Основы электроники. Полупроводниковый диод.

Какой элемент наряду с резисторами, конденсаторами и катушками индуктивности можно чаще всего встретить в принципиальной электрической схеме, как думаете? ) Конечно же диод! О нем то сегодня и поговорим, ему то и уделим наше время 😉

В первую очередь отметим, что полупроводниковый диод, в отличие от уже упомянутых других пассивных компонентов, является нелинейным элементом, то есть сигнал на выходе нелинейно зависит от сигнала на входе. Проще говоря, увеличив, например, напряжение на входе в 1.5 раза, мы не получим на выходе увеличения тока во столько же раз. Посмотрите на вольт-амперную характеристику диода (ВАХ) – зависимость тока  от приложенного к нему напряжения:

Вольт-амперная характеристика

А вот как выглядит обозначение полупроводниковых диодов на схеме…

Полупроводниковый диод:

Обозначение диода

Как мы видим, в открытом состоянии полупроводниковый диод пропускает ток, а в закрытом нет, правда до тех пор, пока на него не зафигачат огромное напряжение, превышающее напряжение пробоя (на рисунке оно составляет примерно вольт 85, там, где ток дико улетает вниз на обратной ветви). Таким образом, диод можно рассматривать как проводник, который пропускает ток только в одном (!) направлении. И тут сразу приходит интересная мысль..а почему бы не использовать его в качестве выпрямителя тока, раз он пропускает ток только в одну сторону? Все верно! Для этого они и используются (конечно, не только для этого 😉 ). Но для начала, все-таки, остановимся на выпрямителях.

Выпрямление тока, говоря строго, заключается в преобразовании переменного тока в постоянный. Кстати, вот важное уточнение – для работы диода в открытом состоянии, необходимо, чтобы напряжение превышало значение прямого напряжения используемого полупроводникового диода. Для кремниевых оно составляет величину в районе 0.6 В, для германиевых – поменьше, около 0.3 В. Вот так вот )

Возвращаемся к нашим делам. Рассмотрим схему простейшего выпрямителя тока, в которой, собственно кроме диода больше ничего и нету:

Простейшая схема включения диода

Посмотрим, в чем же тут суть. Подадим-ка на вход синусоидальное напряжение и вот, что мы получим на нагрузке:

Однополупериодный выпрямитель

Как видите, тут используется только половина того сигнала, который есть на входе. Поэтому схему назвали однополупериодной. А вот как выглядит схема двухполупериодного выпрямителя:

Двухполупериодный выпрямитель

Вот такая красотища! ) Давайте разберемся, почему при таком включении на нагрузке есть сигнал всегда, а не только половину периода. А дело вот в чем…Во время одного полупериода в открытом состоянии находятся диоды 2 и 3, а во время следующего полупериода открыты 1 и 4. Все просто 😉 В итоге на нагрузке мы имеем:

Выпрямление тока

Интервалы, на которых напряжение равно 0 появляются тогда, когда напряжение на входе не превышает значение прямого напряжения. А что в этом случае? А диод закрыт, вот и все, поэтому и ноль на выходе 😉

Итак, в итоге имеем на выходе то, что изображено на рисунке. И тут возникает вопрос…А ГДЕ ВООБЩЕ ПОСТОЯННОЕ НАПРЯЖЕНИЕ?!?! Собственно вопрос абсолютно верен =) То что мы получили, можно назвать постоянным сигналом только с той точки зрения, что сигнал не меняет свою полярность. Но в действительности это не то, что нам было нужно. Значит нужно допиливать схему выпрямителя тока 😉

Необходимо добавить фильтр низких частот. Хотя часто резистор не ставят, ограничиваясь только конденсатором. Вот что получаем после модернизации схемы:

Полноценный выпрямитель тока =)

И как же это работает? А все просто: конденсатор постоянно заряжается и разряжается. То есть когда напряжение на входе меньше напряжения, до которого зарядился конденсатор, конденсатор начинает разряжаться через нагрузку. Когда напряжение на входе возрастает, конденсатор подзаряжается, чтобы потом при разряде поддерживать напряжение на нагрузке. И на выходе мы имеем уже другую картину:

Выпрямление переменного тока

Ну понятно, что синим тут изображено то, что у нас на выходе если конденсатора нету, а зеленым – сигнал на выходе схемы с конденсатором. Вот теперь мы действительно выпрямили входной сигнал, хоть на выходе и остались небольшие пульсации.

В общем, рассмотрели мы сегодня полупроводниковый диод и разобрались с его работой в качестве выпрямителя 😉 Конечно, еще полно всяких применения для диода, но, пожалуй, об этом все-таки потом. Как никак здесь нашей целью было именно разобраться и понять, как работает этот замечательный элемент в целом, а не в конкретных схемах. Так что на сегодня это все, если будут какие-нибудь вопросы, обязательно спрашивайте в комментариях! )

P.S. Другие статьи рубрики «Основы электроники» — часть 1, часть 2 и часть 3 =)

Понравилась статья? Поделись с друзьями!

Основы электроники. Полупроводниковый диод.: 2 комментария
    • Просто для наглядной демонстрации того, что есть интервалы, на которых напряжение равно 0.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *