Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб
0 Comments

Содержание

Как мультиметром проверить диод?

Ваш вопрос:

Как мультиметром проверить диод?

Ответ мастера:

Мультиметр – это универсальный прибор, предназначенный для самых разнообразных измерений: напряжения, тока, сопротивления и даже элементарных проверок проводов на обрыв. А ещё им можно измерить пригодность батарейки.

Выясните, присутствует ли функция проверки диодов в вашем мультиметре. Если есть, то подключите щупы: в одну сторону диод будет прозваниваться, а в другую – нет. Если же функция отсутствует, то переключатель мультиметра нужно установить на значение 1кОМ и сделать выбор режима измерения сопротивления. Проверьте диод. Обратите внимание на его прямое соединение, когда подключите красный вывод мультиметра к аноду диода, а черный вывод – к катоду.

Обратное подключение поможет вам сделать выводы о состоянии диода. Сопротивление на существующем пределе должно оказаться настолько высоким, чтобы вы не смогли ничего увидеть. В ситуации, когда используется пробитый диод, его сопротивление равно нулю в любую сторону. Если же он и вовсе оборван, то сопротивление будет показывать в любую сторону бесконечно большое значение.

Теперь проверяйте диод мультиметром. Сделайте это с подключением отрицательного и положительного полюсов омметра, который необходимо предварительно установить на шкалу Rх100 соответственно к отрицательному (катоду) и положительному (аноду) выводам диода. Если диоды обычные (т.е. кремниевые), то результатом измерений сопротивления будет значение от 500 до 600 Ом. В случае с германиевыми, показания должны быть в пределе от 200 и до 300 Ом. А если диоды выпрямительные, то показатель их сопротивления из-за большого размера окажется ещё ниже обычных. Используйте этот метод для быстрого определения работоспособности диода.

Для проверки диода на утечку или короткое замыкание омметр следует переключить в режим высокоомной шкалы, а выводы диода поменять местами. И, если имеет место повышенная утечка или короткое замыкание, то сопротивление будет низким. Для германиевых диодов оно может колебаться в радиусе от 100 килоОм до 1 мегаОм. Значение для кремниевых диодов достигает 1000 мегаОм. Стоит также учесть, что точки утечки выпрямительных диодов гораздо больше. А есть и такие диоды, которые отличаются более низким обратным сопротивлением, что не мешает им нормально функционировать в некоторых схемах.

Как работает диод? Применение диодов

Как работает полупроводниковый диод

Сегодня в «семейство» диодов входит не один десяток полупроводниковых приборов, носящих название «диод». Здесь речь пойдет лишь о некоторых приборах, с которыми тебе в первую очередь придется иметь дело. Схематично диод можно представить, как две пластинки полупроводника, одна из которых обладает электропроводностью типа р, а другая типа n. На рис. 1, а дырки, преобладающие в пластинке типа р, условно изображены кружками, а электроны, преобладающие в пластинке типа n — черными шариками таких же размеров. Эти две области — два электрода диода: анод и катод. Анодом, т. е. положительным электродом, является область типа р, а катодом, т. е. отрицательным электродом, — область типа n. На внешние поверхности пластин нанесены контактные металлические слои, к которым припаяны проволочные выводы электродов диода.

Такой полупроводниковый прибор может находиться в одном из двух состояний: открытом, когда он хорошо проводит ток, и закрытом, когда он плохо проводит ток. Если к его электродам подключить источник постоянного тока, например, гальванический элемент, но так, чтобы его положительный полюс был соединен с анодом диода, т. е. с областью типа р, а отрицательный — с катодом, т. е. с областью типа n (рис. 1, б), то диод окажется в открытом состоянии и в образовавшейся цепи пойдет ток, значение которого зависит от приложенного к нему напряжения и свойств диода/ При такой полярности подключения батареи электроны в области типа n перемещаются от минуса к плюсу, т. е. в сторону области типа р, а дырки в области типа р движутся навстречу электронам — от плюса к минусу. Встречаясь на границе областей, называемой электронно-дырочным переходом или, короче, р-n переходом, электроны как бы «впрыгивают» в дырки, в результате и те, и другие при встрече прекращают свое существование.

Рис. 1. Схематическое устройство и работа полупроводникового диода

Металлический контакт, соединенный с отрицательным полюсом элемента, может отдать области типа n практически неограниченное количество электронов, пополняя убыль электронов в этой области, а контакт, соединенный с положительным полюсом элемента, может принять из области типа р такое же количество электронов, что равнозначно введению в него соответствующего количества дырок. В этом случае сопротивление р-n перехода мало, вследствие чего через диод идет ток, называемый прямым током. Чем больше площадь р-n перехода и напряжение источника питания, тем больше этот прямой ток.

Если полюсы элемента поменять местами, как это показано на рис. 1, в, диод окажется в закрытом состоянии. В этом случае электрические заряды в диоде поведут себя иначе. Теперь, удаляясь от р-n перехода, электроны в области типа n будут перемещаться к положительному, а дырки в области типа р к отрицательному контактам диода. В результате граница областей с различными типами электропроводности как бы расширится, образуя зону, обедненную электронами и дырками (на рис. 1, в она заштрихована) и, следовательно, оказывающую току очень большое сопротивление. Однако в этой зоне небольшой обмен носителями тока между областями диода все же будет происходить. Поэтому через диод пойдет ток, но во много раз меньший, чем прямой. Этот ток называют обратным током диода. На графиках, характеризующих работу диода, прямой ток обозначают Iпр, а обратный Iобр.

А если диод включить в цепь с переменным током? Он будет открываться при положительных полупериодах на аноде, свободно пропуская ток одного направления — прямой ток Iпр и закрывания при отрицательных полупериодах на аноде, почти не пропуская ток противоположного направления обратный ток Iобр. Эти свойства диодов и используют в выпрямителях для преобразования переменного тока в ток постоянный.

Напряжение, при котором диод открывается и через него идет прямой ток, называют прямым (пишут Uпр) или пропускным, а напряжение обрат ной полярности, при котором диод закрывается и через него идет обратный ток, называют обратным (пишут Uобр) или непропускным. При прямом напряжении сопротивление диода хорошего качества не превышает нескольких десятков ом, при обратном же напряжении его сопротивление достигнет десятков, сотен килоом и даже мегаом. В этом нетрудно убедиться, если обратное сопротивление диода измерить омметром.

001

Внутреннее сопротивление открытого диода величина непостоянная и зависит от прямого напряжения, приложенного к диоду: чем больше это напряжение, тем больше прямой ток через диод, тем меньше его пропускное сопротивление. Судить о сопротивлении диода можно по падению напряжения на нем и току через него. Так, например, если через диод идет прямой ток Iпр = 100 мА (0,1 А) и при этом на нем падает напряжение 1 В, то (по закону Ома) прямое сопротивление диода будет: R = U/I = 1/0,1 = 10 Ом. В закрытом состоянии на диоде падает почти все прикладываемое к нему напряжение, обратный ток через него чрезвычайно мал, а сопротивление, следовательно, велико.

Зависимость тока через диод от значения и полярности приложенного к нему напряжения изображают в виде кривой, называемой вольт-амперной характеристикой диода. Такую характеристику ты видишь на рис. 2. Здесь по вертикальной оси вверх отложены значения прямого тока Iпр, а внизу — обратного тока Iобр. По горизонтальной оси вправо обозначены значения прямого напряжения Uпр, влево обратного напряжения Uобр.

На такой вольт-амперной характеристике различают прямую ветвь (в правой верхней части), соответствующую прямому току через диод, и обратную ветвь, соответствующую обратному току. Из нее видно, что ток Iпр диода в сотни раз больше тока Iобр

Рис. 2. Вольт-амперная характеристика полупроводникового диода

Так, например, уже при прямом напряжении Uпр = 0,5 В ток Iпр равен 50 мА (точка а на характеристике), при Uпр = 1 В он возрастает до 150 мА (точка б на характеристике), а при обратном напряжении Uобр = 100 В обратный ток Iобр не превышает 0,5 мА (500 мкА). Подсчитай, во сколько раз при одном и том же прямом и обратном напряжении прямой ток больше обратного.

Прямая ветвь идет круто вверх, как бы прижимаясь к вертикальной оси. Она характеризует быстрый рост прямого тока через диод с увеличением прямого напряжения. Обратная же ветвь, как видишь, идет почти параллельно горизонтальной оси, характеризуя медленный рост обратного тока. Наличие заметного обратного тока — недостаток диодов.

Примерно такие вольт-амперные характеристики имеют все германиевые диоды. Вольт-амперные характеристики кремниевых диодов чуть сдвинуты вправо. Объясняется это тем, что германиевый диод открывается и начинает проводить ток при прямом напряжении 0,1–0,2 В, а кремниевый при 0,5–0,6 В.

Прибор, на примере которого я рассказал тебе о свойствах диода, состоял из двух пластин полупроводников разной электропроводности, соединенных между собой плоскостями. Подобные диоды называют плоскостными. В действительности же плоскостной диод представляет собой одну пластину полупроводника, в объеме которой созданы две области разной электропроводности. Технология изготовления таких диодов заключается в следующем. На поверхности квадратной пластины площадью 2–4 мм2 и толщиной в несколько долей миллиметра, вырезанной из кристалла полупроводника с электронной электропроводностью, расплавляют маленький кусочек индия. Индий крепко сплавляется с пластинкой. При этом атомы индия проникают (диффундируют) в толщу пластинки, образуя в ней область с преобладанием дырочной электропроводности (рис. 3, а). Получается полупроводниковый прибор с двумя областями различного типа электропроводности, а между ними р-n переход. Контактами электродов диода служат капелька индия и металлический диск (или стержень) с выводными проводниками.

Так устроены наиболее распространенные плоскостные германиевые и кремниевые диоды. Внешний вид некоторых из них показан на рис. 3, б.

Рис. 3. Схематическое устройство (а) и внешний вид некоторых плоскостных диодов (б)

Приборы заключены в цельнометаллические корпуса со стеклянными изоляторами, что позволяет использовать их для работы в условиях повышенной влажности. Диоды, рассчитанные на значительные прямые токи, имеют винты с гайками для крепления их на монтажных панелях или шасси радиотехнических устройств.

Плоскостные диоды маркируются буквами и цифрами, например: Д226А, Д242. Буква Д в маркировке прибора означает «диод», цифры, следующие за нею, — заводской порядковый номер конструкции. Буквы, стоящие в конце обозначения диодов, указывают на разновидности групп приборов. Плоскостные диоды предназначены в основном для работы в выпрямителях переменного тока блоков питания радиоаппаратуры, поэтому их называют еще выпрямительными диодами.

Схему простейшего выпрямителя переменного тока ты видишь на рис. 4, а. На вход выпрямителя подается переменное напряжение электроосветительной сети. К выходу выпрямителя подключен резистор Rн, символизирующий нагрузку, питающуюся от выпрямителя. Функцию выпрямленного элемента выполняет диод V. Сущность работы такого выпрямителя иллюстрируют графики, помещенные на том же рисунке

Рис. 4. Схемы однополупериодного выпрямителя



При положительных полупериодах напряжения на аноде диод открывается. В эти моменты времени через диод, а значит, и через нагрузку, подключенную к выпрямителю, течет прямой ток диода Iпр. При отрицательных полупериодах напряжения на аноде диод закрывается и во всей цепи, в которую он включен, течет незначительный обратный ток диода Iобр. Диод как бы отсекает большую часть отрицательных полуволн переменного тока (на рис. 4, а показано штриховыми линиями). И вот результат: через нагрузку Rн, подключенную к сети через диод V, течет уже не переменный, а пульсирующий ток — ток одного направления, но изменяющийся по значению с частотой 50 Гц. Это и есть выпрямление переменного тока. Таким образом, диод является прибором, обладающим резко выраженной односторонней проводимостью электрического тока. И если пренебречь малым обратным током (что и делают на практике), который у исправных диодов не превышает малые доли миллиампера, можно считать, что диод является односторонним проводником тока.

