Конкретный диод V _F зависит от того, из какого полупроводникового материала он сделан. Обычно кремниевый диод имеет напряжение V _F около 0,6–1 В . Диод на основе германия может быть ниже, около 0,3 В. Тип диода также имеет некоторое значение для определения прямого падения напряжения; светоизлучающие диоды могут иметь гораздо больший V _F , в то время как диоды Шоттки разработаны специально, чтобы иметь гораздо более низкое, чем обычно, прямое напряжение.

Напряжение пробоя

Если на диод подается достаточно большое отрицательное напряжение, он поддается и позволяет току течь в обратном направлении. Это большое отрицательное напряжение называется напряжением пробоя . Некоторые диоды действительно предназначены для работы в области пробоя, но для большинства нормальных диодов не очень полезно подвергаться воздействию больших отрицательных напряжений.

Для обычных диодов это напряжение пробоя составляет от -50 В до -100 В или даже более отрицательное.

Таблицы данных диодов

Все вышеперечисленные характеристики должны быть подробно описаны в даташите на каждый диод. Например, в этом техническом описании диода 1N4148 указано максимальное прямое напряжение (1 В) и напряжение пробоя (100 В) (среди множества другой информации):

Таблица данных может даже представить вам хорошо знакомый график вольт-амперной характеристики, чтобы более подробно описать поведение диода. Этот график из таблицы данных диода увеличивает изогнутую переднюю часть кривой i-v .Обратите внимание, как больший ток требует большего напряжения:

Эта диаграмма указывает на еще одну важную характеристику диода — максимальный прямой ток. Как и любой другой компонент, диоды могут рассеивать только определенное количество энергии, прежде чем они взорвутся. На всех диодах должны быть указаны максимальный ток, обратное напряжение и рассеиваемая мощность. Если диод подвергается большему напряжению или току, чем он может выдержать, ожидайте, что он нагреется (или, что еще хуже, расплавится, задымится, …).

Некоторые диоды хорошо подходят для больших токов — 1 А или более — другие, например, малосигнальный диод 1N4148, показанный выше, могут работать только на ток около 200 мА.

Этот 1N4148 — лишь крошечная выборка всех существующих типов диодов. Далее мы рассмотрим, какое удивительное разнообразие существует и для какой цели служит каждый тип.

Типы диодов

Нормальные диоды

Диоды сигнальные

Стандартные сигнальные диоды — одни из самых простых, средних и простых членов семейства диодов. Обычно они имеют средне-высокое прямое падение напряжения и низкий максимальный ток.Типичный пример сигнального диода — 1N4148.

Очень общего назначения, он имеет типичное прямое падение напряжения 0,72 В и максимальный номинальный прямой ток 300 мА.

Слабосигнальный диод 1N4148. Обратите внимание на черный кружок вокруг диода, который отмечает, какой из выводов является катодом.

Силовые диоды

Выпрямитель или силовой диод — это стандартный диод с гораздо более высоким максимальным током. Этот более высокий номинальный ток обычно достигается за счет большего прямого напряжения.1N4001 — это пример силового диода.

1N4001 имеет номинальный ток 1 А и прямое напряжение 1,1 В.

Диод 1N4001 PTH. На этот раз серая полоса указывает, какой вывод является катодом.

И, конечно же, большинство типов диодов также выпускаются для поверхностного монтажа. Вы заметите, что у каждого диода есть способ (независимо от того, насколько он крошечный или плохо различимый), чтобы указать, какой из двух контактов является катодом.

Светодиоды (светодиоды!)

Самым ярким представителем семейства диодов должен быть светодиод (LED).Эти диоды буквально загораются при подаче положительного напряжения.

Как и обычные диоды, светодиоды пропускают ток только в одном направлении. У них также есть номинальное прямое напряжение, то есть напряжение, необходимое для их включения. Рейтинг светодиода V _F обычно выше, чем у обычного диода (1.2 ~ 3 В), и это зависит от цвета, излучаемого светодиодом. Например, номинальное прямое напряжение сверхяркого синего светодиода составляет около 3,3 В, а для сверхяркого красного светодиода такого же размера — всего 2,2 В.

Очевидно, вы чаще всего найдете светодиоды в осветительных приборах. Они веселые и веселые! Но более того, их высокая эффективность привела к широкому использованию в уличных фонарях, дисплеях, подсветке и многом другом. Другие светодиоды излучают свет, невидимый человеческому глазу, например инфракрасные светодиоды, которые являются основой большинства пультов дистанционного управления.Другое распространенное использование светодиодов — оптическая изоляция опасной высоковольтной системы от низковольтной цепи. Оптоизоляторы соединяют инфракрасный светодиод с фотодатчиком, который пропускает ток при обнаружении света от светодиода. Ниже приведен пример схемы оптоизолятора. Обратите внимание на то, как схематический символ диода отличается от обычного диода. Светодиодные символы добавляют пару стрелок, выходящих из символа.

Диоды Шоттки

Другой очень распространенный диод — диод Шоттки.

Диод Шоттки

Диоды Шоттки известны своим низким прямым падением напряжения и очень быстрым переключением. Этот диод Шоттки 1 А 40 В равен…

Полупроводниковый состав диода Шоттки немного отличается от обычного диода, и это приводит к гораздо меньшему падению прямого напряжения , которое обычно находится между 0.15 В и 0,45 В. Однако они все равно будут иметь очень большое напряжение пробоя.

особенно полезны для ограничения потерь, когда нужно сберечь каждый последний бит напряжения . Они достаточно уникальны, чтобы получить собственное обозначение схемы с парой изгибов на конце катодной линии.

Стабилитроны

— это странный изгой из семейства диодов. Обычно они используются, чтобы намеренно проводить обратный ток .

Стабилитрон — 5.1 В 1 Вт

Стабилитроны полезны для создания опорного напряжения или в качестве стабилизатора напряжения в слаботочных приложениях. Эти диоды…

разработан для обеспечения очень точного напряжения пробоя, называемого стабилитроном или напряжением стабилитрона . Когда через стабилитрон протекает достаточный ток в обратном направлении, падение напряжения на нем будет стабильным на уровне напряжения пробоя.

За счет преимущества своих пробивных свойств стабилитроны часто используются для создания известного опорного напряжения, точно соответствующего их напряжению стабилитрона. Их можно использовать в качестве регуляторов напряжения для небольших нагрузок, но на самом деле они не предназначены для регулирования напряжения в цепях, которые потребляют значительный ток.

достаточно особенные, чтобы иметь собственное обозначение схемы с волнистыми концами на катодной линии. Этот символ может даже обозначать, что такое напряжение стабилитрона диода.Вот стабилитрон 3,3 В, создающий надежное опорное напряжение 3,3 В:

Фотодиоды

Фотодиоды — это специально сконструированные диоды, которые улавливают энергию фотонов света (см. Физика, квантовая) для генерации электрического тока. Вид работы как анти-светодиод.

Фотодиод BPW34 (не четверть, да мелочь). Поместите его на солнце, и он может генерировать около нескольких мкВт энергии !.

Солнечные элементы — главный благодетель фотодиодной технологии.Но эти диоды также могут использоваться для обнаружения света или даже для оптической связи.

Применение диодов

Для такого простого компонента диоды имеют множество применений. Вы найдете диод того или иного типа практически в каждой цепи. Они могут быть представлены в чем угодно, от цифровой логики слабого сигнала до схемы преобразования энергии высокого напряжения. Давайте рассмотрим некоторые из этих приложений.

Выпрямители

Выпрямитель — это схема, преобразующая переменный ток (AC) в постоянный (DC).Это преобразование критично для всякой бытовой электроники. Сигналы переменного тока выходят из розеток вашего дома, но именно постоянный ток питает большинство компьютеров и другой микроэлектроники.

Ток в цепях переменного тока буквально чередуется — быстро переключается между положительным и отрицательным направлениями — но ток в сигнале постоянного тока течет только в одном направлении. Итак, чтобы преобразовать переменный ток в постоянный, вам просто нужно убедиться, что ток не может течь в отрицательном направлении. Похоже на работу для ДИОДОВ!

Однополупериодный выпрямитель может быть изготовлен только из одного диода.Если сигнал переменного тока, такой как, например, синусоида, посылается через диод, любая отрицательная составляющая сигнала отсекается.

Формы входного (красный / левый) и выходного (синий / правый) сигналов напряжения после прохождения через схему полуволнового выпрямителя (в центре).

Двухполупериодный мостовой выпрямитель использует четыре диода для преобразования этих отрицательных выпуклостей в сигнале переменного тока в положительные.

Схема мостового выпрямителя (в центре) и форма выходной волны, которую она создает (синий / правый).

Эти цепи являются критическим компонентом источников питания переменного тока в постоянный, которые преобразуют сигнал 120/240 В переменного тока сетевой розетки в сигналы постоянного тока 3,3 В, 5 В, 12 В и т. Д. Если вы разорвали стенную бородавку, вы, скорее всего, увидели бы там несколько диодов, которые ее исправили.

Можете ли вы заметить четыре диода, образующие мостовой выпрямитель в этой бородавке?

Защита от обратного тока

Когда-нибудь вставлял батарею неправильно? Или поменять местами красный и черный провода питания? Если это так, то диод может быть благодарен за то, что ваша схема все еще жива.Диод, расположенный последовательно с положительной стороной источника питания, называется диодом обратной защиты. Это гарантирует, что ток может течь только в положительном направлении, а источник питания подает только положительное напряжение в вашу цепь.

Это применение диода полезно, когда разъем источника питания не поляризован, что позволяет легко испортить и случайно подключить отрицательный источник питания к положительному полюсу входной цепи.

Недостатком диода обратной защиты является то, что он вызывает некоторую потерю напряжения из-за прямого падения напряжения.Это делает диодов Шоттки отличным выбором для диодов обратной защиты.

Логические ворота

Забудьте о транзисторах! Простые цифровые логические вентили, такие как И или ИЛИ, могут быть построены из диодов.

