Site Loader

Содержание

ЗАЧЕМ ОБРАТНЫЙ ДИОД В СХЕМАХ | Дмитрий Компанец

Зачем ОБРАТНЫЙ ДИОД применяют в схемах

Зачем ОБРАТНЫЙ ДИОД применяют в схемах

Как считают многие «Обратный диод в электрических схемах с индуктивными элементами служит для защиты полупроводниковых ключей, транзисторов, а мощных силовых цепях – контакторов, от перенапряжений, возникающих при размыкании цепи содержащей катушки индуктивности.»

Вот что рекомендуют знатоки электроники: «Если цепь разрывает транзистор, то на его выводах образуется скачок напряжения – перенапряжение, которое по величине значительно превышает напряжение источника питания и может вызвать пробой транзистора или другого полупроводникового ключа. Для защиты транзистора обмотку реле или просто катушку индуктивности нужно шунтировать обратным диодом.»

Шунтирование обратным диодом

Шунтирование обратным диодом

В своих схема они ставят Диоды Защиты паралельно катушке реле, замечая следующее: «Диод подключают в обратном направлении к полюсам источника питания, поэтому в нормальном режиме он не влияет на параметры и работу электрической схемы, а создает путь протеканию тока только в момент отключение цепи. В результате накопленная энергия магнитного поля катушки рассеивается в виде тепла на активном сопротивлении катушки и диоде. Таким образом обратный диод защищает транзистор от пробоя, вызванного перенапряжение, образующемся при отключении электрический цепи.»

Всплеск напряжения на катушке реле

Всплеск напряжения на катушке реле

Увы ни в одном описании вы не встретите рекомендаций о том Какие диоды и с какими параметрами нужно устанавливать в схему. Кроме того большинство схем современной электроники так и не содержат этого чудесного элемента для защиты цепей управления реле.

Никто не будет спорить, что «при размыкании контактов накопленная энергия магнитного поля, запасенная на индуктивности, не может дальше хранится, как энергия электрического поля конденсатора, а преобразуется в искру или электрическую дугу, которая, в случае применения контакторов, может примести к их оплавлению.»

Но теория и практика говорят совсем о другом способе гашения дуги в ключах и защиты схем управления от индукционных токов.

Шунтирование обмоток резистором и конденсатором

Шунтирование обмоток резистором и конденсатором

Нам достаточно взглянуть на электромоторы радио-управляемых моделей, в них большие токи и резкие переключения на коллекторе вполне могли бы убить всю электронику в радиоприемнике схемы управления, но этого не происходит благодаря вовсе не диоду (вы видели диоды на моторчиках?), а меленькому конденсатору включенному паралельно контактам электродвигателя.

Разумеется не для всех схем подходит емкостное шунтирование, применялись для этого и резисторы и Диоды! но не в том варианте как предлагают многие авторы схем, а поставленные последовательно или паралельно к транзистору или ключу управления.

Вот, как то так ребята!

Уменьшение погрешности измерения времени обратного восстановления быстровосстанавливающихся диодов при использовании осциллографов с узкой полосой пропускания

Скачать текст статьи в формате PDF

Авторы: Шевченко Г. М., Семенов Э. В.

Аннотация: Рассмотрено воздействие осциллографа на фронты импульса тока обратного восстановления быстровосстанавливающегося диода. Установлено, что при разных длительностях фронта обратного напряжения и полосы пропускания осциллографа на переднем фронте семейства кривых тока обратного восстановления диода имеется точка пересечения, численно равная полусумме прямого тока и максимального тока восстановления (ток короткого замыкания). С помощью модели осциллографа оценено его влияние на вторую отсчетную точку времени обратного восстановления, расположенную на экспоненциальной части импульса тока. Предложенный способ коррекции экспоненциальной части импульса тока обратного восстановления быстровосстанавливающего диода совместно с выбором первой отсчетной точки позволяет уменьшить погрешность измерения времени обратного восстановления при использовании осциллографов с узкой полосой пропускания. Время обратного восстановления диода, полученное на осциллографах Rigol DS6064 и Agilent DSO9254A, расходится на 1,7%, что в 4 раза меньше по сравнению со стандартным методом.

Ключевые слова: измерительный тракт, переходная характеристика осциллографа, измерение времени обратного восстановления, обратный ток диода, полупроводниковый диод

Библиография статьи: Шевченко Г. М. Уменьшение погрешности измерения времени обратного восстановления быстровосстанавливающихся диодов при использовании осциллографов с узкой полосой пропускания / Г. М. Шевченко, Э. В. Семенов // Доклады ТУСУР. – 2019. – Т. 22, № 2. – С. 37–41. DOI: 10.21293/1818-0442-2019-22-2-37-41

Работа диодов с обратным ходом или обратным ходом и их функции

Обратный диод также называют диодом свободного хода. Его также называют многими другими названиями, такими как демпфирующий диод, подавляющий диод, задерживающий диод или фиксирующий диод, коммутирующий диод. Здесь улавливающий диод используется для устранения обратного хода, когда наблюдается резкий скачок напряжения на индуктивной нагрузке при резком снижении тока питания. Это помогает цепи от повреждения. Будет запрещено покупать новую схему. Диод свободного хода — это упрощенная форма, где источник напряжения подключен к индуктору с переключателем.



Конструкция свободно вращающегося диода

На приведенной ниже диаграмме поперек катушки индуктивности установлен диод свободного хода. Идеальный обратный диод будет иметь очень большую пиковую емкость прямого тока, которая помогает справляться с переходными процессами напряжения из-за перегорания диода, источник питания индуктора подходит для обратного напряжения пробоя и низкого прямого падения напряжения. Скачки напряжения могут в 10 раз превышать напряжение источника питания, что зависит от задействованного оборудования и области применения. Понятно, что нельзя недооценивать энергию, которая содержится в индукторе под напряжением.


