Что такое диод, его основные разновидности, как проверить диод

Диод – простейший полупроводниковый или вакуумный прибор, имеющий два контакта. Главное свойство этого элемента – так называемая односторонняя проводимость.

Это означает, что в зависимости от полярности, полупроводник имеет кардинально разную проводимость. Меняя направление тока, можно открывать или закрывать диод. Свойство широко применяется в самых разных областях схемопостроения.

Принцип действия следующий:
Радиоэлемент состоит из токового перехода с интегрированными рабочими контактами – анодом и катодом.
Прикладывая к электродам прямое напряжение (анод – положительный, катод – отрицательный), мы открываем переход, сопротивление диода становится ничтожно малым, и через него протекает электрический ток, именуемый прямым.

Если поменять местами полярность: то есть на анод подать отрицательный потенциал, а на катод – положительный, сопротивление перехода возрастает настолько, что принято считать его стремящимся к бесконечности. Электрический ток (обратный) фактически равен нулю.

Основные разновидности диодов – не полупроводниковые и полупроводниковые

Первый вид широко использовался в эпоху радиоламп, до начала масштабного применения полупроводников. В колбе, являющейся корпусом радиодетали, мог быть специальный газ или вакуум. Надежность и мощность газонаполненных (вакуумных) диодов не вызывает нареканий, однако крупные габариты и необходимость прогрева для выхода на рабочие характеристики, ограничивает применение.

Для работы требовалось предварительно разогреть один из электродов – катод. После чего внутри лампы возникала электронная эмиссия, и между рабочими электродами протекал ток (в одном направлении).

Это интересно! Несмотря на архаичность вакуумных ламп, ценители хорошей музыки предпочитают усилители, собранные на этих элементах. Считается, что звук будет естественнее и чище, чем в полупроводниковых системах.

Усилитель собран из вакуумных диодов

Полупроводниковые диоды. Рабочим элементом является полупроводниковый материал с интегрированными контактами-электродами.

Поскольку кристалл может работать в любых условиях (ток протекает непосредственно в его теле), необходимости помещения в вакуум или особую газовую среду нет. Требуется лишь механическая защита, ибо все полупроводниковые материалы хрупкие.

Такие детали компактны, для их изготовления требуется меньше материала, да и себестоимость ниже. Поэтому до 95% современной элементной базы – это именно полупроводниковые диоды.

Что такое диод, и для чего он нужен?

Прежде всего, рассмотрим классификацию радиоэлементов. Поскольку вакуумные и газонаполненные диоды являются скорее экзотикой, рассматривать будем лишь полупроводниковые приборы.

Классификация по назначению:

Выпрямительные.
Самый распространенный тип элемента. Применяется для получения постоянного тока из переменного. Для этого применяются специальные выпрямительные схемы – мосты.

Выпрямительные сборки настолько популярны, что они выпускаются сразу в готовом виде, диоды имеют общий корпус и четыре контакта с маркировкой.

Детекторные.
Используется способность детали детектировать сигнал. Применяется в основном в радиоприемниках. Многие радиолюбители знакомы с термином «детекторный приемник». Его работа построена на детекторном диоде.

Импульсные.
Исходя из названия, применяются в импульсных схемах.

Смесительные.
Используются в системах преобразования высокочастотных токов в сигналы промежуточной частоты.

Ограничительные.
На них строятся схемы защиты аппаратуры от скачков напряжения.

Умножительные. Их сфера применения – умножители напряжения.

Генераторные. Используются в генераторах частоты.

Настроечные и параметрические.
Используются в схемах с управляемыми характеристиками, для настройки и поддержания параметров.

В зависимости от назначения, диоды бывают:

• Низкочастотными;
• Высокочастотными;
• Для работы со сверхвысокими частотами (СВЧ).

Классификация конструктивного исполнения:

Диод Шоттки.

В качестве полупроводника используется металл, вместо классического p-n перехода. За счет этого, диод имеет мизерное падение напряжения при прямом токе. Широкое применение такой конструкции ограничено существенным недостатком – при значительном обратном токе диод быстро выходит из строя. Эта особенности учитывается при его проверке.

