Диод: анод и катод, полярность

Диод: анод и катод, полярность

Диод – популярный элемент, использующийся в электротехнике и выполняющий роль светоиндикатора. Для его правильной работы и излучения света он должен быть подключен правильно, с соблюдением полярности. Определить её можно несколькими способами: с помощью мультиметра, обычной батарейки или блока питания от мобильного телефона. Существует ещё несколько вариантов нахождения катода и анода диода. Однако в отличие от ранее упомянутых методов, они не дают 100% гарантии точного результата.

Общие сведения

Прежде чем рассматривать, как работает диод, необходимо подробно изучить его устройство, разновидности и узнать, зачем он применяется. Это поможет лучше понять принцип действия и выбрать максимально эффективное приспособление для определённого оборудования.

Устройство диода

Диод (от англ. diode) выглядит просто и имеет конструкцию, состоящую из небольшого количества элементов. Это позволяет мастерам не приобретать дорогостоящие изделия, а изготавливать их своими руками. Самодельные приспособления хоть и стоят намного дешевле, но выполняют те же функции, что и покупные.

Так как диоды часто изображаются на электросхемах, то определение их параметров считается довольно важным мероприятием. Обозначением для этих элементов служит комбинация символов VD1, VD2 и так далее.

Схема диода предусматривает наличие следующих элементов:

1. Корпус. Он представляет собой стеклянный, керамический или металлический вакуумный баллон.
2. Два электрода (катод и анод). Они располагаются внутри баллона и используются для обеспечения эмиссии электронов. Чаще всего применяются электроды косвенного накала, которые имеют цилиндрическую форму, и обладают специальным слоем, испускающим электроны. В некоторых старых конструкциях можно встретить эти элементы в виде тонкой нити, накаливающейся в процессе работы приспособления.
3. Подогреватель. Он находится внутри катода и устроен в виде проволоки, которая накаливается из-за прохождения электрического тока.
4. Диодный кристалл. Для изготовления этого элемента применяется германий или кремний. Одна его часть проводит электричество и имеет недостаточное количество электронов, а вторая — избыток.
5. P-n переход — область между первой и второй частью диодного кристалла.

Принцип действия

Принцип работы диода довольно простой и разобраться в нём сможет не только профессионал, но и новичок. Для этого не нужно иметь специальное образование или навыки работы с таким приспособлением, а достаточно обладать общим представлением об устройстве.

Принцип действия диода:

1. Электрический ток проходит через устройство и воздействует на катод диода.
2. Из-за этого подогреватель постепенно накаляется, а электрод начинает испускать электроны.
3. Следствием этого становится образование электрического поля между двумя электродами, которое является катализатором процесса притяжения электронов к аноду, обладающему положительным зарядом. Благодаря этому образуется эмиссионный ток.
4. Пространственный отрицательный заряд, который появляется между двумя электродами, препятствует движению электронов к аноду. Из-за этого часть их меняет своё направление, и начинает двигаться к катоду.
5. Попавшие на анод электроны образуют анодный ток, параметры которого соответствуют катодному.
6. Если электрическое поле, возникшее между электродами, препятствует возвращению частиц на катод, то электродиод остаётся в запертом состоянии. Всё это приводит к размыканию цепи.

Разновидности приспособлений

Производители электронных элементов делают несколько типов диодов. Все они немного отличаются друг от друга, имеют различные свойства, а также используются для достижения определённых целей.

Диоды бывают:

1. Выпрямительные. Это наиболее распространённый тип приспособлений, который используется в устройствах, способствующих преобразованию переменного тока промышленной частоты в постоянный.
2. Высокочастотные. Большинство моделей современного оборудования функционируют при рабочей частоте в несколько гигагерц. В таких конструкциях применяются специальные диоды, рассчитанные на высокую частоту.
3. Переключающие. Эти приспособления используются в тех схемах, где диод должен работать в различных режимах. В одном из них он оказывается смещённым в прямом направлении, а в другом — в обратном.
4. Стабилитроны. Такие элементы применяются только в конструкциях, помогающих стабилизировать напряжение, поступающее к оборудованию.
5. Варикапы. Они используются в параметрических усилителях и прочих подобных устройствах. С их помощью происходит коррекция частотной модуляции и автоматическая подстройка частоты.
6. Диоды Шоттки. Назначение этого приспособления — малое падение напряжения при прямом включении. Область их применения ограничивается низковольтными электрическими цепями.
7. Тиристоры (управляемые диоды). Они часто применяются в схемах, которые предназначены для плавного пуска двигателя, регулировки мощности или включения лампочки.
8. Симисторы. Эта разновидность диодов используется для обеспечения работы систем, питающихся от переменного напряжения, так как способна пропускать электричество в обоих направлениях. Они представляют собой 2 тиристора, соединённые между собой.