Например, диодный логический элемент ИЛИ с двумя входами может быть построен из двух диодов с общими катодными узлами. Выход логической схемы также находится в этом узле. Когда один из входов (или оба) являются логической 1 (высокий / 5 В), выход также становится логической 1.Когда на обоих входах установлен логический 0 (низкий / 0 В), на выходе через резистор подается низкий уровень.

Логический элемент И построен аналогичным образом. Аноды обоих диодов соединены вместе, и именно там находится выход схемы. Оба входа должны иметь логическую единицу, заставляя ток течь по направлению к выходному выводу и также подтягивать его к высокому уровню. Если на каком-либо из входов низкий уровень, ток от источника питания 5 В проходит через диод.

Для обоих логических вентилей можно добавить больше входов, добавив только один диод.

Обратные диоды и подавление скачков напряжения

очень часто используются для ограничения возможного повреждения из-за неожиданных больших скачков напряжения. Диоды подавления переходных напряжений (TVS) — это специальные диоды, вроде стабилитронов с низким пробивным напряжением (часто около 20 В), но с очень большими номинальными мощностями (часто в диапазоне киловатт). Они предназначены для шунтирования токов и поглощения энергии, когда напряжение превышает их напряжение пробоя.

выполняют аналогичную работу по подавлению скачков напряжения, в частности, вызванных индуктивным компонентом, например двигателем.Когда ток через катушку индуктивности внезапно изменяется, создается всплеск напряжения, возможно, очень большой отрицательный всплеск. Обратный диод, помещенный на индуктивную нагрузку, даст этому отрицательному сигналу напряжения безопасный путь для разряда, фактически многократно проходя через индуктивность и диод, пока он в конечном итоге не погаснет.

Это всего лишь несколько вариантов применения этого удивительного маленького полупроводникового компонента.

Покупка диодов

Теперь, когда ваш текущий движется в правильном направлении, пришло время найти хорошее применение вашим новым знаниям.Независимо от того, ищете ли вы отправную точку или просто пополняете запасы, у нас есть набор изобретателя, а также отдельные диоды на выбор.

Наши рекомендации:

Диод Шоттки

Диоды Шоттки известны своим низким прямым падением напряжения и очень быстрым переключением.Этот диод Шоттки 1 А 40 В равен…

Комплект изобретателя SparkFun — версия 3.2

** Как вы, возможно, видели из [нашего сообщения в блоге] (https://www.sparkfun.com/news/2241), мы недавно перенесли нашу литьевую форму для SIK…

Ресурсы и дальнейшее развитие

Теперь, когда вы разобрались с диодами, возможно, вы захотите продолжить изучение других полупроводников:

Или откройте для себя другие распространенные электронные компоненты:

Основные сведения, типы, символы, характеристики, приложения и пакеты

В то время как резисторы, конденсаторы и индукторы образуют основные элементы схемы, именно полупроводниковое устройство фактически хранит магию внутри.В каждой электронной схеме есть десятки полупроводниковых устройств, таких как диоды, транзисторы, регуляторы, операционные усилители, переключатели питания и т. Д. Внутри них. У каждого из них есть свои свойства и применение. В этой статье давайте рассмотрим самый простой полупроводниковый прибор — диоды .

Возможно, вы уже слышали болтовню о том, что «Диоды — это полупроводниковые устройства с двумя выводами, которые проводят только в одном определенном направлении, позволяя току проходить через них…», но почему это так? И какое это имеет отношение к нам при разработке схемы? Какие существуют типы диодов и в каком приложении мы должны их использовать? Держитесь крепче, потому что вам ответят на все эти вопросы, когда вы прочитаете эту статью.

Что такое диод?

Начнем с ответа на самый простой вопрос. Что такое диод ?

A Диод, как я уже говорил ранее, представляет собой полупроводниковый цилиндрический компонент с двумя выводами. Существует много типов диодов , но наиболее часто используемый из них показан ниже.

Два терминала называются Anode и Cathode , мы рассмотрим символ и то, как идентифицировать терминалы позже, но пока просто помните, что любой диод будет иметь только два терминала (по крайней мере, большинство из них) и они анод и катод.Еще одно золотое правило диодов заключается в том, что они позволяют току проходить через них только в одном направлении, а именно от анода к катоду. Это свойство диода делает его полезным во многих приложениях.

Чтобы понять, почему они действуют только в одном направлении, мы должны посмотреть, как они устроены. Диод изготавливается путем соединения двух одинаково легированных полупроводников P-типа и полупроводникового материала N-типа. Когда эти два материала соединяются вместе, происходит что-то интересное: между ними образуется еще один небольшой слой, называемый обедненным слоем .Это связано с тем, что слой P-типа имеет избыточное отверстие, а слой N-типа имеет избыточные электроны, и они оба пытаются диффундировать друг в друга, образуя блокировку с высоким сопротивлением между обоими материалами, как на изображении, показанном ниже. Этот слой блокировки называется слоем истощения.

Этот слой истощения (блокировка) должен быть разрушен, если ток должен протекать через диод. Когда на анод подается положительное напряжение, а на катод — отрицательное напряжение, говорят, что диод находится в состоянии с прямым смещением .В этом состоянии положительное напряжение закачивает больше дырок в область P-типа, а отрицательное напряжение закачивает больше электронов в область N-типа, что вызывает пробой обедненного слоя, заставляя ток течь от анода к катоду. Это минимальное напряжение, необходимое для того, чтобы диод проводил в прямом направлении, называется напряжением прямого пробоя .

В качестве альтернативы, если отрицательное напряжение приложено к аноду, а положительное напряжение приложено к катоду, диод, как говорят, находится в состоянии с обратным смещением .В этом состоянии отрицательное напряжение будет накачивать больше электронов в материал P-типа, а материал N-типа получит больше дырок от положительного напряжения, что сделает слой истощения еще более прочным и, таким образом, не позволит току течь через него. Имейте в виду, что эти характеристики применимы только к идеальному диоду (теоретическому), практически даже в режиме обратного смещения будет течь небольшой ток. Об этом мы поговорим позже.

Приведенная выше анимация иллюстрирует работу диода в цепи , есть две схемы, в каждой из которых мы пытаемся зажечь светодиод от батареи.В одной цепи диод смещен в прямом направлении, а в другой — в обратном. Во время моделирования вы можете заметить, что только диод с прямым смещением позволяет току течь, хотя он, таким образом, светит светодиод, диод с обратным смещением не позволяет току проходить через него.

Теперь, когда мы разобрались с основами диодов, важно знать, что существуют разные типы диодов, каждый из которых имеет свои особые свойства и применение.В этой статье мы рассмотрим только три основных типа диодов: выпрямительный диод, стабилитрон и диод Шоттки. Изображение, клеммы и символы всех диодов приведены в таблице под

Как показано в таблице, выпрямительный диод и диод Шоттки внешне похожи, но диод Шоттки обычно больше по размеру, чем обычные диоды.С другой стороны, стабилитрон можно легко идентифицировать по его характерному оранжевому цвету и серой линии на нем, как показано в таблице выше.

Выводы анода и катода можно определить по серой линии на диоде, контакт рядом с серой линией будет катодом. Точно так же с символами нижняя часть треугольника всегда будет анодом, а другая — катодом. Это очень важно помнить, так как при интерпретации схемы подключения диода всегда считалось самооценкой.

Терминология и характеристики диодов

Когда вы выбираете диод для своей схемы или пытаетесь понять работу диода в схеме, вы должны учитывать спецификации диода, которые можно найти в его техническом описании. Чтобы понять, что на самом деле означают значения, давайте рассмотрим несколько часто используемых терминологий.

Падение напряжения в прямом направлении (Vf): Когда диод работает в режиме прямого смещения, он позволяет току проходить через них.Во время этого состояния на диоде будет некоторое падение напряжения, это падение напряжения называется прямым падением напряжения. Для идеального диода он должен быть как можно ниже.

Максимальный ток в прямом направлении (если): Мы уже знаем, что диод позволяет току проходить через него, когда он находится в прямом смещении, на какой максимальный ток можно разрешить ответ Максимальный прямой ток. Обычно следует убедиться, что этот ток больше, чем ток нагрузки вашей цепи.

Обратный ток пробоя (Vr): Хорошо, вот уловка, о которой я вам говорил: диод не пропускает ток через себя, когда он смещен в обратном направлении. Это верно, но не для всех значений напряжения. Таким образом, максимальное напряжение, до которого диод может выдержать пробой, называется обратным напряжением пробоя. Обычно значения такого напряжения будут очень высокими, например, если обратное напряжение пробоя составляет 500 В, диод не позволит току проходить через него в обратном смещенном состоянии до тех пор, пока напряжение не превысит эти 500 В.

Обратный ток смещения (Ir): Хотя это правда, что диод не пропускает ток, хотя он в режиме обратного смещения, значение тока не будет в идеале равным нулю. Через диод по-прежнему будет протекать очень небольшой и незначительный (в зависимости от схемы) ток. Этот ток называется током с обратным смещением. Значение этого тока будет в диапазоне мА или даже в мкА. Для идеального диода значение этого тока должно быть как можно меньше.Ток называется обратным током утечки .

Время обратного восстановления: Допустим, вы работаете с диодом в режиме прямого смещения, а затем переключаете его в режим обратного смещения, изменяя полярность напряжения. Теперь диод не будет внезапно останавливаться, ему потребуется некоторое время, чтобы перекрыть прохождение тока через него. Это время называется временем обратного восстановления.

Клемма (I-V) Характеристики переходного диода: Есть еще другие параметры, такие как рассеиваемая мощность, тепловое сопротивление и т. Д.связанный с диодом. Эти значения также можно найти в паспорте диода. Чтобы узнать больше о диоде, давайте посмотрим на важный график диода, который представляет собой кривую зависимости тока от напряжения. Кривая I-V идеального диода будет выглядеть примерно так.

Здесь в первом квадранте вы можете увидеть диод, работающий в режиме прямого смещения, а в третьем квадранте диод работает в области обратного смещения и пробоя. Ось X графика показывает напряжение на диоде, а ось Y показывает ток через диод.В режиме прямого смещения вы можете заметить, что диод начинает проводить (пропускать ток) только тогда, когда напряжение на диоде (V _D ) больше 0,5 В, это значение прямого напряжения диода для кремния. На диоде это прямое напряжение может достигать 0,7 В, как показано на графике выше.