Как проверить диод Шоттки? Контроль мультиметром в режиме «проверка диода» может показать положительный результат, даже при пробитом полупроводнике. Необходимо замерять сопротивление между рабочими электродами в прямом и обратном подключении в режиме «прозвонка».

Тестер в одном случае показывает низкое сопротивление, а в другом – бесконечно большое. Такой диод исправен.

При подозрении на «пробой» проведите измерение в диапазоне «20 кОм». Сопротивление обратному току должно быть бесконечно большим. При значении 1-2 кОм – диод неисправен.

Посмотрите видео на тему: «Как проверить диод Шоттки мультиметром».

Стабилитрон.

Способность давать стабильные токи в режиме пробоя – особенность диода, которая применяется в стабилизаторах напряжения. В данном случае конструктивный недостаток применяется как основная характеристика. Как проверить диод-стабилитрон мультиметром? Также, как обычный диод. Напряжение тестера не способно организовать пробой с обратным током.

Стабистор.
Назначение такое же, как у стабилитрона, но зависимость напряжения от силы тока тут меньше. Поэтому стабисторы применяются для меньших напряжений.

Диод Ганна.
Эти детали вообще не имеют p-n перехода в полупроводниковом кристалле. Его работа основана на собственных эффектах монокристалла, в отличие от перехода в классическом диоде. Применяется в диапазонах СВЧ. Внимание! Проверка диода мультиметром невозможна. Для этого применяются стенды СВЧ.

Варикап.
Некая смесь диода с конденсатором. Емкость зависит от обратного напряжения p-n перехода. Применяются в радиосвязи, на них строятся колебательные контуры.

Фотодиод.

При попадании световой энергии на чувствительный элемент – в p-n переходе возникает разность потенциалов. Замкнув цепь, мы получаем электрический ток. Принцип фотодиодов применен в солнечных элементах электростанций. Широкое распространение эти элементы получили в датчиках освещенности и движения.

Как проверить фото-диод тестером? Подключиться к электродам в режиме измерения постоянного напряжения и направить не кристалл мощный свет. На шкале появится значение напряжения.

Светодиод.

На этом элементе остановимся подробнее. Элемент работает так же, как обычный полупроводниковый диод. Пропускает ток лишь в одном направлении. Однако его кристалл начинает излучать свет при определенной силе тока. Для усиления яркости, место p-n перехода покрывают люминофором. В результате сила света может достигать десятков люменов на одном кристалле.

Подбирая различные материалы, можно получить любой спектр – от инфракрасного до видимого (разных цветов), и ультрафиолетового.

Как проверить светодиод мультиметром?

Проверка проводимости не отличается от обычного диода. Ток протекает только в одном направлении. А вот светиться диод начинает лишь при превышении напряжения падения. Для однокристальных деталей это диапазон 2,5-3,6 вольта. Убедитесь в том, что ваш тестер имеет питание от 3 вольт и выше.

Подробно о проверке диода и светодиода мультиметром рассказано в этом видео.

Применение диодов в авто электрике. Примеры схем.

Если рассказать о диоде простыми словами, то это клапан, который пропускает ток в одном направлении. Тестером «прозванивается» в одном направлении и при этом показания прибора показывают сопротивление примерно 100-700 Ом, сопротивление может быть и больше, в зависимости от марки диода. Так же можно проверить и лампочкой. В автоэлектрике можно применять разные диоды, главное знать на какой ток он нужен и посмотреть его характеристики (ток, напряжение, падение напряжения), набрав запрос в поиске. В своих схемах я обычно применяю диод 1N4007, он рассчитан на ток в 1 А, напряжение обратное 1000 вольт, падение напряжения на диоде 1 вольт, годится для схем с релюхами, но не для питания нагруженных цепей. Для силовых цепей можно взять например диод FR 604, он рассчитан на ток уже в 6 ампер, напряжение обратное 400 вольт, падение напряжения на диоде 1,3 вольта, такой можно уже использовать например в автомобильной сигнализации, для развязки правых и левых указателей поворотов, при необходимости увеличить проходящий ток, диоды можно соединить параллельно, так делают производители сварочных аппаратов.

