Прямое подключение диода
Подключим источник постоянного тока к противоположным выводам диода. То есть плюс источника тока присоединить к p-стороне диода. Минус источника питания к n-стороне. Ситуация изменится. Предположим, что источник тока имеет напряжение достаточное для того, чтобы преодолеть потенциальный барьер. После этого электроны и дырки будут как бы притягиваться к питающим клеммам источника тока. На противоположные стороны диода. Когда электроны пересекают барьер, то теряют энергию и заменяют дырки в акцепторной области. Дырки напротив перемещаются в донорную область и там замещаются электронами. Свободных носителей много. Обедненной области нет. Потенциальный барьер практически исчезает. Сопротивление пограничного участка становится очень маленьким. Ток повышается. Данное явление называется прямым смещением диода. Или же прямое включение диода.
Прямое подключение диода
Давайте будем изменять входное напряжение и посмотрим как это скажется на диоде. При напряжении обратного подключения через диод будет течь электрический ток небольшой силы. В условиях прямого подключения до 0,7 вольта, мы также будем наблюдать только незначительный электрический ток. Но сразу же после повышения напряжения до значений достаточных для преодоления потенциального барьера мы увидим резкое увеличение тока.
Если приложить к диоду очень высокое напряжение при обратном подключении, то это повредит обычные диоды. При повреждении диоды ведут себя различно. К примеру, они могут начать хорошо проводить ток в обоих направлениях. Или же почти перестают проводить ток в обе стороны. Иногда, при определенных обстоятельствах, поврежденные диоды могут даже самовосстанавливаться .
Диод — анод (плюс) и катод (минус)
Диод — полупроводниковый прибор с односторонней проводимостью. То есть, диод работает как клапан одностороннего действия для электрического тока. Это позволяет использовать диоды разными интересными способами. Например, в выпрямительном мосте, для выпрямления переменного тока. Выпрямительный диодный мост — это устройство из четырех диодов. Диоды располагаются в схеме определенным образом.
Диодный выпрямительный мост — положительный полупериод
С одной стороны к диодному мосту подключается источник переменного тока. С другой стороны к нему подключается нагрузка, требующая питания током постоянным. Как известно, переменный ток частотой 50 Герц 100 раз в секунду меняет свое направление течения. Во время положительного полупериода он течет в одном направлении. И в это время проходимость в цепи будет такой как показано на схеме. Ток будет проходить по двум диодам находящимся в положении прямого смещения. Два других диода будут находиться в состоянии обратного смещения.
Диодный выпрямительный мост — отрицательный полупериод
Во время отрицательного полупериода произойдет обратное. Таким образом мы получим ток такого же направления на выходе. В результате, через нагрузку в любом случае ток будет течь только в одном направлении. То есть мы получим выпрямленный пульсирующий ток. Мы можем обеспечить еще большее выпрямление на выходе добавив емкостный фильтр и регулятор напряжения.
Существует очень большое количество различных видов диодов. Мы постараемся рассмотреть все случаи их применения на практике. А также исключения из правил. И другие интересные подробности.
Для вашего удобства подборка похожих публикаций
Спасибо за посещение канала и чтение заметки
Вы можете подписаться на канал и поставить лайк. Если хотите больше похожих материалов в ленте Яндекс Дзен
Применение
Электроды в качестве анода и катода наиболее часто применяются:
- в электрохимии;
- вакуумных электронных приборах;
- полупроводниковых элементах.
Рассмотрим в общих чертах сферы применения анодов и катодов.
В электрохимии
В данной сфере анод и катод являются ключевыми понятиями, в процессе прохождения электрохимических реакций, используемых в основном для восстановления металлов. Такие реакции называют электролизом. Использование процессов электролиза позволяет получать чистые металлы, так как на катоде образуются атомы только того металла, положительные ионы которого содержатся в растворе электролита.
Методом электролиза наносят очень тонкое цинковое покрытие стальных листов и деталей любой конфигурации. Гальваническое покрытие эффективно защищает металл от коррозии.