Во время обратного смещения напряжение на диоде имеет отрицательный потенциал, поэтому ток также отображается в отрицательном направлении. Здесь, как вы можете видеть, диод не пропускает ток (за исключением небольшого значения), пока не будет достигнуто напряжение пробоя (V _BD ).

имеют широкий спектр применения в зависимости от их свойств и типа. Давайте попробуем охватить наиболее важные применения выпрямителя, стабилитрона и диода Шоттки с их принципиальными схемами.

Выпрямительный диод

Выпрямительный диод или общий диод — это наиболее часто встречающийся диод в любой цепи питания, будь то простой линейный источник питания или цепь SMPS.Как следует из названия, эти диоды используются для выпрямления в таких схемах, как двухполупериодный и полуволновой выпрямитель. Кроме того, они также используются в качестве диодов свободного хода в коммутационных устройствах и схемах преобразователей.

Схема выпрямителя

Выпрямительные диоды используются как в полуволновых, так и в полнополупериодных выпрямительных диодах. Давайте посмотрим на схему полуволнового выпрямителя для простоты. Принципиальная схема и график для однополупериодного выпрямителя показаны ниже

Источник входного напряжения Vs представляет собой синусоидальную волну переменного тока со среднеквадратичным напряжением 220 В.Эта волна переменного тока может быть выпрямлена с помощью одного диода. Как показано на графике, во время положительного полупериода диод смещен в прямом направлении, и, следовательно, выходное напряжение присутствует на нагрузке, а ток течет в положительном направлении. Но во время отрицательного полупериода диод смещен в обратном направлении, и, следовательно, ток не достигает нагрузки, а выходное напряжение остается на уровне 0 В, как показано на графике выше. Таким образом, ток всегда может течь только в одном направлении и, таким образом, преобразовывать переменный ток в постоянный.

Конечно, у этой схемы много недостатков, например, выходное напряжение неравномерно и практически не используется. Но теперь, когда у вас есть идея, вы можете изучить полные мостовые выпрямители с четырьмя диодами, которые обычно используются в схемах линейных регуляторов. Также схема выпрямителя будет иметь конденсатор на конце для фильтрации пульсаций, если вы хотите узнать больше о конденсаторах, прочитайте введение в статью о конденсаторах.

Стабилитрон

Стабилитрон широко используется в двух схемах, одна — как грубый стабилизатор напряжения, а другая — как схема защиты от перенапряжения.У стабилитрона есть два важных параметра, на которые следует обратить внимание: напряжение стабилитрона и мощность. Обычно доступные значения диодов: 3,9 В, 4,7 В, 5,1 В, 6,8 В, 7,5 В и 15 В

В приведенной ниже схеме входное напряжение может варьироваться от 0 В до 12 В, но выходное напряжение никогда не будет превышать 5,1 В, поскольку обратное напряжение пробоя (напряжение стабилитрона) стабилитрона составляет 5,1 В. Когда входное напряжение меньше 5,1 В, выходное напряжение будет равно входному напряжению, но когда оно превысит 5.1 В выходное напряжение будет регулироваться до 5,1 В.

Это свойство схемы может использоваться для защиты выводов АЦП ( Схема защиты от перенапряжения ), которые имеют напряжение 5 В, поскольку вывод может считывать напряжение от 0 до 5 В, но если оно превышает 5 В, стабилитрон не допускает превышения напряжения. Точно так же ту же схему можно использовать для регулирования 5,1 В для нагрузки при высоком входном напряжении. Но ограничение по току для такой схемы намного меньше.

При разработке схемы с использованием стабилитрона следует учитывать одну важную вещь — резистор стабилитрона .Этот резистор используется для ограничения тока через стабилитрон, защищая его от нагрева и повреждения. Номинал стабилитрона зависит от напряжения стабилитрона и номинальной мощности стабилитрона. Формула для расчета резистора серии Зенера Rs показана ниже

Для стабилитрона 1N4734A значение Vz составляет 5,9 В, а Pz — 500 мВт, теперь при напряжении питания (Vs) 12 В значение Rs будет

Rs = (12-5.9) / Iz

Iz = Pz / Vz = 500 мВт / 5.9 В = ~ 85 мА

Следовательно, Rs = (12-5,9) / 85 = 71 Ом

Rs = 71 Ом (приблизительно)

Диод Шоттки

Диод Шоттки также используется в схемах защиты, таких как схема защиты от обратной полярности, из-за низкого падения напряжения в прямом направлении. Давайте посмотрим на общую схему защиты от обратной полярности

Когда Vcc и земля подключены с правильной полярностью, диод проводит в прямом направлении, и НАГРУЗКА получает питание.Преимущество здесь в том, что прямое падение напряжения на диоде очень меньше, скажем, около 0,04 В по сравнению с 0,7 В на выпрямительном диоде. Таким образом, на диоде не будет больших потерь мощности, также диод Шоттки может пропускать больший ток, чем обычный диод, и он также имеет более высокую скорость переключения, поэтому может использоваться в высокочастотной цепи. Теперь, когда я это сказал, у вас может возникнуть вопрос.

Ну да, диод Шоттки имеет более высокую скорость переключения, низкие потери проводимости и более высокий прямой ток, чем обычный диод.Это может звучать лучше, чем обычный диод, но у него есть один существенный недостаток. То есть он имеет низкое обратное напряжение пробоя, из-за этой особенности его нельзя использовать в схемах выпрямителя, так как схемы выпрямителя всегда будут иметь высокое обратное напряжение, появляющееся на нем во время переключения.

Помимо обычно используемых выпрямителей, стабилитронов и диодов Шоттки типа существуют и другие специальные диоды, которые имеют специальное применение, позволяющее быстро пробегать их.

LED: Да, светодиод (LED), как следует из названия, является диодом. Вы должны быть уже знакомы с этими вещами, поскольку они обычно встречаются и используются. Опять же, существует много типов светодиодов, но круглый светодиод диаметром 5 мм является наиболее часто встречающимся.

Мостовой выпрямитель: Как мы знаем, выпрямительный диод используется в схеме выпрямителя, а для полной мостовой схемы выпрямителя нам потребуются четыре диода, подключенные упорядоченным образом.Сама эта установка доступна в корпусе, называемом выпрямительным диодом. RB156 — один из таких примеров.

Фотодиод: Фотодиод — это диод, который позволяет току проходить через него в зависимости от падающего на него света. Он используется в качестве датчика для обнаружения света, его обычно можно найти в следящих за линией роботах, роботах, избегающих препятствий, и даже в качестве счетчика объектов или устройства датчика скорости. Вы можете узнать больше о фотодиоде по этой ссылке.

Лазерный диод: Лазерный свет также является разновидностью диода, подобного светодиоду.Они имеют те же свойства, что и диоды, но в режиме прямого смещения они излучают свет с падением напряжения на них, действуя как нагрузка. Лазерный диод 650 нм — это наиболее распространенный лазерный диод.

TVS-диод: Другой важный особый тип диода — TVS-диод, который означает подавитель переходного напряжения. Это особый тип диода, который обычно используется в цепях питания для защиты от скачков напряжения и защиты цепи.Эти диоды также называются переходными диодами или тиректорами.

Варакторные диоды: Варакторные диоды используются как переменные конденсаторы. Когда этот диод работает в режиме обратного смещения, шириной обедненной области можно управлять, что заставляет его действовать как конденсатор. Эти диоды также называются варикаповыми диодами и обычно используются в радиочастотных схемах.

Теперь, когда мы изучили все основы диодов, я считаю, что теперь вы можете выбрать диод, который требуется для вашей схемы.Но до сих пор мы видели один диод со сквозным отверстием, который обычно доступен и хорош для прототипов, но в большинстве продуктов вы не найдете их в корпусах с отверстиями. Сейчас мы обсудим множество различных типов диодных пакетов.

Комплект для сквозных отверстий

Это наиболее часто используемые макетные и перфорированные платы. Эти пакеты называются DO-7, DO-35, DO-41, DO-204, и т. Д., Из которых DO-41 является наиболее распространенным.Эти пакеты также называются осевыми свинцовыми диодами .

Стили поверхностного монтажа

В большинстве готовых изделий, готовых к производству, используются компоненты SMD и . Они дешевле, чем сквозные, и имеют небольшой форм-фактор. SOD-323, SOD-523, SOD-123 SOD-80C — одни из самых популярных диодных SMD-корпусов. В большинстве конструкторов силовых цепей по-прежнему используются сквозные отверстия, поскольку они имеют высокую допустимую нагрузку по току и меньше проблем с электромагнитными помехами, поэтому в цифровых схемах обычно предпочитают SMD.

3-контактный болт крепления

Также существует несколько специальных диодов с тремя выводами, которые используются в продвинутых приложениях, таких как космическая промышленность. Они обладают высоким током и коммутационной способностью. Их можно найти в пакетах TO-64, TO-208, TO-254 . Между банками имеется паз, позволяющий прикрепить их болтами к корпусу раковины, они также называются диодами с болтовым креплением.

| Инженерное дело360

Полупроводниковый диод — это нелинейное устройство, наиболее выдающейся особенностью которого является то, что ток, по сути, может течь только в одном направлении.Диод построен путем соединения двух полупроводниковых материалов: материала N-типа (богатого отрицательными носителями или свободными электронами) и материала P-типа (богатого положительными носителями или дырками). Площадь контакта называется стыком. По этой причине диод обычно называют переходом PN .

Когда приложенное напряжение заставляет диод проводить электроны от анода к катоду, он работает в состоянии прямого смещения . Когда приложенный потенциал не допускает резкого увеличения тока и наблюдается только минимальное, практически нулевое значение тока на переходе, говорят, что диод находится в состоянии обратного смещения .При прямом смещении диод ведет себя так же, как замкнутый переключатель, а при обратном смещении диод ведет себя как разомкнутый переключатель.