Можно ли таким током питать нагрузку? Можно, он ведь выпрямленный. Но не каждую. Лампу накаливания, например, можно, если, конечно, выходное напряжение не будет превышать то напряжение, на которое лампа рассчитана. Ее нить будет накаливаться не постоянно, а импульсами, следующими с частотой 50 Гц. Из-за тепловой инертности нить не будет успевать остывать в промежутки между импульсами, поэтому никаких мерцаний света мы не заметим.

А вот приемник питать таким током нельзя. Потому что в цепях его усилителей ток тоже будет пульсировать с такой же частотой. В результате в телефонах или головке громкоговорителя на выходе приемника будет прослушиваться гул низкого тона с частотой 50 Гц, называемый фоном переменного тока. Этот недостаток можно частично устранить, если на выходе выпрямителя параллельно нагрузке подключить фильтрующий электролитический конденсатор большой емкости, как это показано на рис. 4, б. Заряжаясь от импульсов тока, конденсатор Сф в момент спадания тока или его исчезновения (между импульсами) разряжается через нагрузку Rн. Если конденсатор достаточно большой емкости, то за время между импульсами тока он не будет успевать полностью разряжаться и в нагрузке будет непрерывно поддерживаться ток. Ток, поддерживаемый за счет зарядки конденсатора, показан на рис. 4, б сплошной волнистой линией. Но и таким, несколько приглаженным током тоже нельзя питать приемник или усилитель: он будет «фонить», так как пульсации пока еще очень ощутимы.

В выпрямителе, с работой которого ты сейчас познакомился, полезно используется энергия только половины волн переменного тока. Такое выпрямление переменного тока называют однополупериодными, а выпрямители — однополупериодными выпрямителями. Однако выпрямителям, построенным по таким схемам, присущи два существенных недостатка. Первый из них заключается в том, что напряжение выпрямленного тока равно примерно напряжению сети, в то время как для питания транзисторных конструкций необходимо более низкое напряжение, а для ламповых часто более высокое напряжение. Второй недостаток — недопустимость присоединения заземления к приемнику, питаемому от такого выпрямителя. Если приемник заземлить, ток из электросети пойдет через приемник в землю — могут перегореть предохранители. Кроме того, приемник или усилитель, питаемые от такого выпрямителя и, таким образом, имеющие прямой контакт с электросетью, опасны — можно получить электрический удар.

Оба эти недостатка устранены в выпрямителе с трансформатором (рис. 5). Здесь выпрямляется не напряжение электросети, а напряжение вторичной (II) обмотки сетевого трансформатора Т. Поскольку эта обмотка изолирована от первичной сетевой обмотки I, радиоконструкция не имеет контакта с сетью и к ней можно подключать заземление.

Рис. 5 Двухполупериодный выпрямитель с сетевым трансформатором

В выпрямителе на рис. 5 четыре диода, включенные по так называемой мостовой схеме. Диоды являются плечами выпрямительного моста. Нагрузка Rн включена в диагональ 1–2 моста. В таком выпрямителе в течение каждого полупериода работают поочередно два диода противоположных плеч моста, включенных между собой последовательно, но встречно по отношению ко второй паре диодов. Следи внимательно! Когда на верхнем (по схеме) выводе вторичной обмотки положительный полупериод напряжения, ток идет через диод V2, нагрузку Rн, диод V3 к нижнему выводу обмотки II (график а). Диоды V1 и V4 в это время закрыты. В течение другого полупериода переменного напряжения, когда плюс на нижнем выводе обмотки II, ток идет через диод V4, нагрузку Rн, диод V1 к верхнему выводу обмотки (график б). В это время диоды V2 и V3 закрыты и, естественно, ток через себя не пропускают. И вот результаты: меняются знаки напряжения на выводах вторичной обмотки трансформатора, а через нагрузку выпрямителя идет ток одного направления (график в). В таком выпрямителе полезно используются оба полупериода переменного тока, поэтому подобные выпрямители называют двухполупериодными.

Эффективность работы двухполупериодного выпрямителя по сравнению с однополупериодным налицо: частота пульсаций выпрямленного тока удвоилась, «провалы» между импульсами уменьшились. Среднее значение напряжения постоянного тока на выходе такого выпрямителя равно примерно переменному напряжению, действующему во всей вторичной обмотке трансформатора. А если выпрямитель дополнить фильтром, сглаживающим пульсации выпрямленного тока, выходное напряжение увеличится в 1,4 раза, т. е. примерно на 40 %. Именно такой выпрямитель я позже буду рекомендовать тебе для питания транзисторных конструкций.

Теперь о точечном диоде

Внешний вид одного из таких приборов и его устройство (в значительно увеличенном виде) показаны на рис. 6.

Рис. 6. Схематическое устройство и внешний вид точечного диода серии Д9

Это диод серии Д9. Буква «Д» в его маркировке означает диод, а цифра 9 — порядковый заводской номер конструкции. Такой или ему подобный диод, например Д2, тебе уже знаком — я рекомендовал использовать его в твоем первом приемнике в качестве детектора.

Выпрямительным элементом диода служат тонкая и очень маленькая (площадью около 1 мм2) пластина полупроводника германия или кремния n типа и вольфрамовая проволочка, упирающаяся острым концом в пластину. Они припаяны к отрезкам посеребренной проволоки длиной примерно по 50 мм, являющимися выводами диода. Вся конструкция находится внутри стеклянной трубочки диаметром около 3 и длиной меньше 10 мм, запаянной с концов.

После сборки диод формуют — пропускают через контакт между пластиной полупроводника и острием вольфрамовой проволочки ток определенного значения. При этом под острием проволочки в кристалле полупроводника образуется небольшая область с дырочной электропроводностью. Получается электронно-дырочный переход, обладающий односторонней проводимостью тока. Пластина полупроводника является катодом, а вольфрамовая проволочка — анодом точечного диода.

Вывод анода диодов серии Д9 обозначают цветными метками на их корпусах. Электроды точечного диода серии Д2 обозначают символом диода на одном из его ленточных выводов. У точечного диода площадь соприкосновения острия проволочки с поверхностью пластины полупроводника чрезвычайно мала — не более 50 мкм2. Поэтому токи, которые точечные диоды могут выпрямлять в течение продолжительного времени, малы. Точечные диоды радиолюбители используют в основном для детектирования модулированных колебаний высокой частоты, поэтому их часто называют высокочастотными диодами.

Как для плоскостных, так и для точечных диодов существуют максимально допустимые значения прямого и обратного токов, зависящие от прямого и обратного напряжений и определяющие их выпрямительные свойства и электрическую прочность. Это их основные параметры. Плоскостной диод Д226В, например, может продолжительное время выпрямлять ток до 300 мА. Но если его включить в цепь, потребляющую ток более 300 мА, он будет нагреваться, что неизбежно приведет к тепловому пробою р-n перехода и выходу диода из строя. Диод будет пробит и в том случае, если он окажется в цепи, в которой на него будет подаваться обратное напряжение более чем 400 В.

Допустимый выпрямленный ток для точечного диода Д9А 65 мА, а допустимое обратное напряжение 10 В. Основные параметры полупроводниковых диодов указывают в их паспортах и справочных таблицах. Превышение предельных значений приводит к выходу приборов из строя.

А теперь, чтобы лучше закрепить в памяти твое представление о свойствах диодов, предлагаю провести такой опыт. В электрическую цепь, составленную из батареи 3336Л и лампочки накаливания, рассчитанной на напряжение 3,5 В и ток накала 0,28 А, включи любой плоскостной диод из серии Д226 или Д7, но так, чтобы анод диода был соединен непосредственно или через лампочку с положительным выводом батареи, а катод с отрицательным выводом (рис. 7, а). Лампочка должна гореть почти так же, как если бы диода не было в цени. Измени порядок включения электродов диода в цепь на обратный (рис. 7, б). Теперь лампочка гореть не должна. А если горит, значит, диод оказался с пробитым р-n переходом. Такой диод можно разломать, чтобы посмотреть, как он устроен, — для работы как выпрямитель он все равно непригоден. Но, надеюсь, диод был хорошим и опыт удался.

Рис. 7. Опыты с плоскостным диодом

Почему при первом включении диода в цепь лампочка горела, а при втором не горела? В первом случае диод был открыт, так как на него подавалось прямое напряжение Uпр, сопротивление диода было мало и через него протекал прямой ток Iпр, значение которого определялось нагрузкой цепи — лампочкой. Во втором случае диод был закрыт, так как к нему прикладывалось обратное напряжение Uобр, равное напряжению батареи. Сопротивление диода было очень большое, и в цепи тек лишь незначительный обратный ток Iобр, который не мог накалить нить лампочки.

В этом опыте лампочка выполняла двоякую функцию. Она, во-первых, была индикатором наличия тока в цепи, а во-вторых, ограничивала ток в цепи до 0,28 А и таким образом защищала диод от перегрузки.

См. также:

где плюс, а где минус (анод, катод)

Хотя диодами называют радиоэлектронные устройства, имеющие всего два вывода, их нельзя подключать как придется. Полярность диода должна обязательно соблюдаться. Если этого не сделать, в лучшем случае схема не будет работать, в худшем диод может выйти из строя.

Для опытных радиолюбителей определить полярность прибора не составит труда, поэтому статья написана для малознакомых с радиотехникой людей. Поэтому прежде чем научиться определять полярность диода, разберем его устройство и принцип действия.

Устройство диода

Назначение диода пропускать ток в одном направлении и задерживать его в обратном. Чтобы этого добиться используют полупроводниковые материалы с разной проводимостью. Всего есть два способа передачи энергии:

  • с помощью электронов;
  • с помощью дырок.

Про электроны многие знают. У атома любой материи есть ядро и электроны. В металлах основным носителем энергии служат электроны, поскольку их достаточно легко можно оторвать от ядер. В диодах применяется другой материал — полупроводник.

До полупроводников применялись вакуумные лампы, где основным носителем также были электроны.

Этот материал отличается от металлов и диэлектриков тем, что в обычном состоянии он является диэлектриком – почти не пропускает через себя ток. При нагревании появляются освободившиеся электроны, которые могут участвовать в переносе заряда, то есть принимают свойства металлов, хотя и не в полной мере.

Хотя для создания диода могут использоваться разные материалы, например, металл, диэлектрик и подобные, мы поговорим о широко используемых диодах, состоящих из двух полупроводников. Материалом может служить:

  • кремний;
  • германий;
  • соединения галлия и индия.

Это лишь некоторые материалы, но их чаще всего используют. Далее к полупроводнику добавляют другой химический элемент, который при соединении с полупроводником либо отдает ему электрон (в этом случае говорят, что примесь донорная), либо забирает (тогда примесь называется акцепторной.).

В первом случае в полупроводнике наблюдается избыток электронов, во втором случае их недостает. Чтобы определить полярность диода, важно знать, какой тип полупроводника находится с одной и с другой стороны.

Всего существует два типа:

N-тип называют полупроводник с примесью, в котором основными носителями служат электроны, поскольку в этом материале их избыток. P-тип – полупроводник с недостатком электронов. Такую проводимость называют дырочной. Если эти два типа соединить вместе, то получим диод.

Как работает диод

Основа работы диода заключается в разной проводимости двух полупроводников (в этой статье речь только о них), соединенных вместе.

Полупроводник типа n пропускает электроны, а p-типа – дырки. Если полярность диода соблюдена, то есть на n-тип подается минус, а на p-тип – плюс, то на каждый тип подается прямое напряжение и диод открыт. Если знаки питания поменять местами, то есть подать обратное напряжение, то диод будет закрыт. Почему такое происходит?

В месте соединения двух полупроводников разной проводимостью образуется небольшая область смещения. Это когда электроны с n-типа частично переходят в область p-типа. В этом месте нет свободных электронов и дырок. Во время подключения прямого напряжения недостаток электронов и дырок восполняется источником питания, то есть закрытая для перехода носителей заряда зона почти исчезает.

Электроны, под действием электродвижущей силы, действующей в источнике питания, перепрыгивая из дырки в дырку, проходят участок p-типа и попадают на проводник.