В вакуумных электронных приборах
Примером вакуумных приборов служат радиоэлектронные лампы, электронно-лучевые трубки, кинескопы телевизоров. Они работают по одному и тому же принципу: Разогретый катод испускает электроны, которые устремляются к аноду с высоким положительным электрическим потенциалом.
Образование электронов на раскаленном электроде называется термоэмиссией, а электрический ток, возникающий между катодом и анодом, называется термоэмиссионным. Ценность таких приборов в том, что они проводят ток только в одном направлении – от катода к аноду.
Добавление сетки между электродами позволяет регулировать параметры тока в широких пределах, путем изменения напряжения на сетке. Такие вакуумные лампы используются в качестве усилителей сигналов. В данное время вакуумные приборы используются довольно редко, так как их с успехом заменяют миниатюрные полупроводниковые диоды и транзисторы, часто выполненные на монокристалле в виде микросхемы.
В полупроводниковых приборах
Электронные детали на основе полупроводников ценятся малым потреблением тока и небольшими размерами. Они почти вытеснили вакуумные лампы из употребления. Выводы полупроводниковых приборов традиционно называют анодами и катодами.
При всех плюсах полупроводников, у этих приборов есть недостаток – они «шумят». В усилителях большой мощности эти шумы становятся заметными. В качественной усилительной аппаратуре по-прежнему применяются вакуумные лампы.
Электронно-лучевые кинескопы в современных телевизорах вытесняются экранами с LED подсветкой. Они более экономичны, отлично передают цветовую палитру, позволяют сделать приемник почти плоским.
Полярность SMD-светодиода
На текущий момент все более популярными становятся безвыводные элементы для непосредственного монтажа на плату (SMD – surface mounted device). Такие радиоэлементы, в отличие от обычных, имеют преимущества:
- в процессе изготовления печатной платы не надо сверлить отверстия – технология становится дешевле и быстрее;
- электронные устройства получаются меньших размеров;
- упрощается конструирование ВЧ-устройств – отсутствие выводов сводит к минимуму паразитные наводки.
Но стремление к миниатюризации имеет оборотную сторону – определить выводы СМД-светодиода сложнее. К нему трудно подключить щупы тестера или источника питания
Поэтому важно нанесение понятной маркировки прямо на корпус элемента для исключения ошибок при монтаже. Такое обозначение выполняется в виде метки на корпусе (скоса или углубления) или в виде мнемонического рисунка. Цоколевка SMD-LED типоразмера 5730
Цоколевка SMD-LED типоразмера 0805
Цоколевка SMD-LED типоразмера 5730. Цоколевка SMD-LED типоразмера 0805.
А самым простым случаем является включение светоизлучающего диода в цепь переменного тока. В этом варианте полярность светодиода значения не имеет.
Обозначение в электрохимии и цветной металлургии
Катод — определение и практическое применение
Понятие анодов в электролитических процессах применимо в отношении положительно заряженных электродов. Электролиз, с помощью которого выделяются или очищаются различные химические элементы, – это влияние электрического тока на электролит. Электролитом выступают растворы солей или кислот. Другим электродом, участвующим в этой реакции, выступает катод.
Внимание! На отрицательно заряженном катоде (К) осуществляется реакция восстановления, на аноде (А) – процесс окисления. При этом «А» может частично разрушаться, участвуя в очищении металлов от нежелательных добавок. В металлургической промышленности аноды используют при нанесении защитных слоёв на продукт электрохимическим методом (гальваника) или электро-рафинированием
Электрическое очищение позволяет растворять на «А» черновой металл (с примесями) и осаждать его на «К» уже в очищенном виде
В металлургической промышленности аноды используют при нанесении защитных слоёв на продукт электрохимическим методом (гальваника) или электро-рафинированием. Электрическое очищение позволяет растворять на «А» черновой металл (с примесями) и осаждать его на «К» уже в очищенном виде.
Ряд часто применяемых анодов – изготовленные из металлов:
- цинка;
- меди;
- никеля;
- кадмия;
- свинцовые (сплав свинца с сурьмой);
- серебра;
- золота;
- платины.