Для обозначения диода используется следующий схематический символ:

Кредит изображения: GotToKnow.com

Анод представляет собой материал P-типа, а катод — материал N-типа перехода.

Работа диода

Работа диода контролируется вольт-амперной характеристикой диода.Диод в цепи с положительным (самым высоким) потенциалом, подключенным к материалу P, и отрицательным потенциалом, подключенным к материалу N, смещен в прямом направлении. Диод, самый высокий потенциал которого подключен к материалу N, а самый низкий потенциал — к материалу P, смещен в обратном направлении.

На следующем рисунке показано прямое и обратное смещение диода, подключенного к цепи.

Кредит изображения: Electrapk

Характеристики диода

Типичные ВАХ диода показаны на следующем рисунке.Есть две рабочие области, которые четко обозначены: область прямого смещения и область обратного смещения. Две шкалы используются вдоль каждой оси, чтобы отобразить различный отклик диода как в положительном, так и в отрицательном направлениях. Прямой смещенный ток на этой конкретной ВАХ выражается в миллиамперах (мА), тогда как в области обратного смещения ток выражается в микроамперах (мкА). Основные характеристики этих двух рабочих условий объясняются ниже.

Изображение предоставлено: Nikhil.M.R

Область прямого смещения

В области прямого смещения существуют две важные области, которые следует различать в зависимости от величины тока, наблюдаемого через диод. Первая область — это низкие уровни напряжения на диоде (V _D ) и связанный с этим ток очень мал. Вторая область — это когда напряжение на диоде (V _D ) больше порогового напряжения (V _th ), и ток резко увеличивается.

Напряжение диода th — Для любого напряжения диода (V _D ) от нуля до (V _th ) ток очень мал. В общем, в качестве приближения мы можем считать этот ток равным нулю. Это означает, что в этом диапазоне диод ведет себя как разомкнутый переключатель или как устройство с очень высоким сопротивлением.

Напряжение диода ≥ В _th — При любом напряжении диода (V _D ) больше, чем (V _th ), ток резко возрастает.В общем, в качестве приближения мы можем считать сопротивление равным нулю. Это означает, что в этом диапазоне диод ведет себя как замкнутый переключатель.

Реакция на приложенное напряжение в области прямого смещения контролируется пороговым напряжением диода, которое зависит от типа материала, из которого изготовлен диод. Кремниевый диод имеет приблизительное значение V _th = 0,7 В, а германиевый диод имеет приблизительное значение V _th = 0.3 В.

В области обратного смещения также существуют две важные области, которые можно различить в зависимости от величины тока, наблюдаемого через диод. Ток через диод очень мал, практически равен нулю, когда напряжение на диоде находится между нулем и напряжением пробоя (V _BD ). За пределами напряжения пробоя (V _BD ) наблюдается резкое увеличение тока, которое отмечает вторую интересующую область в области обратного смещения.

Напряжение диода <В _BD — В этой области ток очень мал. Мы называем этот ток током утечки. В практических приложениях вы можете считать его равным нулю. Таким образом, в этой области диод ведет себя как разомкнутый переключатель или как устройство с очень большим сопротивлением.

Напряжение на диоде ≥В _BD — В области пробоя ток очень быстро увеличивается в зависимости от напряжения на диоде.Диод ведет себя как замкнутый переключатель или как устройство с очень маленьким сопротивлением. Обратите внимание, что напряжение на диоде в этом случае очень близко к V _BD для практических приложений, для любого напряжения источника.

Напряжение пробоя не является постоянным значением, как пороговое напряжение прямого смещения. V _BD отличается для каждого диода. Это значение является параметром спецификации, предоставленным производителем.

В следующей таблице приведены рабочие условия диодов.Последний столбец таблицы показывает поведение идеального диода. Когда идеальный диод смещен в прямом направлении, он будет вести себя как замкнутый переключатель с сопротивлением, равным нулю (0 Вт). В обратном смещении идеальный диод аналогичен разомкнутому ключу с током, равным нулю, и бесконечным (∞ Ω) сопротивлением.

Идентификация диода

Схематический символ, используемый для диода, обычно представляет собой стрелку с короткой линией на конце.Катод выполнен из материала N-типа и обозначен острием стрелки. Анод выполнен из материала P-типа и обозначен основанием стрелки.

Производители могут использовать различные методы для обозначения анода и катода диода. В наиболее распространенном методе катод (материал N-типа) идентифицируется цветной полосой. Таким образом, конец диода, ближайший к этой полосе, является катодом. Другой конец — анод (материал P-типа).

Изображение предоставлено: Integrated Publishing

Характеристики диода

Важные характеристики диодов зависят от типа диода и области его применения.Ниже мы перечислим наиболее важные характеристики для всех типов диодов.

• Прямое напряжение (В _F ) — это напряжение на выводах диода, приводящее к резкому увеличению тока в прямом направлении.

• Прямой ток (I _F ) — это ток при приложении прямого напряжения; он течет через диод в направлении меньшего сопротивления.

• Обратный ток (I _R ) или ток утечки — это значение тока при приложении обратного напряжения. Это ток, который протекает при приложении обратного смещения к полупроводниковому переходу.

• Обратное напряжение (В _R ) — это максимально допустимое обратное напряжение, которое можно применять повторно.

• Напряжение пробоя (В _BR ) — это обратное напряжение, при котором небольшое увеличение напряжения приводит к резкому возрастанию обратного тока.

• Рассеиваемая мощность (P _D ) — максимально допустимая рассеиваемая мощность на выходе (в Вт) диода при указанной температуре окружающей среды. Рассеиваемая мощность — это мощность, рассеиваемая диодом во включенном состоянии.

• Рабочая температура перехода (T _j ) — это диапазон температур, при котором диод предназначен для работы.

Типы диодов

Термин «диод» можно использовать для описания типичного PN-диода, также известного как диод общего назначения, или его можно использовать как более широкий термин для описания одного из многих других типов диодов.Определенный тип диода может использоваться для конкретного приложения или демонстрировать определенное поведение или характеристику. Следующие ниже описания и иллюстрации охватывают краткий список диодов общего и специального назначения.

Диоды общего назначения — это электронные компоненты с двумя выводами, которые позволяют току течь только в одном направлении, от анода (+) к катоду. Эти простые полупроводники представляют собой PN-переходы с положительной или P-областью с положительными ионами и отрицательной или N-областью с отрицательными электронами.Приложение прямого напряжения к PN-переходу заставляет ток течь только в одном направлении, поскольку электроны из N-области заполняют «дыры» в P-области. Обратное напряжение диода является потенциальным барьером, препятствующим протеканию тока в обратном направлении, аналогично номинальному давлению на обратном клапане.

Изображение предоставлено: AMB Laboratories

Светоизлучающие диоды (LED) — это устройства с PN-переходом, которые испускают световое излучение посредством электролюминесценции при прямом смещении.Они используются в качестве различных индикаторов в авиационном, автомобильном и транспортном освещении, а также для освещения некоторых ламп и фонарей. Большинство светодиодов работают в ближнем инфракрасном и видимом диапазонах, хотя теперь есть и УФ-светодиоды.

Кредит изображения: MRISAR

Фотодиоды представляют собой двухэлектродный, чувствительный к излучению переход, сформированный в полупроводниковом материале, в котором обратный ток изменяется в зависимости от освещения.Фотодиоды используются для определения оптической мощности и для преобразования оптической мощности в электрическую. Фотодиоды могут быть PN, PIN или лавинными. PN-фотодиоды имеют двухэлектродный чувствительный к излучению PN-переход, сформированный в полупроводниковом материале, в котором обратный ток изменяется в зависимости от освещения. PIN-фотодиоды — это диоды с большой внутренней областью, зажатой между полупроводниковыми областями, легированными P и N. Фотоны, поглощенные в этой области, создают пары электрон-дырка, которые затем разделяются электрическим полем, таким образом генерируя электрический ток в цепи нагрузки.Лавинные фотодиоды — это устройства, в которых используется лавинное умножение фототока с помощью дырочных электронов, создаваемых поглощенными фотонами. Когда напряжение обратного смещения устройства приближается к уровню пробоя, пары дырка-электрон сталкиваются с ионами, создавая дополнительные пары дырка-электрон, таким образом достигая усиления сигнала.

Изображение предоставлено: MCU Tutor

PIN-диоды — это трехслойные полупроводниковые диоды, состоящие из внутреннего слоя, разделяющего сильно легированные слои P и N.Заряд, накопленный в собственном слое, вместе с другими параметрами диода определяет сопротивление диода на ВЧ и СВЧ частотах. Это сопротивление обычно составляет от кОм до менее 1 Ом для данного диода. PIN-диоды обычно используются в качестве переключателей или элементов аттенюатора.

Кредит изображения: Все о схемах

Выпрямители получают переменный ток (AC) со средним значением ноль вольт и подают постоянный ток (DC), сигнал одной полярности с чистым значением больше нуля вольт, процесс, также известный как выпрямление.Важнейшим компонентом выпрямителя является диод. Диод — это электронный компонент, который позволяет току течь только в одном направлении, от анода (+) к катоду (-). Один выпрямительный диод позволит распространяться только половине сигнала переменного тока, блокируя обратную полярность, пока она не превышает напряжение пробоя. Доступны несколько схем, которые позволяют выполнять однополупериодное и двухполупериодное выпрямление.

Изображение предоставлено: Marine Insight

Диоды Шоттки также известны как диоды с барьером Шоттки или диоды с горячей несущей.Они состоят из соединения между металлическим слоем и полупроводниковым элементом. Металлический слой, катод, сильно занят электронами зоны проводимости. Полупроводниковый элемент, анод, представляет собой слаболегированный полупроводник N-типа. При прямом смещении электроны с более высокой энергией в N-области инжектируются в металлическую область, позволяя переходу работать во включенном состоянии. Диоды Шоттки достигают высоких скоростей переключения, поскольку они очень быстро отдают свою избыточную энергию, когда они колеблются между состояниями ВКЛ и ВЫКЛ.