Что будет, если поменять полярность питания: к участку n-типа подключить плюс, а к p-типа – минус? В этом случае электроны на участке n-типа отодвинутся к источнику питания, расширяя закрытую зону, тем самым увеличив внутреннее сопротивление диода. В этом случае диод будет закрыт.

Конечно, если повысить напряжение на диоде, то электроны смогут проскочить насыщенную область и через диод пойдет ток. Некоторые диоды работают именно в таком режиме, их называют стабилитронами.

Но выпрямительные диоды не «любят» такие условия и могут выйти из строя. Да и для стабилитронов оговаривается не только обратное напряжение, но и ток, при котором они могут работать. Если превысить указанные значения, то может произойти необратимый процесс – тепловой пробой и прибор выйдет из строя.

Катод и анод: где плюс и минус

Хотя у прибора всего два вывода необходимо знать, как определить полярность диода, чтобы не поставить его в обратном направлении? У диода имеется:

Слово, переведенное с греческого как анод, может означать вверх или от него. Вакуумные диоды на схемах изображаются в виде вытянутого круга, вверху которого располагается анод в виде перевернутой буквы «Т». Катод располагается внизу и обозначается горизонтальной круглой скобкой с отводом.

Электроны отрываются от катода и летят вверх, в сторону анода. Попадая на анод, они выходят во внешнюю цепь «от него». В этом случае анод должен быть подключен к положительному полюсу источника питания, а катод – к отрицательному. Про диод говорят, что он открыт и пропускает ток через себя. Когда полярность меняется, то есть на анод подается отрицательное напряжение, а на катод положительное – диод закрывается.

В полупроводниковых диодах анодом называется вывод от полупроводника p-типа, а катодом – вывод от полупроводника n-типа. В остальном принцип работы остается тем же самым.

Способы определения полярности диодов

Чтобы определить полярность диода, существует несколько способов:

  • с помощью маркировки на корпусе;
  • практическим путем;
  • используя прибор;
  • по таблицам и справочникам.

Кстати, производители оставляют за собой право использовать тот или иной метод, поэтому самым надежным будет ознакомление с технической документацией. Однако этот способ пока оставим и разберем самый простой.

Как узнать полярность диода по маркировке

Обычно производители дают подсказку, делая маркировку полярности диода. На крупных приборах могут быть проставлены значки диода – треугольник, упирающийся вершиной в короткий отрезок.

Вывод со стороны основания треугольника является анодом, он должен быть подключен к плюсу питания. Другой вывод, расположенный со стороны вершины треугольника с отрезком, будет катодом. К нему, соответственно, нужно будет подключить минус питания.

Если это выпрямительный диод, то он ставится в схему с переменным током. В этом случае на его аноде будет отрицательное напряжение, а на катоде — положительное. Помним, что электроны движутся относительно цепи питания от анода к катоду, а знак диода показывает направление движение дырок.

Это вызывает у новичков путаницу. Дело в том, что когда только начинали познавать электрический ток, считали, что заряд имеет положительный знак, значит, ток идет от положительно заряженного электрода к отрицательному.

Позднее разобрались, что основными носителями заряда являются электроны, а они имеют знак «—», но чтобы не переделывать схемы, которых к тому времени набралось немалое количество, оставили все как есть.

В большинстве случаев не имеет значения, каким способом переносится заряд.

Что касается мелких деталей, то на их корпусе со стороны вывода катода рисуется круговая полоска или ставится точка. На прямоугольных диодах обозначение полярности диода осуществляется полоской, которая может быть нарисована только на одной стороне прибора.

Как определить полярность диода мультиметром или тестером

Иногда бывает из-за старения или долгого хранения маркировка стирается и невозможно на вид определить, где анод, а где катод.

Совет. Не будет лишним даже новые диоды проверять на полярность. Это поможет сохранить полярность диода, даже если на заводе произошла ошибка с маркировкой.

Проверить полярность можно с помощью мультиметра. В новых конструкциях часто встречается режим проверки диода. Отыскать его можно с помощью значка диода, нарисованного на панели прибора.

Прежде чем приступать к измерениям, проверяют правильность подключения щупов: черный должен быть подключен к земле или общему проводу – это будет минус. Красный подключают к другому зажиму, возле него должно быть нарисовано несколько символов. По красному проводу будет идти «плюс» питания.

Включают прибор, устанавливают галетный переключатель на знак проверки диода. Щупами касаются двух выводов диода. Если слышен звуковой сигнал или прибор показывает небольшое сопротивление, значит, диод находится в открытом состоянии.

Это означает, что красный провод с положительным питанием подключен к аноду, а черный к катоду. Если звукового сигнала нет, а прибор показывает большое сопротивление, значит, диод закрыт. В этом случае на анод подается отрицательное напряжение (черный провод), а на катод положительное (красный провод).

Внимание! Некоторые диоды имеют малое обратное сопротивление, как правило, это мощные диоды. Поэтому чтобы определить полярность диода, нужно опираться на показания прибора. В том случае, когда сопротивление минимальное, это указывает на открытое состояние диода, в противном случае он закрыт. Если прямое и обратное сопротивления равны или бесконечно большие, это говорит о неисправности прибора.

При отсутствии режима проверки диода пользуются режимом проверки сопротивления. В этом случае показания снимаются только визуально.

С помощью источника питания (батарейки)

При отсутствии прибора можно воспользоваться источником постоянного тока с небольшим напряжением. Обычно это батарейка. Собирают следующую схему:

  • источник питания;
  • диод;
  • лампочка, рассчитанная на напряжение немного меньше выбранного питания;
  • переменный резистор с небольшим сопротивлением, зависит от напряжения питания и составляет от десятков Ом до 1 кОм.
Вместо лампочки можно выбрать светодиод, но это для тех, кто имеет опыт в таких проверках.

Собирают схему с помощью проводов. Лампочку удобнее использовать в патроне. К диоду и резистору провода припаивают, причем к резистору припаивают один провод к одному крайнему выводу, вторым замыкают средний и другой крайний вывод.

При пайке маломощных диодов, выполненных в небольшом стеклянном или пластиковом корпусе, необходимо пользоваться теплоотводом. В качестве теплоотвода могут подойти небольшие плоскогубцы, круглогубцы и подобные инструменты. Кто может работать паяльником, обходятся без теплоотвода.

Провода к источнику питания прижимают пальцами одной руки, второй рукой вращают ручку резистора.

Первоначально резистор устанавливают в положение, соответствующее максимальному сопротивлению. Постепенно уменьшая сопротивление, добиваются появления накала на нити лампочки. Если этого не происходит, меняют провода на источнике питания.

При появлении накала источник питания отключают, предварительно отмечая, к какому выводу диода поступает положительное питание, это и будет анодом.

Осторожно! Таким способом можно проверять мощные диоды, способные выдерживать большой прямой ток. Маломощные диоды можно проверять с помощью светодиодов или, лучше всего, с помощью прибора.

По технической документации

К сожалению, по внешнему виду некоторые диоды похожи на стабилитроны, работающие в обратном направлении. Чтобы не ошибиться с полярностью диода на схеме, необходимо удостовериться с помощью справочников, таблиц или прилагаемых к партии поясняющих документов.

В любом случае прежде чем устанавливать диод на схему, необходимо точно определить полярность диода.

Похожие материалы на сайте:

Понравилась статья – поделись с друзьями!

 

Проверка и подбор диодов

Если ВУ не снимают с тепловоза, то проверку диодов можно выполнить с помощью прибора, схема которого показана на рис. 38. Прибор содержит двухпозиционный переключатель П1, трехпозиционный – П2, миллиамперметр со шкалой 0-10 мА, вольтметр со шкалой 0-150 В, кнопку К, сигнальную лампу Л и три резистора. Кнопку, сигнальную лампу и переключатель П2 используют при проверке тиристоров.

Для проверки диода на пробой переключатель П1 устанавливают в положение 1, соединяют прибор с источником постоянного напряжения, и подключают последовательно щуп прибора XI к катодам, а щуп Х2 к анодам диодов (на рис. 38 это подключение показано сплошными линиями). Если диод исправен, вольтметр будет показывать напряже-

Рис. 38. Схема прибора для проверки диодов и тиристоров ние, по величине близкое к напряжению источника питания прибора. Есци же диод пробит и потерял полупроводящие свойства, вольтметр покажет напряжение, близкое к нулю.

Обычно бывает пробит один из двух соединенных последовательно диодов. В случае одновременного пробоя двух таких диодов вольтметр будет показывать напряжение, близкое к нулю, при проверке любого диода данного плеча.

Пусть, например, пробиты диоды ДЗ и Д4 (см. рис. 38). В этом случае при проверке на пробой диода Д1 ток от щупа XI к щупу Х2 будет протекать по цепи: XI, диоды ДЗ, Д4 (они потеряли полупрозо-дящие свойства), диод Д2, Х2. Цепи протекания тока от XI к Х2 при проверке диодов Д2, Д5, Д6 будут аналогичными, и, следовательно, при подключении щупов к любому диоду стрелка вольтметра будет устанавливаться в одно и то же положение, создавая впечатление, что все диоды данного плеча пробиты. Чтобы найти неисправную пару диодов, необходимо у девяти диодов плеча (см. рис. 37) отключить от общей шины их гибкие выводы.

Для проверки целостности внутренней цепи переключатель Ш устанавливают в положение 2 и подключают поочередно щуп XI к аноду, а Х2 – к катоду диодов (это подключение показано на рис. 38 штриховыми линиями). При подключении щупов к исправному диоду вольтметр покажет напряжение, близкое к нулю (** Г,0-1,5 В), а миллиамперметр – ток около 10 мА. Если внутри диода имеется обрыв, вольтметр покажет напряжение, близкое по величине напряжению источника питания. Миллиамперметр покажет отсутствие тока.

Измерение обратного тока диодов производят, установив переключатель П1 в положение 2 и подключая щупы XI и Х2 последовательно к каждому диоду так, как показано на рис. 38 сплошными линиями. При такой схеме миллиамперметр измеряет обратный ток не одного диода, к которому подключены щупы, а суммарный обратный ток диодов плеча, за исключением одного диода, включенного последовательно с проверяемым (см. рис. 37 и 38). В случае исправности всех диодов плеча при подключении щупов к разным диодам миллиамперметр будет показывать одинаковый ток, не более 1 мА.

Если у двух соединенных последовательно диодов один исправен, а у другого обратный ток превышает допустимое значение, то неисправный диод будет найден при подключении к нему щупов прибора. Проверка усложняется в том случае, когда у обоих диодов, соединенных последовательно, обратный ток превышает норму. Эту пару диодов можно найти только после отключения от общей шины гибких выводов девяти диодов данного плеча.

На ТР-3 перечисленные проверки диодов выполняют после разборки ВУ с помощью импульсной высоковольтной установки УПУ-1М. Проверку диодов на пробой и измерение обратного тока производят, подавая в обратном направлении на каждый в отдельности диод напряжение, соответствующее классу диода, т. е. для 8-го класса -800 В, 9-го класса – 900 В и т. д. Так как обратный ток измеряется для каждого диода отдельно, то он не должен превышать 0,1 мА.

Вместо неисправных диодов устанавливают диоды такого же типа, класса и той же градации по прямому падению напряжения. Прямое падение напряжения – это мгновенное значение напряжения на диоде при протекании через него прямого тока (от анода к катоду).

Если включить параллельно диоды с разными прямыми падениями напряжения, то по ним будут протекать неодинаковые токи. По диодам с меньшим прямым падением напряжения будут протекать токи большего значения, что может привести к их перегреву и выходу из строя. Для предотвращения этого в одно плечо ВУ разрешается устанавливать диоды, у которых разница между прямыми падениями напряжения не превышает 0,02 В. Тип диода, его класс и прямое падение напряжения указаны на этикетке, установленной на гибком выводе.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Каковы характерные неисправности ВУ?

2. Какие проверки ВУ выполняют на ТО-3?

3. Какие проверки ВУ выполняют на ТР-1 и ТР-2?

4. Как очищают детали ВУ после разборки?