Никелирование, оцинкование и прочее нанесение защитных или эстетически востребованных покрытий на изделия выполняются в основном из недрагоценных металлов.
С помощью «А» из драгметаллов повышают электропроводность компонентов электрических изделий и наносят слои благородных металлов на ювелирные украшения.
К сведению. Осаждаемый на катоде чистый металл также называют «катодом». Например, чистая медь полученная таким образом именуется «медный катод». Дальше её используют для изготовления медной фольги, проволоки и прочего.
Рафинирование металлов
Полярность светодиода как определить плюс и минус
При использовании светодиодов в создании различных схем их необходимо установить правильно. Пайка в большинстве случаев проблем не создает, определить полярность немного сложнее, если нет опыта работы с тестирующим оборудованием.
Как
определить полярность тестером мультиметром
Проще всего проверить светодиод
мультиметром. При подключении щипов в режиме «прозвонка» к электродам можно
получить 2 результата: светодиод светится и выдает на экран число, зависящее от
цвета излучения, или показывает очень большое число. При первом варианте можно
сделать вывод, что источник света исправен и подключен к мультиметру правильно
(плюс к плюсу, минус к минусу).
Второй метод использования мультиметра –
переключение на проверку сопротивления. Если красный щуп касается плюса, черный
– минуса, на экране появляется значение в пределах 1600–1800.
Если у мультиметра есть отсек PNP, для определения полярности светодиода требуются отсеки E (эмиттер – «+») и C (коллектор – «-»). Источник света светится, если катод вставлен в «C», анод – в «E».
Если используется отсек мультиметра NPN, светодиод светиться, если ножки меняются местами.
По
внешнему виду
В производстве светодиодов используются разные корпусы. Широко применяются DIP-элементы с цилиндрическим корпусом различного диаметра. Изготавливается множество SMD для поверхностного монтажа. Свехяркие источники света отличаются размерами корпусов и кристаллов. Опытный радиолюбитель определяет катод и анод по внешним признакам.
У DIP-элементов:
- длиннее ножка анода;
- силуэт в колбе меньше у анода, форма катода напоминает флажок;
- у источника с мощностью более 1 Вт на ножке анода есть маркировка «+».
У SMD-светодиодов:
- катод
обозначается срезом на корпусе; - теплоотвод
на обратной стороне корпуса располагается ближе к аноду; - пиктограмма «П»
к аноду обращена верхней полкой, верх пиктограммы «Т» обращен к катоду.
Некоторые производители наносят на корпуса SMD-светодиодов определенные символы, которые позволяют определить полярность.
Важно! Существуют SMD, изготовленные по другому принципу (некоторые производители не соблюдают стандарты). На сложных моделях всегда имеются обозначения «+» и «−»
Любая неполупроводниковая радиолампа (стабилитрон)
состоит из анода, катода и сетки
Катодом всегда служит разогретый электрод,
изготовленный в форме цилиндра. Электроны при термоэмиссии двигаются к аноду
(коробочке или пластине) – вольфрамовому проводнику с большим сопротивлением
Любая неполупроводниковая радиолампа (стабилитрон)
состоит из анода, катода и сетки. Катодом всегда служит разогретый электрод,
изготовленный в форме цилиндра. Электроны при термоэмиссии двигаются к аноду
(коробочке или пластине) – вольфрамовому проводнику с большим сопротивлением.
Для определения работоспособности стабилитрона
используется мультиметр в режиме прозвона. Если положительный щуп приложить к
аноду, отрицательный – к катоду, стабилитрон откроется, на экране будет видно
значение напряжения. Если поменять щупы местами, стабилитрон закроется, на
экране появится цифра 1.
Путем
подачи питания
Чтобы использовать тестирование с
помощью подключения к питанию, требуется источник с напряжением 3-6 В и
резистор с любой мощностью на 300–470 Ом. Резистор припаивается к одной ножке
мультиметра. Затем нужно коснуться щупами выводов. Светодиод светится, если
плюсовой щуп касается анода, минусовой – катода.
