Как найти напряжение на диоде?
Максим Демедж
Ученик
(135),
на голосовании
9 лет назад
Определить напряжение на диоде в обратном подключении, последовательно подключенном с резистором Rh.
U питание = 90 В. Rh = 15 МОм, I = 2 мкА
Нужно подробное решение!
Голосование за лучший ответ
Владимир
Мудрец
(16221)
9 лет назад
дак че тут
напряжение на резисторе = ток умножить на его сопротивление
напряжение на диоде = напряжение питания минус напряжение на резисторе = 60 В
Huowkutmas Fuberynvmb
Оракул
(75959)
9 лет назад
Есть ток, вычисляем падение напряжения на Rн.
Напряжение на диоде равно “U питание” минус вычисленное падение напряжения.
Похожие вопросы
Конечно, мы все прекрасно знаем, что главным параметром всех светодиодов является номинальный ток. Но кроме этого, так же очень важно знать, на какое напряжение рассчитан светодиод.
Хочу сразу сказать, что под аббревиатурой напряжение светодиода подразумевается разница потенциалов на p – n переходе в открытом состоянии. Этот параметр имеет справочный характер и его можно посмотреть в технической документации, где также указаны и другие параметры светодиодов.
Но зачастую у нас нет под рукой документов на светодиод, который мы нашли у себя в запасах. А вот как узнать падение напряжения в этом случае мы и поговорим в статье.
Определяем падение напряжения теоретическим способом
Итак, у вас есть светодиод, но при этом нет на него документов. Цвет, которым светится светодиод, может вам о многом рассказать, как сам корпус, форма и размеры полупроводникового прибора.
Если у светодиода корпус из прозрачного компаунда, то каким цветом он светится без его подключения загадка. Чтобы определить, а заодно и проверить исправность светодиода, нам потребуется мультиметр.
Переводим переключатель в положение прозвонка и щупами касаемся поочередно выводов диода. При этом у рабочего светодиода в прямом смещении вы увидите, что он слегка засветится.
Таким нехитрым способом вы определили цвет и исправность самого светодиода.
Почему именно важен цвет свечения? Да все просто. Светодиоды разных цветов изготавливаются из различных полупроводниковых компонентов. Именно химия полупроводника во многом определяет, какое падение напряжения будет на P-N переходе.
Но так как во время производства применяется множество химических элементов, то лишь по цвету можно определить только приблизительно на какое напряжение рассчитан тот или иной светодиод.
Если вы знаете какого цвета ваш светодиод, то вполне можно найти в интернете техническую документацию на светодиоды похожей конструкции, но обязательно одного цвета. И уже в ней посмотреть примерно какое напряжение на вашем светодиоде.
Теоретические изыскания вам смогут дать лишь приблизительные данные, но практический опыт позволит определить реальное напряжение светодиода.
Практическое определение напряжения светодиода
Для того, чтобы на практике определить напряжение кроме самого светодиода понадобится еще резистор на сопротивление 580 Ом (можно больше), регулируемый блок питания, например как у меня.
Собираем все наши детали вот по этой схеме:
Тут все очень просто: через резистор мы ограничиваем ток, а мультиметром мы контролируем прямое падение напряжения на светодиоде.
И проверка выглядит следующим образом: от регулируемого источника питания плавно (с нуля) начинаем подавать напряжение. Как только его величина подберется к порогу срабатывания, светодиод засветится.
При дальнейшем повышении напряжения яркость свечения достигнет своего номинала и показания мультиметра (в режиме вольтметра) перестанут расти. Это будет указывать на то, что p – n переход полностью открыт и дальнейшее увеличение напряжения на блоке питания будет прикладываться исключительно к резистору.
Вот эти показания на мультиметре и будут указывать на номинальное прямое напряжение светодиода.
Примечание. Если вы увидели, что на мультиметре установилось напряжение в 1,9 Вольта, но при этом светодиод не светится, то вероятнее всего перед вами инфракрасный светодиод. Чтобы убедиться в этом, возьмите телефон, включите камеру и посмотрите на тестируемый светодиод через нее. Если увидите, что в камере он светится ярко, то значит, вы тестируете именно инфракрасный светодиод.
Заключение
Вот такими нехитрыми способами можно найти напряжение светодиода. Если понравилась статья, то оцените ее лайком. Спасибо за ваше внимание!