5. Как восстанавливают изоляцию шпилек блоков диодов?

6. Как устанавливают диод в охладитель?

7. Как проверяют и испытывают ВУ после ремонта?

9. Как проверяют пчелы на пробой и на отсутствие обрыва внутренней цепи?

9. Как измеряют обратный ток диода?

⇐Проверки и испытания ВУ после ремонта | Ремонт электрооборудования тепловозов | Контакторы⇒

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

Скачать текст статьи в формате PDF

Авторы: Шевченко Г. М., Семенов Э. В.

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

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

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

Общие свойства и параметры диодов

 

Система и перечень параметров, включаемые в технические описания и характеризующие свойства полупроводниковых диодов, выбираются с учетом их физико-технологических особенностей и области применения. В большинстве случаев важны сведения об их статических, динамических и предельных параметрах.

Статические параметры характеризуют поведение приборов при постоянном токе, динамические — их частотно-временные свойства, предельные параметры определяют область устойчивой и надежной работы.

В справочники, стандарты или технические описания включается необходимая для детального расчета схем информация о параметрах: нормы на значения параметров, режимы их измерений, вольт-амперные характеристики, зависимости параметров от режима и температуры, максимальные и максимально допустимые значения параметров, конструктивно-технологические особенности приборов, их основное назначение, специфические требования, методы измерения параметров, типовые схемы применения.

Постоянные (случайные) изменения технологических факторов оказывают существенное влияние на значения параметров изготавливаемых приборов. Поэтому значения параметров даже одного типа приборов являются случайными величинами, т.е. имеется отклонение от среднего (типового, номинального) уровня. Для некоторых параметров устанавливаются граничные значения и возможные отклонения (разброс). Нормы на разброс параметров устанавливаются на основе экспериментально-статистических данных при обеспечении надежной и устойчивой работы приборов в различных условиях и режимах применения, а также исходя из экономических соображений.

Необходимо отметить, что вследствие постоянного совершенствования конструкций и технологии изготовления полупроводниковых приборов происходят изменения средних значений параметров. Некоторые образцы приборов имеют параметры лучше, чем приведенные в технических описаниях и справочниках.

В разных странах существуют региональные унифицированные стандарты на параметры и характеристики полупроводниковых приборов, методики их измерений и контроля качества, которые могут существенно отличаться от международных стандартов.

Различают общие параметры, которыми характеризуется любой полупроводниковый диод, и специальные параметры, присущие только отдельным видам диодов. К общим параметрам диодов относят: параметры рассеиваемой мощности, тепловые параметры, пробивные максимальные и максимально допустимые токи и напряжения, параметры, определяемые по виду ВАХ прибора, параметры, характеризующие основные свойства \(p\)-\(n\)-перехода и т.п.

Рассеиваемая мощность (\(P_{пр}\), \(P_{обр}\), \(P_{ср}\), \(P_и\)). Когда через диод проходит ток, при заданном напряжении на диоде выделяется мощность \(P_д = I \cdot U\). При подаче на диод переменного напряжения общая мощность, рассеиваемая диодом, равна сумме мощностей рассеиваемых при прохождении тока в прямом (\(P_{пр}\)) и обратном (\(P_{обр}\)) направлениях \(P_д = P_{пр} + P_{обр}\). Средняя рассеиваемая мощность (\(P_{ср}\)) определяется как среднее за период значение мощности, рассеиваемой диодом при протекании прямого и обратного токов. Максимальное значение рассеиваемой мощности, при которой гарантируется долговременная и стабильная работа диода при заданных внешних условиях, называется максимальной допустимой мощностью рассеяния диода. Наибольшее мгновенное значение мощности, рассеиваемой диодом, называется импульсной рассеиваемой мощностью (\(P_и\)).

Температура (\(T\), \(T_п\), \(T_{кор}\)). Выделение мощности сопровождается нагреванием диода, что приводит к росту обратного тока и увеличению вероятности возникновения теплового пробоя \(p\)-\(n\)-перехода. Для исключения теплового пробоя температура \(p\)-\(n\)-перехода должна быть меньше максимальной допустимой температуры перехода (\(T_{п max}\)). Как правило, эта температура для германиевых диодов составляет 70 °C, а для кремниевых — 125 °C. Выделяемая теплота рассеивается диодом в окружающую среду. Учитывая конструктивные особенности диода и условия его эксплуатации, иногда нормируются максимальная температура корпуса диода (\(T_{к max}\)) и максимальная температура окружающей среды вблизи диода (\(T\)).

Тепловое сопротивление (\(R_т\), \(R_{т пер-окр}\), \(R_{т пер-кор}\)). Перепад температур между переходом и окружающей средой определяется выражением: \(T_п – T = R_т \cdot P_д\), где \(R_т\) — тепловое сопротивление, характеризующее условия отвода теплоты от диода (определяется конструкцией корпуса, наличием радиатора и т.д.). В зависимости от расположения контрольной точки, в которой производится измерение температуры, различают: тепловое сопротивление переход – окружающая среда (\(R_{т пер-окр}\)), тепловое сопротивление переход – корпус диода (\(R_{т пер-кор}\)). Тепловое сопротивление переход – среда (\(R_{т пер-окр}\)) необходимо знать для расчета допустимой рассеиваемой мощности маломощных диодов обычно работающих без теплоотвода, а тепловое сопротивление переход – корпус (\(R_{т пер-кор}\)) — для расчета режима работы мощных приборов при наличии внешнего радиатора. Обычно \(R_{т пер-окр} \gg R_{т пер-кор}\) (сопротивление \(R_{т пер-кор}\) остается постоянным только в случае малых плотностей тока). Тепло от кристалла с переходами к корпусу или радиатору отводится за счет теплопроводности, а от корпуса в окружающее пространство — конвекцией и излучением. Режим диода необходимо выбирать из условия \(\newcommand{\slfrac}[2]{\left.#1\right/#2}U \cdot I \leq P_{д max}= \slfrac{\left( T_{п max} – T \right)}{R_{т пер-окр}}\).

Переходное тепловое сопротивление (\(Z_т\), \(Z_{т пер-окр}\), \(Z_{т пер-кор}\)). При определении тепловых режимов в случае работы диодов при малых длительностях импульсов используются их переходные тепловые характеристики, а именно переходное тепловое сопротивление диода (\(Z_т\)), которое является отношением разности изменения температуры перехода и температуры в контрольной точке за заданный промежуток времени, когда происходит это изменение температуры, к приращению рассеиваемой мощности диода, скачкообразно увеличенной в начале этого интервала. Производными этого параметра являются: переходное тепловое сопротивление переход – окружающая среда (\(Z_{т пер-окр}\)) и переходное тепловое сопротивление переход – корпус диода (\(Z_{т пер‑кор}\)).

Прямой ток и напряжение (\(I_{пр}\), \(I_{пр}\) и, \(I_{пр ср}\), \(U_{пр}\), \(U_{пр и}\)). При приложении к диоду постоянного прямого напряжения \(U_{пр}\) его температура зависит от величины протекающего прямого тока \(I_{пр}\). Прямой ток, при котором температура \(p\)-\(n\)-перехода диода достигает максимального допустимого значения (\(T_{п max}\)), называют допустимым прямым током (\(I_{пр max}\)). Наибольшее допустимое мгновенное значение прямого тока диода называют максимальным импульсным прямым током (\(I_{пр и max}\)). Наибольшее мгновенное значение прямого напряжения на диоде, обусловленное заданным импульсным прямым током, называется максимальным импульсным прямым напряжением диода (\(U_{пр и max}\)). Средний прямой ток диода (\(I_{пр ср}\)) определяется при подаче на диод переменного напряжения как среднее за период значение прямого тока.

Обратный ток и напряжение (\(I_{обр}\), \(I_{обр и}\), \(U_{обр}\), \(U_{обр и}\)). При приложении к диоду постоянного заданного обратного напряжения \(U_{обр}\) через него протекает постоянный обратный ток \(I_{обр}\) определенной величины. Важным параметром диодов является максимальное допустимое обратное напряжение \(U_{обр max}\), при котором не происходит пробоя \(p\)-\(n\)-перехода. Обычно \(U_{обр max} \le {0,8}U_{проб}\), где \(U_{проб}\) — значение обратного напряжения, вызывающее пробой перехода диода, при котором обратный ток достигает заданного значения, оно называется пробивным напряжением диода. Максимально допустимое импульсное обратное напряжение (\(U_{обр и max}\)) определяет максимальное мгновенное значение для обратного напряжения на диоде, а максимально допустимый импульсный обратный ток (\(I_{обр и max}\)) характеризует предельное мгновенное значение обратного тока, обусловленного импульсным обратным напряжением.

Дифференциальное сопротивление (\(r_{диф}\)). Прямое (\(r_{пр}\)) и обратное (\(r_{обр}\)) сопротивления диода постоянному току выражаются соотношениями: \(\newcommand{\slfrac}[2]{\left.#1\right/#2}r_{пр} = \slfrac{U_{пр 0}}{I_{пр 0}}\), \(r_{обр} = \slfrac{U_{обр 0}}{I_{обр 0}}\) , где \(U_{пр 0}\), \(I_{пр 0}\), \(U_{обр 0}\), \(I_{обр 0}\) задают конкретные точки на ВАХ прибора, в которых производится вычисление сопротивления. Поскольку типичная ВАХ полупроводникового прибора имеет участки с повышенной линейностью (один на прямой ветви, один — на обратной), то вводится понятие дифференциального сопротивления (\(r_{диф}\)), которое вычисляется как отношение малого приращения напряжения диода к малому приращению тока в нем при заданном режиме (\(r_{диф пр} = \slfrac{\Delta U_{пр}}{\Delta I_{пр}}\), \(r_{диф обр} = \slfrac{\Delta U_{обр}}{\Delta I_{обр}}\)).

Емкость перехода (\(C_{пер}\)) и накопленный заряд (\(Q_{нк}\)). Изменение внешнего напряжения \(\operatorname{d}U\) на \(p\)-\(n\)-переходе приводит к изменению накопленного в нем заряда \(\operatorname{d}Q\). Поэтому \(p\)‑\(n\)‑переход ведет себя подобно конденсатору, емкость которого \(C = \operatorname{d}Q/\operatorname{d}U\). В зависимости от физической природы изменяющегося заряда различают зарядную (барьерную) и диффузионную емкости. Зарядная (барьерная) емкость определяется изменением нескомпенсированного заряда ионов при изменении ширины запирающего слоя под воздействием внешнего обратного напряжения. При увеличении же внешнего напряжения, приложенного к \(p\)-\(n\)-переходу в прямом направлении, растет концентрация инжектированных носителей вблизи границ перехода, что приводит к изменению количества заряда, обусловленного неосновными носителями в \(p\)- и \(n\)-областях. Это можно рассматривать как проявление некоторой емкости. Поскольку она зависит от изменения диффузионной составляющей тока, ее называют диффузионной емкостью. Заряд электронов или дырок, накопленный при протекании прямого тока в базе диода или \(i\)‑области \(p\)-\(i\)-\(n\)-диода, называется накопленным зарядом (\(Q_{нк}\)). Полная емкость \(p\)-\(n\)-перехода определяется суммой зарядной и диффузионной емкостей: \(C_{пер} = C_{зар} + C_{диф}\). При включении \(p\)‑\(n\)‑перехода в прямом направлении преобладает диффузионная емкость, а при включении в обратном направлении — зарядная (емкость \(C_{диф}\) при этом пренебрежимо мала).

Заряд восстановления (\(Q_{вос}\)) и время восстановления (\(t_{вос обр}\), \(t_{вос пр}\)). При переключении диода с прямого тока на обратный весь накопленный заряд вытекает во внешнюю цепь. При заданных прямом токе и итоговом обратном напряжении весь суммарный заряд (с учетом накопленного заряда и заряда емкости обедненного слоя для полных процессов запаздывания и восстановления), вытекающий во внешнюю цепь, называется зарядом восстановления (\(Q_{вос}\)), а время, истекшее от момента прохождения тока через нулевое значение до момента достижения обратным током заданной величины — временем восстановления обратного сопротивления или просто временем обратного восстановления диода (\(t_{вос обр}\)). Аналогично определяется время установления прямого напряжения или время прямого восстановления диода (\(t_{вос пр}\)), которое равно промежутку времени, в течение которого прямое напряжение на диоде устанавливается от нулевого значения до заданного уровня.