Область применения

Диоды широко применяются по всему миру и входят в состав различных приспособлений. В большинстве случаев несколько таких элементов объединяются в общую конструкцию. Их количество выбирается исходя из типа и особенностей каждой схемы.

Использование диодов в электротехнике:

1. Диодные мосты. В их составе может находиться от 4 до 12 диодов, которые последовательно соединены друг с другом. Они применяются для однофазных и трёхфазных схем, где выполняют функцию выпрямителей. В большинстве случаев такие диодные мосты устанавливаются на генераторах автомобилей. Благодаря им не только увеличивается надёжность устройства, но и уменьшаются его размеры.
2. Диодные детекторы. Они представляют собой конструкцию, которая сочетает в себе не только несколько диодов, но и конденсаторы. Благодаря этому достигается способность выделять модуляцию с низкими частотами из соответствующих сигналов. Такие детекторы часто используются при изготовлении радиоприёмников и телевизоров.
3. Диодная искрозащита. Для её создания применяются специальные диодные барьеры, которые ограничивают напряжение в имеющейся электрической цепи. Вместе с ними используются специальные токоограничительные резисторы, необходимые для контроля за величиной параметров проходящего электрического тока.
4. Переключатели на основе диодов. Эти устройства дополняются конденсаторами и коммутируют высокочастотные сигналы. При этом контроль за работой осуществляется с помощью подачи управляющего сигнала, разделения высоких частот и применения постоянного тока.

Схемы подключения светодиода к 220В

Полупроводник пропускает ток только в одном направлении. Однако в сети в 220В имеется переменный ток, где с частотой в 50 Гц направление тока меняется. Чтобы компенсировать этот эффект и подключить светодиодную лампу, требуется выпрямитель какого-либо типа, способный погасить обратное напряжение.

В таком качестве выступает резистор, конденсатор, выпрямительный мост. Соответственно, подключить светодиод к сети в 220 Вольт можно несколькими способами. Чаще всего в быту используется схема с резистором, поскольку такой способ прост в монтаже и доступен по стоимости.

Как подключить светодиодный светильник последовательным способом

Такое подсоединение выполняется очень легко и вполне годится для бытовых светодиодных приборов и сети в 220 Вольт.

1. Для начала рассчитывают требуемую мощность резистора и учитывают необходимость в защите от обратного напряжения. Теоретически при подсоединении светодиода, мощностью, например, в 3 Вольта, «избыток» в 217 Вольт оседает на резисторе. Однако на деле обратная полуволна в этом случае подается на светодиод, а не на резистор, а так как обратное напряжение у полупроводников невелико – до 30 Вольт, прибор быстро выходит из строя.
2. Все элементы цепи – резистор, диод защиты и светодиод подключаются последовательно.

Как подключить светодиодный светильник к 220В параллельным способом

Подсоединить светодиодный светильник можно и параллельно. Такая схема более надежна, хотя не исключает эффект мерцания.

1. Индикаторный диод подключают параллельно светодиоду. Диод должен иметь обратное включение. При первой полуволне работает индикаторный диод, при второй – светодиод. Напряжение, падающее на последний, не превышает 1 Вольт, что делает такую схему более долговечной.
2. Мощность резистора и здесь должна быть избыточной – он нагревается.

Снизить эффект мерцания позволяет параллельная установка 2 светодиодов. При подсоединении к сети в 220В при одной полуволне включается 1 светодиод, при второй – параллельный ему. При таком расположении оба элемента в нужной степени защищены от избыточного обратного напряжения.

Схема включения светодиода в сеть 220 вольт лучевым соединением

Запитать светодиод от сети 220В таким способом – лучший вариант, так как метод предупреждает излишний нагрев всех деталей цепи и исключает заметные для глаза мерцания. Кроме того, цепь, включающая конденсатор, потребляет меньше тока. Минус схемы – подключение светодиодных ламп требует больше времени и подразумевает цепь из большого количества элементов.

1. Вместо резистора основную нагрузку по выпрямлению тока берет на себя конденсатор. Использовать необходимо пленочное устройство – электролит не годится. Рассчитано на напряжение как минимум в 250 Вольт, а лучше в 400 Вольт.
2. Параллельно конденсатору в цепь включают резистор. Его задача – разряд конденсатора после того, как светильник отключают от сети в 220 Вольт.
3. Параллельно светодиоду подсоединяют диодный мост – его можно приобрести готовым, а можно самостоятельно сделать из 4 диодов с подходящими характеристиками. Максимальная сила тока моста должна быть выше, чем аналогичный показатель у светодиода. Возможное обратное напряжение – не менее 400 Вольт. Мост подсоединяется в обратном направлении по сравнению со светодиодным элементом.
4. Последовательно конденсатору в цепь вставляют еще один резистор – токоограничительный. Его цель – защитить схему от случайных скачков напряжения в сети на 220 Вольт.

