Занимательные эксперименты: знакомимся с диодом. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Начинающему радиолюбителю

 Комментарии к статье

Диод - простейший полупроводниковый прибор, пропускающий электрический ток в одном направлении - от анода к катоду. И тем не менее он весьма интересен и широко используется в радиоэлектронике. Подтверждением сказанному послужат предлагаемые эксперименты.

Сразу оговоримся, что для экспериментов возьмем две разновидности диодов - германиевый и кремниевый, наиболее распространенных серий: Д9 и КД105 (рис. 1). Их характеристики - зависимость прямого тока (Iпр), т. е. тока через диод в прямом направлении (от анода к катоду), от прямого напряжения (Uпр), приложенного к диоду (измеряют между выводами анода и катода), несколько отличаются. Кремниевый диод начинает открываться при большем напряжении по сравнению с германиевым (см. рис. 1), поэтому характеристика у германиевого диода значительно плавнее - эта особенность иногда используется при конструировании тех или иных устройств.

Электронная защита. Начните с простого эксперимента (рис. 2,а): возьмите батарею GB1 напряжением 4,5 В (типа 3336) и подключите к ней вольтметр PV1 (в этом режиме должен работать авометр Ц20) через кремниевый диод VD1. Что показала стрелка вольтметра? Напряжение, близкое к напряжению батареи, но не равное ему (о причине этого - немного позже). При включении германиевого диода вместо кремниевого вольтметр покажет напряжение, практически равное напряжению батареи.

В обоих вариантах диод включен в прямом направлении, через него протекает ток около двух десятков микроампер, прямое напряжение, падающее на диоде, мало по сравнению с напряжением батареи.

А теперь измените полярность подключения выводов батареи. Анод диода окажется соединенным с минусовым выводом батареи, т. е. диод будет включен в обратном направлении. Если он кремниевый, стрелка вольтметра не шелохнется, поскольку его сопротивление при таком включении практически бесконечно. С германиевым положение иное. К примеру, диод серии Д9 обладает обратным сопротивлением около 2 МОм, а входное сопротивление Ц20 на диапазоне 10 В составляет 200 кОм. Поэтому стрелка вольтметра зафиксирует напряжение примерно в 10 раз меньшее по сравнению с напряжением источника питания. Но стоит перейти на меньший диапазон измерений, как упадет и измеряемое вольтметром напряжение - ведь входное сопротивление прибора станет меньше, а значит, изменится коэффициент передачи делителя, образованного обратным сопротивлением диода и входным сопротивлением вольтметра.

Какой вывод следует из этого эксперимента? Диод способен защитить нагрузку от случайной подачи на нее напряжения обратной полярности. Многие годы назад радиолюбители встраивали в некоторые конструкции, в частности в малогабаритные транзисторные радиоприемники, диод в цепь питания. В результате удавалось избежать неприятностей (выхода из строя транзисторов) при неправильном подключении источника питания. Подобная защита может быть использована вами в различных разработках.

Однако возникает вопрос: почему такой защиты не встретишь в современных конструкциях? Ответить на него поможет эксперимент, для которого понадобятся батарея на 4,5 В, диод (германиевый и кремниевый) и два вольтметра (рис. 2,б). Вольтметр PV1 контролирует напряжение источника питания, a PV2 - напряжение на нагрузке, которую защищает диод. Пока сопротивление нагрузки (в данном случае входное сопротивление вольтметра) велико, через германиевый диод протекает незначительный ток и падения напряжения на нем практически нет. На вольтметрах будут одинаковые показания.

Подключите параллельно вольтметру PV2 постоянный резистор сопротивлением 1 кОм - стрелка вольтметра зафиксирует уменьшение напряжения на нагрузке. А при подключении резистора сопротивлением 430 Ом напряжение станет еще меньше из-за большего прямого напряжения на диоде.