Свободно вращающийся диод


Диод маховика может вызвать задержку сброса контактов при отключении питания и использовании реле постоянного тока. Это связано с непрерывной циркуляцией тока в диоде и катушке реле. Размыкание контактов очень важно, потому что резистор небольшого номинала включен последовательно с диодом, что помогает быстрее рассеивать энергию катушки.

В маховике применение диодов Шоттки используются для импульсные преобразователи мощности , потому что у них будет наименьшее прямое падение, т.е. 0,2 В. Они также быстро реагируют на обратное смещение в случае повторного включения индуктора. При передаче энергии от индуктора к конденсатору он рассеивает меньше энергии



Свободный диод работает

Принцип работы свободно вращающегося диода будет прост и объяснен с помощью трех схем. Это даст четкое представление о том, как это работает. В установившемся режиме переключатель будет замкнут на долгое время, так что катушка индуктивности будет полностью запитана и будет вести себя так, как будто это короткое замыкание.

Замкнутый переключатель, без обратного диода

Теперь ток будет течь от положительной клеммы к отрицательной клемме источник напряжения , через индуктор. Если переключатель разомкнут, индуктор будет сопротивляться внезапному падению тока. Если dI / dt велико, тогда напряжение велико за счет использования накопленной энергии магнитного поля и создаст собственное напряжение.


Открытый переключатель, индуктор под напряжением, без обратного диода

Чрезвычайно большой положительный потенциал создается там, где когда-то был отрицательный потенциал, и отрицательный потенциал создается там, где когда-то был положительный потенциал. Переключатель останется под напряжением источника питания, но он останется в контакте с индуктором и снизит отрицательное напряжение. Поскольку переключатель находится в разомкнутом состоянии, физически не выполняется никакого соединения, позволяющего току продолжать течь, дуга в воздушном зазоре возникает из-за большой разности потенциалов разомкнутого переключателя.

Теперь это решается с помощью Flyback-диода. Проблема истощения дуги заключается в том, что до тех пор, пока энергия не будет рассеяна из-за потерь в проводе в катушке индуктивности, отводить ток от нее в непрерывном контуре, диоде и резисторе.

Открытый переключатель, индуктор под напряжением, обратная диодная защита

Диод будет смещен в обратном направлении, когда переключатель замкнут против источника питания, которого нет в цепи для практических целей. Однако диод становится смещенным в прямом направлении, когда переключатель разомкнут относительно катушки индуктивности, и позволяет проводить ток по круговой петле от положительного потенциала внизу индуктора к отрицательному потенциалу вверху. Напряжение на катушке индуктивности будет функцией прямого падения напряжения на обратном диоде. Общее время рассеивания может быть разным, но его хватит на несколько миллисекунд.

Диоды свободного хода или обратные диоды в основном подключаются к индуктивным катушкам для предотвращения скачков напряжения в случае отключения питания устройств. При подаче питания на индуктивную нагрузку, т.е. катушки и другие индукторы выключены. Тогда по закону Ленца направление этого напряжения будет противоположно приложенному напряжению. Катушка реле становится магнитно заряженной, когда начинает течь ток, и накапливает энергию в магнитном поле вокруг катушки.

Ток в катушке имеет тенденцию уменьшаться, если происходит перерыв в подаче электроэнергии, этот эффект приведет к скачку напряжения. Индуцированное напряжение будет перескакивать через контакты реле, подключенных к катушкам. На срок службы контактов влияет искрение и искрение.

Транзисторы, которые могут управлять катушки реле будет поврежден электронные компоненты при скачке напряжения. Скачок напряжения будет в обратном направлении, когда диоды обратного хода подключены с обратным смещением к напряжению питания. Когда это произойдет тогда короткое замыкание происходит через диод . Таким образом, скачок напряжения закорачивается на катушке. Это защитит подключенные цепи.

Из уравнения V = Ldi / dt индуктивное устройство генерирует напряжение. Значение di / dt будет большим, когда ток внезапно упадет до нуля, что приведет к появлению напряжения «индуктивного выброса». Это приводит к повреждению других компонентов. Обратный диод обеспечит путь для прохождения индуктивного тока. Теперь можно сказать, что ток, протекающий через комбинацию диод / индуктор во время выключения, будет равен току, протекающему непосредственно перед выключением.

Экспонента затухания I = imax (1-ехр (-Lt / R)

  • Imax = начальный ток
  • t = выключить
  • L = индуктивность
  • R = эквивалентное последовательное сопротивление цепи

Основной принцип обратного диода

Когда транзистор включен, он будет смещен в обратном направлении и не будет существовать в цепи. Когда транзисторы выключены, обратный диод будет смещен в прямом направлении. Обратный диод заставит катушку индуктивности потреблять ток от себя в форме петли, пока вся энергия не будет рассеиваться в проводах и диоде. Обратный диод заставляет катушку индуктивности вытягивать ток из себя в петлю, пока энергия не рассеется в диоде и проводах.

Когда ток через асинхронный двигатель переменного тока внезапно прерывается, тогда катушка индуктивности пытается поддерживать увеличивающиеся напряжение и ток, меняя полярность. В отсутствие «диода свободного хода» напряжение может стать очень высоким и повредить коммутационное устройство IGBT , Тиристор и т. Д. Благодаря этому обратный ток может проходить через диод и рассеиваться.