Диоды
Диод представляет собой пассивный (т. е. он не имеет встроенного источника энергии) нелинейный элемент с двумя выводами.
Вольт‑амперная характеристика диода
На условном обозначении направление стрелки диода (так обозначают анод элемента) совпадает с направлением тока. Например, если через диод в направлении от анода к катоду протекает ток величиной 10 мА, то анод на 0,5 В более положителен, чем катод; эта разница напряжений называется «прямым напряжением диода». Обратный ток для диодов общего назначения измеряется в наноамперах (обратите внимание на разный масштаб измерений по оси абсцисс для прямого и обратного тока), и его, как правило, можно не принимать во внимание до тех пор, пока напряжение на диоде не достигнет значения напряжения пробоя (это напряжение называют также пиковым обратным напряжением). Для диодов общего назначения типа 1N914 напряжение пробоя составляет обычно 75 В. Чаще всего падение напряжения на диоде, обусловленное прямым током через него, составляет от 0,5 до 0,8 В. Таким падением напряжения можно пренебречь, и тогда диод можно рассматривать как проводник, пропускающий ток только в одном направлении.
Отметим два момента: 1) диод не обладает сопротивлением в указанном выше смысле (не подчиняется закону Ома); 2) схему, содержащую диоды, нельзя заменить эквивалентной.
Примеры использования диодов
Выпрямление сигналов
Бывают такие случаи, когда сигнал должен иметь только одну полярность. Если входной сигнал не является синусоидальным, то говорить о его выпрямлении не принято, хотя процесс выпрямления применим и к нему. Например, требуется получить последовательность импульсов, совпадающих с моментами нарастания прямоугольного сигнала. Проще всего продифференцировать прямоугольный сигнал, а затем выпрямить его.
Следует всегда иметь в виду, что прямое напряжение диода составляет приблизительно 0,6 В. На выходе нашей схемы, например, сигнал будет получен лишь в том случае, когда двойная амплитуда прямоугольного входного сигнала будет не меньше 0,6 В. Это условие накладывает определенные ограничения на разработку схемы, но известны приемы, с помощью которых их можно преодолеть.
Например, можно воспользоваться диодом Шоттки, для которого прямое напряжение составляет около 0,25 В. Можно также воспользоваться следующей схемой.
Прямое напряжение на диоде Д2 компенсируется за счет диода Д1, обеспечивающего смещение величиной 0,6 В. Это смещение определяет порог проводимости для Д2 . Формирование смещения с помощью диода Д1 (а не с помощью, например, делителя напряжения) имеет следующие преимущества: нет необходимости проводить регулировку уровня смещения, так как схема обеспечивает почти идеальную компенсацию; изменение прямого напряжения диодов (связанное, например, с изменением температуры) компенсируется и не сказывается на работе схемы.
Диодные вентили
Еще одна область применения диодов основана на их способности пропускать большее из двух напряжений, не оказывая влияния на меньшее. Схемы, в которых используется это свойство, объединены в семейство логических схем. Рассмотрим схему с резервной батареей питания – она, используется в устройствах, которые должны работать непрерывно даже при отключениях питания (например, точные электронные часы). Схема, показанная на рисунке, включает как раз такую батарею.
В отсутствие сбоев питания батарея не работает, при возникновении сбоя питание на схему начинает поступать от батареи, при этом перерыва в подаче питания не происходит.
Диодные ограничители
В тех случаях, когда необходимо ограничить диапазон изменения сигнала, например напряжения, можно воспользоваться схемой, показанной на рисунке
Благодаря диоду выходное напряжение не может превышать значения +5,6 В, при этом наличие диода никак не сказывается на меньших значениях напряжения (в том числе и на отрицательных); единственное условие состоит в том, что отрицательное входное напряжение не должно достигать значения напряжения пробоя (например, для диода типа 1N914 это значение составляет – 70 В). Во всех схемах семейства цифровых логических КМОП‑схем используются входные диодные ограничители. Они предохраняют эти чувствительные схемы от разрушения под действием разрядов статического электричества.