Изображение предоставлено: Electrical-Info.com

Туннельные диоды — это сильно легированные P-N диоды, в которых туннелирование электронов из зоны проводимости в материале N-типа в валентную зону в области P-типа создает область отрицательного сопротивления. Эта область отрицательного сопротивления является наиболее важной областью эксплуатации. По мере увеличения напряжения ток уменьшается. Эта функция делает туннельные диоды особенно полезными в генераторах малой мощности и радиочастотных (RF) приложениях.

Изображение предоставлено: HyperPhysics

Варакторные диоды — это диоды с p-n переходом, которые предназначены для работы в качестве конденсатора с регулируемым напряжением при работе в режиме обратного смещения. Когда PN-переход смещается путем приложения напряжения к переходу, это приводит к отрицательному заряду на стороне P и положительному заряду на стороне N. Область между этими положительными и отрицательными зарядами, известная как область истощения, не содержит движущихся зарядов.

Собственная емкость является результатом смещения перехода: два противоположных заряда разделены изолятором. Фактически, все PN-переходы имеют соответствующую емкость (Cj), и когда на диод подается напряжение, область обеднения уменьшается (прямое смещение) или увеличивается (обратное смещение), изменяя значение емкости PN-перехода.

Варакторы изготавливаются таким образом, чтобы емкость PN перехода имела известное и управляемое отношение к приложенному напряжению на диоде.Эта управляемая напряжением емкость обычно создается исключительно с использованием только обратного смещения. На следующем рисунке показаны схема, символ и кривая, показывающая взаимосвязь между приложенным напряжением обратного смещения и емкостью.

Изображение предоставлено: Политех Лилль

Обратите внимание, что по мере увеличения напряжения обратного смещения (V _R ) емкость уменьшается.Качество C _T — это емкость устройства при отсутствии приложенного напряжения. Связь между напряжением обратного смещения и емкостью определяется следующей формулой:

Где:

C _j = емкость перехода

C _T = конечная емкость

В _R = обратное напряжение смещения

Стабилитроны — это устройства с PN-переходом, которые предназначены для работы в области обратного пробоя.Напряжение пробоя (Vz) стабилитронов устанавливается путем тщательного контроля уровня легирования во время производства. Это явление пробоя называется напряжением Зенера или эффектом Зенера.

Изображение предоставлено: TDK Lambda UK

Этапы жизненного цикла продукта

соответствуют этапам жизненного цикла продукта, которые определены Альянсом электронной промышленности (EIA) в EIA-724.EIA-724 признает шесть различных фаз жизненного цикла продукта: внедрение, рост, зрелость, насыщение, снижение и поэтапный отказ.

Кредит изображения: UIUC

• Введение — Планирование или проектирование продукта продолжается. Образцы могут существовать, а могут и не существовать. Могут произойти изменения в спецификациях и запланированные даты внедрения могут быть отложены. Заказы и отгрузка продукции не допускаются.

• Рост — Производство быстро растет. Производственные мощности добавляются. Заказы и отгрузки разрешены.

• Срок погашения — Рост продукта стабилизировался или достиг пика. Качество продукции очень высокое. Заказы и отгрузки разрешены. Продукт рекомендован к использованию в новых разработках.

• Насыщение — Продажи и мощности достигли пика. Заказы и отгрузки разрешены.

• Снижение — Производительность начинает снижаться.Заказы и отгрузки разрешены, но устройства не рекомендуются для новых разработок

• Поэтапный отказ — Производственные мощности быстро сокращаются. Может быть выпущено официальное уведомление о прекращении производства. Возможны ограничения на отгрузку, но заказы по-прежнему разрешены. Устройства не рассматриваются в новых разработках.
  

Соответствие RoHS

Ограничение содержания опасных веществ (RoHS) — это директива Европейского Союза (ЕС), которая требует от всех производителей электронного и электрического оборудования, продаваемого в Европе, продемонстрировать, что их продукция содержит только минимальные уровни следующих опасных веществ: свинец, ртуть, кадмий, шестивалентный хром, полибромированный дифенил и полибромированный дифениловый эфир.RoHS вступил в силу 1 июля 2006 г.

Ресурсы

Диоды и выпрямители

Теория полупроводниковых диодов

Типы диодов

Диоды | Клуб электроники

Сигнал | Выпрямитель | Мостовой выпрямитель | Стабилитрон

Смотрите также: светодиоды | Блоки питания

Диоды позволяют электричеству течь только в одном направлении.Стрелка символа схемы показывает направление, в котором может течь ток. Диоды — электрическая версия вентиль и первые диоды на самом деле назывались вентилями.

Типы диодов

Обычные диоды можно разделить на два типа:

Дополнительно есть:

Подключение и пайка

Диоды должны быть подключены правильно, на схеме может быть указано a или + для анода и k или — для катода (да, это действительно k, а не c, для катода!).Катод отмечен линией, нарисованной на корпусе. Диоды обозначены своим кодом мелким шрифтом, вам может потребоваться ручная линза, чтобы прочитать его.

Сигнальные диоды могут быть повреждены нагреванием при пайке, но риск невелик, если только вы используете германиевый диод (коды начинаются OA …), и в этом случае вы должны использовать радиатор (например, зажим «крокодил»), прикрепленный к проводу между соединением и корпусом диода.

Выпрямительные диоды достаточно прочные, и при их пайке не требуется специальных мер предосторожности.

Испытательные диоды

Вы можете использовать мультиметр или простой тестер. проект (батарея, резистор и светодиод), чтобы проверить, что диод проводит только в одном направлении.

Можно использовать лампу для проверки выпрямительного диода, но НЕ используйте лампу для проверки сигнальный диод, потому что большой ток, пропускаемый лампой, разрушит диод.

Падение прямого напряжения

Электричество потребляет немного энергии, проталкиваясь через диод, как человек. толкая дверь пружиной.Это означает, что есть небольшое прямое падение напряжения через проводящий диод. Для большинства диодов, сделанных из кремния, оно составляет около 0,7 В.

Прямое падение напряжения на диоде почти постоянно, независимо от тока, протекающего через диода, поэтому они имеют очень крутую характеристику (вольт-амперный график).

обратное напряжение

При подаче обратного напряжения проводит не идеальный диод, а настоящие диоды. утечка очень крошечного тока (обычно несколько мкА).Это можно игнорировать в большинстве схем. потому что он будет намного меньше, чем ток, текущий в прямом направлении. Однако все диоды имеют максимальное обратное напряжение (обычно 50 В или более), и если при превышении этого значения диод выйдет из строя и будет пропускать большой ток в обратном направлении, это называется пробой .

Диоды сигнальные (малоточные)

Сигнальные диоды обычно используются для обработки информации (электрических сигналов) в цепях, поэтому они требуются только для пропускания небольших токов до 100 мА.

Сигнальные диоды общего назначения, такие как 1N4148, изготовлены из кремния и имеют прямое падение напряжения 0,7 В.

Rapid Electronics: 1N4148

Германиевые диоды , такие как OA90, имеют меньшее прямое падение напряжения 0,2 В, что делает Их можно использовать в радиосхемах в качестве детекторов, выделяющих звуковой сигнал из слабого радиосигнала. Сейчас они используются редко, и их может быть трудно найти.

Для общего использования, где величина прямого падения напряжения менее важна, кремниевые диоды лучше, потому что они менее легко повреждаются теплом при пайке, имеют меньшее сопротивление при проводке и имеют очень низкие токи утечки при приложении обратного напряжения.

Защитные диоды для реле

Сигнальные диоды также используются для защиты транзисторов и микросхем от кратковременного высокого напряжения, возникающего при обмотке реле. выключен. На схеме показано, как защитный диод подключен к катушке реле «в обратном направлении».

Зачем нужен защитный диод?

Ток, протекающий через катушку, создает магнитное поле, которое внезапно схлопывается. при отключении тока. Внезапный коллапс магнитного поля вызывает кратковременное высокое напряжение на катушке, которое может повредить транзисторы и микросхемы.Защитный диод позволяет индуцированному напряжению пропускать кратковременный ток через катушку. (и диод), поэтому магнитное поле исчезает быстро, а не мгновенно. Это предотвращает индуцированное напряжение становится достаточно высоким, чтобы вызвать повреждение транзисторов и микросхем.

Выпрямительные диоды (большой ток)

Выпрямительные диоды используются в источниках питания для преобразования переменного тока (AC). к постоянному току (DC) этот процесс называется выпрямлением. Они также используются в других схемах, где через диод должен проходить большой ток.

Все выпрямительные диоды изготовлены из кремния и поэтому имеют прямое падение напряжения 0,7 В. В таблице указаны максимальный ток и максимальное обратное напряжение для некоторых популярных выпрямительных диодов. 1N4001 подходит для большинства цепей низкого напряжения с током менее 1 А.

Rapid Electronics: 1N4001

Книги по комплектующим:

Мостовые выпрямители

Есть несколько способов подключения диодов, чтобы выпрямитель преобразовывал переменный ток в постоянный.Мостовой выпрямитель — один из них, и он доступен в специальных пакетах, содержащих четыре необходимых диода. Мостовые выпрямители рассчитаны на максимальный ток и максимальное обратное напряжение. У них есть четыре вывода или клеммы: два выхода постоянного тока помечены + и -, два входа переменного тока помечены .

На схеме показана работа мостового выпрямителя при преобразовании переменного тока в постоянный. Обратите внимание, как проводят чередующиеся пары диодов.

Rapid Electronics: мостовые выпрямители

Мостовые выпрямители различных типов

Обратите внимание, что у некоторых есть отверстие в центре для крепления к радиатору

Фотографии © Rapid Electronics

Стабилитроны

используются для поддержания постоянного напряжения.Они рассчитаны на «поломку» в надежных и неразрушающим способом, чтобы их можно было использовать в обратном направлении для поддержания фиксированного напряжения на их выводах.

можно отличить от обычных диодов по их коду и напряжению пробоя. которые напечатаны на них. Коды стабилитронов начинаются BZX … или BZY … Их напряжение пробоя обычно печатается с буквой V вместо десятичной точки, поэтому 4V7 означает, например, 4,7 В.

a = анод, k = катод

Rapid Electronics: стабилитроны

На схеме показано, как подключен стабилитрон с последовательно включенным резистором для ограничения тока.