Когда одиночный переключатель используется с переключаемым железным или ферритовым трансформатором, тогда диод с обратным ходом замедлит скорость изменения тока и не будет передавать мощность на вторичную сторону, и когда индуктор переключается обратно переключающим устройством и, скорее всего, он насытит сердечник, чтобы пропустить сильный ток. В коммутируемый трансформатор , лучше не использовать диод свободного хода с двигателем, чтобы сломать его, и это приведет к потере мощности самого диода, когда потребуется хороший радиатор.

Применение свободно вращающихся диодов

Индуктивные нагрузки отключаются полупроводниковыми приборами.

Это все о работе обратного диода или обратного диода и их функциях. Кроме того, любые вопросы относительно этой статьи или получения дополнительной информации о теории PN перехода , пожалуйста, дайте свои ценные предложения, комментируя в разделе комментариев ниже. Вот вам вопрос, Какова функция обратного диода ?

Базовая электроника — диоды — CoderLessons.com

Узнав о различных компонентах, давайте сосредоточимся на другом важном компоненте в области электроники, известном как

диод . Полупроводниковый диод — это двухконтактный электронный компонент с PN-переходом. Это также называется выпрямителем .

Анод, который является положительным выводом диода, обозначен буквой A, а катод , который является отрицательным выводом , обозначен буквой K. Чтобы узнать анод и катод практического диода, на диоде рисуется тонкая линия, которая означает катод, а другой конец представляет анод.

Как мы уже говорили о полупроводниках P-типа и N-типа, а также о поведении их носителей, давайте теперь попробуем объединить эти материалы, чтобы посмотреть, что произойдет.

Формирование диода

Если материалы P-типа и N-типа располагаются близко друг к другу, оба они соединяются, образуя соединение, как показано на рисунке ниже.

Материал P-типа имеет отверстия в качестве основных носителей, а материал N-типа имеет электроны в качестве основных носителей . Поскольку противоположные заряды притягиваются, мало дырок в P-типе имеют тенденцию уходить в n-сторону, тогда как немного электронов в N-типе имеют тенденцию уходить в P-сторону

По мере того как они оба движутся в направлении соединения, дырки и электроны рекомбинируют друг с другом, нейтрализуя и образуя ионы. Теперь в этом соединении существует область, где образуются положительные и отрицательные ионы, называемые PN-переходом или барьером перехода, как показано на рисунке.

Образование отрицательных ионов на P-стороне и положительных ионов на N-стороне приводит к образованию узкой заряженной области на любой стороне PN-перехода. Этот регион теперь свободен от подвижных носителей заряда. Ионы, присутствующие здесь, были стационарными и поддерживают область пространства между ними без каких-либо носителей заряда.

Поскольку эта область действует как барьер между материалами типа P и N, это также называется

барьерным переходом . У этого есть другое имя, названное как Область истощения, означающее, что это истощает обе области. Происходит разность потенциалов VD из-за образования ионов через соединение, называемое потенциальным барьером, так как оно предотвращает дальнейшее движение дырок и электронов через соединение.

Смещение диода

Когда в цепь подключен диод или любой двухполюсный компонент, он имеет два смещенных состояния с заданным источником питания. Это прямое смещение и обратное смещение . Дайте нам знать их подробно.

Смещение вперед

Когда диод подключен в цепи с его анодом к положительной клемме и катодом к отрицательной

клемме источника питания, то такое соединение называется смещенным в прямом направлении . Этот тип соединения делает цепь более смещенной в прямом направлении и помогает в большей проводимости. Диод хорошо проводит в прямом смещенном состоянии.

Обратное смещенное условие

Когда диод подключен в цепи с его анодом к отрицательной клемме и катодом к положительной клемме источника питания, то такое соединение называется состоянием обратного смещения . Такое соединение делает цепь все более и более смещенной в обратном направлении и помогает минимизировать и предотвратить проводимость. Диод не может проводить в обратном смещенном состоянии.

Давайте теперь попробуем узнать, что происходит, если диод подключен в прямом смещенном и в обратном смещенных условиях.

Работа под предвзятым предвзятым

Когда на диод подается внешнее напряжение, которое устраняет потенциальный барьер и допускает протекание тока, это называется прямым смещением . Когда анод и катод подключены к положительным и отрицательным клеммам соответственно, отверстия в P-типе и электроны в N-типе имеют тенденцию перемещаться через соединение, разрушая барьер.

При этом существует свободный поток тока, почти устраняющий барьер.

С силой отталкивания, создаваемой положительным контактом для дырок и отрицательным контактом для электронов, рекомбинация происходит в соединении. Напряжение питания должно быть таким высоким, чтобы оно заставляло движение электронов и дырок проходить через барьер и пересекать его для обеспечения прямого тока .

Прямой ток — это ток, производимый диодом при работе в прямом смещенном состоянии, и он обозначается I f .

Работа под обратным смещением

Когда на диод подается внешнее напряжение, которое увеличивает потенциальный барьер и ограничивает протекание тока, это называется

обратным смещением . Когда анод и катод соединены с отрицательной и положительной клеммами соответственно, электроны притягиваются к положительной клемме, а отверстия притягиваются к отрицательной клемме. Следовательно, оба будут находиться вдали от потенциального барьера, увеличивая сопротивление перехода и не давая электрону пересечь переход.

На следующем рисунке это объясняется. График проводимости, когда поле не применяется и когда применяется какое-либо внешнее поле, также рисуется.

С возрастающим обратным смещением у перехода есть немного неосновных носителей, чтобы пересечь соединение. Этот ток обычно незначителен. Этот обратный ток почти постоянен, когда температура постоянна. Но когда это обратное напряжение увеличивается еще больше, то возникает точка, называемая

обратным пробоем , где лавина тока протекает через переход. Этот высокий обратный ток повреждает устройство.