Эталонное опорное напряжение можно подавать на ограничитель от делителя напряжения
Если делитель напряжения заменить его эквивалентной схемой, то исходная схема преобразуется к виду, представленному на рисунке
Анализируя преобразованную схему, можно заключить, что импеданс со стороны выхода делителя напряжения (Rдел ) должен быть мал по сравнению с сопротивлением R . Когда диод открыт (входное напряжение превышает напряжения ограничения), выходное напряжение совпадает с напряжением, снимаемым с делителя, при этом нижнее плечо делителя представлено эквивалентным сопротивлением
Следовательно, для указанных параметров схемы выходное напряжение для треугольного входного сигнала будет иметь вид, показанный ниже
Затруднение здесь возникает в связи с тем, что делитель напряжения не обеспечивает жесткофиксированного значения эталонного напряжения. Хорошо зафиксированный опорный эталонный сигнал не «плывет», а это значит, что источник такого напряжения обладает небольшим импедансом (имеется в виду эквивалентный импеданс).
Интересным примером является использование ограничителя для восстановления сигнала по постоянному току в случае емкостной связи по переменному току. Смысл сказанного поясняет рисунке
Подобные приемы необходимо использовать в схемах, входы которых работают аналогично диодам (например, это могут быть транзисторы с заземленным эмиттером), в противном случае при наличии емкостной связи сигнал просто пропадает.
Двусторонний диодный ограничитель
Эта схема ограничивает «размах» выходного сигнала и делает его равным падению напряжения на диоде, т. е. приблизительно 0,6 В. Может показаться, что это – очень малое значение, но если следующим каскадом схемы является усилитель с большим коэффициентом усиления по напряжению, то входной сигнал для него всегда должен быть немногим больше чем 0 В, иначе усилитель попадет в режим «насыщения» (например, если коэффициент усиления каскада равен 1000, а питающее напряжение составляет ±15 В, то входной сигнал не должен превышать диапазон ±15 мВ). Описанная схема часто используется в качестве защиты на входе усилителя с большим коэффициентом усиления.
Диоды как нелинейные элементы
Мы получим достаточно хорошее приближение, если будем считать, что ток через диод пропорционален экспоненциальной функции от напряжения на нем при данной температуре. В связи с этим диод можно использовать для получения выходного напряжения, пропорционального логарифму тока
Поскольку напряжение U лишь незначительно отклоняется от значения 0,6 В (под воздействием колебаний входного тока), входной ток можно задавать с помощью резистора при условии, что входное напряжение значительно превышает падение напряжения на диоде
На практике иногда желательно, чтобы в выходном напряжении присутствовало смещение 0,6 В, обусловленное падением напряжения на диоде. Кроме того, желательно, чтобы схема не реагировала на изменения температуры. Эти требования позволяет удовлетворить метод диодной компенсации
Резистор R1 открывает диод Д2 и создает в точке А напряжение, равное –0,6 В. Потенциал точки В близок к потенциалу земли (при этом ток Iвх строго пропорционален напряжению Uвх). Если два одинаковых диода находятся в одинаковых температурных условиях, то напряжения на них полностью компенсируют друг друга, за исключением, конечно, той разницы, которая обусловлена входным током, протекающим через диод Д1 и которая определяет выходное напряжение. Для этой схемы резистор R1 следует выбирать таким, чтобы ток через диод Д2 был значительно больше максимального входного тока. При этом условии диод Д2 будет открыт.
Выпрямители в источниках питания
Следует отметить, что диоды, применяемые в источниках питания, это не сигнальные диоды, рассчитанные на высокое быстродействие (несколько наносекунд), малые токи утечки (несколько наноампер) и малую емкость (несколько пикофарад). Сигнальные диоды могут выдерживать ток до 100 мА, а напряжение пробоя редко превосходит 100 В.
Выпрямительные диоды и мосты, предназначенные для работы в источниках питания, выдерживают ток от 1 до 25 А и более, напряжение пробоя их от 100 до 1000 В. Также у них сравнительно большие токи утечки (от микроампер до миллиампер) и довольно большая емкость переходов. Они не предназначены для высоких скоростей переключения. Перечень ряда широко применяемых типов выпрямителей приведен в таблице ниже.
Типичными представителями выпрямителей являются устройства серии 1N4001 1N4007, рассчитанные на ток 1А, с напряжением обратного пробоя от 50 до 1000 В.
Серия 1N5625 рассчитана на 3А, что является почти наивысшим возможным значением тока для элемента в герметичном корпусе с выводами под печатный монтаж (охлаждение за счет теплопроводности выводов).
