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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Esperimenti divertenti: conosci il diodo. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Radioamatore principiante Diodo - il più semplice dispositivo a semiconduttore che trasmette corrente elettrica in una direzione - dall'anodo al catodo. Tuttavia, è molto interessante ed è ampiamente utilizzato nell'elettronica radio. Gli esperimenti proposti serviranno come conferma di quanto sopra. Facciamo subito una prenotazione che per gli esperimenti prenderemo due tipi di diodi: germanio e silicio, le serie più comuni: D9 e KD105 (Fig. 1). Le loro caratteristiche - la dipendenza della corrente diretta (Ipr), cioè la corrente attraverso il diodo nella direzione diretta (dall'anodo al catodo), dalla tensione diretta (Upr) applicata al diodo (misurata tra i terminali di l'anodo e il catodo), sono in qualche modo diversi. Il diodo al silicio inizia ad aprirsi a una tensione più elevata rispetto a quella al germanio (vedi Fig. 1), quindi la caratteristica del diodo al germanio è molto più uniforme: questa caratteristica viene talvolta utilizzata nella progettazione di alcuni dispositivi.
Sicurezza elettronica. Inizia con un semplice esperimento (Fig. 2a): prendi una batteria GB1 con una tensione di 4,5 V (tipo 3336) e collega un voltmetro PV1 (l'avometro Ts20 dovrebbe funzionare in questa modalità) attraverso un diodo al silicio VD1. Cosa mostrava la lancetta del voltmetro? Una tensione vicina alla tensione della batteria, ma non uguale ad essa (ne parleremo più avanti sul motivo). Quando accendi il diodo al germanio invece del voltmetro al silicio, il voltmetro mostrerà una tensione quasi uguale alla tensione della batteria.
In entrambe le versioni, il diodo è collegato in avanti, una corrente di circa due decine di microampere lo attraversa, la tensione diretta che cade attraverso il diodo è piccola rispetto alla tensione della batteria. Ora invertire la polarità dei cavi della batteria. L'anodo del diodo sarà collegato al terminale negativo della batteria, cioè il diodo sarà acceso nella direzione opposta. Se è silicio, l'ago del voltmetro non si muoverà, poiché la sua resistenza con questa inclusione è quasi infinita. Con il germanio, la situazione è diversa. Ad esempio, il diodo della serie D9 ha una resistenza inversa di circa 2 MΩ e la resistenza di ingresso del Ts20 nell'intervallo 10 V è di 200 kΩ. Pertanto, l'ago del voltmetro registrerà una tensione circa 10 volte inferiore alla tensione della fonte di alimentazione. Ma vale la pena passare a un intervallo di misurazione più piccolo, poiché anche la tensione misurata dal voltmetro diminuirà - dopotutto, la resistenza di ingresso del dispositivo diventerà più piccola, il che significa che il coefficiente di trasferimento del divisore formato dalla resistenza inversa di il diodo e la resistenza di ingresso del voltmetro cambieranno. Quale conclusione segue da questo esperimento? Il diodo è in grado di proteggere il carico dall'applicazione accidentale di una tensione di polarità inversa. Molti anni fa, i radioamatori hanno integrato un diodo nel circuito di alimentazione in alcuni progetti, in particolare nelle radio a transistor di piccole dimensioni. Di conseguenza, è stato possibile evitare problemi (guasto dei transistor) se l'alimentazione è stata collegata in modo errato. Tale protezione può essere utilizzata da te in vari sviluppi. Tuttavia, sorge la domanda: perché non riesci a trovare una tale protezione nei design moderni? Un esperimento aiuterà a rispondere, per il quale avrai bisogno di una batteria da 4,5 V, un diodo (germanio e silicio) e due voltmetri (Fig. 2, b). Il voltmetro PV1 controlla la tensione dell'alimentatore e PV2 - la tensione sul carico, che è protetta dal diodo. Finché la resistenza di carico (in questo caso, la resistenza di ingresso del voltmetro) è elevata, poca corrente scorre attraverso il diodo al germanio e non vi è praticamente alcuna caduta di tensione ai suoi capi. I voltmetri leggeranno lo stesso. Collegare un resistore costante con una resistenza di 2 kOhm in parallelo con il voltmetro PV1: l'ago del voltmetro registrerà una diminuzione della tensione al carico. E quando colleghi un resistore con una resistenza di 430 ohm, la tensione diminuirà ulteriormente a causa della maggiore tensione diretta attraverso il diodo. Quando si inserisce un diodo al silicio al posto di VD1, la tensione sul voltmetro PV2 sarà inferiore a quella su PV1, anche senza un resistore collegato. Non è difficile spiegarlo se confrontiamo le caratteristiche dei diodi (vedi Fig. 1). Con la stessa corrente diretta anche debole, la tensione diretta su un diodo al germanio è inferiore a quella su uno al silicio. Il collegamento della resistenza provoca un aumento della tensione diretta del diodo e quindi una diminuzione della tensione ai capi del carico. È vero, la tensione diretta non supera 1 V con un aumento della corrente diretta attraverso il diodo al silicio della serie