На схемах диод обозначается следующим образом:

1) Первое где его можно применить, это в реле, для защиты электронных схем управления им от обратного тока другой полярности, так как при отключении реле возникает напряжение самоиндукции. Диод ставят параллельно катушке реле так, чтобы катод был на плюсовом контакте (см. схему ниже). Например в реле 75.3777 уже предусмотрено место для диода внутри корпуса. С диодом нужно не забывать, что теперь важна полярность подключения.

2) Второе применение. При подключении сигнализации и различных дополнительных блоков. Например в сигнализации есть три выхода: двери, багажник и капот, а в автомобиле сигнал открытия водительской двери идёт отдельно на блок штатной противоугонной системы. Чтобы подключить сигнализацию без лишних глюков штатного оборудования предлагаю следующую схемку:

3) Для «Джиперов». Иногда на внедорожнике нужно принудительно включить вентилятор охлаждения, чтобы это реализовать смотрим следующую схему ниже. Для примера взял штатную схему управления вентиляторами на автомобиле Нива Шевроле с контроллером Бош 7.9.7. Реле управляются минусами. Чтобы контроллер не принял диод Д1 за обрыв, нужно подобрать его с наименьшими сопротивлением или использовать их несколько в параллель.  

4) Защита от «переполюсовки». Если хотите защитить какой нибудь прибор от ошибочного подключения наоборот вместо «+» на «—«, тогда тоже можно применить диоды.

Для более мощной нагрузки можно использовать более крупный диод, но есть и вариант с реле (см. схему ниже).

5) Схема подключения дневных ходовых огней. Здесь диоды Д1 и Д2 нужны чтобы ДХО не включались при поднятом «ручнике» и на не заведённом двигателе.

Что такое диод? — Основы электроники

В этом уроке мы собираемся ответить на фундаментальный вопрос, который вы все задавали в последнее время: «Что такое диод?» Диод является фундаментальным компонентом, лежащим в основе многих электронных проектов. В отличие от некоторых пассивных компонентов, о которых мы недавно говорили (например, резисторов), диод — это полупроводник. А что касается полупроводников, то они одни из самых широко используемых на планете!

Описание диодов

Основной функцией диода является управление направление что ток может течь в цепи. Это что-то вроде предохранителя обратного потока (или одностороннего клапана), используемого в сантехнике, который пропускает воду только в одном направлении. В электронике мы называем это направление прямым направлением . Ток, который пытается течь в обратном направлении, блокируется.

Важно понимать, что идеального диода не существует (по крайней мере пока). Теоретически идеальный диод называется идеальным диод. В идеальном диоде ток, протекающий в обратном направлении, будет реагировать так же, как разомкнутая цепь (разомкнутый переключатель), и ток не будет проходить. Мультиметр покажет напряжение как ноль вольт. В этом сценарии мы обозначаем состояние диода как с обратным смещением .

В реальном мире существует некоторая утечка тока в обратном направлении, и разные типы диодов будут иметь разные характеристики. Мы вернемся к этому чуть позже.

СВЯЗАННЫЕ : Знакомство с током и напряжением

Символ диодной цепи

Диод — это полупроводник, который имеет только два вывода. Клеммы — это выводы на каждом конце диода, которые припаиваются к вашей печатной плате (или вставляются в макетную плату при прототипировании). В отличие от резисторов, диоды поляризованы. Имеет значение, в каком направлении они расположены в цепи. Положительный вывод диода называется анодом, а отрицательный — катодом.

Как мы упоминали во введении, ток внутри диода может течь только в одном направлении. Ток может только от анода к катоду, но не в другом направлении.

Как и все другие электронные компоненты, диоды имеют символ, обозначающий их на схемах. Он выглядит как треугольник, указывающий на сплошную линию. Некоторые специальные типы диодов дополняют этот символ, чтобы выделить их, и мы покажем их позже в этом руководстве.

