежними, поскольку они напрямую зависят только от числа неосновных заряженных носителей, находящихся в области p-n-перехода.
  5. Электроны обладают повышенным уровнем диффузии, что приводит к инжекции неосновных носителей. Иными словами, в n-области произойдет повышение количества дырок, а в p-области будет зафиксирована повышенная концентрация электронов.
  6. Отсутствие равновесия и повышенное число неосновных носителей заставляет их уходить вглубь полупроводника и смешиваться с его структурой, что в итоге приводит к разрушению его свойств электронейтральности.
  7. Полупроводник при этом способен восстановить свое нейтральное состояние, это происходит благодаря получению зарядов от подключенного внешнего источника, что способствует появлению прямого тока во внешней электрической цепи.

Порядок проверки

Проверку производят обычным тестером, переключив прибор в диапазон для измерений диодов или сопротивления.

Подключение мультиметра для проверки

Поэлементное описание проверки имеет вид:

  • на приборе выбирается режим измерения сопротивления;
  • щупы тестера подключаются к выводам детали;
  • оцениваются показания прибора, высвечиваемые на дисплее.

Когда собственный источник питания мультиметра подключен плюсовым щупом к аноду, то на дисплее можно зафиксировать показания сопротивления от нескольких долей Ома до его единиц. После замены местами измерительных щупов при исправном элементе получают бесконечно большое сопротивление.

Помня о том, что стабилитрон ведёт себя, как простой диод, устанавливают интервал измерений в кОм. В этом случае сопротивление исправной радиодетали доходит до сотен кОм.

Информация. Показания, выданные на дисплей тестером, часто вводят в заблуждение проводящего измерения. Одинаково высокое сопротивление при различных подключениях щупов не всегда означает пробой элемента. Поданное для измерений напряжение внутреннего источника может превысить номинальное напряжения пробоя, тогда полученные результаты будут ложными.

Подробно о цветовой маркировке стабилизирующего диода

Маркировка стабилитрона

Любой диод (стабилитрон и т.д.) на своем корпусе содержит специальную маркировку, которая отражает то, какой материал использовался для изготовления каждого конкретного полупроводника. Такая маркировка может иметь следующий вид:

  • буква или цифра;
  • буква.

Кроме этого маркировка отражает электрические свойства и назначение прибора. Обычно за это отвечает цифра. Буква, в свою очередь, отражает соответствующую разновидность устройства. Кроме этого маркировка содержит дату изготовления и условное обозначение изделия.
Смд интегрального типа часто содержат полную маркировку. В такой ситуации на корпусе изделия имеется условный код, который обозначает тип микросхемы. Пример расшифровки нанесенной на корпус кодовой маркировки для микросхем приведен на рисунке:

Пример маркировки микросхем

Кроме этого имеется еще и цветовая маркировка. Она существует в нескольких вариантах, но наиболее часто используется японская маркировка (JIS-C-7012). Обозначения цветовой маркировки приведены в следующей таблице.

Эксперимент

Оборудование

Оборудование, используемое в лабораторной работе:
вритуальный лабораторный стенд,
блок No 1 (схемы А1–А4); комбинированный прибор
«Сура», мультиметры; соединительные провода.

Порядок выполнения
работы

Изучить схемы включения полупроводниковых приборов
А1–А4 (рис. 1.3–1.6) для
снятия вольт-амперных характеристик ВАХ диода и
стабилитрона.

Ознакомиться с устройством лабораторного стенда,
найти на стенде блок №1 и
схемы А1–А4.

Порядок выполнения задания №1
«Исследование полупроводникового диода»

Экспериментальное получение прямой ветви ВАХ диода
\(I_{пр} = f(U_{пр})\)
с использованием схемы A1, представленной на рис.
1.3.
Экспериментальное получение обратной ветви ВАХ
диода \(I_{обр} = f(U_{обр})\)
с использованием схемы А2, представленной на рис.
1.4.
  1. Установить напряжение блока питания 30 В.
  2. Выставить значение потенциометра \(R2\) на
    максимум
  3. Внимательно изучить схему установки

    Рис. 1.4

  4. Включить установку
  5. Уменьшая значение потенциометра \(R2\), изменять
    обратное напряжение
    на диоде в пределах, указанных в табл. 1.2. Значения
    тока фиксировать через каждые 5 В.
    Результаты измерений занести в табл. 1.2.
    Таблица 1.2
    \(U_{обр}\), В 5 10 15 20 25 30
    \(I_{обр}\), A
  6. Выключить установку.

По данным табл. 1.1 и 1.2 построить ВАХ диода.