Технической
документации
Большой объем информации (размеры,
цоколевку, электрические параметры) о полупроводниковом источнике света предоставляют
производители в технической документации. Она выдается при покупке больших
партий электронных элементов вместе с другой сопроводительной документацией. Если
покупать один или несколько светодиодов, продавец техдокументацию не
предоставит.
Если известна марка изделия, данные
можно найти в справочниках и сети интернет.
На схеме полупроводниковый источник света обозначается пиктограммой в форме треугольника, на вершине которого начерчена линия, перпендикулярная основанию. Вершина направлена на катод. Для обозначения светодиода используются 2 стрелки над изображением.
Положительно заряженный электрод
Положительно заряженный электрод ( анод) обозн.
Положительно заряженный электрод, на котором происходит восстановление анионов, называют анодом.
Положительно заряженный электрод ( анод) имеет форму пластины или стержня.
На положительно заряженном электроде ( аноде) проходят реакции окисления, характер которых зависит от того, способен ли растворяться металлический анод в конкретных условиях электролиза или он находится в инертном ( пассивном) состоянии.
Анод — положительно заряженный электрод электровакуумного прибора, к которому под действием ускоряющего электрического поля движутся электроны, испускаемые катодом. Кинетическая энергия электронов, входящих в анод, переходит в тепловую, которая может вызвать значительное повышение температуры анода и даже расплавить его. Поэтому важным параметром электровакуумного прибора является максимально допустимая мощность, рассеиваемая анодом в виде тепла. Для обеспечения хорошего отвода тепла от анодов их поверхности делают темными — покрывают слоем угля, циркония или титана, которые имеют наибольший коэффициент излучения. Аноды изготовляют из молибдена, тантала, никеля или графита в виде цилиндров, плоскостей или колпачков.
Со стороны положительно заряженных электродов на частицу действует отталкивающая оила, а оо стороны отрицательно заряженных-притягивающая. По действием этих сил частицы претерпевают незначительные отклонения и выходят за пределы системы электродов.
| Возникновение короны у положительно заряженного стержня. |
При развитии короны вблизи положительно заряженного электрода происходит постоянное расширение области, охваченной короной. Под действием сил электрического поля легкие электроны лавины передвигаются к стержню и поглощаются им, тяжелые положительные ионы направляются к катоду.
Электрон может двигаться к положительно заряженному электроду за счет туннельного просачивания через потенциальные барьеры под влиянием приложенного напряжения. Передвижение электрона с п / 2 уровня молекулы, соседней с возбужденной, заполняет положительную дырку в последней и создает в свою очередь положительную дырку в ней самой. Перемещения такого рода приводят к миграции положительной дырки к отрицательному электроду и создает дырочный ток.
Полируемая деталь всегда подвешивается на положительно заряженный электрод — анод. Основной недостаток электрохимического полирования — сглаживание острых углов при полировании деталей сложной формы. Плотность тока на остриях детали наибольшая, поэтому острые углы растворяются быстрее, чем остальная часть детали.
| Электролиз хлорной меди. |
Отрицательные ионы хлора притягиваются к положительно заряженному электроду — аноду.
Отрицательно заряженные ионы хлора притягиваются к положительно заряженному электроду — аноду. На поверхности анода каждый ион хлора С1 — разряжается, отдавая электрон аноду.
| Явление термоэлектронной эмиссии. |
Вылетевшие из нити лампы электроны притягиваются положительно заряженным электродом А, вследствие чего во внешней цепи устанавливается ток. Если же электрод А соединен с отрицательным полюсом батареи, то он отталкивает электроны, вылетающие из накаленной нити; в этом случае тока во внешней цепи не будет.
Как определить полярность светодиода — 2 простых способа
Использование мультиметра для проверки светодиодов
Все мультиметры относятся к категории универсальных измерительных приборов. С помощью мультиметра можно выполнить измерения основных параметров у любых электронных изделий. Для того чтобы проверить работоспособность светодиода, необходим мультиметр с режимом прозвонки, который как раз и используется для проверки диодов.