имеют номинальное напряжение пробоя и максимальную мощность . Минимальное доступное напряжение пробоя составляет 2,4 В. Широко доступны номинальные мощности 400 мВт и 1,3 Вт.

Дополнительные сведения см. На странице источников питания.

Политика конфиденциальности и файлы cookie

Этот сайт не собирает личную информацию. Если вы отправите электронное письмо, ваш адрес электронной почты и любая личная информация будет используется только для ответа на ваше сообщение, оно не будет передано никому.На этом веб-сайте отображается реклама, если вы нажмете на рекламодатель может знать, что вы пришли с этого сайта, и я могу быть вознагражден. Рекламодателям не передается никакая личная информация. Этот веб-сайт использует некоторые файлы cookie, которые классифицируются как «строго необходимые», они необходимы для работы веб-сайта и не могут быть отклонены, но они не содержат никакой личной информации. Этот веб-сайт использует службу Google AdSense, которая использует файлы cookie для показа рекламы на основе использования вами веб-сайтов. (включая этот), как объяснил Google.Чтобы узнать, как удалить файлы cookie и управлять ими в своем браузере, пожалуйста, посетите AboutCookies.org.

electronicsclub.info © Джон Хьюс 2021 г.

Общие сведения о технических характеристиках, параметрах и рейтингах диодов »Электроника

могут показаться простыми, но они имеют множество технических характеристик, параметров и номиналов, которые необходимо учитывать при выборе одного из них в качестве замены или для новой конструкции электронной схемы.

Diode Tutorial:
Типы диодов Характеристики и рейтинг диодов PN переходный диод ВЕЛ PIN-диод Диод с барьером Шоттки Солнечный элемент / фотоэлектрический диод Варактор / варикап Стабилитрон

Понимание технических характеристик, параметров и номинальных характеристик диодов может быть ключом к выбору правильного электронного компонента для конкретной конструкции электронной схемы.На рынке доступно огромное количество диодов, поэтому выбор необходимого не всегда может показаться легким.

Большинство спецификаций, номинальных значений и параметров относительно просты для понимания, особенно с небольшими пояснениями, но некоторые из них могут потребовать немного большего объяснения, или они могут быть применимы к ограниченному количеству диодов.

Помимо технических характеристик, касающихся электрических характеристик, также важны физические упаковки. Диоды поставляются в различных корпусах, включая корпуса с выводами на проводах, а также мощные диоды, которые крепятся болтами к радиаторам, и с огромным количеством высокоавтоматизированного производства и сборки печатных плат, компонентов технологии поверхностного монтажа — диоды SMD используются в огромных количествах.

Технические характеристики диодов приводятся в технических паспортах и ​​содержат описание характеристик диода. Проверка рабочих параметров позволит оценить диод на предмет того, обеспечивает ли он требуемые рабочие характеристики для предполагаемой функции.

Различные параметры спецификации более применимы для диодов, используемых в различных приложениях, различных конструкциях электронных схем и т. Д. Для силовых приложений важны такие аспекты, как допустимый ток, прямое падение напряжения, температура перехода и т. Д., Но для конструкций RF емкость и напряжение включения часто представляют большой интерес.

Приведенные ниже аспекты подробно описывают некоторые из наиболее широко используемых параметров или спецификаций, используемых в технических паспортах для большинства типов диодов.

Характеристики и параметры диода

В приведенном ниже списке приведены подробные сведения о различных характеристиках диодов и параметрах диодов, которые можно найти в технических паспортах и ​​спецификациях диодов.

• Материал полупроводника: Полупроводниковый материал, используемый в диоде с PN-переходом, имеет первостепенное значение, поскольку используемый материал влияет на многие из основных характеристик и свойств диодов.Кремний и германий — два широко используемых материала:
  
  • Кремний: Кремний — наиболее широко используемый материал, поскольку он обеспечивает высокие характеристики для большинства приложений и низкие производственные затраты. Технология кремния хорошо отработана, и кремниевые диоды можно изготавливать дешево. Напряжение прямого включения составляет около 0,6 В, что является высоким показателем для некоторых приложений, хотя для диодов Шоттки оно меньше.
  • Германий: Германий менее широко используется и предлагает низкое напряжение включения около 0.От 2 до 0,3 В.
  Другие материалы обычно предназначены для более специализированных диодов. Например, светодиоды используют составные материалы для обеспечения разных цветов.
• Тип диода: Хотя в основе конструкции большинства диодов лежит PN переход, разные типы диодов созданы для обеспечения разных характеристик, и иногда они могут работать по-разному. Ключевым моментом является выбор правильного типа диода для любого конкретного применения.Стабилитроны

  используются для обеспечения опорных напряжений, в то время как варакторные диоды используются для обеспечения переменного уровня емкости в ВЧ-схеме в соответствии с предусмотренным обратным смещением. Выпрямительные диоды могут использовать диод с прямым PN переходом или, в некоторых случаях, они могут использовать диод Шоттки для более низкого прямого напряжения. Каким бы ни было приложение, необходимо использовать диод правильного типа для достижения требуемых функциональных возможностей и характеристик.

• Прямое падение напряжения, Vf: Любое электронное устройство, пропускающее ток, будет развивать результирующее напряжение на нем, и эта характеристика диода имеет большое значение, особенно для выпрямления мощности, где потери мощности будут выше для высокого прямого падение напряжения.Кроме того, диодам для ВЧ-схем часто требуется небольшое прямое падение напряжения, поскольку сигналы могут быть небольшими, но их все же необходимо преодолеть.

  Напряжение на диоде с PN переходом возникает по двум причинам. Первый связан с характером полупроводникового PN перехода и является результатом упомянутого выше напряжения включения. Это напряжение позволяет преодолеть истощающий слой и протечь ток. Вторая причина возникает из-за обычных резистивных потерь в устройстве. В результате будет дана величина прямого падения напряжения при заданном уровне тока.Этот показатель особенно важен для выпрямительных диодов, через которые может проходить значительный ток.

  График прямого падения напряжения для различных уровней тока, в частности, для выпрямительных диодов, обычно приводится в технических данных. Он будет иметь диапазон типичных цифр, и с его помощью можно определить диапазон падения напряжения для ожидаемых уровней переносимого тока. Затем можно определить мощность, которая будет рассеиваться в области электронного перехода диода.

• Пиковое обратное напряжение, PIV: Эти характеристики диода представляют собой максимальное напряжение, которое диод может выдерживать в обратном направлении. Это напряжение нельзя превышать, иначе устройство может выйти из строя.

  Это напряжение не является просто среднеквадратичным напряжением входящего сигнала. Каждую схему необходимо рассматривать по отдельности, но для простого однодидного полуволнового выпрямителя с некоторой формой сглаживающего конденсатора впоследствии следует помнить, что конденсатор будет удерживать напряжение, равное пику входящей формы волны напряжения.Тогда диод также будет видеть пик входящего сигнала в обратном направлении и, следовательно, в этих обстоятельствах он будет видеть пиковое обратное напряжение, равное размаху сигнала.

• Напряжение обратного пробоя, В _{(BR) R} : Это немного отличается от пикового обратного напряжения тем, что это напряжение является точкой, в которой диод выйдет из строя.

  IV характеристика диода PN, показывающая обратный пробой

  Диод может выдерживать обратное напряжение до определенной точки, а затем он выйдет из строя.В некоторых диодах и в некоторых схемах это вызовет непоправимый ущерб, хотя для стабилитронов / диодов опорного напряжения для опорного напряжения используется сценарий обратного пробоя, хотя схема должна быть разработана для ограничения протекающего тока, в противном случае диод может быть поврежден. уничтожен.

• Максимальный прямой ток: Для конструкции электронной схемы, пропускающей любые уровни тока, необходимо обеспечить, чтобы максимальные уровни тока для диода не превышались.По мере повышения уровня тока дополнительное тепло рассеивается, и его необходимо удалить.

• Рабочая температура перехода: Как и все электронные компоненты, диоды имеют максимальную рабочую температуру. В техническом паспорте будет раздел с указанием максимальной температуры перехода. По мере повышения температуры перехода надежность в долгосрочной перспективе падает. При превышении максимальной температуры перехода диод может выйти из строя и даже загореться.

  Следует помнить, что температура перехода относится к самому диодному переходу внутри корпуса, а не к температуре корпуса. Между температурой упаковки и температурой перехода должен быть допустимый запас. Часто в технических паспортах приводятся кривые, позволяющие определить температуру перехода. Также можно рассчитать температуру перехода, зная ток, прямое падение напряжения и тепловое сопротивление: спецификации, которые упоминаются в технических характеристиках и также упоминаются здесь.

  Принимая во внимание аспекты долгосрочной надежности, всегда лучше использовать диод в пределах своих номиналов. Это дает хороший запас для обеспечения надежной долгосрочной работы и для диода, чтобы приспособиться к любым кратковременным пикам. То же самое для любого электронного компонента.

• Переход к тепловому сопротивлению окружающей среды, Θ _JA : Этот параметр спецификации диода измеряется в ° C на ватт и означает, что для каждого ватта, рассеиваемого в переходе, будет определенное повышение температуры выше температуры окружающей среды. .Это означает, что для диода с тепловым сопротивлением перехода к окружающей среде 50 ° C / Вт температура перехода будет повышаться на 50 ° C на каждый ватт рассеиваемой мощности.

  Сопротивление перехода к температуре окружающей среды на самом деле является суммой ряда отдельных областей диода: тепловое сопротивление перехода к корпусу, тепловое сопротивление между корпусом и поверхностью и тепловое сопротивление поверхности к окружающей среде, как показано на рисунке. формула: θ _JA = θ _JC + θ _CS + θ _SA .

  Эта общая спецификация является ключом к возможности определить фактическую рабочую температуру перехода — ключевой параметр, который необходимо контролировать при проектировании схемы, в которой диоды пропускают значительный ток, так что прошедший ток приведет к рассеянию мощности.