Обратный ток — это ток, создаваемый диодом при работе в режиме обратного смещения, и он обозначается как I r . Следовательно, диод обеспечивает путь с высоким сопротивлением в обратном смещенном состоянии и не проводит, где он обеспечивает путь с низким сопротивлением в прямом смещенном состоянии и проводит. Таким образом, мы можем заключить, что диод является односторонним устройством, которое проводит в прямом смещении и действует как изолятор в обратном смещении.

Такое поведение заставляет его работать как выпрямитель, который преобразует переменный ток в постоянный.

Пиковое обратное напряжение

Пиковое обратное напряжение в ближайшее время называется PIV . В нем указывается максимальное напряжение, приложенное при обратном смещении. Пиковое обратное напряжение можно определить как « максимальное обратное напряжение, которое диод может выдержать без разрушения ». Следовательно, это напряжение учитывается в условиях обратного смещения. Это обозначает, как диод может безопасно работать в обратном смещении.

Назначение диода

Диод используется для блокировки потока электрического тока в одном направлении, то есть в прямом направлении, и для блокировки в обратном направлении. Этот принцип диода заставляет его работать в качестве выпрямителя .

Для цепи, которая позволяет току течь в одном направлении, но останавливается в другом направлении, диод выпрямителя является лучшим выбором. Таким образом, на выходе будет постоянный ток, удаляющий компоненты переменного тока. Схемы, такие как полуволновые и двухполупериодные выпрямители, сделаны с использованием диодов, которые можно изучить в учебных пособиях по электронным схемам .

Диод также используется в качестве переключателя . Это помогает быстрее включать и выключать выход, который должен происходить с высокой скоростью.

V — I Характеристики диода

Практическая схема подключения PN-диода, как показано на следующем рисунке. Амперметр подключен последовательно, а вольтметр — параллельно, а питание контролируется переменным резистором.

Во время работы, когда диод находится в прямом смещенном состоянии, при определенном напряжении потенциальный барьер устраняется. Такое напряжение называется напряжением отсечки или напряжением колена . Если прямое напряжение превышает предельное значение, прямой ток возрастает экспоненциально, и если это будет сделано дальше, устройство будет повреждено из-за перегрева.

На следующем графике показано состояние диодной проводимости в прямом и обратном смещенных условиях.

Во время обратного смещения существует ток, производимый через неосновные носители, известный как « Обратный ток ». Когда обратное напряжение увеличивается, этот обратный ток увеличивается, и он внезапно ломается в точке, что приводит к необратимому разрушению соединения.

Что такое обратный диод? — Структура, принцип работы, преимущества и применение

Определение: Обратный диод — это полупроводниковый прибор, работающий в режиме обратного смещения. Он разработан путем обеспечения изменения конструктивных характеристик стабилитрона и туннельного диода. Это одностороннее устройство, потому что его конструктивный механизм позволяет ему работать только в одном направлении.

Он предназначен для конкретной цели. Он работает так же при обратном смещении, как обычный диод работает при прямом смещении.Характеристики отрицательного сопротивления туннельного диода используются в обратном диоде.

Структура обратного диода

Конструкция обратного диода аналогична конструкции туннельного диода. Одна сторона перехода слегка легирована, а другая сторона перехода сильно легирована. Сгенерированные таким образом характеристики напоминают характеристики туннельного диода.

Работа диода происходит в режиме обратного смещения, поэтому он называется обратным диодом.

Символ цепи обратного диода

Обозначение цепи обратного диода представляет собой слегка измененное обозначение обычного диода P-N. Анодный вывод диода такой же, как у обычного диода, в то время как катодный вывод немного изменен, чтобы отличить диод от обычных диодов P-N.

Работа обратного диода

Принцип работы обратного диода аналогичен принципу работы туннельного диода, механизм квантового туннелирования играет решающую роль в проведении тока при обратном смещении.Работу обратного диода можно подробно понять с помощью диаграммы энергетических зон обратного диода.

На приведенной выше диаграмме можно увидеть энергетическую зону полупроводника без смещения. Зона с более высоким энергетическим уровнем называется зоной проводимости , а зона с более низким энергетическим уровнем называется валентной зоной .

Когда к электронам подводится внешняя энергия, они достигают возбужденного состояния энергии и входят в зону проводимости.Когда электроны переходят из валентной зоны в зону проводимости, они оставляют после себя дырки в валентной зоне.

В условиях отсутствия смещения заполненная валентная зона противоположна заполненной зоне проводимости. Но когда к полупроводнику применяется обратное смещение, P-область перемещается вверх по отношению к N-области. Заполненная полоса на стороне P находится напротив пустой полосы на стороне N. Таким образом, электроны начинают туннелировать из заполненной зоны в P-области в пустую зону в N-области.

Таким образом, ток течет даже в условиях обратного смещения. Когда применяется прямое смещение, сторона N перемещается вверх по отношению к стороне P. Таким образом, заполненная валентная зона полупроводника N-типа будет прямо противоположна пустой зоне проводимости P-типа. Таким образом, электроны перетекают из N-типа в P-тип.

Обратный диод работает в режиме обратного смещения. Создается область отрицательного сопротивления , и эта область используется для работы диода.

Характеристики обратного диода

Обратные характеристики аналогичны характеристикам стабилитрона.Прямые характеристики можно понять с помощью приведенной ниже диаграммы. Первоначально ток увеличивается с увеличением напряжения, но через определенное время величина тока становится постоянной. Он не показывает значительного увеличения, даже если изменение напряжения велико.