Вот стандартный символ диода:

При чтении схемы ток течет в направлении, указанном треугольником, но блокируется в противоположном направлении.

Диоды из реального мира

Давайте продолжим веселиться, отвечая на вопрос «Что такое диод?» изучив некоторые основные характеристики реальных диодов. Это то, что отличает их от наших теоретических идеальных диодов.

Есть две вещи, которые отличают реальные диоды от наших теоретических идеальных диодов, которые очень важно понять.

1. В реальных условиях диоды не обладают КПД на 100% и будут потреблять некоторую энергию при пропускании тока в прямом направлении.
2. При обратном смещении реальные диоды не блокируют весь ток . Некоторое небольшое количество тока будет течь в обратном направлении.

Существует много типов диодов с разными характеристиками. Некоторыми примерами являются диоды Шоттки, Зенера, туннельные и варакторные диоды. Мы рассмотрим некоторые из них, чтобы помочь вам понять.

Зависимость ток-напряжение в диодах

Вероятно, наиболее важной характеристикой реальных диодов, которую необходимо понимать, является зависимость ток-напряжение. С таким компонентом, как резистор, отношение тока к напряжению является линейным, что легко понять.

Однако в диоде эта зависимость нелинейна!

Это очень важно при проектировании схемы, так как диод может вести себя не так, как вы ожидаете. В реальном мире диоды работают в трех отдельных регионах:

• Прямое смещение – как указано выше, в области диод пропускает ток до тех пор, пока входное напряжение выше, чем спецификация прямого напряжения диода.
• Обратное смещение — в этой области диод блокирует движение большей части тока в обратном направлении.
• Пробой – происходит, когда напряжение превышает спецификацию напряжения пробоя диода. В этом состоянии большое количество тока будет проходить в обратном направлении смещения.

Вот удобный график, который поможет вам понять эту взаимосвязь:

Прямое напряжение

Помните ранее, когда мы говорили, что диоды не на 100% эффективны и потребляют некоторую энергию в процессе выполнения своей работы? Диоду требуется некоторое количество прямого напряжения, чтобы «включиться». Напряжение, необходимое для включения диода, называется прямым напряжением (Vf). Некоторые люди называют это напряжением или напряжением включения .

Когда напряжение увеличивается и достигает спецификации Vf, через диод начинает протекать ток. В зависимости от материала, из которого изготовлен диод, он может иметь меньшее или большее прямое напряжение (а также другие характеристики). Эти характеристики следует учитывать при проектировании цепей.

Напряжение пробоя

Диоды не идеальны, как мы упоминали ранее, и если подать на диод достаточно большое отрицательное напряжение, это в конечном итоге позволит току течь в обратном направлении. Что-то, что вы, вероятно, не хотите, чтобы произошло! Это большое отрицательное напряжение называется напряжением пробоя. В зависимости от характеристик вашего диода, работа в области пробоя в течение любого промежутка времени, вероятно, приведет к выходу из строя вашего диода.

Следует отметить, что некоторые диоды специально разработаны для работы в области пробоя без вреда для них, хотя они специально созданы для специализированных приложений.

Большинство стандартных диодов имеют напряжение пробоя в диапазоне от -50 до -100 вольт. Некоторые, конечно, оцениваются выше или ниже для определенных приложений.

Изучение типа диодов

ОК! Давайте закончим ответом на наш главный вопрос: «Что такое диод?» охватив лишь некоторые из самых популярных и распространенных диодов, которые вы найдете и будете использовать в своих электронных проектах!

Сигнальные диоды

Начнем с сигнальных диодов, стандартных или обычных, если хотите. Это, безусловно, самые распространенные диоды, которые вы найдете в проекте, который вы строите, или в устройствах, которые вы ремонтируете. Стандартные сигнальные диоды, как правило, имеют прямое напряжение от среднего до высокого и имеют довольно низкую допустимую нагрузку по току.

Сигнальные диоды имеют типичное прямое напряжение около ~0,72 В и максимальный номинальный ток около ~300 мА. Сигнальные диоды обычно считаются наиболее часто используемыми диодами.