Популярная серия IN 1183А типичные сильноточные, оснащенные штыревыми выводами выпрямители, с расчетным током 40А и напряжением пробоя до 600 В. Популярны и мостовые выпрямители в пластиковых корпусах, монтируемые на печатных платах, с расчетным током 1 и 2 А и монтируемые на шасси, рассчитанные на 25 А и более.
Для тех применений, где важно высокое быстродействие, используются диоды с быстрым восстановлением. Например, одноамперные диоды серии 1N4933. В низковольтных схемах может оказаться желательным использование диодов Шоттки, например серии 1N5823 с прямым падением напряжения менее 0,4 В при токе 5 А.
Практический
анализ электронных схем, содержащих
диоды, в настоящее время чаще всего
проводят на ЭВМ с помощью специальных
моделирующих программ. В простейших же
случаях для определения режима работы
диодов можно воспользоваться графическим
или аналитическим методами.
Рассмотрим вариант
графического расчета с использованием
так называемой линии нагрузки.
Пусть,
например, для схемы, изображенной на
рис.6.13 необходимо определить величину
тока, протекающего через диод и напряжение
на диоде и резисторе.
Рис.6.13. Расчетная
схема с диодом
Для указанной на
рисунке ориентации контура в соответствии
со вторым законом Кирхгофа имеем
.
откуда
,
где
.
Последняя
зависимость тока
от напряжения
определяет
уравнение прямой линии, называемой
линией нагрузки. В этом уравнении 2
неизвестных
и
,
и поэтому для получения однозначных
решений необходимо второе уравнение,
в качестве которого используют нелинейное
уравнение вольт-амперной характеристики
конкретного рассматриваемого диода.
Пусть, например, требуется провести
анализ схемы с диодом Д229А при температуре
250С
при Uп=3В
и R=10 Oм. На графике вольт-амперной
характеристики диода строят линию
нагрузки так, как это показано на
рис.6.14.
На
этом рисунке для построения линии
нагрузки используем две опорные точки
на осях координат. При
=
0 (точка на оси
)
получаем
=
=3В.
При
=0
(точка на оси
)
получаем
=
=300
мА.
Рис.6.14.
Графический анализ схемы с диодом.
В точке пересечения
линии нагрузки с вольт-амперной
характеристикой получаем искомые
значения
=230mА
и
=0.7
В. Отрезок (a, b) определяет падение
напряжения на сопротивленииR.
UR=Uп–
=2.3
В.
В простейших
аналитических расчетах часто используют
кусочно-линейную аппроксимацию
вольт-амперной характеристики диода
так, как это показано на рис.6.15.
Рис. 6.15. Кусочно-линейная
аппроксимация вольт-амперной характеристики
диода
Эквивалентные
схемы диода, включенного в прямом и
обратном направлении для такого вида
аппроксимации, приведены на рис.6.16а и
6.16б соответственно.
Рис.6.16. Эквивалентные
схемы включенного и выключенного диода
Для схемы рис.6.13
с учетом эквивалентной схемы открытого
диода получаем эквивалентную линейную
схему цепи постоянного тока, изображенную
на рис.6.17.
Рис.6.17. Эквивалентная
схема цепи с открытым диодом
Для этой схемы
справедливы соотношения:
UП=UR+U;
UП=I(R+rдиф)+U0;
откуда
, 
,
.
Иногда в практических
расчетах для открытого диода величинами
rдиф
пр и Uo
пренебрегают и тогда вместо открытого
диода используют замкнутый ключ, величину
rдиф
обр считают
равной бесконечности и тогда закрытый
диод эквивалентен разомкнутому ключу.
При машинном
моделировании используют несколько
более сложные схемы. Например, в пакете
анализа электронных схем Micro-Cap-2
диод представляют эквивалентной схемой,
изображенной на рис.6.18.
Рис.6.18. Эквивалентная
схема диода для машинного моделирования
На этой схеме R
моделирует наличие тока утечки, емкость
С моделирует барьерную диффузную емкость
диода, а Iy
моделирует статическую вольт-амперную
характеристику диода.
Соседние файлы в папке Учебник по Электронике.