Преимущества обратного диода

  1. Температурная чувствительность: Температурная чувствительность обратного диода меньше, чем температурная чувствительность обычного диода. Чувствительность обратного диода составляет -0,1 мВ/ 0 C как для полупроводникового материала, т.е. германия, так и для кремния. С другой стороны, чувствительность обычного диода составляет -2 мВ/ 0 C . Таким образом, обратный диод менее подвержен влиянию изменения температуры из-за чувствительности к низким температурам.
  2. Низкая точка излома: Точка излома обратного диода составляет 0 В, а точка излома обычного диода находится в диапазоне 0,6–0,7 В. Таким образом, его низкая точка излома эффективна для различных приложений, поскольку устройство может выдерживать высокая величина напряжения без пробоя устройства.

В то время как точка разрыва обычного диода не является низкой, он не может выдержать высокое напряжение, и если напряжение превышает 0,6 В-0,7 В , диод выходит из строя.

  1. Низкий уровень шума: Уровень шума этих диодов низкий, поэтому отношение сигнал/шум в случае диода намного лучше, чем у обычных диодов.
  2. Эффективность: Эффективность диода также лучше, чем у обычного диода, структурные характеристики придают диоду способность улучшать свои характеристики.

Применение обратного диода

  1. Детектор : Может использоваться в качестве детектора до частоты 40 ГГц. Он обладает низкой емкостью, поэтому проблема накопления заряда в этих диодах сведена к минимуму. Кроме того, его нелинейные характеристики для слабого сигнала делают его пригодным для применения в детекторе.
  2. Переключатель: Низкая емкость этих диодов позволяет диоду эффективно переключаться из включенного состояния в выключенное.Таким образом, он используется в коммутационных схемах.
  3. Выпрямитель: Используется для выпрямления сигнала с малым пиковым напряжением, т.е. около 0,1–0,7 В.

Все дело в обратном диоде. Его способность обладать низкой емкостью используется в коммутационных приложениях. Кроме того, это также находит значение в схемах выпрямителя.

Как работает диод? (Часть 3 — Обратное смещение) —…

Если вы помните, отрицательная сторона внешнего напряжения смещения должна быть подключена к области n, а положительная сторона — к области p, чтобы диод был смещен в прямом направлении.Теперь, чтобы диод был смещен в обратном направлении, внешнее напряжение смещения должно быть подключено противоположно тому, как оно было подключено к диоду в состоянии прямого смещения. Таким образом, положительная сторона связана с областью n, а отрицательная сторона связана с областью p.

В этом случае свободные электроны, которые являются основными носителями в n-области, притягиваются положительной стороной внешнего напряжения смещения, создавая больше положительных зарядов вблизи pn-перехода. То же самое происходит и в области p.Дырки, являющиеся основными носителями, притягиваются отрицательной стороной внешнего напряжения смещения, и вблизи p-n-перехода создается больше отрицательных зарядов. Это приводит к расширению области обеднения и увеличению напряженности электрического поля между положительным и отрицательным зарядами до тех пор, пока потенциал в области обеднения не станет таким же, как внешнее напряжение смещения.

Если мы попытаемся посмотреть на энергетическую диаграмму в условиях обратного смещения, мы увидим, что область обеднения теперь стала шире, а энергетический холм круче, что делает невозможным пересечение pn-перехода свободными электронами.Опять же, глядя на диаграммы энергетических зон, электроны хотят опуститься, а дырки хотят «всплыть» вверх. В этом случае через диод не будет протекать ток, за исключением очень небольшого обратного тока, которым обычно можно пренебречь.

Обратный ток в условиях обратного смещения возникает из-за неосновных носителей в p- и n-областях. Это термически генерируемые электронно-дырочные пары. Отрицательная сторона внешнего напряжения смещения выталкивает неосновные носители в p-области, которые представляют собой свободные электроны, к pn-переходу. Поскольку зона проводимости в p-области находится на более высоком энергетическом уровне, чем зона проводимости в n-области, неосновные электроны могут легко проходить через обедненную область, поскольку для этого не требуется дополнительной энергии.

Обратный ток в условиях обратного смещения должен быть очень мал. Однако, если внешнее напряжение смещения увеличить до значения, равного напряжению пробоя, обратный ток резко возрастет.

Что происходит, так это то, что высокое напряжение обратного смещения дает достаточно энергии свободным неосновным электронам, так что, когда они проходят через p-область, они сталкиваются с атомами и выбивают валентные электроны с орбиты в зону проводимости.Теперь эти электроны, выбитые со своей орбиты, становятся электронами проводимости. У них также высокая энергия, поэтому они повторяют этот процесс столкновения с атомами, что приводит к умножению электронов проводимости. Поскольку эти электроны обладают высокой энергией, после пересечения обедненной области они не соединяются с неосновными дырками, а проходят через n-область как электроны проводимости.

Размножение электронов проводимости приводит к резкому увеличению обратного тока.Если обратный ток не ограничен, это может привести к повреждению диода.


Итак, теперь мы знаем, как работает диод в условиях обратного смещения. Мы также узнали об обратном токе и о том, как увеличение напряжения обратного смещения до напряжения пробоя резко увеличивает обратный ток, который может повредить диод. Если у вас есть какие-либо вопросы, оставьте их в комментариях ниже, и если вы нашли это интересным или полезным, поставьте лайк и подпишитесь на нашу рассылку и канал YouTube!

Диоды — узнать.sparkfun.com

Авторы: Джимблом Избранное Любимый 65

Идеальные диоды

Основная функция идеального диода заключается в управлении направлением протекания тока. Ток, проходящий через диод, может идти только в одном направлении, называемом прямым направлением. Ток, пытающийся течь в обратном направлении, блокируется. Они как односторонний клапан электроники.