KD105 fino a 300 mA (per D9 - da 10 a 90 mA, a seconda del tipo specifico di diodo). Eppure, la sua perdita quando la struttura è alimentata da una tensione di 9; Si notano 4,5 e soprattutto 3 V. Ecco perché questo metodo di protezione non ha trovato ampia applicazione. Nella pratica radioamatoriale, potrebbe essere necessario proteggere i circuiti di ingresso dei dispositivi che funzionano con piccoli segnali da alta tensione accidentale. In tali casi, dobbiamo ricordare il diodo al silicio, che inizia a far passare corrente solo da una certa tensione. Infatti, per sua caratteristica, il tratto iniziale corre lungo l'asse orizzontale. Questa proprietà del diodo viene utilizzata per farlo funzionare come elemento di protezione elettronica. L'esperimento (Fig. 2, c) assicurerà quanto sopra, per il quale, oltre a un diodo al silicio, resistori costanti e variabili, una batteria 3336, un interruttore e un voltmetro CC con un intervallo di misurazione di, ad esempio, Saranno necessari 3 V (avometro Ts20). Avendo prima impostato il motore del resistore variabile R1 nella posizione inferiore secondo lo schema, la tensione di alimentazione viene fornita dall'interruttore SA1. Spostando uniformemente il cursore del resistore verso l'alto, si osserva un aumento graduale della tensione ai capi del diodo a causa della deviazione dell'ago del voltmetro. A una tensione di circa 0,6 V, l'aumento di tensione sul voltmetro inizierà a diminuire e presto la freccia del dispositivo si fermerà praticamente (a una tensione di circa 0,7 ... 0,8 V) e rimarrà in questo stato anche quando il il cursore del resistore variabile si trova nella parte superiore secondo il diagramma di posizione, ovvero al dispositivo di protezione verranno applicati 4,5 V. Quello che è successo? Fino a una certa tensione il diodo era chiuso e il voltmetro misurava la tensione prelevata dal motore a resistore variabile. E poi il diodo ha iniziato ad aprirsi e deviare il voltmetro, che in questo caso imita il circuito protetto. All'aumentare della tensione, la corrente attraverso il diodo è aumentata, il che significa che è aumentato anche il suo effetto di derivazione. Presto il diodo si è aperto così tanto da deviare completamente il voltmetro. La tensione sul diodo rimane stabile nonostante le variazioni della tensione esterna (prese dal motore del resistore variabile) a causa della caduta di tensione in eccesso attraverso il resistore R2. In questo caso, il diodo protegge da un aumento accidentale della tensione di una certa polarità. Se è necessario proteggere il circuito da sovratensioni di polarità diverse, collegare due diodi in parallelo, uno nella direzione in avanti e l'altro nella direzione opposta. È possibile che sia necessaria una protezione che "si attivi" a una tensione superiore a quella fornita da un singolo diodo. Quindi inseriscono due o più diodi collegati in serie (Fig. 2, d). Prova questa opzione e guarda tu stesso. Controllo della luminosità. Come sai, la torcia piatta utilizza una batteria 3336 da 4,5 V e una lampada da 3,5 V. Quando la batteria è nuova, la lampada è molto luminosa. Se necessario, la luminosità può essere in qualche modo ridotta includendo un diodo al silicio VD1 e un interruttore aggiuntivo SA1 nel suo circuito (Fig. 3, a). Monta questo nodo su una breadboard e guarda come funziona.
Quando i contatti dell'interruttore sono chiusi, la luminosità della lampada EL1 è massima. Vale la pena impostare l'interruttore sulla posizione dei contatti aperti, poiché il diodo entra in funzione. Una tensione diretta su di esso riduce la tensione sulla lampada e la sua luminosità diminuisce. Un diodo funziona in modo più efficiente in un circuito a corrente alternata (Fig. 3, b), che può essere alimentato, diciamo, da una lampada da notte. Qui, quando i contatti dell'interruttore SA1 sono aperti, c'è una maggiore diminuzione della tensione (tensione media) sulla lampada dovuta alla manifestazione della proprietà del diodo - per far passare la corrente in una direzione, in questo caso solo con positivo semicicli della tensione alternata all'anodo del diodo. Il trasformatore deve essere selezionato in modo tale che la tensione sull'avvolgimento II non superi la tensione per la quale è progettata la lampada a incandescenza. Lampade di controllo su due fili. E se fosse necessario accendere due lampade separatamente, poste a distanza dall'interruttore e collegate ad esso solo da una linea a due fili? Pensa al diodo in questo caso. Quando si alimenta la linea con corrente continua (Fig. 4, a), saranno necessari due diodi - ciascuno di essi è collegato al circuito della "propria" lampada, ma in direzioni diverse: uno in avanti, l'altro in senso inverso. Quando l'interruttore SA1 si trova nella posizione mostrata nel diagramma, la corrente scorre attraverso il diodo VD1 e la lampada EL1 - si accende. Quando l'interruttore è impostato su un'altra posizione, la corrente fluirà solo attraverso il diodo VD2 e la lampada EL2. La lampada EL1 si spegnerà e si accenderà EL2.