Перед началом проверки переключатель мультиметра устанавливается в режим прозвонки, а контакты прибора соединяются со щупами тестера. Данный способ проверки позволяет заодно решить вопрос, как проверить мощность светодиода мультиметром, на основе полученных данных, вычислить этот параметр будет уже несложно.
Подключение мультиметра должно выполняться с учетом полярности светодиода. Анод элемента соединяется с красным щупом, а катод – с черным. Если же полярность электродов неизвестна, не стоит бояться каких-либо последствий в результате путаницы. В случае неправильного подключения, начальные показатели мультиметра останутся без изменений. Если же полярность соблюдается как положено, то светодиод должен начать светиться.
Существует одна особенность, которую следует учитывать при проверке. Ток мультиметра в режиме прозвонки имеет достаточно низкое значение и диод на него может не отреагировать. Поэтому для того чтобы хорошо разглядеть свечение, рекомендуется уменьшить внешний свет. Если же это невозможно сделать, следует пользоваться показаниями измерительного прибора. При нормальной работоспособности светодиода, значение, отображенное на дисплее мультиметра, будет отличаться от единицы.
Существует еще один вариант проверки с помощью тестера. Для этого на панели управления имеется блок PNP с помощью которого проверяются диоды. Его мощность обеспечивает свечение элемента, достаточное для того, чтобы определить его работоспособность. Анод включается в разъем эмиттера (Е), а катод – в разъем колодки или коллектора (С). При включении измерительного прибора светодиод должен гореть независимо от того, в каком режиме установлен регулятор.
Основным неудобством этого способа является необходимость выпаивания элементов. Для решения проблемы, как проверить светодиод мультиметром не выпаивая, для щупов потребуются специальные переходники. Обычные щупы не войдут в разъемы колодки PNP, поэтому к проводкам припаиваются более тонкие детали, изготовленные из канцелярских скрепок. Между ними в качестве изоляции устанавливается небольшая текстолитовая прокладка, после чего вся конструкция заматывается изолентой. В результате, получился переходник, к которому можно подключать щупы.
После этого щупы подключаются к электродам светодиода, без выпаивания его из общей схемы. При отсутствии мультиметра, проверку можно выполнить по такой же схеме с помощью батареек. Используется тот же переходник, только его проводки соединяются не со щупами, а с выходами батареек при помощи небольших зажимов-крокодильчиков. Потребуется один источник питания на 3 вольта или два источника на 1,5 вольта.
Если батарейки новые с полным зарядом, то проверять светодиоды желтого и красного цвета рекомендуется с помощью резистора. Его расчетное сопротивление должно составлять 60-70 Ом, что вполне достаточно для ограничения тока. При выполнении проверки светодиодов белого, синего и зеленого цвета, токоограничивающий резистор можно не использовать. Кроме того, резистор не требуется, когда батарейка сильно разряжена. Для выполнения своих прямых функций она уже не годится, а для проверки светодиодов ее будет вполне достаточно.
В процессе ремонта бытовой техники или других электронных устройств: монитора, принтера, микроволновки, блока питания компьютера или автомобильного генератора (например, Valeo, БОШ или БПВ) и т.д. возникает необходимость проверить целостность элементов. Расскажем подробно про тестирование диодов.
Учитывая разнообразие этих радиоэлементов, единой методики проверки их работоспособности не существует. Соответственно, для каждого класса есть свой способ тестирования. Рассмотрим, как проверить диод шоттки, фотодиод, высокочастотный, двунаправленный и т.д.
Что касается приборов для тестирования, мы не станем рассматривать экзотические способы проверки (например, батарейку и лампочку), а будем пользоваться мультиметром (подойдет даже такая простая модель, как DT-830b) или тестером. Эти приборы практически всегда есть дома у радиолюбителя. В некоторых случаях потребуется собрать несложную схему для тестирования. Начнем с классификации.