Если напряжение на диоде отрицательное, ток не может течь*, и идеальный диод выглядит как разомкнутая цепь. В такой ситуации говорят, что диод выключен или смещен в обратном направлении .

Пока напряжение на диоде не отрицательное, он «включается» и проводит ток. В идеале* диод действовал бы как короткое замыкание (на нем 0 В), если бы он проводил ток. Когда диод проводит ток, он имеет прямое смещение (жаргон электроники для «включено»).

Зависимость тока от напряжения идеального диода. Любое отрицательное напряжение создает нулевой ток — разомкнутая цепь. Пока напряжение неотрицательно, диод выглядит как короткое замыкание.

Идеальные диодные характеристики
режим работы на (передний предвзятый) OFF (обратный предвзятый)
Ток через I> 0 I = 0
Напряжение через V=0 V
Внешний вид диода Короткое замыкание Обрыв цепи

Символ цепи

Каждый диод имеет две клеммы — соединения на каждом конце компонента — и эти клеммы поляризованы , что означает, что эти две клеммы совершенно разные. Важно не перепутать соединения на диоде. Положительный конец диода называется анодом , а отрицательный конец называется катодом . Ток может течь от конца анода к катоду, но не в другом направлении. Если вы забыли, каким образом ток течет через диод, попробуйте вспомнить мнемонику ACID : «анодный ток в диоде» (также анод-катод — это диод ).

Символ цепи стандартного диода представляет собой треугольник, упирающийся в линию.Как мы рассмотрим позже в этом уроке, существует множество типов диодов, но обычно их символ цепи выглядит примерно так:

.

Терминал, входящий в плоский край треугольника, представляет собой анод. Ток течет в направлении, указанном треугольником/стрелкой, но не может двигаться в обратном направлении.

Выше приведена пара простых диодных схем. Слева диод D1 смещен в прямом направлении и позволяет току течь по цепи. По сути это похоже на короткое замыкание.Справа диод D2 смещен в обратном направлении. Ток не может течь по цепи, и она выглядит как разомкнутая цепь.

*Внимание! Звездочка! Не совсем так… К сожалению, идеального диода не существует. Но не волнуйтесь! Диоды действительно настоящие, просто у них есть несколько характеристик, которые заставляют их работать чуть хуже, чем наша идеальная модель…



← Предыдущая страница
Введение

Новости — Антиреверсивный диод и обходной диод

        В квадратной матрице солнечных элементов диод является очень распространенным устройством.Обычно используемые диоды представляют собой в основном кремниевые выпрямительные диоды. При выборе оставьте запас в характеристиках, чтобы предотвратить поломку. Как правило, обратное пиковое напряжение пробоя и максимальный рабочий ток должны более чем в два раза превышать максимальное рабочее напряжение и рабочий ток. Диоды в основном делятся на две категории в солнечных фотоэлектрических системах производства электроэнергии.

 

 

1. Антиреверсивный диод

        Одной из функций антиреверсивного диода является предотвращение обратного тока батареи от модуля солнечных батарей или квадратного массива к модулю или квадратному массиву, когда он не вырабатывает электроэнергию, которая не только потребляет энергию , но также вызывает нагрев или даже повреждение модуля или квадратной матрицы; Вторая функция заключается в предотвращении протекания тока между ветвями квадратного массива в аккумуляторном массиве.Это связано с тем, что выходное напряжение каждой последовательно соединенной ветви не может быть абсолютно равным, всегда существует разница между высоким и низким напряжением каждой ветви, или выходное напряжение ветви уменьшается из-за неисправности или затенения, и ток ветви высокого напряжения будет течь в ветвь низкого напряжения, или даже будет уменьшено выходное напряжение всего квадратного массива. Этого явления можно избежать путем последовательного включения диодов обратного заряда в каждую ветвь.
        В независимой фотогальванической системе выработки электроэнергии некоторые схемы фотогальванического контроллера были подключены к диодам защиты от обратного заряда, то есть, когда контроллер имеет функцию защиты от обратного заряда, выход компонента не нужно подключать к диоду.
        Защитный диод имеет прямое падение напряжения, и при последовательном включении в цепь будет потребляться определенная мощность. Падение напряжения обычно используемого кремниевого выпрямительного диода составляет около 0,7 В, а мощность лампы может достигать 1 ~ 20,3 В, но ее выдерживаемое напряжение и мощность невелики, что подходит для маломощных приложений.

 

2. Шунтирующий диод

        Если имеется несколько модулей солнечных элементов, соединенных последовательно для формирования массива квадратных элементов или ответвления массива квадратных элементов, один (или 2–3) диода необходимо подключить в обратном порядке параллельно к положительным и отрицательным выходным клеммам каждого панель аккумулятора. Диоды, соединенные параллельно на обоих концах компонента, называются обходными диодами.
        Функция обходного диода состоит в том, чтобы предотвратить затенение или неисправность определенного компонента в квадратной матрице или определенной части компонента, чтобы остановить выработку электроэнергии. Прямое смещение будет формироваться на обоих концах обходного диода компонента, чтобы сделать диод проводящим. Рабочий ток цепочки обходит неисправный компонент и протекает через диод, что не влияет на выработку электроэнергии другими нормальными компонентами.В то же время он также защищает обходной компонент от повреждения из-за сильного прямого смещения или нагрева из-за «эффекта горячей точки».
        Обходные диоды обычно устанавливаются непосредственно в распределительной коробке. В зависимости от мощности компонентов и количества цепочек аккумуляторов устанавливаются от 1 до 3 диодов.
        Обходные диоды не требуются ни при каких обстоятельствах. Когда компоненты используются по отдельности или параллельно, их не нужно подключать к диоду. В тех случаях, когда число последовательно соединенных компонентов невелико, а условия работы хорошие, также можно не использовать шунтирующий диод.