Se il cablaggio è alimentato da corrente alternata, non è possibile fare a meno di due diodi, poiché ciascuno di essi, sebbene funzionerà al proprio "proprio" semiciclo, le lampade lampeggeranno contemporaneamente. Pertanto, dovrai aggiungere altri due diodi (Fig. 4, b) e inserire un interruttore separato nel circuito di ciascuno di essi. Per accendere la lampada EL1, è necessario chiudere i contatti dell'interruttore SA2 e accendere solo la lampada EL2 - l'interruttore SA2. Quando i contatti di entrambi gli interruttori sono chiusi, tutte le lampade si accendono. Semplice e conveniente. È vero, le lampade brilleranno a malincuore, poiché la corrente scorre attraverso ciascuna di esse solo durante un semiciclo della tensione alternata sull'avvolgimento secondario del trasformatore T1. Per mantenere la stessa luminosità dell'illuminazione (tale che sarebbe con un collegamento diretto della lampada al trasformatore), è possibile consigliare l'uso di lampade di potenza superiore. duplicatore di tensione. Il dispositivo, il cui schema è mostrato in Fig. 5, a, - raddrizzatore a semionda. La tensione costante U1 sul condensatore C1 supererà di circa 1,4 volte la tensione alternata misurata dal voltmetro di corrente alternata sull'avvolgimento secondario del trasformatore, ovvero corrisponderà al valore di ampiezza della semionda della tensione sinusoidale alternata .
Non è difficile quasi raddoppiare la tensione costante all'uscita del raddrizzatore (Fig. 5b) aggiungendo un altro diodo (\/02) e un condensatore (C2). Ora ottieni un raddrizzatore che funziona con entrambe le semionde di tensione alternata. Durante le semionde positive, il condensatore C1 verrà caricato sul terminale superiore dell'avvolgimento II del trasformatore secondo lo schema, e durante quelle negative, C2. Poiché i condensatori sono collegati in serie, le tensioni ai loro capi (U1 e U2) si sommeranno e la tensione finale (U3) sarà il doppio rispetto a ciascuno dei condensatori. Pertanto, un tale raddrizzatore è chiamato raddrizzatore a raddrizzatore di tensione. Viene implementato nei casi in cui il trasformatore step-down ha un solo avvolgimento secondario. Per l'esperimento è adatto qualsiasi trasformatore di rete step-down con una tensione sull'avvolgimento secondario di 6 ... 10 V. I diodi possono essere, oltre a quelli indicati nello schema, qualsiasi raddrizzatore, silicio o germanio (anche uno qualsiasi dei la serie D9 andrà bene). Condensatori: qualsiasi ossido, con una capacità di almeno 10 microfarad per tensione nominale di almeno il doppio della tensione CA sull'avvolgimento secondario del trasformatore. sonda a diodi. Come determinare le estremità di una linea di comunicazione a due fili posata, diciamo, tra due stanze di un appartamento?
Ovviamente qui non userai un ohmmetro, perché la lunghezza delle sue sonde non è sufficiente. Il diodo viene nuovamente in soccorso (Fig. 6). È collegato alle estremità dei fili della linea (può essere simulato da un filo di rete a due fili assemblato in una palla) nella stessa stanza e segna il filo a cui è collegato l'anodo del diodo. Nell'altra stanza, alle estremità dei fili, prima in una e poi nell'altra polarità, sono collegate le sonde XP1 e XP2 del dispositivo di segnalazione assemblate da una batteria 3336 e una lampada a incandescenza per una tensione di 3,5 V. In una delle opzioni di connessione, la spia lampeggerà, il che indicherà il passaggio di corrente attraverso la linea di comunicazione e il diodo. E questo, a sua volta, consentirà di testimoniare che le estremità a cui sono collegati l'anodo del diodo e il circuito terminale positivo della batteria appartengono allo stesso filo. Il diodo per l'esperimento può essere qualsiasi silicio o germanio, progettato per il passaggio attraverso di esso di una corrente superiore alla corrente di una lampada a incandescenza. Autore: V.Polyakov, Mosca
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