По ВАХ или таблицам определить:
  1. Статическое сопротивление диода в прямом
    включении \(R_{ст.пр}=\frac{I_{пр}}{U_{пр}}\) при
    U пр = 0,4 В
    и U пр = 0,1 В.
  2. Динамическое сопротивление диода в прямом
    включении \(R_{дин.пр}=\frac{\Delta I_{пр}}{\Delta
    U_{пр}}\) на
    начальном участке ВАХ ( U пр =0 В
    и U пр = 0,1 В ) и на участке насыщения ВАХ
    ( U пр = 0,4 В
    и U пр = 0,45 В ).
  3. Статическое сопротивление диода в обратном
    включении \(R_{ст.обр}=\frac{I_{обр}}{U_{обр}}\) при
    U обр = 5 В
    и U обр = 25 В.
  4. Динамическое сопротивление диода в обратном
    включении
    \(R_{дин.обр}=\frac{\Delta I_{обр}}{\Delta
    U_{обр}}\) на
    начальном участке ВАХ ( U пр =0 В
    и U пр = 5 В ) и на участке насыщения ВАХ
    ( U пр = 20 В
    и U пр = 25 В ).

Порядок выполнения задания No2
«Исследование полупроводникового стабилитрона»

Экспериментальное получение прямой ветви ВАХ
стабилитрона \(I_{пр} = f(U_{пр})\)
с использованием схемы A3, представленной на рис.
1.5.
Экспериментальное получение обратной ветви ВАХ
стабилитрона \(I_{обр} = f(U_{обр})\)
с использованием схемы А4, представленной на рис.
1.6.

Маркировка диодов

Маркировка полупроводниковых диодов, рассчитанных на сравнительно небольшие токи (до 10 А) состоит из шести буквенных и цифровых элементов:

  • первый элемент обозначает исходный материал: К или 2 – кремний; Г или 1 – германий; А или 3 – арсенид галлия.
  • второй буквенный элемент обозначает тип прибора: Д – диоды выпрямительные; А – сверхвысокочастотные диоды; В – варикапы; И – туннельные диоды; С – стабилитроны; Л – светодиоды.
  • третий, четвертый, пятый элементы – цифры, характеризующие некоторые электрические параметры прибора, в частности мощность рассеяния.
  • шестой элемент – буква (от А до Я), обозначающая последовательность разработки.

Полупроводниковые диоды, рассчитанные на токи от 10 А до 2000 А и более часто называют силовыми неуправляемыми вентилями и маркируют буквой В (вентиль), после которой проставляется число, указывающее значение прямого номинального тока. В качестве силовых, в основном используют кремниевые диоды, которые делятся на группы, классы и подклассы.

Таблица маркировки диодов.

Вместо понятия напряжения пробоя Uпр. обычно используют понятие Uзаг.( напряжение загиба ВАХ), так как напряжение пробоя всегда чуть больше напряжения загиба. Напряжение загиба – это максимальное напряжение цепи, которое выдерживает вентиль не пробиваясь. Класс диода (вентиля) определяют по значению допустимого напряжения отношением. Допустимое напряжение – это максимальное напряжение цепи, в которую может быть поставлен данный вентиль. Т.е. для определения класса вентиля в значении допустимого напряжения мысленно убирают две последние цифры, тогда оставшееся число показывает класс вентиля. Класс вентиля показывает количество сотен Вольт допустимого напряжения.

Допустимое напряжение принимается для обычных диодов равным половине напряжения загиба, а для лавинных диодов 0.7 Uзаг. Пример. Если напряжение загиба обычного вентиля составляет 850 В, то допустимое напряжение – 425В, т.е. класс вентиля – 4. По назначению диоды разделяются на следующие:

  • выпрямительные диоды (как разновидность выпрямительных – силовые), которые предназначены для выпрямления переменного тока низкой частоты (рис. 8.3, а). В качестве выпрямительных диодов используют плоскостные диоды, допускающие большие выпрямительные токи;
  • высокочастотные диоды, предназначенные для выпрямления переменного тока в широком диапазоне частот, а также для детектирования. В качестве высокочастотных диодов применяют диоды точечной конструкции;
  • импульсные диоды, которые применяют в схемах генерирования и усиления импульсов микросекундного и наносекундного диапазонов;
  • туннельные диоды (рис. 8.3, в), применяемые в качестве усилителей и генераторов высокочастотных колебаний;
  • светодиоды (рис. 8.3, е), которые используют в качестве световой индикации наличия тока и которые имеют разные цвета свечения;
  • стабилитроны (рис. 8.3, б), предназначенные для стабилизации уровня напряжения при изменениях значения протекающего через них тока;
  • варикапы (рис. 8.3, г) – полупроводниковые диоды, емкость которых можно изменять в широких пределах;
  • фотодиоды (рис. 8.3, д), которые являются источниками тока, преобразующими световую энергию в электрическую, причем сила тока пропорциональна освещенности фотодиода.

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.

Мощность рассеивания стабилитрона

Мощность рассеивания стабилитрона Pст характеризует его способность не перегреваться выше определенной температуры на протяжении длительного времени. Чем выше значение Pст, тем больше тепла способен рассеять полупроводниковый прибор. Мощность рассеивания рассчитывается для самых неблагоприятных условий работы прибора, поэтому в ниже приведенную формулу подставляют максимально возможное в работе Uвх и наименьшие значения Rб и Iн:

Существует ряд стандартных номиналом по данному параметру: 0,3 Вт, 0,5 Вт, 1,3 Вт, 5 Вт и т.п. Чем больше Pст, тем больше габариты полупроводникового прибора.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Андрей Измаилов
Наш эксперт
Написано статей
116
Добавить комментарий