Когда же вы установите на место VD1 кремниевый диод, напряжение на вольтметре PV2 будет меньше, чем на PV1, даже без подключенного резистора. Объяснить это нетрудно, если сравнить характеристики диодов (см. рис. 1). При одном и том же даже слабом прямом токе прямое напряжение на германиевом диоде меньше, чем на кремниевом. Подключение сопротивления вызывает увеличение прямого напряжения диода, а значит, уменьшение напряжения на нагрузке.

Правда, прямое напряжение не превышает 1 В при возрастании прямого тока через кремниевый диод серии КД105 до 300 мА (для Д9 - от 10 до 90 мА в зависимости от конкретного типа диода). И все же потеря его при питании конструкции напряжением 9; 4,5 и особенно 3 В ощутима. Вот почему такой способ защиты не нашел широкого применения.

В радиолюбительской практике бывает необходимо защитить входные цепи устройств, работающих с малыми сигналами, от случайного попадания повышенного напряжения. В таких случаях приходится вспомнить о кремниевом диоде, который начинает пропускать ток лишь с определенного напряжения. Ведь на его характеристике начальный участок проходит по горизонтальной оси. Это свойство диода и используется для работы его в качестве элемента электронной защиты.

Убедиться в сказанном позволит эксперимент (рис. 2, в), для проведения которого понадобятся, кроме кремниевого диода, постоянный и переменный резисторы, батарея 3336, выключатель и вольтметр постоянного тока с диапазоном измерений, например, 3 В (авометр Ц20).

Установив вначале движок переменного резистора R1 в нижнее по схеме положение, подают выключателем SA1 напряжение питания. Плавно перемещая движок резистора вверх, наблюдают за плавным ростом напряжения на диоде по отклонению стрелки вольтметра. При напряжении примерно 0,6 В прирост напряжения на вольтметре начнет уменьшаться, а вскоре стрелка прибора практически остановится (при напряжении примерно 0,7...0,8 В) и останется в таком состоянии даже тогда, когда движок переменного резистора окажется в верхнем по схеме положении, т. е. на устройство защиты будет подано 4,5 В.

Что же произошло? До определенного напряжения диод был закрыт и вольтметр измерял напряжение, снимаемое с движка переменного резистора. А затем диод начал открываться и шунтировать вольтметр, который в данном случае имитирует защищаемую цепь. С ростом напряжения увеличивался ток через диод, а значит, возрастало и его шунтирующее действие. Вскоре диод открылся настолько, что стал полностью шунтировать вольтметр. Напряжение на диоде остается стабильным несмотря на изменения внешнего напряжения (снимаемого с движка переменного резистора) из-за падения излишка напряжения на резисторе R2.

В данном случае диод защищает от случайного повышения напряжения определенной полярности. Если же нужно защитить цепь от скачков разнополярного напряжения, ставят два параллельно включенных диода - один в прямом, а другой в обратном направлениях.

Возможна такая ситуация, когда требуется защита, "срабатывающая" при большем напряжении, чем обеспечивает один диод. Тогда ставят два или больше последовательно соединенных диода (рис. 2, г). Проведите испытания с таким вариантом и сами убедитесь в сказанном.

Регулятор яркости. Как известно, в плоском карманном фонаре используется батарея 3336 напряжением 4,5 В и лампа на 3,5 В. При свежей батарее лампа светит весьма ярко. Если нужно, яркость можно несколько уменьшить, включив в ее цепь кремниевый диод VD1 и дополнительный выключатель SA1 (рис. 3,а). Смонтируйте этот узел на макете и убедитесь в его действии.

Когда контакты выключателя замкнуты, яркость лампы EL1 наибольшая. Стоит установить переключатель в положение разомкнутых контактов, как в работу вступает диод. Прямое напряжение на нем уменьшает напряжение на лампе, и ее яркость снижается.

Эффективнее работает диод в цепи переменного тока (рис. 3,б), которым может питаться, скажем, ночник. Здесь при размыкании контактов выключателя SA1 происходит большее снижение напряжения (среднего напряжения) на лампе из-за проявления свойства диода - пропускать ток в одном направлении, в данном случае только при положительных полупериодах переменного напряжения на аноде диода.

