Диод – пассивный нелинейный полупроводниковый прибор, с двумя электродами – анодом и катодом. Он проводит ток в прямом направлении, когда к аноду приложен положительный потенциал «+», а к катоду отрицательный «-» (рис. 1.1). Он не проводит ток в обратном направлении. Называется пассивным, потому, что не усиливает мощность.
Диод является нелинейным элементом, поэтому его ВАХ (вольтамперная характеристика) нелинейная (рис.1.2). Когда диод начинает проводить ток, на нем возникает падение напряжения. Постоянный прямой ток Iпр. может быть 10-20 мА, постоянный обратный ток Iобр. 1-2 мкА — для диодов общего назначения, Iобр. обычно не принимают во внимание до тех пор, пока постоянное обратное напряжение U обр. не достигнет напряжения пробоя, в этом случае Iобр. возрастает до значений I пр. и диод выходит из строя, Iпр. также не может превышать I макс.
Германиевые диоды открываются при U пр. = 0,2-0,4 В, кремниевые — 0,6-0,8 В. Германиевые диоды имеют меньшее сопротивление в прямом направлении, чем кремниевые, порядка 100 Ом, их обратное сопротивление больше 100 000 Ом, прямые и обратные сопротивления у кремниевых диодов выше. С повышением температуры Iпр. и I обр. увеличиваются. Д226 – германиевый диод. КД102 – кремниевый диод.
Проверка диода
Стабилитрон
Стабилитрон применяется для стабилизации уровней напряжений и токов. В стабилитронах обратная ветвь ВАХ имеет крутой излом, обусловленный резким ростом тока и используется для стабилизации постоянного напряжения. Эффект стабилизации основан на том, что большое увеличение или уменьшение тока вызывает малое изменение напряжения.
Стабилитроны имеют определенное напряжением стабилизации. На рисунке 2 показана схема последовательного стабилизатора. Стабилитрон соединен последовательно с сопротивлением R, которое обеспечивает прохождение через стабилитрон тока стабилизации. Входное постоянное напряжение должно быть выше напряжения стабилизации стабилитрона. Падение напряжения на сопротивлении равно разности входного напряжения и напряжения стабилизации. Входное напряжение может увеличиваться или уменьшаться. При этом ток через стабилитрон также увеличивается или уменьшается.
Когда стабилитрон работает при напряжении стабилизации, при увеличении входного напряжения через него может идти большой ток. Однако напряжение на стабилитроне остается прежним, при увеличении тока его сопротивление уменьшается. Изменение входного напряжения проявляется только в изменении напряжения на сопротивлении. Сумма падений напряжения на сопротивлении и стабилитроне равна входному напряжению. Выходное напряжение снимается со стабилитрона, оно может быть увеличено или уменьшено путем замены стабилитрона и включенного последовательно с ним сопротивления. Основные параметры стабилитрона — напряжение стабилизации U ст (напряжение между выводами стабилитрона в рабочем режиме), ток стабилизации I ст (ток через стабилитрон).
Конденсатор
Конденсатор — элемент электрической цепи, накапливающий электрический заряд, состоит из двух проводников, изолированных друг от друга и
находящихся на малом расстоянии. Под действием переменного тока постоянно заряжается и разряжается.
Бывают электролитические и бумажные. В электролитических диэлектриком является электролит, в бумажном бумага. Электролитические конденсаторы обладают большей емкостью при тех же размерах. Сопротивление хорошего конденсатора стремится к бесконечности, не должно быть короткого замыкания. Емкость измеряется в Фарадах (Ф), емкость, равная 1 фарада очень большая, обычно емкость указывается в мкФ (10ˉ6Ф).
Формула для последовательного соединения конденсаторов: С=С1*С2/С1+С2
Формула для последовательного соединения конденсаторов: С=С1+С2
Индуктивность
Любой провод, прямой или свернутый в катушку, обладает индуктивностью. Если провод длинный и смотан в катушку, индуктивность у него гораздо выше.
