Что такое диод, как подключается и обозначается на схемах

Еще в 1939 году было обнаружено, что переход между полупроводниками с различными типами проводимостью пропускает электрический ток только в одном направлении. Это открытие позволило создать полупроводниковый диод – несложный прибор, без которого невозможно представить твердотельную электронику и в наше время высоких технологий.

Значение и применение диодов в электронике

Способность проводить ток только в одном направлении широко используется в силовой электронике для выпрямления тока в источниках питания, преобразующих переменное напряжение в постоянное. Это применение диода самое очевидное, но не единственное.

Можно применить полупроводниковый прибор для развязки электрических цепей – там, где ток должен течь в определенных направлениях (ниже будет описана схема проверки ламп, основанная на подобном принципе). Обратная ветвь характеристики, где напряжение мало зависит от тока, может использоваться для стабилизации напряжений.

В слаботочной технике (электронике) часто используется нелинейность вольт-амперной характеристики диодов. Используя это свойство, можно построить детекторы или модуляторы для радиоприемной или передающей аппаратуры. Так как области с различной проводимостью образуют своеобразный конденсатор (и его характеристики зависит от приложенного напряжения), диоды можно использовать для изменения емкости в резонансных цепях. А еще диоды пригодятся в цепях переключения.

Внешний вид и определение полярности

Внешне эти полупроводниковые приборы могут выглядеть совершенно по-разному. Например, отечественный КД102 похож на стеклянную капельку, а КД105 выглядит, как пластиковый кирпичик. Устаревшие Д226 похожи на свое условно-графическое обозначение. Бывают диоды и в «транзисторных» корпусах.

При всем различии внешнего вида, у всех диодов есть характерный признак – количество выводов всегда равно двум. Бывает, что в один корпус помещается несколько диодов (диодная сборка). У сборки может быть три или более выводов.

Что такое диод, как подключается и обозначается на схемах
Так выглядят различные типы диодов

Один вывод подключается к положительному полюсу питания и называется анодом, а другой – к минусу, и называется катодом. Если корпус имеет достаточные размеры, для определения расположения выводов на него наносится рисунок в виде УГО диода в соответствующем направлении.

Во многих случаях на корпусе нет места для нанесения полноценной графики, поэтому выводы помечают цветной точкой или кольцевой полоской. У зарубежных приборов и у некоторых отечественных метка ставится в районе катодного вывода. У многих отечественных диодов (КД102 и т.п.) помечается, наоборот, анод.

Мнение эксперта
Становой Алексей
Инженер-электроник. Работаю в мастерской по ремонту бытовых приборов. Увлекаюсь схемотехникой.
Задать вопрос
Маркировка диодов КД521 и КД522 различных производителей может отличаться. В одних случаях полоской помечают анод, в других – катод. Для этих диодов каждый раз придется проверять расположение выводов индивидуально.

Некоторые типы полупроводниковых диодов (в основном, стабилитроны) имеют две метки разных цветов. Например, КС156 в стеклянном корпусе имеет две кольцевых полоски:

  1. Оранжевую со стороны катода.
  2. Белую со стороны анода.
Что такое диод, как подключается и обозначается на схемах
табилитрон КС156 с двумя цветовыми метками

По этим же полоскам и по окраске во многих случаях можно определить номинал (тип) диода. Если есть сомнения в цоколевке или маркировка отсутствует совсем, надо проверить прибор тестером в режиме прозвонки диодов. Если положительный вывод подключить к плюсовому щупу тестера, а отрицательный – к минусу, то тестер покажет какое-то сопротивление, зависящее от конструкции диода. При обратном подключении сопротивление будет бесконечным.

Что такое диод, как подключается и обозначается на схемах
Определение полярности мультиметром

Еще проще для определения цоколевки воспользоваться специальным тестером.

Что такое диод, как подключается и обозначается на схемах
Проверка полярности КД521 тестером

Описание структуры и принципа работы диода

Полупроводниковый диод состоит из двух контактирующих участков полупроводника:

  • n-типа (с избытком электронов);
  • p-типа (с недостатком электронов) – на месте недостающих электронов образуются места с положительным зарядом, называемые дырками.