  Температуру перехода можно рассчитать по формуле:

  Где:
  T _J температура перехода
  T _AMB = температура окружающей среды
  Θ _JA = переход к тепловому сопротивлению окружающей среды.

• Ток утечки: Если бы был идеальный диод, то при обратном смещении ток не протекал. Обнаружено, что для реального диода с PN-переходом очень малая величина тока течет в обратном направлении из-за наличия неосновных носителей в полупроводнике. Уровень тока утечки зависит от трех основных факторов. Обратное напряжение очевидно. Он также зависит от температуры, заметно повышаясь с температурой.Также обнаружено, что это очень зависит от типа используемого полупроводникового материала — кремний намного лучше германия.

  IV характеристика PN-диода, показывающая параметр

  тока утечки. Характеристика или спецификация тока утечки для диода с PN-переходом указывается при определенном обратном напряжении и определенной температуре. Спецификация обычно определяется в единицах микроампер, мкА или пикоампер, пА, поскольку уровни обычно очень низкие до того, как произойдет обратный пробой.

• Емкость перехода: Все диоды PN перехода имеют емкость перехода. Область обеднения — это диэлектрический промежуток между двумя пластинами, которые эффективно формируются на краю области обеднения и области с основными носителями. Фактическое значение емкости зависит от обратного напряжения, которое вызывает изменение области обеднения (увеличение обратного напряжения увеличивает размер области истощения и, следовательно, уменьшает емкость).

  Этот факт успешно используется в варакторах или варикапных диодах, а также в ВЧ-конструкциях генераторов переменной частоты и фильтров переменной частоты. Однако для многих других приложений, особенно для некоторых радиочастотных схем, где паразитная емкость диода может влиять на характеристики, это необходимо минимизировать. Поскольку емкость имеет важное значение, она указывается. Параметр обычно описывается как заданная емкость (обычно в пФ, поскольку уровни емкости относительно низкие) при заданном напряжении или напряжениях.Также для многих ВЧ приложений доступны специальные диоды с малой емкостью.

  Для многих применений с выпрямителями мощности емкость достаточно мала, чтобы не создавать проблем. Например, емкость перехода 1N4001 и 1N4004 составляет всего 15 пФ для обратного напряжения 4 В и менее при повышении напряжения. Диоды с более высоким напряжением могут быть меньше — 1N4007 имеет емкость перехода 8 пФ для обратного напряжения 4 вольта. Соответственно, влияние емкости замечается только при повышении частоты.Поскольку уровни емкости низкие, на частоты до 100 кГц она часто не влияет, и в большинстве случаев ею можно пренебречь, вплоть до даже более высоких частот.

• Тип корпуса: Диоды могут быть установлены в различных корпусах в зависимости от их применения, и в некоторых случаях, особенно в ВЧ приложениях, корпус является ключевым элементом при определении общих характеристик ВЧ диодов.

  Также для силовых приложений, где важно рассеивание тепла, корпус может определять многие общие параметры диодов, поскольку для мощных диодов могут потребоваться корпуса, которые можно прикрепить болтами к радиаторам, тогда как малосигнальные диоды могут быть доступны в выводном формате или в качестве устройств для поверхностного монтажа .Также мощные диоды могут быть доступны в виде мостовых выпрямителей, содержащих четыре диода в мосту, подходящих для выпрямления волн.

  Диоды для поверхностного монтажа, SMD-диоды используются в огромных количествах, потому что большая часть производства электроники и сборки печатных плат осуществляется с использованием автоматизированных методов, а технология поверхностного монтажа подходит для этого.

  Схема мостового выпрямителя и маркировка

  В дополнение к этому, диоды доступны как с выводами, так и в корпусах, использующих технологию поверхностного монтажа, в зависимости от диода.Большинство ВЧ диодов и диодов малой мощности доступны в корпусах для поверхностного монтажа, что делает их более подходящими для крупномасштабного производства.

• Схемы кодирования и маркировки диодов: Большинство используемых диодов имеют номера деталей, соответствующие схемам JEDEC или Pro-Electron. Такие числа, как 1N4001, 1N916, BZY88 и многие другие, хорошо знакомы всем, кто занимается проектированием и производством электроники.

  Однако при использовании автоматизированных методов сборки печатных плат и технологии поверхностного монтажа обнаруживается, что многие устройства слишком малы, чтобы нести полное число, которое может быть использовано в техническом паспорте.В результате была разработана довольно произвольная система кодирования, в соответствии с которой упаковка устройства содержит простой двух- или трехзначный идентификационный код.

  Обычно его можно разместить на небольших корпусах диодов для поверхностного монтажа. Однако определить типовой номер SMD-диода производителя по коду корпуса может быть непросто на первый взгляд. Есть несколько полезных кодовых книг SMD, которые предоставляют данные для этих устройств. Например, код «13s» обозначает диод для поверхностного монтажа BAS125 в корпусе SOT23 или SOT323.

Пример типовых характеристик диода

Несмотря на то, что существует множество различных диодов с большим количеством различных спецификаций, иногда помогает увидеть, каковы различные характеристики и параметры и как они выражаются в формате, аналогичном тем, которые представлены в таблицах данных.

Огромное количество диодов имеет огромное количество различных характеристик. Некоторые диоды могут быть разработаны исключительно для выпрямления, тогда как другие могут быть предназначены для излучения света, обнаружения света, действия в качестве опорного напряжения, обеспечения переменной емкости и т.п.Диоды также поставляются в различных упаковках, подавляющее большинство из которых в наши дни продаются как диоды для поверхностного монтажа для автоматизированной сборки печатных плат.

Независимо от типа диода, многие из основных технических характеристик, параметров и номиналов, упомянутых выше, будут важны. Понимание основных параметров и характеристик этих электронных компонентов при просмотре спецификаций в технических паспортах является ключом к выбору правильного диода. Понимание спецификаций позволяет принимать мудрые решения в процессе проектирования электронной схемы для любого проекта с использованием диодов.

Другие электронные компоненты: Резисторы
Конденсаторы Индукторы Кристаллы кварца Диоды Транзистор Фототранзистор Полевой транзистор Типы памяти Тиристор Разъемы Разъемы RF Клапаны / трубки Аккумуляторы Переключатели Реле
Вернуться в меню «Компоненты». . .

Таблица параметров диодов SPICE

Параметры модели диода SPICE

Характеристики диода по постоянному току определяются параметрами IS, N и омическим сопротивлением RS.Эффекты накопления заряда моделируются временем прохождения TT ​​и нелинейной емкостью обедненного слоя, которая определяется параметрами CJO, VJ и M. Температурная зависимость тока насыщения определяется параметрами EG, энергией запрещенной зоны и XTI, показатель текущей температуры насыщения. Номинальная температура, при которой были измерены эти параметры, — TNOM, которая по умолчанию равна значению для всей цепи, указанному в строке управления .OPTIONS. Обратный пробой моделируется экспоненциальным увеличением обратного тока диода и определяется параметрами BV и IBV (оба являются положительными числами).

Вернуться к:

Кривые зависимости тока диода от напряжения [Analog Devices Wiki]

Цель:

Целью этого мероприятия является исследование характеристик тока и напряжения различных твердотельных диодов с PN переходом, таких как обычный кремниевый диод, диод с барьером Шоттки, стабилитрон и светоизлучающий диод (LED).

Примечания:

Как и во всех лабораториях ALM, мы используем следующую терминологию при описании подключений к разъему M1000 и настройке оборудования.Зеленые заштрихованные прямоугольники обозначают подключения к разъему аналогового ввода-вывода M1000. Контакты аналогового канала ввода / вывода обозначаются как CA и CB. При настройке для принудительного измерения напряжения / измерения тока — В добавляется , как в CA- В , или при настройке для принудительного измерения тока / измерения напряжения добавляется -I, как в CA-I. Когда канал настроен в режиме высокого импеданса только для измерения напряжения, -H добавляется как CA-H.

Следы осциллографа аналогично обозначаются по каналу и напряжению / току.Например, CA- V , CB- V для сигналов напряжения и CA-I, CB-I для сигналов тока.

Фон:

Диод с PN-переходом — это устройство, которое обычно используется в схемах, таких как выпрямление, где ток может течь только в одном направлении. Когда диод изготовлен из кремния, прямое падение напряжения обычно составляет 0,7 В , а характеристика В _D в зависимости от I _D , связывающая напряжение и ток диода, может быть описана экспоненциальной зависимостью:

где I _S и n — масштабные коэффициенты, а kT / q (~ 25.4 мВ при комнатной температуре) — это так называемое тепловое напряжение В, _Т .

Условные обозначения на схеме диода:

Каждый тип диода имеет определенный схематический символ, который является вариациями обычного символа диода, показанного слева на рисунке 1. Катод в форме буквы Z обозначает стабилитрон, как и второй символ на рисунке 1. Буква «S». Катод в форме катода обозначает диод Шоттки, как в следующем символе. Стрелки, указывающие от диода, обозначают светодиод, как в символе справа.Стрелки, указывающие на диод, будут представлять фотодиодный детектор света.

Рисунок 1, условные обозначения диодов

Основы стабилитрона:

Стабилитрон похож по конструкции и работе на обычный диод. В отличие от обычного диода, предназначенного для предотвращения тока в обратном направлении, стабилитрон в основном используется в обратной области выше напряжения пробоя. Его характеристика I vs V аналогична кривой обычного диода.Регулируя легирование сторон P и N перехода, можно создать стабилитрон, который выходит из строя при напряжении от нескольких вольт до нескольких сотен вольт. См. Рис. 2. В этой области пробоя или стабилитрона напряжение на диоде будет оставаться примерно постоянным в широком диапазоне токов. Максимальный потенциал обратного смещения, который может быть приложен до входа в область стабилитрона, называется пиковым обратным напряжением (PIV) или пиковым обратным напряжением (PRV).

Рисунок 2, Характеристики прямого и обратного стабилитрона I / В

При напряжениях выше начала пробоя увеличение приложенного напряжения вызовет прохождение большего тока через диод, но напряжение на диоде останется почти на уровне В _Z .Стабилитрон, работающий в режиме обратного пробоя, может обеспечивать опорное напряжение для таких систем, как регуляторы напряжения или компараторы напряжения.