Индуктивность — элемент электрической цепи, запасающий энергию за счет создания магнитного поля при протекании через катушку тока. Индуктивность измеряется в генри (Гн). Любая катушка индуктивности имеет сопротивление, которое не должно быть равно нулю.
Формула для последовательного соединения конденсаторов: L=L1+L2
Формула для последовательного соединения конденсаторов: L=L1*L2/L1+L2.
Тиристор
Тиристор – полупроводниковый прибор, который обычно используется в ключевом режиме (открыт – закрыт), может использоваться для включения и
отключения тока через реле, электродвигателей и так далее, может быть использован для плавной регулировки мощности, подаваемой на нагрузку.
Тиристор без управляющего электрода называется динистор, двунаправленный управляемый тиристор, который проводит переменный ток в обоих направлениях, называется симистор. Управление динистором осуществляется подачей или снятием управляющего напряжения.
Тиристор включается положительным напряжением на управляющий электрод, выключается уменьшением напряжения анод-катод до нуля.
Если изменить полярность напряжения катод-анод, то через цепь, будет течь только маленький ток утечки. Тиристор включается положительным напряжением. Схема включения тиристора показана на рис. 3.
Резистор R2 и переключатель используется для ограничения тока управляющего электрода. Напряжение между анодом и катодом обеспечивается источником переменного напряжения. Последовательно включенный резистор R1 используется для ограничения тока анод-катод во включенном состоянии. Без резистора R1 через тиристор может течь слишком большой ток, способный повредить его.
Транзистор
Транзистор – устройство, которое используется для управления электрическим током. Изменяя величину напряжения, приложенного к его электродам, можно управлять величиной тока через транзистор, и использовать его для усиления или переключения сигнала.
Биполярный транзистор состоит из трех областей. Эти три области могут быть расположены двумя способами. В первом случае это n-p-n транзистор, во втором p-n-p транзистор, что показано на рис. 4.1. У транзисторов обоих типов средняя область называется базой, а внешние области называются эмиттер и коллектор. Для того, чтобы эти области взаимодействовали должным образом, к транзистору должно быть правильно приложено напряжение.
Транзистор, как и диод, может быть изготовлен из германия или кремния, но кремниевые используется чаще (в т.ч. в микросхемах), в основном применяются транзисторы n-p-n типа.
Биполярный транзистор для усиления сигнала
На рис. 4.2 изображен транзисторный усилитель с общим эмиттером, использующий один источник питания. Сопротивления Rб и Rк – для
распределения напряжения, обеспечивающего правильную работу схемы. Rк – сопротивление нагрузки коллектора.
Когда через коллектор течет ток, на сопротивлении Rк появляется падение напряжения. Сопротивление Rб соединяет базу транзистора с источником питания, управляет током базы. Входной сигнал подключается между базой транзистора и эмиттером, между выводом входа и землей. Выходной сигнал появляется между коллектором и эмиттером, выводом выхода и землей. Выходной ток Iвых=Iвх*h21э, где h21э – коэффициент усиления транзистора по току (э – в схеме с общим эмиттером).
Ток коллектора в десятки или сотни раз ( в зависимости от типа транзистора) больше тока базы. При увеличении тока увеличивается мощность.
Светодиод
Светодиод – наиболее распространенное полупроводниковое светоизлучающее устройство. Он имеет большой срок службы ввиду отсутствия
нагрева, что служит причиной выхода из строя ламп.
Светодиоды излучают свет при прохождении через них тока. Для того, чтобы светодиод излучал свет, на него должно быть подано напряжение,
превышающее 1,2 В. Так как светодиод легко может быть поврежден большим током, последовательно с ним включается сопротивление для ограничения тока.
На рис. 5 показана схема включения светодиода. Включенное последовательно сопротивление R1 используется для ограничения тока.
При использовании светодиода АЛ307Б ток I1 равен 20 мА.