Назначение диода
Виды диодов
Светодиодные элементы делятся на 2 объёмных вида: полупроводниковые и неполупроводниковые. Устройство первого подразумевает небольшую ёмкость с выкачанным воздухом и двумя электродами внутри:
- Плюсовым, обладающим электропроводностью P.
- Минусовым, обладающим электропроводностью N.
Анод и катод в светодиодеИсточник multiurok.ru
Неполупроводниковые диоды делятся в свою очередь ещё на 2 группы:
- Вакуумные (кенотроны), построенные по принципу лампы, имеющей 2 электрода, где один из них представлен как нить накаливания. В приоткрытом положении движение электронов осуществляется в сторону от полюса к минусу. В закрытом положении траектория перемещения изменяется в противоположную сторону или приостанавливается.
- Наполненные газом (стабилитроны с тлеющим либо коронным зарядом игнитронов и газотронов). Из объёмного списка элементов наибольшая популярность присуща газотронам с дуговым зарядом (стабилитронам). Внутрь них закачивается инертный газ, помещаются оксидные термокатоды. Ключевой особенностью таких светодиодов является возможность к выдаче высокого напряжения на выходе и способность функционировать с напряжением, значение которого может достигать нескольких десятков ампер.
Анод и катод в вакуумных электронных приборах
Характеристики диодов Шоттки in5822
Электронная лампа является простейшим вакуумным устройством. Она состоит из следующих деталей:
- катода;
- сетки;
- анода.
Три этих элемента составляют вакуумный диод. У него «К» цилиндрической формы, внутри которого располагается нить накаливания. Она подогревает «К» для увеличения термоэлектронной эмиссии. В таких приборах электроны покидают «К» и в вакууме направляются к «А», тем самым создавая электрический ток. Анод – это электрод лампы с положительным потенциалом. Он выполняется в виде короба окружающего сетку и «К». Может быть из молибдена, тантала, графита, никеля. Его конструкция различна, порой имеет рёбра для теплоотвода.
Сетка – элемент, расположенный посередине, управляет потоком частиц. Чаще всего она выполнена в виде спирали, обвивающей катод.
«А» и «К» у вакуумного диода
Как определить, где плюс и минус
Практически невозможно выявить полярность диода визуально. Если ошибиться, то схема не будет работать. Расположение полюсов у диода может определяться такими способами:
- визуально;
- с помощью мультиметра;
- по технической документации;
- путем монтажа по простой схеме.
Определяем зрительно
Чтобы точно отличать катод от анода, производитель диодных лампочек стал делать катодный контакт короче анодного. Также возле катода имеется маленькая буква «к». Но понять, где что, по длине проволочек возможно только в новых диодах, в старых, уже использованных, деталях проволочки могут быть обломаны. Некоторые производители возле катода ставят точку. Если пустить ток обратно, произойдет пробой и аппарат придется выбросить.
Удобно определять полярность у диодов цилиндрической формы. Это можно сделать по таким признакам. В корпусе имеются электроды с разной площадью. У катода величина электрода намного больше, чем у анода. Выход с большим электродом минусовой.
Легче всего полярность определяется у мощных диодов. Они большие и на их корпус легко можно нанести плюс и минус.
Используем мультиметр
Более надежный способ – провести тест с помощью мультиметра. В приборе выбирается режим работы «омметр». Теперь мультиметр может измерять уровень сопротивления. Прибор имеет 2 ножки, их необходимо поднести к плюсу и минусу. Черный соприкасается с минусом, красный – с плюсом.
Если контакты диода определены правильно, то прибор покажет 1,7 кОм. При ошибке прибор выдаст показатель намного выше. Если сопротивление будет меньше, чем 1,7, то диод испорчен и его необходимо заменить. В некоторых таксировщиках есть специальный режим, позволяющий проверять светодиоды. Данный способ проверки срабатывает только с красными и зелеными диодами.
Синие и белые отреагируют, только если подать на них напряжение в 3 вольта. Тестировать эти лампочки можно только с помощью специальных мультиметров типа DT830 .