Трансформатор следует подобрать такой, чтобы напряжение на обмотке II не превышало напряжения, на которое рассчитана лампа накаливания.

Управление лампами по двум проводам. Как быть, если нужно включать по отдельности две лампы, расположенные в удалении от выключателя и соединенные с ним только двухпроводной линией? Вспомните в этом случае о диоде.

При питании линии постоянным током (рис. 4, а) понадобятся два диода - их включают каждый в цепь "своей" лампы, но в разных направлениях: один в прямом, другой в обратном. Когда переключатель SA1 стоит в показанном на схеме положении, ток протекает через диод VD1 и лампу EL1 - она горит. При установке переключателя в другое положение ток потечет только через диод VD2 и лампу EL2. Лампа EL1 погаснет, a EL2 зажжется.

Если проводка питается переменным током, двумя диодами не обойтись, поскольку каждый из них хотя и будет работать при "своем" полупериоде, лампы вспыхнут одновременно. Поэтому придется добавить еще два диода (рис. 4,б) и в цепь каждого из них поставить отдельный выключатель.

Чтобы зажечь лампу EL1, нужно замкнуть контакты выключателя SA2, а для зажигания только лампы EL2 - выключателя SA2. При замыкании же контактов обоих выключателей зажгутся все лампы. Просто и удобно.

Правда, лампы будут светить вполнакала, поскольку через каждую из них ток протекает только при одном полупериоде переменного напряжения на вторичной обмотке трансформатора Т1. Для сохранения прежней яркости освещения (такой, что была бы при прямом подключении лампы к трансформатору) можно рекомендовать применение ламп большей мощности.

Удвоитель напряжения. Устройство, схема которого показана на рис. 5,а, - однополупериодный выпрямитель. Постоянное напряжение U1 на конденсаторе С1 будет превышать переменное напряжение, измеряемое вольтметром переменного тока на вторичной обмотке трансформатора, примерно в 1,4 раза, т. е. оно будет соответствовать амплитудному значению полуволны переменного синусоидального напряжения.

Постоянное напряжение на выходе выпрямителя нетрудно увеличить практически вдвое (рис. 5,б), если добавить еще один диод(\/02) и конденсатор (С2). Теперь получится выпрямитель, работающий при обеих полуволнах переменного напряжения. Во время положительных полуволн на верхнем по схеме выводе обмотки II трансформатора будет заряжаться конденсатор С1, а во время отрицательных - С2. Поскольку конденсаторы включены последовательно, напряжения на них (U1 и U2) сложатся и итоговое напряжение (U3) получится вдвое больше, чем на каждом из конденсаторов. Поэтому такой выпрямитель называют выпрямителем с удвоением напряжения. Он реализуется в тех случаях, когда понижающий трансформатор имеет только одну вторичную обмотку.

Для проведения эксперимента подойдет любой понижающий сетевой трансформатор с напряжением на вторичной обмотке 6...10 В. Диоды могут быть, кроме указанных на схеме, любые выпрямительные, кремниевые или германиевые (подойдут даже любые из серии Д9). Конденсаторы - любые оксидные, емкостью не менее 10 мкФ на номинальное напряжение не менее удвоенного переменного напряжения на вторичной обмотке трансформатора.

Диодный пробник. Как определить концы двухпроводной линии связи, проложенной, скажем, между двумя комнатами квартиры?

Омметром здесь, конечно, не воспользуешься, поскольку не хватит длины его щупов. На помощь вновь приходит диод (рис. 6). Его подключают к концам проводов линии (ее можно сымитировать собранным в комок двухжильным сетевым проводом) в одной комнате и помечают провод, с которым соединен анод диода. В другой же комнате к концам проводов подключают сначала в одной, а затем в другой полярности щупы ХР1 и ХР2 сигнального устройства, собранного из батареи 3336 и лампы накаливания на напряжение 3,5 В.