Полный список общих параметров диодов и их принятых обозначений приведен в таб. 2.2‑1. Помимо описанных выше параметров он включает также:

  • эффективное время жизни неравновесных носителей заряда (\(t_{эф}\)), характеризующее материал и некоторые конструктивные параметры кристалла полупроводника;
  • емкость корпуса диода (\(C_{кор}\)), определяемую его конструктивными особенностями;
  • общие емкость (\(C_д\)) и индуктивность (\(L_п\)) диода, измеряемые в установившемся режиме работы.

 

Таб. 2.2-1. Общие основные параметры диодов

 

 

< Предыдущая   Следующая >

Диодные характеристики – CoderLessons.com

Существуют различные текущие шкалы для операций прямого и обратного смещения. Передняя часть кривой показывает, что диод проводит просто, когда P-область становится положительной, а N-область отрицательной.

Диод почти не проводит ток в направлении высокого сопротивления, то есть когда прегион становится отрицательным, а N-область — положительным. Теперь дырки и электроны отводятся от соединения, что приводит к увеличению барьерного потенциала. Это условие обозначено частью кривой обратного тока.

Пунктирный участок кривой показывает идеальную кривую , которая получилась бы, если бы не было лавинного пробоя. На следующем рисунке показана статическая характеристика переходного диода.

ДИОД IV Характеристики

Характеристики прямого и обратного токового напряжения (IV) диода обычно сравниваются на одной характеристической кривой. Рисунок, изображенный в разделе «Прямая характеристика», показывает, что прямое напряжение и обратное напряжение обычно отображаются на горизонтальной линии графика.

Прямые и обратные значения тока показаны на вертикальной оси графика. Прямое напряжение отображается справа, а обратное напряжение слева. Точка начала или нулевого значения находится в центре графика. Прямой ток удлиняется над горизонтальной осью, а обратный ток распространяется вниз.

Объединенные значения прямого напряжения и прямого тока находятся в верхней правой части графика, а обратное напряжение и обратный ток — в левом нижнем углу. Различные шкалы обычно используются для отображения прямых и обратных значений.

Вперед Характеристика

Когда диод смещен в прямом направлении, он проводит ток (IF) в прямом направлении. Значение IF напрямую зависит от величины прямого напряжения. Соотношение прямого напряжения и прямого тока называется ампер-вольт или IV характеристикой диода. Типичная диодная прямая IV характеристика показана на следующем рисунке.

Ниже приведены наблюдения —

  • Прямое напряжение измеряется через диод, а прямой ток — это мера тока через диод.

  • Когда прямое напряжение на диоде равно 0 В, прямой ток (IF) равен 0 мА.

  • Когда значение начинается с начальной точки (0) графика, если VF постепенно увеличивается с шагом 0,1 В, IF начинает расти.

  • Когда значение VF достаточно велико для преодоления барьерного потенциала PN-перехода, происходит значительное увеличение IF. Точку, в которой это происходит, часто называют напряжением колена V K. Для германиевых диодов V K составляет приблизительно 0,3 В, а для кремния — 0,7 В.

  • Если значение IF значительно превышает V K , прямой ток становится довольно большим.

Прямое напряжение измеряется через диод, а прямой ток — это мера тока через диод.

Когда прямое напряжение на диоде равно 0 В, прямой ток (IF) равен 0 мА.

Когда значение начинается с начальной точки (0) графика, если VF постепенно увеличивается с шагом 0,1 В, IF начинает расти.

Когда значение VF достаточно велико для преодоления барьерного потенциала PN-перехода, происходит значительное увеличение IF. Точку, в которой это происходит, часто называют напряжением колена V K. Для германиевых диодов V K составляет приблизительно 0,3 В, а для кремния — 0,7 В.

Если значение IF значительно превышает V K , прямой ток становится довольно большим.

Эта операция вызывает чрезмерное нагревание через переход и может разрушить диод. Чтобы избежать этой ситуации, защитный резистор соединен последовательно с диодом. Этот резистор ограничивает прямой ток до максимального номинального значения. Обычно резистор ограничения тока используется, когда диоды работают в прямом направлении.

Обратная характеристика

Когда диод смещен в обратном направлении, он проводит обратный ток, который обычно довольно мал. Типичная обратная IV характеристика диода показана на рисунке выше.

Вертикальная линия обратного тока на этом графике имеет значения тока, выраженные в микроамперах. Количество неосновных носителей тока, которые принимают участие в проведении обратного тока, довольно мало. В общем, это означает, что обратный ток остается постоянным в течение большей части обратного напряжения. Когда обратное напряжение диода увеличивается с самого начала, наблюдается очень небольшое изменение обратного тока. В точке напряжения пробоя (VBR) ток очень быстро увеличивается. В это время напряжение на диоде остается достаточно постоянным.

Эта характеристика постоянного напряжения приводит к ряду применений диода в условиях обратного смещения. Процессы, которые отвечают за проводимость тока в диоде с обратным смещением, называются пробой лавины и пробой стабилитрона .

Диод Технические характеристики

Как и любой другой выбор, выбор диода для конкретного применения должен быть рассмотрен. Производитель обычно предоставляет этот тип информации. Спецификации, такие как максимальные значения напряжения и тока, обычные условия эксплуатации, механические характеристики, идентификация проводов, процедуры монтажа и т. Д.

Ниже приведены некоторые важные характеристики.

Максимальный прямой ток (IFM) — абсолютный максимальный повторяющийся прямой ток, который может проходить через диод.

Максимальное обратное напряжение (VRM) — Абсолютное максимальное или пиковое напряжение обратного смещения, которое может быть приложено к диоду.

Обратное напряжение пробоя (VBR) — минимальное установившееся обратное напряжение, при котором произойдет пробой.

Максимальный прямой импульсный ток (IFM-импульс) — максимальный ток, допустимый в течение короткого интервала времени. Это текущее значение намного больше, чем IFM.

Максимальный обратный ток (IR) — Абсолютный максимальный обратный ток, который допускается при рабочей температуре устройства.

Прямое напряжение (VF) — максимальное падение прямого напряжения для данного прямого тока при рабочей температуре устройства.

Рассеиваемая мощность (PD) — максимальная мощность, которую устройство может безопасно поглощать непрерывно в свободном воздухе при температуре 25 ° C.

Обратное время восстановления (Trr) — максимальное время, которое требуется устройству для включения и выключения стат.

Напряжение пробоя — это минимальное напряжение обратного смещения, при котором PN-переход размыкается при внезапном увеличении обратного тока.

Напряжение колена — это прямое напряжение, при котором ток через соединение начинает быстро увеличиваться.

Пиковое обратное напряжение — это максимальное обратное напряжение, которое можно приложить к PN-соединению, не повреждая его.

Maximum Forward Rating — максимальный мгновенный прямой ток, который может пройти PN-переход, не повредив его.

Максимальная мощность — это максимальная мощность, которая может рассеиваться от соединения без повреждения соединения.

Тестовые диоды

  • Изучив этот раздел, вы сможете:
  • • Описать методы тестирования диодов с помощью цифровых или аналоговых мультиметров
  • • Распознавайте типичные неисправности диодов.
  • • Обрыв цепи.
  • • Короткое замыкание.
  • • Дырявый.

Фиг.2.8.1 Цифровой измеритель

Мультиметр для проверки диодов

Диоды можно проверить с помощью мультиметра. Обычно проверяется сопротивление диода в прямом и обратном направлениях. Однако при тестировании диодов следует помнить о нескольких моментах.

с цифровыми счетчиками

Большинство цифровых мультиметров подходят для тестирования диодов и во многих случаях имеют специальный диапазон «тестирования диодов», обычно отмеченный символом диода.Этот диапазон всегда следует использовать при тестировании диодов или любого другого полупроводникового прибора. Причина этого в том, что измеритель проверяет диод, подавая напряжение на диодный переход. Нормальные напряжения, используемые измерителем в других диапазонах сопротивления, могут быть недостаточно высокими, чтобы преодолеть потенциал прямого перехода диода, и поэтому диод не будет проводить, даже в прямом направлении. Это указывало бы на то, что диод был разомкнут (очень высокое сопротивление). Если используется диапазон диодов, испытательное напряжение, прикладываемое измерителем, в большинстве случаев будет достаточно высоким, чтобы преодолеть потенциал прямого перехода, и диод будет проводить.Следовательно, в прямом направлении (положительный вывод измерителя к аноду диода и отрицательный вывод к катоду) можно измерить сопротивление диода.

Фактическое значение сопротивления будет зависеть от наклона прямой характеристики диода при напряжении, подаваемом измерителем, и поэтому будет варьироваться от устройства к устройству и от измерителя к измерителю, поэтому точное значение не может быть дано. При измерении исправного кремниевого диода (не подключенного к какой-либо цепи) можно ожидать показания в прямом направлении примерно от 500 Ом до 1 кОм, аналогичного или немного меньшего для германиевых диодов.Если провода измерителя перевернуты, следует ожидать выхода за пределы диапазона (бесконечность) или разомкнутой цепи (обычно отображается на дисплее вроде «1» на цифровом измерителе, как показано на рис. 2.8.1).

Если диод уже включен в цепь, на измеренные сопротивления, всегда при выключенной цепи, будут влиять любые параллельные цепи. Следовательно, значения будут ниже указанных выше. Однако очень низкие или нулевые показания могут указывать на короткое замыкание диода (наиболее частая неисправность диодов), поэтому стоит удалить хотя бы один конец диода из цепи, если нет другой очевидной причины очень низкого показания. цепи и еще раз проверьте прямое и обратное сопротивление диода.

с аналоговыми приборами

Рис. 2.8.2 Аналоговый счетчик

Если аналоговый измеритель используется для тестирования, необходимо помнить, что, поскольку ноль на шкале сопротивления и напряжения меняются местами из-за внутренней работы измерителя, полярность зондов при использовании аналоговых измерителей для измерения сопротивления также меняется на противоположную. по сравнению с цифровыми счетчиками. Поэтому при измерении сопротивления диода аналоговым измерителем в любом диапазоне ЧЕРНЫЙ провод является положительным, а КРАСНЫЙ провод – отрицательным.Это означает, что черный провод должен быть подключен к аноду, а красный – к катоду для измерения ПЕРЕДНЕГО сопротивления диода. Некоторые аналоговые измерители имеют определенный диапазон тестирования диодов, но большинство аналоговых измерителей вполне подходят для тестирования диодов. Наиболее подходящий аналоговый диапазон обычно указывается в инструкциях для пользователя, но, как и в случае с цифровыми измерителями, необходимо проверить фактическое напряжение, используемое в диапазоне тестирования, чтобы понять его влияние на ожидаемое прямое и обратное сопротивление.

ПРИМЕЧАНИЕ: приведенный выше абзац относится только к истинным аналоговым измерителям, многие современные «аналоговые» модели, как правило, являются цифровыми измерителями с аналоговым дисплеем. В этом случае следует следовать методу, описанному для цифровых счетчиков. Какой у вас счетчик? Можно использовать простой тест сопротивления заведомо исправного диода; подключите черный отрицательный вывод к катоду, а красный положительный вывод к аноду. Если измеритель показывает ожидаемое прямое сопротивление, полярность проводов измерителя не изменена.

Это также является обычным явлением для измерения прямого сопротивления некоторых светодиодов, особенно таких, как синие светодиоды, которые имеют более высокий потенциал прямого перехода, который во время тестирования может казаться очень высоким (бесконечным), если напряжение измерителя на диодном диапазоне является низким, даже когда светодиод в порядке.Однако измеритель с испытательным напряжением около 3 В должен давать некоторое свечение светодиода. Также доступны некоторые мультиметры, которые вместо отображения сопротивления диода в диапазоне проверки диода отображают потенциал перехода (в вольтах). Поэтому важно убедиться, что вы знаете, какие условия использует измеритель, прежде чем тестировать какие-либо полупроводники.