Интересное видео по теме:
Путем подачи питания
В тех случаях, когда у вас отсутствует мультиметр, плюс и минус у светодиода выявляют простым, но не менее действенным способом. Для теста нужны батарейка и резистор. Батарейку можно заменить аккумулятором. Резистор в данном случае будет защищать элемент от пробоя. Некоторые умельцы используют специальную панельку, ее предназначение состоит в том, чтобы проверять исправность транзисторов.
В ситуации, когда ни на глаз, ни мультиметром нельзя определить анод и катод диода, прибегают к еще одному методу. Диод подключают кратковременно в электрическую схему. Затем все просто. Если лампочка загорелась, то выходы определены правильно, если нет – все останется без изменений.
По технической документации
На многих схемах светодиод рисуют как кружок с треугольником внутри, причем катод отображается как минус, анод обозначают плюсом. В схемах обязательно обозначаются все выводы для того, чтобы тот, кто будет собирать данную схему, знал, как диод подключать к цепи.
Определение полярности светодиода по техническим документам всегда просто, но не всегда на руках они есть. Особенно когда данные изделия приобретаются пользователями через магазины. Но есть еще один способ, для этого необходимо знать номер светодиода. В интернете много информации не только по устройству диодов. Там имеются подробные схемы и чертежи с обозначением всех параметров. В этих схемах будет обязательно указано расположение диодов.
Где берутся свободные носители зарядов в вакууме? Вакуумный диод
Полупроводниковый диод
Полупроводниковый диод — самый простой полупроводниковый прибор, состоящий из одного PN перехода.
Основная его функция — это проводить электрический ток в одном направлении,
и не пропускать его в обратном. Состоит диод из двух слоев полупроводника типов N и P.
На стыке соединения P и N образуется PN-переход (PN-junction).
Электрод, подключенный к P, называется анод. Электрод, подключенный к N , называется катод.
Диод проводит ток в направлении от анода к катоду, и не проводит обратно.
Диод в состоянии покоя
Посмотрим, что происходит внутри PN-перехода, когда полупроводниковый диод находится в состоянии покоя.
То есть тогда, когда ни к аноду, ни к катоду не подключено напряжения.
Итак, в части N имеются в наличии свободные электроны – отрицательно заряженные частицы.
В части P находятся положительно заряженные ионы – дырки.
В результате, в том месте, где есть частицы с зарядами разных знаков,
возникает электрическое поле, притягивающее их друг к другу.
Под действием этого поля свободные электроны из части N дрейфуют через PN переход в часть P и заполняют некоторые дырки.
В итоге получается очень слабый электрический ток, измеряемый в наноамперах.
В результате, плотность вещества в P части повышается и возникает диффузия
(стремление вещества к равномерной концентрации), толкающая частицы обратно на сторону N.
Обратное включение диода
Теперь посмотрим, как у полупроводникового диода получается выполнять свою основную функцию – проводить ток только в одном направлении.
Подключим источник питания — плюс к катоду, минус к аноду.
В соответствии с силой притяжения, возникшей между зарядами разной полярности, электроны из N начнут движение к плюсу и отдалятся от PN перехода.
Аналогично, дырки из P будут притягиваться к минусу, и также отдалятся от PN перехода.
В результате, плотность вещества у электродов повышается.
В действие приходит диффузия и начинает толкать частицы обратно, стремясь к равномерной плотности вещества.
Как мы видим, в этом состоянии диод не проводит ток.
При повышении напряжения, в PN переходе будет все меньше и меньше заряженных частиц.
Прямое включение диода
Меняем полярность источника питания — плюс к аноду, минус к катоду.
В таком положении, между зарядами одинаковой полярности возникает сила отталкивания.
Отрицательно заряженные электроны отдаляются от минуса и двигаются сторону pn перехода. В свою очередь,
положительно заряженные дырки отталкиваются от плюса и направляются навстречу электорнам.
PN переход обогащается заряженными частицами с разной полярностью,
между которыми возникает электрическое поле – внутреннее электрическое поле PN перехода.
Под его действием электроны начинают дрейфовать на сторону P.
Часть из них рекомбинируют с дырками (заполняют место в атомах, где не хватает электрона).