В такой схеме все элементы нагреваются незначительно, что обеспечивает высокую долговечность и надежность.

Схема шунтирования светодиода обычным диодом

Необходимость шунтирования доказана практикой. Теоретическая схема подключения светодиода без дополнительного элемента оказывается несостоятельной.

Рабочая схема включает индикаторный обычный диод с той же полярностью, что и светодиодное устройство. При этом излишне высокое напряжение обратной волны оседает на диодном элементе, а остаточное напряжение светодиод пробить уже не может. Диод монтируют между резистором и светодиодом.

Преимущества и недостатки

Кроме диодного моста существуют и другие способы преобразования переменного в постоянный ток. В сравнении с однополупериодным, двухполупериодное выпрямление обладает рядом преимуществ:

• И отрицательная, и положительная полуволна синусоиды преобразуются в выходное напряжение, поэтому вся мощность трансформатора используется в наиболее оптимальной степени.
• За счет большей частоты пульсации получаемое от диодного выпрямителя напряжение куда проще сглаживать при помощи фильтров.
• Использование электроэнергии под нагрузкой уменьшает потери мощности на перемагничивание сердечника, возникающее из-за процессов взаимоиндукции в обмотках питающего трансформатора.
• Гармоничное перераспределение кривой электротока и напряжения на выходе – за счет передачи каждого полупериода сразу двумя диодами в мосте, выходной параметр получается куда более равномерным.

К недостаткам диодного моста следует отнести и большее падение напряжения, в сравнении с однополупериодной схемой или выпрямителем с отводом из средней точки. Это обусловлено тем, что ток протекает сразу черед два полупроводниковых элемента и встречает омическое сопротивление от каждого из них. Такой недостаток может оказывать существенное влияние в слаботочных цепях, где доли ампера могут решать значение сигналов, режимы работы агрегатов и т.д. В качестве решения могут применяться диодные мосты с диодами Шотки, у которых падение прямого напряжения относительно ниже.

Еще одним недостатком является сложность определения перегоревшего звена, так как при выходе со строя хотя бы одного диода вся схема будет продолжать работать. Понять, что один из полупроводниковых элементов выпал из цепи можно лишь с помощью измерений, далеко не всегда прибор или схема отреагируют при сбое видимой неисправностью.

В бюджетных или просто старых приборах используются резисторы. Также они используются для подключения всего только нескольких светодиодов.

Но есть более современный способ – это понижение тока через светодиодный драйвер. Так, в светильниках в 90% встречаются именно драйверы. Это специальные блоки, которые через схему преобразуют характеристики тока и напряжения питающей сети. Главное их достоинство – они обеспечивают стабильную силу тока при изменении/колебании входного напряжения.

Сегодня можно подобрать драйвер под любое количество светодиодов. Но рекомендуем не брать китайские аналоги! Кроме того, что они быстрей изнашиваются, ещё могут выдавать не те характеристики в работе, которые заявлены на упаковке.

Если светодиодов не так много, подойдут и резисторы вместо достаточно высокого по цене драйвера.

Интересное видео по теме:

ещё один недоучка в среднем образовании.

все предположения и трактования движения электронов и объёмных зарядов, давно уже высрали. и не нужно быть компилятором, переводить и ызрыгать буквы как испорченный телефон

Сойдёт для меня.

Всё чётко и ясно написано.

проф, ниочем вообще

Всё отлично и доступно написано. Проф придурковатый ботан.

Дырки умеют двигаться? Незнал

Nk, когда свободное место атома с дыркой заполняется электроном из соседнего атома, соседний атом лишается одного электрона. Получается что дырка передвинулась.

Написано, конечно, доступно. Вот только перепутаны причины в состоянии покоя. До контакта p и n областей они были электрически нейтральны — в p области примесь III группы отбирает электрон у полупроводника IV, полупроводник становится «дыркой», но лишний электрон у примеси никуда не исчезает, аналогично для примеси V группы — электрон улетает, но положительный ион остается. Электрическому полю взяться неоткуда — заряды друг друга компенсируют.

Также непонятно с чего бы это электроны полетят назад в n область, где и без них полно электронов, из p области, где электронов практически нет. Диффузия — это же случайный процесс. Просто электроны берут и летят куда им «вздумается». Из n области в p вылетает куча, а назад лететь практически некому.