Рис. 2.8.3 Подключение цифрового измерителя


для проверки диода

Проведение испытаний

На схеме ниже показано, как подключить цифровой измеритель для проверки диода.Следует помнить о нескольких вещах:

  • • Убедитесь, что вы используете диодный диапазон.
  • • Используя цифровой измеритель, подключите черный провод к катоду, а красный – к аноду (прямое смещение – около 1 кОм).
  • • Поменяйте местами подключения счетчика (обратное смещение – бесконечное считывание).

ПОМНИТЕ – Если вы используете аналоговый измеритель для измерения сопротивления, полярность измерительных проводов меняется на обратную.

В НЕКОТОРЫХ МЕТРАХ при измерении сопротивления диода выдают показания, указывающие потенциал перехода (в вольтах), а не сопротивление диода (в омах). ПРОВЕРЬТЕ ИНСТРУКЦИИ К СЧЕТЧИКУ, чтобы быть уверенным в том, что показывает показание измерителя.

Определение соединений диодов

Рис. 2.8.4 Маркировка полярности диодов.

Катодное соединение диода маркируется различными способами. В случае мостового выпрямителя входные клеммы переменного тока и выходные клеммы постоянного тока обычно помечаются символом синусоидальной волны и знаками плюс / минус соответственно, как показано.

Мостовые выпрямители

можно тестировать как обычные диоды, если каждый диод тестируется отдельно.Контакты корпуса следует сравнить со схемой внутреннего расположения четырех диодов, как показано на рис. 2.8.4, чтобы вы могли проверить прямое и обратное сопротивление каждого диода. Одиночные диоды обычно обозначаются полосой для обозначения катода, но в выпрямителях шпилечного типа на корпусе обычно печатается символ диода.

Индикация неисправности

Короткое замыкание

Диоды

могут быть повреждены высоким напряжением, особенно диоды, работающие с высоким напряжением или мощными приложениями, такими как источники питания, и в результате обычно происходит короткое замыкание 0 Ом при измерении в любом направлении.Когда диод в источнике питания замыкается накоротко, могут протекать большие токи, и возникают очевидные повреждения, такие как «сварившиеся» диоды и / или перегоревшие предохранители. Короткозамкнутые диоды, которые не имеют очевидных повреждений, показывают 0 Ом или очень низкое сопротивление как в прямом, так и в обратном направлении.

Обрыв цепи

Иногда диоды (особенно малосигнальные диоды) могут размыкать цепь и показывать очень высокое сопротивление или бесконечность (отображается цифрой 1 на цифровых индикаторах) как в прямом, так и в обратном направлениях.

Дырявый

Иногда сигнальный диод может стать “негерметичным”. Хотя его прямое сопротивление может быть нормальным, его обратное сопротивление может быть ниже ожидаемой бесконечности. Этот тип неисправности обычно ограничивается небольшими сигнальными диодами, поскольку, если силовые диоды выходят из строя, дополнительный обратный ток почти наверняка будет генерировать достаточно тепла, чтобы быстро разрушить диод. В диодах с малым сигналом эта неисправность может быть надежно измерена только при удалении диода из схемы, поскольку параллельные сопротивления любых других компонентов, подключенных поперек диода, будут иметь тенденцию давать более низкое, чем ожидалось, обратное сопротивление.

Тестирование стабилитронов

Все стабилитроны имеют определенное напряжение, и если напряжение, измеренное на них в рабочих условиях, выше, чем указанное в руководстве по схеме (или на диоде, если вы видите маркировку), то диод неисправен (возможно, разомкнутая цепь) и подлежит замене. Стабилитроны имеют такие же короткое замыкание и обрыв цепи, что и другие диоды, но, кроме того, могут стать «шумными». Обычно очень стабильное напряжение на них страдает от очень быстрых колебаний, подобных постоянным “фоновым шумам” при плохом звуковом сигнале.Поскольку стабилитроны часто используются для стабилизации линий электропитания, эти быстрые колебания напряжения могут вызвать странные неисправности, в зависимости от того, что подается от рассматриваемого источника питания. Мораль такова: если цепь ведет себя странно и подозревается шум в источнике питания, проверьте любой стабилитрон, стабилизирующий эту линию, заменив его заведомо исправным диодом.

Тестирование светодиодов

Тестирование светодиодов

описано в Модуле диодов 2.5

Начало страницы

Уравнение диода

| PVEducation

Обзор

  1. I 0 напрямую связано с рекомбинацией и, таким образом, обратно пропорционально качеству материала.{\ frac {q V} {k T}} – 1 \ right) $$

    где:
    I = чистый ток, протекающий через диод;
    I 0 = «ток темнового насыщения», плотность тока утечки диода в отсутствие света;
    В = приложенное напряжение на выводах диода;
    q = абсолютное значение заряда электрона;
    k = постоянная Больцмана; и
    T = абсолютная температура (K).

    «Ток темнового насыщения» (I 0 ) – чрезвычайно важный параметр, который отличает один диод от другого.I 0 – мера рекомбинации в устройстве. Диод с большей рекомбинацией будет иметь больший I 0 . Прекрасное обсуждение параметра рекомбинации находится в

    Обратите внимание, что:

    • I 0 увеличивается по мере увеличения T ; и
    • I 0 уменьшается по мере повышения качества материала.

    При 300К, кТ / q = 25,85 мВ, «тепловое напряжение». {\ frac {q V} {n k T}} – 1 \ right) $$

    где:
    n = коэффициент идеальности, число от 1 до 2, которое обычно увеличивается при уменьшении тока.

    Уравнение диода показано на интерактивном графике ниже. Измените ток насыщения и наблюдайте за изменением ВАХ. Обратите внимание, что, хотя вы можете просто изменять температуру и коэффициент идеальности, полученные кривые IV вводят в заблуждение. В моделировании подразумевается, что входные параметры независимы, но это не так. В реальных устройствах ток насыщения сильно зависит от температуры устройства. Аналогичным образом механизмы, изменяющие коэффициент идеальности, также влияют на ток насыщения.Температурные эффекты обсуждаются более подробно на странице «Влияние температуры».

    Изменение тока темнового насыщения изменяет напряжение включения диода. Фактор идеальности изменяет форму диода. График не соответствует фактору идеальности. Это означает, что увеличение коэффициента идеальности увеличит напряжение включения. На самом деле это не так, поскольку любой физический эффект, увеличивающий коэффициент идеальности, существенно увеличил бы ток темнового насыщения, I 0 , так что устройство с высоким коэффициентом идеальности обычно будет иметь более низкое напряжение включения .

    Диодный закон для кремния показан на следующем рисунке. Повышение температуры заставляет диод «включаться» при более низких напряжениях.

    Диодный закон для кремния – ток изменяется в зависимости от напряжения и температуры. При заданном токе кривая сдвигается примерно на 2 мВ / ° C. Голубая кривая показывает влияние на ВАХ, если I 0 не изменяется с температурой. На самом деле I 0 быстро меняется с температурой, что приводит к синей кривой.

    электрические_измерения_часть_3

    Выполнение электрических измерений, часть 3:

    Тестовые диоды и транзисторы

    ИСТОРИЯ

    Одно из преимуществ твердотельных устройств заключается в том, что в нормальных условиях они редко выходят из строя. Однако «редко» – это не то же самое, что «никогда». А если условия не «нормальные», если на полупроводник попадет чрезмерное напряжение, он может выйти из строя. В этой статье мы обсудим, как проверить, не поврежден ли транзистор или диод.

    Тестирование устройства может проводиться на двух уровнях: функциональном и параметрическом. Функциональный тест определяет, достаточно ли хорошо работает устройство для предполагаемого использования. Параметрический тест измеряет все параметры устройства, чтобы убедиться, что они соответствуют указанным значениям. При производстве полупроводниковых устройств часто бывает так, что функциональное тестирование проводится на всех устройствах, в то время как параметрическое тестирование выполняется на небольшом проценте модулей в качестве тестовых образцов.

    По большей части характеристики полупроводниковых устройств не ухудшаются постепенно с течением времени.Как правило, транзисторы и диоды работают до тех пор, пока полностью не перестают работать, поэтому все, что нам нужно сделать, это провести несколько простых функциональных тестов.

    ИСПЫТАНИЕ КРЕМНИЕВЫХ ДИОДОВ (НЕ СИД ИЛИ ЗЕНЕР)

    Для проверки кремниевого диода, такого как 1N914 или 1N4001, вам понадобится омметр. Если вы используете аналоговый измеритель типа VOM, установите измеритель на одну из более низких шкал Ом, скажем, 0-2K, и измерьте сопротивление диода в обоих направлениях. Если вы получаете ноль в обоих направлениях, диод закорочен.Если вы получаете INFINITY в обоих направлениях, диод открыт. Если вы получаете INFINITY в одну сторону, но некоторые читают в другую сторону (значение не имеет значения), то диод в порядке.

    Если вы используете цифровой мультиметр (DMM), тогда должна быть специальная настройка диапазона Ом для проверки диодов. Часто настройка обозначается символом диода:

    Измерьте сопротивление диода в обоих направлениях. Счетчик должен показывать обрыв цепи. В противном случае вы должны получить показание (часто значение около 600).Это означает, что диод исправен. Если вы измеряете обрыв в обоих направлениях, диод открыт. Если вы измеряете низкое сопротивление в обоих направлениях, диод закорочен.

    КОНТРОЛЬНЫЕ ДИОДЫ В СХЕМЕ

    В описанных выше процедурах предполагается, что тестируемый диод не является частью какой-либо цепи. Если вы пытаетесь проверить диод, который находится на печатной плате или иным образом подключен к другим компонентам, вам следует отключить один конец диода. На печатной плате вы можете отпаять один конец диода и снять его с платы.Убедитесь, что вы сначала отключили все питание, идущее к цепи, прежде чем отключать диод. После отсоединения одного конца действуйте, как описано выше.

    ЗНАЙТЕ ПОЛЯРНОСТЬ СЧЕТЧИКА

    При настройке на измерение сопротивления и VOM, и цифровые мультиметры подают напряжение на измерительные провода. Вы должны знать, какое отведение является положительным. Не думайте, что красный провод положительный, это может быть не так. Используйте другой набор измерителя, чтобы измерить напряжение постоянного тока, скажем, по шкале 20 В и определить, какой вывод вашего омметра является положительным.

    Другой способ – взять диод, который, как вы знаете, исправен, и найти, как вам нужно подключить провода, чтобы получить показания в омах. В этот момент положительный вывод находится на аноде, а отрицательный вывод – на катоде (катод – это конец с полосами).

    Одна из причин знать полярность вашего измерителя заключается в том, чтобы вы могли определить, какой конец диода является катодом, если полоса была удалена. Кроме того, как мы увидим ниже, вы можете использовать омметр, чтобы отличить NPN-транзистор от PNP, если вы знаете, какой вывод измерителя является положительным.

    ТЕСТИРОВАНИЕ ЗЕНЕРОВ

    Если вы просто хотите узнать, обрыв или короткое замыкание стабилитрона, просто проверьте его, как описано выше для стандартных диодов. если вы хотите измерить его уровень напряжения на стабилитроне, вам нужно будет построить схему, как показано на Рисунок 3.

    Напряжение источника питания должно быть установлено на значение, немного превышающее значение стабилитрона. Например, для диода на 12 вольт напряжение питания должно быть около 15 вольт.Значение резистора R должно ограничивать ток примерно до миллиАмпер. Например, используя стабилитрон на 12 В на 15 В, используйте резистор 3,3 кОм. Точное значение не критично.

    После того, как схема построена, просто снимите показания стабилитрона со счетчика (если вы показываете 0,6 вольт, переверните диод).

    ПРИМЕЧАНИЕ: Любой диод станет стабилитроном, если вы приложите к нему достаточное напряжение.