В месте контакта участков электроны и дырки частично рекомбинируют («лишние» электроны занимают пустые места), и здесь образуется область с высоким сопротивлением, в которой нет носителей заряда.

Если приложить к выводам диода напряжение в прямом направлении, электроны будут двигаться в сторону положительного электрода, а дырки – в сторону отрицательного.

Что такое диод, как подключается и обозначается на схемах
Иллюстрация устройства и принципа работы p-n перехода

На самом деле «дырки», конечно, двигаться не могут. Двигаться будут электроны, перемещаясь с одного пустого места на другое.

В этом случае в области контакта будет увеличиваться концентрация основных носителей, и через диод потечет ток. Если напряжение приложено в обратном направлении, носители заряда движутся в обратном направлении – от области контакта. В результате участок с повышенным сопротивлением будет расти, ток будет практически отсутствовать. Так работает диод.

Что такое диод, как подключается и обозначается на схемах
Вольт-амперная характеристика элемента с односторонней проводимостью

Основные технические параметры

Для выбора диода в первую очередь обращают внимание на два основных параметра:

  1. Максимальный ток.
  2. Максимальное обратное напряжение.

В некоторых случаях этого достаточно.

Мнение эксперта
Становой Алексей
Инженер-электроник. Работаю в мастерской по ремонту бытовых приборов. Увлекаюсь схемотехникой.
Задать вопрос
Если конструктив вентиля позволяет его установку на теплоотвод, наибольший ток указывается для случая монтажа диода на радиатор. Если возможности установить прибор на теплоотвод нет, значит, максимально допустимый ток будет ниже. Обычно эту величину производитель не указывает, но можно ориентироваться на 10% от Imax.

Для специальных типов диодов или для работающих в специальных условиях могут потребоваться дополнительные параметры:

  • обратный ток;
  • падение напряжения;
  • цвет свечения (для светодиодов);
  • пределы изменения емкости (для варикапов);
  • напряжение стабилизации (для стабилитронов);
  • другие параметры.

Помимо электрических характеристик, важным может оказаться тип корпуса диода (например, для подбора аналога для замены неисправного прибора).

Маркировка и обозначение на схеме

Условно-графическое отображение диода на схеме символизирует его одностороннюю проводимость. Основой изображения диода служит равнобедренный треугольник, вершина которого направлена по направлению прохождения тока (в принятом в технической литературе направлении – от плюса к минусу). Каждый прибор имеет буквенный индекс (VD, D и т.п.) и порядковый номер (VD1, VD2 и т.д.).

Что такое диод, как подключается и обозначается на схемах
Устаревшее (слева) и современное (справа) УГО диода

Разновидности диодов

Диоды даже одинаковой конструкции могут выполнять в схемах различные задачи. Во многих случаях в зависимости от типа полупроводникового прибора его УГО дополняется небольшим элементом.

Силовые диоды

Эти приборы предназначены для выпрямления переменного тока в блоках питания. Они имеют большие (иногда очень большие) габариты, а их корпуса часто имеют возможность установки на теплоотводящий радиатор. УГО силовых диодов особенностей не имеет.

Импульсные и высокочастотные диоды

Этот тип приборов предназначен для работы на высоких частотах. Они имеют пониженную емкость перехода и небольшое время переключения из закрытого состояния в открытое и наоборот. Могут быть как миниатюрными, так и иметь достаточно большие размеры – в зависимости от мощности.

Диоды Шоттки

Диод Шоттки применяют там, где нужно пониженное падение напряжения в открытом состоянии. Достигается это применением перехода полупроводник-металл, вместо перехода p-полупроводника и n-полупроводника. Одновременно это увеличивает скорость переключения диода, но снижает выпрямительные свойства (благодаря повышенному обратному току).

Что такое диод, как подключается и обозначается на схемах
УГО диода Шоттки

Стабилитроны

Этот тип приборов предназначен для работы в режиме лавинного пробоя, который возникает при приложении обратного напряжения. В этом случае диод работает на обратной ветви характеристики, которая расположена достаточно круто к оси абсцисс. При этом ток может изменяться в широких пределах, а напряжение на переходе будет оставаться примерно постоянным. УГО такого диода имеет дополнительный элемент.