Основы диода Шоттки:

Диод с барьером Шоттки использует выпрямляющий переход металл-полупроводник, образованный путем нанесения, испарения или напыления одного из множества металлов на полупроводниковый материал n-типа или p-типа. Обычно кремний n-типа и GaAs n-типа используются в коммерчески доступных диодах Шоттки. Свойства диода с барьером Шоттки, смещенного в прямом направлении, определяются явлением большинства носителей заряда.Свойства обычного диода с PN переходом определяются неосновными носителями. Диоды Шоттки — это устройства с большинством несущих, которые можно быстро переключать с прямого на обратное смещение без эффекта накопления неосновных несущих.

Кривая нормальной зависимости тока от напряжения (I / В ) диода с барьером Шоттки похожа на кривую диода с PN-переходом, за следующими исключениями:

1. Напряжение обратного пробоя диода с барьером Шоттки ниже, а обратный ток утечки выше, чем у диода с PN-переходом, изготовленного из того же полупроводникового материала с удельным сопротивлением.
2. Прямое напряжение при определенном прямом токе также ниже для диода с барьером Шоттки, чем для диода с PN переходом. Например, при токе прямого смещения 2 мА кремниевый диод Шоттки с низким барьером будет иметь прямое напряжение ~ 0,3 В, а кремниевый диод с PN переходом будет иметь напряжение ~ 0,7 В. Это более низкое прямое падение напряжения может снизить мощность, рассеиваемую диодом, более чем наполовину. Эта экономия энергии может быть очень значительной, когда диоды должны пропускать большие прямые токи.Зависимость тока от напряжения (I / В ) для диода с барьером Шоттки задается следующим уравнением, известным как уравнение Ричардсона. Основное отличие от уравнения обычного диода заключается в I _S с добавлением модифицированной постоянной Ричардсона A *.

Где:
A = площадь перехода
A * = модифицированная постоянная Ричардсона (значение зависит от материала и присадки) = 110 A / (° K ² -см ² ) для Si n-типа
T = абсолютная температура в ºK
q = заряд электрона = 1.6 * 10 ^-19 C
f _B = высота барьера в вольтах k = постоянная Больцмана = 1,37 * 10 ^-23 Дж / K
n = коэффициент идеальности (коэффициент прямого наклона, определяемый границей раздела металл-полупроводник)

Основы светодиодов:

Светодиод представляет собой переходной диод, который излучает свет при прямом смещении. Фактически все диоды с PN-переходом излучают фотоны при прямом смещении, просто фотоны находятся в инфракрасном диапазоне, а физическая форма диода не позволяет фотонам покинуть корпус.Чтобы достичь свойства излучения видимого света, необходимо изготавливать светодиод из материалов с большей шириной запрещенной зоны, отличных от кремния. В результате прямое падение напряжения светодиода превышает 0,7 В; обычно порядка 1,5–2 вольт в зависимости от длины волны излучаемого света. Светодиод также выполнен в специальном прозрачном корпусе, как показано на рисунке 3.

Рисунок 3, Светодиоды

Светодиод — это полупроводниковое устройство, излучающее электромагнитное излучение на оптических и инфракрасных частотах.Устройство представляет собой диод с PN-переходом, сделанный из полупроводников p-типа и n-типа, обычно GaAs, GaP или SiC. Они излучают свет только тогда, когда внешнее приложенное напряжение используется для прямого смещения диода выше минимального порогового значения. Прирост электрической потенциальной энергии, передаваемой этим напряжением, достаточно, чтобы заставить электроны вытекать из материала n-типа через барьер перехода в область p-типа. Это пороговое напряжение для начала протекания тока через переход и образования света составляет В ₀ .Излучение света происходит после того, как электроны входят в p-область (а дырки — в n-область). Эти электроны — небольшое меньшинство, окруженное дырками (по сути, античастицами электронов), и они быстро найдут дырку для рекомбинации. Энергетически электрон релаксирует из возбужденного состояния (зона проводимости) в основное состояние (валентная зона). Диоды называются светоизлучающими, потому что энергия, отдаваемая электроном при релаксации, излучается в виде фотона. Выше порогового значения ток и светоотдача экспоненциально возрастают с увеличением напряжения смещения на диоде.Кванты энергии или фотон имеют энергию E = hf. Связь между энергией фотона и напряжением включения В ₀ :

Где:
E _g — размер энергетической щели
V ₀ — пороговое напряжение
f и λ — частота и длина волны излучаемых фотонов
c — скорость света
e — заряд электрона
ч — постоянная Планка

лабораторных экспериментов:

Вы будете делать I vs. В измерений на различных типах диодов в этой части лаборатории.

Материалы:

Аппаратный модуль ADALM1000
Макетная плата без пайки
1 — Резистор (47 Ом или любое аналогичное значение от 47 Ом до 1 кОм)
1 — Обычный диод (1N4001 или аналогичный)
1 — Диод Шоттки (1N5817 или аналогичный)
1 — 6,2 стабилитрон вольт (1N4735 или аналогичный)
Различные — светодиодный диод (5 мм красный, желтый, зеленый, синий или белый и т. д.)

Направление:

Текущий vs.Характеристики напряжения PN-переходного диода можно измерить с помощью модуля M1000 и следующих подключений, показанных на рисунке 4. Зеленые прямоугольники указывают, где подключить ALM1000. Установите на макетной плате выход генератора канала А, подключенный к одному концу резистора. Другой конец резистора подключается к одному концу измеряемого диода, как показано на схеме. Вход каналов B также подключен ко второму концу резистора. Другой конец диода заземлен.Обязательно обратите внимание на правильную полярность диода.

Рисунок 4, Схема подключения диода I в зависимости от В, кривые

Настройка оборудования:

Генератор канала А должен быть настроен на треугольную волну 100 Гц с максимальным напряжением 3 вольта и минимальным напряжением 0 вольт. Канал A используется для измерения тока в резисторе (и диоде). Канал осциллографа B используется для измерения напряжения на диоде. Вертикальный диапазон должен быть установлен с каналом A на 5 мА на деление и каналом B также на 0.2В на деление. Ток, протекающий через диод, I _D , также является напряжением, измеренным на резисторе (в данном примере 100 Ом). Математическая кривая, которая представляет собой разницу между CA- V — CB- V , деленную на резистор, также является током. Используйте режим отображения XY для построения графика зависимости напряжения на диоде (канал B- V ) по оси X от тока в диоде (CA-I) по оси Y.

Процедура:

Загрузите полученные данные для каждого типа диода в программу анализа данных, такую ​​как MATLAB или электронную таблицу (Excel), и вычислите ток диода I _D .Постройте график зависимости тока от напряжения прямого смещения на диоде. Отношение напряжения диода к току должно быть логарифмическим. При нанесении на логарифмическую шкалу линия должна быть прямой.

Светодиодный анализ данных:

Как обсуждалось в разделе «Предпосылки», посвященном светодиодам, для измерения постоянной Планка можно использовать соотношение I / V для светодиодов разного цвета (, т.е. длин волн). В технических описаниях светодиодов различных цветов должна быть указана длина волны излучаемого света.Используйте эти числа в своих расчетах.

Один из способов, который следует рассмотреть, начинается с нанесения данных I / V для каждого цветного светодиода на полулогарифмический график. Ваши данные должны быть аппроксимированы прямой линией, что указывает на экспоненциальный характер зависимости тока от напряжения. Рабочим определением порогового напряжения может быть значение напряжения смещения, когда ток достигает 0,01 мА . Экстраполируйте кривые I / В туда, где они пересекают ток 0,01 мА, и используйте это как рабочее значение В ₀ .

Постройте таблицу со столбцами для V ₀ , λ и f. Для каждого светодиода используйте измеренное значение В ₀ и значение f, чтобы определить значение постоянной Планка и введите его в столбец таблицы. Найдите среднее значение постоянной Планка и ее неопределенность из ваших экспериментальных значений. Сравните со значением, указанным ранее.

Вопросы:

Каково математическое выражение для тока диода I _D при напряжении на диоде В _D ?

Как меняются параметры диода в зависимости от типа диода, Шоттки, светодиода и т. Д.?

Измерения напряжения пробоя стабилитрона:

Дополнительные материалы:

2 — последовательные элементы на 1,5 В (например, элементы AA)

Направление:

Чтобы измерить напряжение обратного пробоя стабилитрона, нам нужно получить разность напряжений, большую, чем напряжение пробоя 6,2 В диода 1N4735. Аппаратное обеспечение ADALM1000 может генерировать (и измерять) напряжения только до 5 В максимум. Мы можем добавить внешний источник отрицательного напряжения, чтобы в сочетании с положительным внутренним напряжением получить общее напряжение, достаточно высокое для этого эксперимента.Самый простой способ — добавить фиксированное отрицательное напряжение от внешней батареи (3 В ), как показано на рисунке 5. При использовании разного количества элементов 1,5 В , отрицательные напряжения могут составлять -1,5, -3 и -4,5. . Полное обратное напряжение, приложенное к стабилитрону, будет отрицательным напряжением, вычтенным из положительного напряжения, генерируемого каналом A AWG.

Рисунок 5, стабилитрон I в сравнении с настройкой В и

Настройка оборудования:

Генератор канала А должен быть настроен для треугольной волны 100 Гц с максимальным напряжением 3 вольт и минимальным напряжением 0 вольт, чтобы он колебался от 0 вольт до +3 вольт.Это колебание, добавленное к смещению -3 В от внешней батареи, должно быть достаточно большим, чем напряжение пробоя вашего стабилитрона 4,7 В 1N5230. Перед выполнением измерений обязательно подключите внешнюю батарею.

Процедура:

Загрузите полученные данные для каждого типа диода в программу анализа данных, такую ​​как MATLAB или электронную таблицу (Excel), и вычислите ток диода I _D . Не забудьте добавить смещение 3 вольта к измерениям для канала B, чтобы получить истинное напряжение на стабилитроне.