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
2.2.1. “Идеальный” диод
Представление реального диода в виде «идеального диода» равносильно модели идеального вентиля: полностью открыт (прямое включение), полностью закрыт (обратное включение). В закрытом положении ток равен нулю при любом отрицательном напряжении на диоде, в открытом положении напряжение равно нулю при любом токе. Таким образом дифференциальные сопротивления в закрытом и открытом состоянии равны соответственно бесконечности и нулю. На рис.2.2. представлены ВАХ «идеального диода»(жирно) и его схемы замещения в открытом и закрытом состяниях.
Рис. 2.2
Такое представление реального диода часто удобно использовать для анализа схем выпрямителей с большими значениями амплитуд выпрямляемых напряжений, когда нелинейностью начального участка прямой ветви ВАХ и наличием небольшого обратного тока можно пренебречь.
Рассмотрим пример работы простейшей выпрямительной схемы с «идеальным диодом» при гармоническом входном напряжении и нулевом постоянном смещении (Рис.2.3). Величина сопротивления нагрузки R , с которого снимается выпрямленное напряжение, значительно больше дифференциального сопротивления в открытом состоянии реального диода, и меньше дифференциального сопротивления закрытого перехода.
Рис. 2.3
Пусть 
, причем амплитуда Еm такова, что можно использовать модель «идеального диода». При положительных значениях входного напряжения диод обладает нулевым дифференциальным сопротивлением, и ток в цепи равен
а при отрицательных значениях е(t) ток равен нулю. Осциллограммы тока и напряжений в схеме показаны на рис.2.4.
Рис. 2.4
Поскольку напряжение на нагрузке R несинусоидально, его можно разложить в ряд Фурье по гармоникам частоты входного напряжения. Выпрямленным напряжением является постоянная составляющая напряжения uR (t) :
Из рисунка 2.4 видно, что напряжение на нагрузке отнюдь не постоянно, а пульсирует относительно постоянного напряжения UR,0.
При наличии дополнительного постоянного напряжения Есм (смещение) изменится уровень положительных и отрицательных напряжений на диоде, т.к. входное напряжение выпрямителя будет равно
На рис.2.5 показаны осциллограммы тока и напряжений для отрицательного смещения. На рисунке положительные уровни сигналов отмечены штриховкой.
Рис. 2.5
Как видим, обратное напряжение на диоде здесь увеличилось на величину смещения, а выпрямленное напряжение уменьшилось не только за счет уменьшения амплитуды тока, но и за счет уменьшения длительности импульсов тока.
В данной схеме выпрямителя выходное напряжение не постоянно, а имеет форму усеченных косинусоидальных импульсов, что свидетельствует о наличии в спектре тока и напряжения гармоник частоты выпрямляемого напряжения. Для уменьшения амплитуды гармоник на нагрузке выпрямителя ставят специальные фильтры нижних частот. Простейшим вариантом такого фильтра является параллельная цепочка RC вместо одного сопротивления R (см.рис.2.6).
Рис. 2.6
Величину емкости определяют исходя из заданного коэффициента подавления амплитуды первой гармоники, как наибольшей в спектре тока или из неравенства:
При выполнении этого неравенства постоянная составляющая тока протекает через резистор R , а все переменные составляющие – через конденсатор С , так как его сопротивление переменным токам будет значительно меньше сопротивления резистора.
Можно рассмотреть работу выпрямителя и во временной области. Осциллограммы токов и напряжений в установившемся режиме показаны на рис. 2.7, причем входное и выходное напряжения здесь совмещены на одном графике.
Рис. 2.7
Напряжение на диоде определяется разностью входного и выходного напряжений:
Напряжение же на выходе можно представить в виде процессов заряда и разряда конденсатора С . При положительных напряжениях на диоде сопротивление последнего равно нулю (или мало в реальном диоде в прямом режиме) конденсатор быстро (практически мгновенно) заряжается до напряжения, примерно равному е(t1); в следующие моменты времени напряжение на диоде становится отрицательным, диод закрывается, и емкость медленно разряжается через сопротивление R достаточно большой величины. При правильном выборе С и R постоянная времени разряда емкости значительно больше постоянной времени заряда, так что при разряде напряжение на выходе почти не меняется. В установившемся режиме выходное напряжение колеблется около некоторого среднего значения Uвых,0 , близком по величине к амплитуде входного напряжения. Пульсации выпрямленного напряжения здесь значительно меньшие, чем в схеме без конденсатора.