    ТЕСТОВЫЕ СВЕТОДИОДЫ

    У светодиодов

    падение напряжения на них больше, чем у обычных диодов.В зависимости от светодиода падение может составлять от 1,5 до 2,5 В. Если у вас есть цифровой мультиметр с настройкой диода по шкале Ом (см. Выше), вы можете проверить светодиод, как и стандартный диод. Разница будет в том, что измеритель будет показывать 1600 или 50, когда диод проводит, вместо 600, которое вы читаете на кремниевом диоде.

    Если вы не можете использовать мультиметр, создайте схему, показанную на рис. 4 , , и посмотрите, загорится ли светодиод.

    Если светодиод не горит, поменяйте полярность на диоде.Если все равно не горит, значит, плохо. (См. Рисунок 4).

    ПРОВЕРКА стабилитронов И СВЕТОДИОДОВ В ЦЕПИ

    Для проверки стабилитрона или светодиода, находящегося в цепи, вам нужен только вольтметр.

    Для стабилитрона просто измерьте напряжение на нем. Используя ВОМ или цифровой мультиметр с батарейным питанием, поместите черный провод на анод, а красный – на катод. Вы должны прочитать напряжение стабилитрона. Если вы читаете ноль вольт, стабилитрон закорочен, или резистор, питающий стабилитрон, разомкнут или не получает напряжения.если вы прочитаете значение выше напряжения стабилитрона, стабилитрон открыт.

    Для светодиода, который должен гореть, но не светится, используйте VOM или цифровой мультиметр с батарейным питанием для измерения напряжения на нем. Если вы измеряете более 3 вольт или около того, светодиод горит.

    ТРАНЗИСТОРЫ

    Как и в случае с диодами, транзистор обычно либо работает, либо нет. Итак, мы снова сможем провести несколько простых тестов с помощью измерителя, чтобы увидеть, хороший или плохой транзистор.

    Вы можете представить себе транзистор как два встречных диода в одном корпусе, как показано на Рисунок 5.

    Обратите внимание, что транзисторы бывают двух основных типов: NPN и PNP. Буквы C, B, E обозначают COLLECTOR, BASE, EMITTER, которые являются названиями трех выводов, выходящих из транзистора.

    Транзисторы

    бывают разных стилей корпусов, три из которых показаны на рис. 6. Важно знать, где находятся C, B, E для каждого конкретного случая.

    ТЕСТИРОВАНИЕ ТРАНЗИСТОРОВ

    Предполагая, что вы знаете, является ли транзистор NPN или PNP, и предполагая, что вы знаете, где находятся B, C и E, тогда просто проверьте переход B-C и переход B-E, как если бы они были стандартными диодами.если один из этих переходов – «плохой диод», значит, транзистор плохой.

    Также проверьте сопротивление от C до E, используя более высокую шкалу Ом (скажем, шкалу 2 мегабайта). Убедитесь, что ваши пальцы не касаются металлических контрольных точек, иначе вы просто измерите сопротивление кожи.

    Если транзистор исправен, вы должны получить показание обрыва цепи от коллектора к эмиттеру.

    ПРИМЕЧАНИЕ: выше подразумевает кремний. С помощью германиевых транзисторов вы можете измерить высокое сопротивление от C до E.

    ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СЧЕТЧИКА ДЛЯ ОТДЕЛЕНИЯ NPN ОТ PNP

    Если у вас есть транзистор, но вы не знаете, какой он NPN или PNP, то вы можете узнать, какой он используется, с помощью омметра, если вы знаете, какой вывод вашего измерителя положительный.

    Предполагая, что вы знаете, где на транзисторе находятся C, B и E, сделайте следующее. Подключите положительный вывод омметра к базе. Коснитесь другим проводом вашего измерителя коллектора. Если вы получили показание, транзистор NPN. Чтобы проверить, переместите провод от коллектора к эмиттеру, и вы все равно должны получить показания.

    Если ваш счетчик показывает обрыв цепи, подключите отрицательный провод к базе, а положительный провод прикоснитесь к коллектору. Если вы получили показание, значит, транзистор – PNP. Проверьте, измеряя от базы до эмиттера.

    ЧТО СМОТРЕТЬ НА

    В некоторые транзисторы встроены диоды от коллектора к эмиттеру. Они не будут считывать обрыв цепи при измерении сопротивления между C и E.

    В некоторые транзисторы встроены резисторы от базы до эмиттера.Они будут считывать это сопротивление при измерении Ом от B до E.

    Некоторые транзисторы Дарлингтона. У них более высокая база считывания для эмиттера, который может отображаться как отверстие на VOM.

    ПРОВЕРКА ТРАНЗИСТОРОВ В СХЕМЕ

    При отключенном питании от цепи, вы можете попробовать некоторые из вышеуказанных измерений на транзисторах, которые находятся в цепи. Однако ваши показания могут быть неверными из-за резисторов и других компонентов в цепи. Вы можете попробовать отсоединить основной вывод от цепи перед выполнением измерений.Не забудьте повторно подключить его после тестирования.

    Соответствующие продукты


    Обзор диодов

    Обзор транзисторов

    Расширенная модификация промышленных диодов для измерения входной дозы в пучках фотонов «более высокой энергии»

    Предпосылки и цель: Некоторые коммерчески доступные диоды p-типа не обеспечивают достаточного накопления для дозиметрии in vivo в пучках фотонов с более высокой энергией, и в литературе можно найти лишь ограниченную информацию, описывающую изменение поправочного коэффициента и / или достижимую точность для in vivo. -vivo методы дозиметрии в этом диапазоне энергий.Первая цель этого исследования – оценить и проанализировать изменение поправочных коэффициентов диодов для измерений входной дозы при более высоких энергиях фотонов. На втором этапе общая толщина диода была изменена, чтобы минимизировать изменение поправочного коэффициента.

    Материалы и методы: Поправочные коэффициенты диодов, учитывающие нестандартные условия (размер поля, расстояние до поверхности источника, лоток, клин и блок), определяются в фотонных пучках 18-25 МВ, обеспечиваемых различными блоками обработки для диодов Scanditronix p-типа, рекомендованных для пучков фотонов с более высокой энергией : старые и новые диоды ЭДП-20 и ЭДП-30.Полусферические насадки для наращивания из различных материалов (медь, железо, свинец) используются для увеличения общей толщины нароста. Эффекты возмущений с дополнительными конденсаторами и без них оцениваются для трех типов диодов.

    Полученные результаты: Для немодифицированных диодов поправочные коэффициенты размера поля (C (FS)) варьируются от 1,7% до 6%, в зависимости от типа диода и блока обработки. Например, для EDP-20 старого типа вариация C (FS) при 18 МВ намного выше на линейном ускорителе GE (5%) по сравнению с машиной Philips (1.7%). В зависимости от типа диода это отклонение может быть уменьшено до 1-2% при добавлении дополнительного нарастания. Изменение поправочных коэффициентов расстояния от источника до поверхности практически не зависит от толщины нароста. Добавляя дополнительный слой, можно почти исключить влияние лотков и блоков.

    Выводы: Изменение поправочного коэффициента немодифицированных диодов отражает изменение электронного загрязнения в зависимости от геометрии обработки.Общая толщина нароста 30 мм оказалась «наилучшим компромиссом» для трех типов диодов, исследованных при измерении входных доз в диапазоне энергий от 18 до 25 МВ.

    Измерение скорости диода

    Скорость диода – это мера того, насколько быстро он может переключаться из включенного состояния в выключенное. Это время называется обратным временем восстановления (trr).

    PN-переход действует как небольшой конденсатор. Затем напряжение на PN-переходе меняется на противоположное, емкость будет сопротивляться изменению при разряде.

    Время выключения диода при подаче на него обратного напряжения

    Диоды выпрямителя мощности

    обычно работают медленно, но оптимизированы для работы с большим током и значительным обратным напряжением. «Переключающие» диоды или диоды «высокоскоростного сигнала» больше оптимизированы по скорости, как и обычный 1N4148.

    Измерение времени обратного восстановления («trr»)

    Чтобы измерить «trr», нам сначала нужно зарядить емкость, подав прямое напряжение на диод.

    Прямое смещение диода для зарядки емкости через его PN-переход

    В этой схеме IC1A будет прикладывать прямое и обратное напряжение 50 000 раз в секунду.Когда Q имеет значение LOW, а ~ Q равно HIGH, тестируемый диод (DUT) будет смещен в прямом направлении и заряжает любую емкость через PN-переход. База TR1 находится под более низким напряжением, чем его эмиттер, поэтому транзистор выключен. Это приводит к НИЗКОМУ выходному сигналу IC2A.

    Обратное смещение диода, позволяющее разрядить емкость через PN-переход

    Когда Q становится ВЫСОКИМ, а ~ Q – НИЗКИМ, проверяемый диод (DUT) будет смещен в обратном направлении, и любая емкость на PN-переходе будет разряжена.«Задержка» выключения приводит к тому, что в R2 все еще течет ток. Поскольку эмиттер TR1 теперь находится на 0 В, падения напряжения на R2 достаточно, чтобы включить TR1, пока емкость на PN-переходе не разрядится. Это приводит к тому, что выход IC2A становится ВЫСОКИМ, пока TR1 включен. Время, в течение которого выходной сигнал IC2A находится в состоянии ВЫСОКИЙ, называется временем «trr».

    Время «trr» используется для зарядки конденсатора. Чем выше «trr», тем выше напряжение на заряженном конденсаторе. Это напряжение затем буферизуется, усиливается и подается на измеритель типа VU, состоящий из 5 светодиодов.

    Полная схема диодного измерителя скорости

    Build

    У меня есть несколько дешевых чехлов размером 85 мм x 50 мм x 20 мм, которые я недавно купил на eBay. Они стоили меньше 1 доллара каждый.

    Умещается в дешевом футляре 85 мм x 50 мм x 20 мм

    Файлы Eagle для печатной платы были включены, если вы хотите получить их коммерчески, или вы можете сделать их самостоятельно. Я использовал метод тонера, чтобы сделать свой.

    Заключение

    Сдержанная электроника без микропроцессоров – это еще весело.В некоторой степени жаль, что это умирающее искусство, но если вам интересно посмотреть старые электронные журналы, лучший источник, который я нашел, – это https://worldradiohistory.com/

    Измерения диодов с помощью Sourcemeter

    Измерения диодов с помощью источника сигнала

    На этой странице описывается, как использовать измеритель источника Keithley серии 2600 для измерения вольт-амперных характеристик диода.Источник состоит из двух источников измерения (SMU). Каждый SMU может подавать напряжение и измерять ток или источник тока и измерять напряжение. Подключите одну сторону диода к клемме Hi SMU, а другую сторону – к клемме Lo того же SMU. Мы будем использовать программу Python для выполнения цикла, в котором на каждом шаге цикла измеритель источника будет подавать напряжение на диод, а затем измерять ток через диод. Затем собранные данные будут нанесены на график с помощью пакета matplotlib.

    Загрузите скрипт Python example_diode.py и библиотеку Python Keithley 2600 Python и сохраните их в своем каталоге.