 

Принцип работы схемы диодной защиты

Наиболее распространенная функция диода — пропускать ток только в одном направлении (так называемое прямое смещение) и блокировать его в обратном направлении (так называемое обратное смещение).

При генерации прямого смещения напряжения взаимное подавление внешнего электрического поля и собственного электрического поля увеличивает диффузионный ток носителей и вызывает прямой ток (то есть причину электропроводности).

При формировании обратного напряжения смещения внешнее электрическое поле и собственное электрическое поле дополнительно усиливаются, образуя обратный ток насыщения I0, не имеющий ничего общего с обратным напряжением смещения в определенном диапазоне обратного напряжения (это причина непроводимости).

При наличии внешнего смещения обратного напряжения внешнее электрическое поле и собственное электрическое поле дополнительно усиливаются, образуя обратный ток насыщения I0, не зависящий от значения напряжения обратного смещения в определенном диапазоне обратного напряжения.

Диаграмма характеристик диода прямого смещения и диода обратного смещения

Диод представляет собой два терминальных электронных компонента, которые могут быть подключены к источнику двумя различными способами; Прямое смещение и обратное смещение. Диод прямого смещения работает как замкнутый переключатель и пропускает ток через себя. В отличие от прямого смещения, диод обратного смещения блокирует прохождение тока и работает как разомкнутый ключ. Смещение диода зависит от направления источника.

Как мы уже говорили, диод изготовлен из PN-перехода, одна сторона которого выполнена из материала P-типа, а другая — из материала N-типа. Во время изготовления образуется обедненная область, где электроны и дырки объединяются, образуя ионы, и в этой области нет доступных носителей для проводимости. N-область имеет свободные электроны в качестве основных носителей, а P-область имеет дырку (отсутствие электрона). При отсутствии внешнего источника напряжения из-за хаотического движения неосновные носители могут попасть в область обеднения. Любая дырка, попавшая в обедненную область, будет притягиваться к P-области, а свободный электрон будет притягиваться к N-области силой притяжения противоположных ионов в обедненной области. Некоторые неосновные носители могут войти в P-тип, а другие могут войти в N-тип, и в конечном итоге чистого текущего потока не будет.

Диод обратного смещения:

При обратном смещении анодный вывод источника напряжения подключается к выводу N-типа, а катодный вывод источника напряжения подключается к выводу P-типа диода.При работе диода с обратным смещением диод действует как разомкнутый переключатель. Анодный вывод источника будет притягивать свободные электроны от N-типа, а катод будет притягивать дырки от P-типа. Таким образом, количество ионов в N-области и P-области будет увеличиваться, что является причиной расширения обедненной области.

Однако неосновной носитель войдет в обедненную область и перейдет на другую сторону перехода, вызывая небольшой ток. Этот небольшой ток называется обратным током насыщения и обозначается Is. Термин «насыщение» показывает тот факт, что после очень короткого изменения тока при изменении напряжения ток больше не будет увеличиваться при увеличении напряжения обратного смещения.

На кривых ВАХ график в третьем квадранте представляет обратное поведение диода. В начале ток изменяется очень быстро при небольшом изменении напряжения и достигает тока насыщения. Дальнейшие изменения напряжения не влияют на ток.

При обратном смещении в десятки вольт ток остается постоянным.Но достижение некоторого высокого обратного напряжения вызывает огромный ток в обратном направлении. С увеличением обратного напряжения увеличивается скорость обратного тока и его кинетическая энергия. Большая кинетическая энергия передается электронам валентной оболочки стабильных атомов и заставляет их покинуть атом. Эти дополнительные носители могут помочь в обратном протекании тока. Напряжение, при котором происходит это быстрое изменение тока, называется напряжением Зенера и обозначается VZ. Колено в третьем квадранте ВАХ показывает область Зенера и напряжение. Специальные диоды, такие как диоды Зенера и фотодиоды, работают при обратном смещении.

Диод прямого смещения :

Диод смещен в прямом направлении, если вывод P-типа подключен к аноду источника напряжения, а вывод N-типа диода подключен к катоду источника. В режиме прямого смещения диод действует как замкнутый переключатель. Источник напряжения в конфигурации прямого смещения оказывает давление на свободные электроны в N-области и дырки в P-области по направлению к обедненной области.Свободные электроны и дырки рекомбинируют с ионами вблизи обедненной области, и ширина обедненной области уменьшается. Тогда основной носитель может пройти тонкую область обеднения. По мере увеличения напряжения прямого смещения ширина области обеднения уменьшается, и может проходить все больше и больше носителей.

Первый квадрант кривых ВАХ показывает работу диода в прямом направлении. Вначале при увеличении напряжения ток меняется очень медленно, но когда напряжение достигает 0.7В (для кремния) ток начинает быстро меняться при маленьком изменении. Быстрое изменение тока показывает, что сопротивление уменьшается по мере увеличения напряжения выше колена кривой. Падение напряжения на диоде при прямом смещении равно потенциалу барьера, но может увеличиваться до 0,9 в зависимости от тока.

Смещение диода Ключевые точки:
  • При отсутствии внешнего напряжения через диод не протекает ток.
  • Диод прямого смещения означает подключение анода к P-типу и катода к N-типу.
  • Диод действует как замкнутый переключатель при прямом смещении.
  • Диод обратного смещения означает подключение анода к N-типу и катода к P-типу.
  • Диод действует как разомкнутый переключатель при обратном смещении.