Силовые диоды

Далее идет силовой диод. Они очень похожи на сигнальные диоды, за исключением того, что они имеют большую пропускную способность по току. Они часто используются в схеме выпрямителя и поэтому иногда называются выпрямительными диодами.

Как правило, для них требуется более высокое прямое напряжение, но в качестве компромисса они могут выдерживать более высокие токовые нагрузки.

1N4002 является отличным примером силового диода и имеет номинальный ток ~1 А и прямое напряжение ~1,1 В.

Диоды Шоттки

Давайте посмотрим на диод Шоттки. Эти ребята очень распространены и похожи на силовые диоды. Тем не менее, они имеют некоторые небольшие отличия, которые делают их очень полезными. Они обеспечивают гораздо меньшее прямое падение напряжения в диапазоне 0,15 В и 0,45 В. Это связано с тем, что они изготовлены из разного материала. Они предложат аналогичные спецификации разбивки.

Несмотря на то, что они немного дороже, диод Шоттки является идеальным диодом, когда вам нужно создать очень эффективную схему с низким энергопотреблением, например, устройство, работающее от батареи.

Стабилитроны

Стабилитроны рассчитаны на высокое напряжение пробоя. Люди часто называют это напряжением стабилитрона . Это работает так: когда ток достаточно высок в обратном направлении, падение напряжения на диоде будет очень равномерно удерживаться при напряжении пробоя.

Ограничивая ток резистором, он активирует стабильное напряжение. Этот тип диода часто используется для создания опорного напряжения в регулируемых источниках питания.

Подведение итогов

Мы надеемся, что это руководство помогло вам немного лучше понять диоды и создать несколько замечательных проектов! Вас также могут заинтересовать наши учебные пособия по использованию мультиметра и наше учебное пособие по осциллографу 101.

Мы также рекомендуем добавить в свой арсенал электроники набор диодов. Мы купили этот недорогой комплект диодов от Amazon.

3. Каково назначение диодов в цепи клавиатуры?

Руководство по схемам серии

Диод представляет собой полупроводниковое устройство, которое пропускает электрический ток только в одном направлении. Диоды обычно используются в приложениях, где мы хотим предотвратить обратные токи. Одним из таких приложений является клавиатура или схема клавиатуры.

Мембранная клавиатура 4×4

Когда вы подключаете мембранную клавиатуру 4×4 (или аналогичную) к Arduino с помощью одного провода аналоговых данных, как показано на схеме ниже, большинство людей сразу понимают назначение резисторов.

Резисторы используются для создания лестницы напряжения, схемы, которая создает несколько эталонных точек напряжения, которые могут быть измерены Arduino. Скетч, запущенный в Arduino, может определить, какая клавиша была нажата, путем измерения напряжения на выводе выборки.

А как же диоды? Какова их цель?

Диоды в схеме клавиатуры 4×4

Если можно каким-то образом обеспечить возможность нажатия только одной клавиши в любой момент времени (возможно, механическими средствами), то диоды не нужны. Попробуйте, и вы увидите, что клавиатура работает нормально.

Но если вы случайно нажмете несколько клавиш на матричной клавиатуре (например, когда вы удерживаете Shift-Cmd-S на клавиатуре компьютера), в игру вступает эффект, называемый «двоением».

При появлении ореолов обычно ненажатая клавиша считывается хостом (в нашем случае Arduino).

Во многих конструкциях клавиатур для борьбы с двоением изображения добавляются диоды.

Если вам интересно узнать об этом побольше, я нашел два полезных ресурса:

• Первая запись в Википедии о клавише Rollover, описывающая, как клавиатура может работать с несколькими нажатыми клавишами.
• Во-вторых, запись в блоге о клавиатуре конфигурации матрицы. Вы можете прокрутить вниз до раздела о призраках.
  

Программа подписки Tech Explorations

Подпишитесь и сразу получите доступ ко всем нашим видеокурсам.

С каталогом из более чем 25 видеокурсов премиум-класса (и их число постоянно растет), эта подписка дает вам удивительный ресурс для повышения вашего обучения.