    от KeithleyV15 импортный SMU26xx импортировать matplotlib.pyplot как plt “” ” ПРИМЕР: характеристика диода. Схема: ————– | | —– – | – | А | СМУ \ | / —– – | – | | ————– “” ” “” “******* Подключиться к Sourcemeter ********” “” # инициализируем Sourcemeter и подключаемся к нему # вам может потребоваться изменить IP-адрес в зависимости от того, какой источник вы используете sm = SMU26xx (“TCPIP0 :: 129.27.158.189 :: inst0 :: INSTR “) # получаем один канал Sourcemeter (нам нужен только один для этого измерения) smu = sm.get_channel (см.CHANNEL_A) “” “******* Настроить канал A SMU ********” “” # сбросить на настройки по умолчанию smu.reset () # настраиваем режим работы smu.set_mode_voltage_source () # установить параметры напряжения и тока smu.set_voltage_range (20) smu.set_voltage_limit (20) smu.set_voltage (0) smu.set_current_range (0.05) # 50 мА smu.set_current_limit (0,05) smu.set_current (0) “” “******* Выполните развертку напряжения и выполните некоторые измерения ********” “” # определить параметры развертки sweep_start = -20 sweep_end = 20 sweep_step = 0,1 шаги = int ((sweep_end – sweep_start) / sweep_step) # определить переменные, в которых мы храним измерения data_current = [] data_voltage = [] # включить вывод smu.enable_output () # шаг за шагом через напряжения и получение значений от устройства для nr в диапазоне (шаги): # вычисляем новое напряжение, которое мы хотим установить Voltage_to_set = запуск_ развертки + (шаг_ развертки * число) # установить новое напряжение на SMU smu.set_voltage (напряжение_в_установке) # получаем ток и напряжение от SMU и добавляем их в список, чтобы мы могли построить график позже [ток, напряжение] = smu.measure_current_and_voltage () data_voltage.append (напряжение) data_current.append (текущий) print (str (напряжение) + ‘V;’ + str (ток) + ‘A’) # отключить вывод smu.disable_output () # правильно отключиться от устройства sm.disconnect () “” “******* Постройте данные, которые мы получили ********” “” plt.график (напряжение_данных, ток_данных, ‘x-‘, ширина линии = 2) # установить метки и заголовок plt.xlabel (‘Voltage / V’, fontsize = 14) plt.ylabel (‘Current / A’, fontsize = 14) plt.title (‘Характеристика диода’, fontsize = 14) plt.tick_params (labelize = 14) plt.show ()
    example_diode.py

    В сценарии example_diode.py сначала инициализируется измеритель источника, а затем устанавливаются пределы напряжения и тока. Прочтите технический паспорт измеряемого диода, чтобы узнать, какие токи и напряжения он может выдерживать.В качестве примера измерений мы использовали стабилитрон BZY97C18. В техническом паспорте BZY97C18 указано, что диод может выдерживать максимальный ток 66 мА.

    For-loop определен в скрипте, который устанавливает напряжение на диоде с помощью команды smu.set_voltage (), а затем напряжение на диоде и ток через диод измеряются с помощью smu.measure_current_and_voltage () команда. Просмотрите сценарий и запустите его. Он должен распечатать точки данных и построить график.Пример вольт-амперной характеристики стабилитрона BZY97C18 показан ниже. Наблюдается резкое увеличение тока при прямом смещении и резкий пробой при -18,2 В при обратном смещении.

    Код изменяет напряжение от -20 В до +20 В, но измеритель источника не будет подавать напряжение, которое приведет к тому, что ток будет выше установленного предела тока.

    Для последующего анализа было бы удобно сохранить данные.Мы добавим код, который автоматически сохраняет данные в текстовый файл. Этот код добавляет время к имени файла, чтобы каждое измерение сохранялось в отдельном файле. Создайте новый каталог и загрузите в него файл example_diode2.py. Скопируйте также в этот каталог библиотеку Python Keithley 2600. Откройте файл example_diode2.py, найдите строку, в которой определены имена файлов, и замените (ваш каталог) именем каталога, в котором файлы должны быть сохранены.

    от KeithleyV15 импортный SMU26xx импортировать matplotlib.pyplot как plt время импорта дата и время импорта импорт csv импортировать numpy как np “” ” ПРИМЕР: характеристика диода. Схема: ————– | | —– – | – | А | СМУ \ | / —– – | – | | ————– “” ” “” “******* Подключиться к Sourcemeter ********” “” # инициализируем Sourcemeter и подключаемся к нему # вам может потребоваться изменить IP-адрес в зависимости от того, какой источник вы используете sm = SMU26xx (“TCPIP0 :: 129.27.158.189 :: inst0 :: INSTR “) # получаем один канал Sourcemeter (нам нужен только один для этого измерения) smu = sm.get_channel (см.CHANNEL_A) “” “******* Настроить канал A SMU ********” “” # сбросить на настройки по умолчанию smu.reset () # настраиваем режим работы smu.set_mode_voltage_source () # установить параметры напряжения и тока smu.set_voltage_range (20) smu.set_voltage_limit (20) smu.set_voltage (0) smu.set_current_range (0.05) smu.set_current_limit (0,05) smu.set_current (0) “” “******* Для сохранения данных ********” “” # Создайте уникальные имена файлов для сохранения данных time_for_name = datetime.datetime.now (). strftime (“% Y_% m_% d_% H% M% S”) filename_csv = ‘D: \ Data \ Praktikum \ (ваш каталог) \ Diode’ + time_for_name + ‘. csv’ filename_pdf = ‘D: \ Data \ Praktikum \ (ваш каталог) \ Diode’ + time_for_name + ‘. pdf’ # Заголовок для csv с открытым (filename_csv, ‘a’) как csvfile: писатель = csv.писатель (csvfile, delimiter = ‘;’, lineterminator = ‘\ n’) Writer.writerow ([“Напряжение / В”, “Ток / А”]) “” “******* Выполните развертку напряжения и выполните некоторые измерения ********” “” # определить параметры развертки sweep_start = -20 sweep_end = 20 sweep_step = 0,1 шаги = int ((sweep_end – sweep_start) / sweep_step) # определить переменные, в которых мы храним измерения data_current = [] data_voltage = [] # включить вывод smu.enable_output () # шаг за шагом через напряжения и получение значений от устройства для nr в диапазоне (шаги): # вычисляем новое напряжение, которое мы хотим установить Voltage_to_set = запуск_ развертки + (шаг_ развертки * число) # установить новое напряжение на SMU smu.set_voltage (напряжение_в_установке) # получаем ток и напряжение от SMU и добавляем их в список, чтобы мы могли построить график позже [ток, напряжение] = smu.measure_current_and_voltage () data_voltage.append (напряжение) data_current.append (текущий) print (str (напряжение) + ‘V;’ + str (ток) + ‘A’) # Записываем данные в csv с открытым (filename_csv, ‘a’) как csvfile: Writer = csv.writer (csvfile, delimiter = ‘;’, lineterminator = ‘\ n’) писатель.Writerow ([напряжение, ток]) # отключить вывод smu.disable_output () # правильно отключиться от устройства sm.disconnect () “” “******* Постройте данные, которые мы получили ********” “” plt.plot (напряжение_данных, ток_данных, ‘x-‘, ширина линии = 2) # установить метки и заголовок plt.xlabel (‘Voltage / V’, fontsize = 14) plt.ylabel (‘Current / A’, fontsize = 14) plt.title (‘Характеристика диода’, fontsize = 14) plt.tick_params (labelize = 14) plt.savefig (имя_файла_pdf) plt.show ()
    example_diode2.py

    Есть три интересных режима этой диодной кривой.

    1. Режим прямого смещения, при котором ток экспоненциально увеличивается с током.
    2. Режим обратной блокировки, при котором протекает очень небольшой ток.
    3. Режим обратного пробоя, при котором диод резко проводит обратное смещение.

    Режим прямого смещения
    В режиме прямого смещения мы ожидаем, что ток будет подчиняться формуле диода

    $$ I = I_S \ left (\ exp \ left (\ frac {eV} {\ eta k_BT} \ right) – 1 \ right) \ hspace {0.5см} \ text {[A]}. $$

    Здесь \ (I \) – ток, \ (I_S \) – ток насыщения, \ (e \) – элементарный заряд, \ (V \) – напряжение, \ (k_B \) – постоянная Больцмана, \ (T \) – абсолютная температура, а \ (\ eta \) – коэффициент неидеальности, который обычно составляет от 1 до 2.

    В режиме прямого смещения обычно строят график логарифма тока в зависимости от напряжения. Сохраните скрипт Python под другим именем и измените его, чтобы напряжение изменялось от -1 В до 1 В.Sweep_step следует уменьшить примерно до 0,01, чтобы в этом диапазоне напряжений было собрано достаточно данных. Постройте полулогарифмический график \ (\ log (I) \) против \ (| V | \), как показано ниже.

    Для больших положительных напряжений график должен быть прямой линией с наклоном \ (\ frac {e} {\ eta k_BT} \) и точкой пересечения \ (\ log (I_S) \). Необходимо будет записывать данные для разных диапазонов тока. Диапазон тока 100 мА не позволит точно измерить малые токи около \ (V = 0 \).Ниже приведен график зависимости \ (\ log (I) \) от \ (V \) для разных диапазонов тока. Обратите внимание, что большие диапазоны тока дают неточные показания для малых токов.

    Программа, которая считывает файлы данных csv и строит графики \ (\ log (I) \) по сравнению с \ (V \), чтобы построить подобный график, показана ниже.

    импортировать matplotlib.pyplot как plt импортировать numpy как np импортные панды # Открыть файлы журналов csv log_e2 = np.asarray (pandas.read_csv (‘Diode2018_04_04_162758e2.csv’, sep = ‘;’)) log_e5 = np.asarray (pandas.read_csv (‘Diode2018_04_04_163008e5.csv’, sep = ‘;’)) log_e8 = np.asarray (pandas.read_csv (‘Diode2018_04_04_163125e8.csv’, sep = ‘;’)) plt.semilogy (log_e2 [:, 0], log_e2 [:, 1], ‘k’) plt.semilogy (log_e5 [2: -1, 0], log_e5 [2: -1, 1], ‘b’) plt.semilogy (log_e8 [2: -1, 0], log_e8 [2: -1, 1], ‘r’) plt.xlabel (‘Напряжение / В’) plt.ylabel (‘Current / A’) plt.title (‘Логарифмическое представление характеристической кривой диода при прямом смещении’, fontsize = 10) plt.legend ((‘Значения с диапазоном 1e-2 A’, ‘Значения в диапазоне 1e-5 A’, ‘Значения в диапазоне 1e-8 A’)) plt.grid () plt.show ()
    plot_log.py

    Вы можете настроить диапазоны графика, чтобы исключить данные, которые были взяты, если текущий диапазон установлен неправильно. Пример скорректированного графика показан ниже.

    График зависимости \ (\ log (I) \) от \ (| V | \) в более широком диапазоне напряжений, который включает напряжение пробоя, показан ниже.

    Сосредоточение внимания на области, близкой к пробою, показывает отчетливое изменение поведения тока при \ (V = 18,3 \, \ text {V} \).


    Точное измерение вольт-амперных характеристик туннельных диодов

    Abstract

    В этой статье представлен подход к мониторингу состояния колебаний в измерительных схемах туннельных диодов – путем измерения второй производной кривой вольт-амперной (ВА) характеристики при выполнении IV измерение кривой.Метод использования второй производной для обнаружения колебаний работает даже тогда, когда частота колебаний очень высока или амплитуда колебаний очень мала, например, ниже 10 мВ. В этой статье экспериментальный принцип туннельной спектроскопии был распространен на измерительные схемы с наличием внутренних колебаний, в отличие от традиционной туннельной спектроскопии, которая обычно не имеет дело с внутренними колебаниями. Получены числовые соотношения между измеренными средними значениями переходных производных и производными среднего тока: Показано, что средние значения переходных первой и второй производных равны производным среднего тока.Эти отношения служат основой для экспериментов авторов. Типичные колебательные характеристики на кривых первой и второй производных используются для обнаружения наличия колебаний и диапазона колебаний напряжения смещения на ВАХ. Монитор состояния колебаний во время измерений дает тестеру уверенность в данных измерения и позволяет ли дальнейшее улучшение испытательной схемы. Наконец, благодаря отсутствию колебаний, вклады непрямого туннельного тока, возникающие от двухфононной комбинации 121 мВ (TO + 0), 144 мВ (TA + 0 + 0) и 181 мВ (TO + 0 + 0). ) трехфононные комбинации в области отрицательного дифференциального сопротивления наблюдаются от кремниевого туннельного диода Esaki на 4.2 K.

    Многие научные публикации, созданные UC, находятся в свободном доступе на этом сайте из-за политики открытого доступа UC. Сообщите нам, насколько этот доступ важен для вас.

    Основное содержимое

    Загрузить PDF для просмотраПросмотреть больше

    Больше информации Меньше информации

    Закрывать

    Введите пароль, чтобы открыть этот PDF-файл:

    Отмена Ok

    Подготовка документа к печати…

    Отмена

    .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.