Используемые физические модели > Фотоэлектрический модуль

Этот инструмент представляет работу фотоэлектрического модуля, когда он поляризован в сторону отрицательного напряжения, как это может происходить в рамках массива или модуля, когда ячейки разные или если облучение неоднородно.

Инструмент показывает три типичных ситуации:

«Одна фотоэлектрическая ячейка»: мы видим, что при ярком освещении обратное смещение ячейки быстро приводит к рассеиванию больших мощностей, поскольку ток уже, по крайней мере, находится на уровне фототока ячейки. (См. модель характеристик обратной ячейки).

Соответствующий коэффициент  brev, определяемый вместе с другими параметрами фотоэлектрического модуля в части «Компоненты», может сильно различаться от одной ячейки к другой и сильно зависит от температуры.Но это поведение не критично для качественной оценки инструментов поведения массива фотоэлектрических модулей. Если оно точно не известно, мы обычно можем использовать значение по умолчанию, предложенное программой.

«Модуль PV без шунтирующего диода»: сплошная линия представляет характеристики всего модуля, то есть всех ячеек последовательно. В одинаковых ячейках общая рассеиваемая мощность равномерно распределяется по каждой ячейке. Синяя пунктирная линия показывает произвольный рабочий обратный ток (одинаковый ток во всех ячейках последовательно).

Если один элемент имеет меньший фототок — из-за его качества или затенения — или лучшее BRev (более плоская кривая), то его напряжение будет следовать своей собственной обратной кривой, и при наложенном общем токе он может производить гораздо большую мощность, чем для другие ячейки, вызывая тем самым повышение температуры (см. явление «Горячей точки» в инструменте для одной заштрихованной ячейки).

«Модуль PV с шунтирующим диодом»: показывает результирующие характеристики модуля, когда модуль защищен одним или несколькими шунтирующими диодами, установленными с обратным смещением.В этом случае обратное напряжение всего модуля ограничивается «прямым» напряжением диода (около 0,7 В для одного диода, 1,4 В для 2 диодов и т. д.). Избыточный ток потребляется диодом и не может вызвать избыточную мощность в диоде, поскольку напряжение остается очень низким.

Что такое диод

Этот пост о Что такое диод ? и Зачем нам нужен диод в цепи . Диод управляет направлением тока в цепи. Он используется для преобразования переменного тока в постоянный (выпрямления) в коммутационных приложениях.Проще говоря, диод — это односторонний вентиль в электронике для управления потоком тока.

Простейшим однонаправленным пассивным полупроводниковым прибором является диод. В идеале диод позволяет протекать току только в одном направлении, называемом прямым током. Диод имеет два отдельных поляризованных вывода: анод и катод. Прямой ток течет через диод от анода к катоду.

Символ цепи диода

Как работает диод?

Диод работает в режиме прямого смещения или в режиме обратного смещения.Сначала рассмотрим идеальный диод. Когда идеальный диод смещен в прямом направлении, он закорачивает (включается) и проводит ток. Когда диод смещен в обратном направлении, он разомкнет цепь (выключится), и ток через него не течет. Характеристика VI идеального диода является линейной и показана ниже.

VI Характеристика идеального диода

Нет большой разницы в характеристиках идеального и практического диода. Практически некоторая мощность потребляется диодом при прямом смещении. Он не будет блокировать весь обратный ток при обратном смещении.Эта мощность, потребляемая при прямом смещении, определяется как прямое напряжение . Это напряжение также известно как напряжение включения или колена. Это ~ 0,7 В для кремния и ~ 0,3 В для германия. Практическое прямое напряжение зависит от тока, температуры и типа используемого диода. Давайте посмотрим на практические характеристики диода на следующих примерах.

Пример 1 — диод в прямом смещении
Пример диода прямого смещения

При прямом смещении практический диод действует как короткое замыкание, когда входное напряжение превышает прямое напряжение ( V F ).При положительном прямом напряжении через диод протекает значительный ток, называемый прямым током. На приведенной ниже осциллограмме показано моделирование характеристик VI диода со смещением в прямом направлении. Ток при прямом смещении обычно измеряется миллиамперами. Здесь резистор, присутствующий между источником напряжения и диодом, минимизирует ток до микроампер.

VI Характеристики практического диода с прямым смещением
Пример 2 — диод с обратным смещением
Пример диода с обратным смещением

При обратном смещении практический диод действует как разомкнутая цепь.Здесь напряжение меньше, чем VF, но больше, чем большое отрицательное напряжение, называемое напряжением пробоя ( В BR ). Приведенная ниже форма сигнала показывает моделирование характеристик VI диода с обратным смещением. При обратном смещении обычно через диод протекает незначительный ток. Если обратное напряжение превышает напряжение пробоя диода ( В BR ), через диод протекает большой ток, разрушающий диодный переход.

VI Характеристики практического диода с обратным смещением

Спецификация диода

Технический паспорт диода содержит механические детали, номинальные значения напряжения и тока, рабочие характеристики (кривые VI) и т. д.Эти детали имеют большое значение при моделировании, проектировании схем и печатных плат. Возьмем в качестве примера диоды серии 1N400X. Вы можете Google, чтобы получить таблицу данных. Это техническое описание содержит информацию о диодах от 1N4001 до 1N4007. Выделенные детали имеют большое значение при выборе диода.

Основные характеристики диода серии 1N400x Номинальные значения напряжения и тока для диода серии 1N400X Диод

Надеюсь, теперь вы знаете, что такое диод и зачем он нужен в схеме. Диоды являются ключевым компонентом регулируемых источников питания, ИБП и инверторных цепей.В следующем посте мы узнаем о различных типах диодов. Спасибо за прочтение.

.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.