Происходит накопление случайно прилетевших электронов в p области, часть из них рекомбинирует с «дырками», часть остается свободными. И вот тут уже происходит нарушение электронейтральности — p область оказывается заряжена отрицательно, n — положительно. Образуется область пространственного заряда. Появляется электрическое поле и дрейф несет электроны обратно в n область. Дрейф компенсирует диффузию, а не наоборот.

1)Дырки попадают в n,а электроны в p засчет теплового движения, и там же они рекомбинируют, при этом образуется избыточный заряд — в p области и + в n области вблизи раздела. какая еще диффузия? в это вся и суть, что эти заряды имеют ядра атомов, а значит не могут рекомбинировать, а создают потенциальный барьер.

2)проводимость происходит совсем по другому. при прямом включении. барьер «рассасывается» засчет эл поля и дырки с электронами устремляются (под действием этого же поля) к границе p-n в результате чего они там рекомбинируют. электрон же никак не проходит через оба перехода.

С катода электроны «перебегают» в n область, а на анод «забирает электроны» из p области. все это под действием эл поля источника.

В обратном направлении тоже ничего подобного. Просто анод «забирает» электроны из n области, а катод отдает электроны дыркам, из за чего в p области область отрицательно заряженных ионов еще расширяется, а в n области расширяется область положительно заряженных ионов(см выше — потенциальный барьер расширяется).

Самый лучший сайт с разъеснялками и наглядными примерами, большое спасибо.

Миклашевский — Промышленная электроника, советую. Когда откроете книгу, то сами все поймете. Там более чем доступно все написано.

Автору сайта спасибо за материал и проделанную работу.

Хороший материал для «чайников», просто, доступно, с понятной графикой. Оптимально для преподавателей школ, НПО, СПО. Спасибо за работу.

Привет! такой вопрос… а может такое быть что при прямом подключении электроны с N части заполнят все дырки в P части? если нет то почему? а если да то как это повлияет на свойство диода? ….

Основные причины поломок LED подсветки телевизоров.

Обладая множеством достоинств, светодиоды не лишены недостатков. Все чаще на ремонт несут телевизоры таких именитых брендов типа LG или Samsung, в которых сгорает светодиодная подсветка. Порой, виной выхода из строя подсветки являются не сами светодиоды, а и неправильная эксплуатация телевизоров. Для себя я выделяю три причины выхода из строя светодиодов.

Первая причина – это просчет самих производителей. При ремонте LED подсветки, очень часто попадается такая ситуация, когда при замере тока протекающего по светодиодам, оказывается что он завышен. К примеру, в планках подсветки, где максимальный ток должен быть около 250 mA, по факту получаем около 400-450 mA. Естественно, при таком токе на телевизоре получается яркая картинка, но светодиоды быстро выгорают. После замены светодиодов на новые, приходиться уменьшать ток, тем самым спасая телевизор от повторного ремонта, а хозяина техники от повторных затрат.

Вторая причина – брак светодиода. Так как и в любых запчастях, периодически можно попасть на брак детали. В своей практике мне попадались случаи, когда сгорал всего один светодиод, а остальные были в полном порядке. Просматривая все светодиоды под микроскопом на предмет трещин, измеряя ток потребления, я не находил неисправностей. Все оказывалось в норме. Заменив всего один светодиод, телевизор отправлялся к хозяину, после чего продолжал служить ему верой и правдой.

Третья причина – постоянный просмотр телевизора на максимальной яркости. Данный режим работы тоже влияет на долговечность работы подсветки. Я рекомендую всегда смотреть телевизор, на уровне подсветки не больше 70-75 %, так как это существенно увеличивает срок службы телевизоров.

Где лучше покупать светодиоды для ремонта

Светодиоды раньше я покупал на радио рынке, но в последнее время они там стали стоить не прилично дорого. После этого, по совету знающих мастеров покупаю только у проверенных продавцов на алиэкспресс. Замена светодиодов LED подсветки матриц ТВ производиться не очень сложно, как это делаю я можете посмотреть в этой статье.

Замена светодиодов с помощью стола-печки описана здесь.

Перечень светодиодов которые мною покупались прилагаю ниже.

Остальные менее популярные светодиоды покупаю здесь.

Для крепления линз после перепайки светодиодов, использую клей E8000. Им же клею сенсора планшетов и телефонов. Покупаю клей всегда здесь:

Клей Е8000.

В дальнейшем, когда попадется телевизор с неисправными светодиодами, опишу весь процесс замены светодиодов на новые. Так что следите за новостями сайта.