Остальные электроны устремляются к плюсу батарейки. Через диод пошел ток ID.
Чтобы не возникло путаницы, напомню,
что направление тока на электрических схемах обратно направлению потока электронов.
Недостатки реального полупроводникового диода
На практике, в реальном диоде, при обратном подключении напряжения, возникает очень маленький ток,
измеряемый в микро, или наноамперах ( в зависимости от модели прибора ).
В следствии слишком высокого напряжения, может разрушиться кристаллическая структура полупроводника в диоде.
В этом случае, прибор начнет хорошо проводить ток также и при обратном смещении.
Такое напряжение называется напряжение пробоя.
Процесс разрушения структуры полупроводника невосстановим, и прибор приходит в негодность.
При прямом подключении, напряжение между анодом и катодом должно достигнуть определенного значения Vϒ,
для того чтобы диод начал хорошо проводить ток.
Для кремниевых приборов Vϒ — это примерно 0.7V, а для германиевых — около 0.3V.
Более подробно об этом, и других характеристиках полупроводникового выпрямительного диода пойдет речь в статье ВАХ полупроводникового диода.
Знак катода:
В литературе встречается различное обозначение знака катода: «+» или «−», что определяется, в частности, особенностями рассматриваемых процессов.
В электрохимии принято считать, что катод — электрод, на котором происходит процесс восстановления, а анод – тот, где протекает окисление. При работе электролизера (например, при рафинировании меди, никеля, цинка) внешний источник тока обеспечивает на одном из электродов избыток электронов (отрицательный заряд), здесь происходит восстановление металла, это катод (т.е. имеет знак «−»). На другом электроде обеспечивается недостаток электронов (положительный заряд) и окисление металла, это анод (т.е. имеет знак «+»).
Наоборот, при работе гальванического элемента (к примеру, медно-цинкового), избыток электронов (и отрицательный заряд) на одном из электродов обеспечивается не внешним источником тока, а собственно реакцией окисления металла (растворения цинка), то есть здесь отрицательным, если следовать приведённому определению, будет уже анод (знак «−»). Электроны, проходя через внешнюю цепь, расходуются на протекание реакции восстановления (меди), то есть катодом будет являться положительный электрод (знак «+»).
В соответствии с таким толкованием, для аккумулятора анод и катод меняются местами в зависимости от направления тока внутри аккумулятора.
Гальванический элемент – это химический источник тока, состоящий из электродов и электролита, заключенных в один сосуд, предназначенный для разового или многократного разряда. Гальваническая батарея, в свою очередь, – это химический источник тока, состоящий из двух или более гальванических элементов, соединенных между собой электрически для совместного производства электрической энергии.
Аккумулятор – это гальванический элемент, предназначенный для многократного разряда за счет восстановления емкости путем заряда электрическим током. Аккумуляторная батарея, в свою очередь, это электрически соединенные между собой аккумуляторы, оснащенные выводами и заключенные, как правило, в одном корпусе.
В соответствии с ГОСТ 15596-82 «Источники тока химические. Термины и определения (с Изменением № 1)» отрицательный электрод химического источника тока – это электрод, который при разряде химического источника тока является анодом (знак «−»); положительный электрод химического источника тока – это, который при разряде химического источника тока является катодом (знак «+»). Химический источник тока – это устройство, в котором химическая энергия заложенных в нем активных веществ непосредственно преобразуется в электрическую энергию при протекании электрохимических реакций.
В электротехнике катод – это отрицательный электрод (знак «−»), а анод – положительный электрод (знак «+»). В электротехнике за направление электрического тока принято считать направление движения положительных зарядов. Электрический ток течёт от анода к катоду, электроны, соответственно, наоборот, от «−» к «+».
Примечание: Фото //www.pexels.com, //pixabay.com
Как возможно научиться писать тексты и зарабатывать на этом удаленно? Например, можете пройти курс «Копирайтинг от А до Я», который подойдет даже начинающим авторам.
Другие записи:
карта сайта
Коэффициент востребованности
85