Что такое диод, как подключается и обозначается на схемах
Так на схеме обозначается стабилитрон

В данном качестве может применяться любой полупроводниковый диод. Отличие стабилитрона только в том, что его напряжение пробоя и угол наклона характеристики нормированы.

Варикапы

Варикапы используются в качестве конденсаторов, емкость которых зависит от приложенного обратного напряжения. Таким способом можно, например, изменять настройку резонансных цепей. Символ варикапа содержит объединенное изображение диода и конденсатора.

Что такое диод, как подключается и обозначается на схемах
УГО варикапа

В этом качестве тоже можно использовать практически любой диод. Но у варикапов емкость и ее зависимость от напряжения нормирована.

Светодиоды

При прохождении тока через p-n переход происходит рекомбинация носителей заряда. В некоторых случаях она сопровождается излучением видимого, инфракрасного или ультрафиолетового света. Приборы, в которых эта способность является преобладающим свойством, определяющим их применение, называются светодиодами или LED. К их УГО добавляются две стрелки, символизирующие излучение изнутри прибора.

Что такое диод, как подключается и обозначается на схемах
УГО светодиода

Фотодиоды

Обратное направление стрелок имеет обозначение фотодиода. В нем под действием световой энергии образуются носители заряда. Фотодиод может применяться, как светочувствительный элемент для обнаружения освещенности или для преобразования световой энергии в электрическую.

Что такое диод, как подключается и обозначается на схемах
УГО фотодиода

Существуют и другие типы диодов – лавинно-пролетные, туннельные, p-i-n диоды и т.д. Каждый такой прибор имеет свою область применения.

Примеры включения диода в электрических цепях

Что такое диод, как подключается и обозначается на схемах
Схема простейшего выпрямителя

Самое очевидное применение полупроводниковых вентилей – выпрямитель переменного тока. В простейшем случае такое устройство состоит из одного диода, который проводит ток в одну сторону и «срезает» волны обратной полярности.

Что такое диод, как подключается и обозначается на схемах
Напряжение на выходе и на входе однополупериодного выпрямителя

Эта схема не оптимальна. Она не позволяет полностью использовать мощность источника питания и требует громоздкого фильтра для сглаживания пульсаций. Чаще применяют двухполупериодную (мостовую) схему.

Что такое диод, как подключается и обозначается на схемах
Мостовой выпрямитель

Здесь форма напряжения на выходе гораздо ближе к прямой. И эффективность использования мощности источника намного выше.

Что такое диод, как подключается и обозначается на схемах
Иллюстрация работы двухполупериодного выпрямителя

Работу диода по разделению цепей демонстрирует система сигнализации с контролем исправности ламп. Если одна из ламп выходит из строя, персонал не заметит появления аварийного сигнала, поэтому состояние ламп надо периодически контролировать. Для этого предусмотрена кнопка контроля, подключаемая через диоды. В результате при ее нажатии напряжение через диоды VD1, VD2..VDn поступит на соответствующие лампы. Без диодов срабатывание хотя бы одной линии сигнализации привело бы к зажиганию всех лампочек (через схему контроля).

Если источник сигнала — контакты реле, элементы VD01, VD02..VD0n можно не устанавливать. Они нужны лишь для защиты выходов аварийных датчиков в электронном исполнении.

Что такое диод, как подключается и обозначается на схемах
Схема сигнализации с контролем ламп

Следующий пример использования диодов – параметрический стабилизатор. Стабилитрон здесь включен через балластное сопротивление R1, а нагрузкой служит резистор R2. В пределах, определяемых характеристиками стабилитрона, напряжение на R2 будет стабильным, вне зависимости от входного напряжения и номинала R2.

Что такое диод, как подключается и обозначается на схемах
Простой стабилизатор

Из видео узнаете об обратном подключении диода.

Приведенными схемами применение полупроводниковых диодов, конечно, не исчерпывается. Область использования элементов с односторонней проводимостью и нелинейной ВАХ гораздо шире. По мере повышения квалификации специалиста можно осваивать и другие применения диодов.

Фото аватара
Становой Алексей

Инженер-электроник. Работаю в мастерской по ремонту бытовых приборов. Увлекаюсь схемотехникой.

Оцените автора
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Запитка
Добавить комментарий