В одном из вариантов подключения лампа вспыхнет, что укажет на прохождение тока через линию связи и диод. А это, в свою очередь, позволит засвидетельствовать, что концы, с которыми соединены анод диода и цепь плюсового вывода батареи, принадлежат одному и тому же проводу.

Диод для эксперимента может быть любой кремниевый или германиевый, рассчитанный на прохождение через него тока, превышающего ток лампы накаливания.

Автор: В.Поляков, г.Москва

Смотрите другие статьи раздела Начинающему радиолюбителю.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива Снижение риска возрастной потери памяти 03.02.2025 Вопрос сохранения когнитивных функций с возрастом волнует многих людей. Возрастная потеря памяти - распространенное явление, которое может снизить качество жизни и даже привести к развитию серьезных заболеваний, таких как деменция. Однако, новое исследование, проведенное исследователями из Клиники Майо в Скоттсдейле, Аризона, дает надежду на то, что риск возрастной потери памяти можно снизить. Ученые выяснили, что большая социальная активность и использование мобильных устройств могут играть важную роль в поддержании когнитивного здоровья в пожилом возрасте: "Мы обнаружили, что умственно-стимулирующие действия, такие как освоение компьютера и участие в социальной деятельности, связаны с более низким риском или задержкой возрастной потери памяти", - отмечают исследователи. Это открытие подчеркивает важность активного образа жизни и поддержания связей с другими людьми для сохранения ясности ума в пожилом возрасте. Важно отметить, что когнитивное ухудшение не всегда является признаком слабоумия. У многих людей с возрастом могут возникать некоторые трудности с памятью, однако эти симптомы обычно более мягкие, чем при деменции. Люди с возрастными изменениями памяти могут, например, испытывать затруднения с пониманием прочитанной информации или выполнением сложных задач, в то время как людям с деменцией часто требуется помощь в повседневной жизни. В исследовании приняли участие 2000 человек. В начале исследования участники заполнили анкету, в которой рассказали о том, как часто они участвовали в пяти видах умственной деятельности в среднем возрасте от 50 до 65 лет, а также в более позднем возрасте - от 66 лет и старше. Анализ полученных данных позволил ученым выявить связь между активной умственной деятельностью и снижением риска возрастной потери памяти. Полученные результаты подчеркивают важность поддержания активного образа жизни и умственной деятельности в течение всей жизни. Регулярные упражнения для ума, такие как чтение, игра в шахматы или решение головоломок, могут помочь укрепить когнитивные функции и снизить риск развития возрастных изменений памяти. Не менее важно и поддерживать социальные связи, общаться с друзьями и близкими, участвовать в общественной жизни. Исследование также показало, что использование мобильных устройств может оказывать положительное влияние на когнитивное здоровье. Это может быть связано с тем, что современные гаджеты предлагают множество возможностей для умственной стимуляции, таких как развивающие игры, приложения для изучения иностранных языков и другие интеллектуальные задачи. Однако, важно помнить о том, что чрезмерное увлечение мобильными устройствами может иметь и негативные последствия, поэтому важно соблюдать меру и не забывать о других способах поддержания когнитивного здоровья. Активный образ жизни, умственная деятельность, социальные связи и умеренное использование мобильных устройств могут стать надежными помощниками в борьбе за сохранение ясности ума в пожилом возрасте. Важно помнить о том, что забота о когнитивном здоровье - это инвестиция в качественную и полноценную жизнь в любом возрасте.

Другие интересные новости:

▪ Графен для пуленепробиваемого жилета

▪ Недостача индия грозит производству сенсорных экранов

▪ Микроскоп для осмотра мозга без вскрытия черепа

▪ Высокоэффективная камера с датчиком глубины

▪ Туризм - основная причина возможной экологической катастрофы

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Гирлянды. Подборка статей

▪ статья Левая, правая где сторона? Крылатое выражение

▪ статья Какой продукт в российских магазинах часто продают под видом спаржи? Подробный ответ

▪ статья Персонал радиодиагностических подразделений лечебно-профилактических учреждений. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Переделка старых блоков питания компьютера АТ в АТХ. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Шесть коробков. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026