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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Experimentos entretenidos: conociendo el diodo. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Radioaficionado principiante Un diodo es el dispositivo semiconductor más simple que permite pasar la corriente eléctrica en una dirección: del ánodo al cátodo. Sin embargo, es muy interesante y se utiliza mucho en radioelectrónica. Los experimentos propuestos lo confirmarán. Inmediatamente hagamos una reserva de que para los experimentos tomaremos dos tipos de diodos: germanio y silicio, las series más comunes: D9 y KD105 (Fig. 1). Sus características: la dependencia de la corriente directa (Ipr), es decir, la corriente que pasa por el diodo en dirección directa (del ánodo al cátodo), de la tensión directa (Upr) aplicada al diodo (medida entre los terminales de el ánodo y el cátodo), son algo diferentes. Un diodo de silicio comienza a abrirse a un voltaje más alto en comparación con un diodo de germanio (ver Fig. 1), por lo que la característica de un diodo de germanio es mucho más suave; esta característica a veces se usa en el diseño de ciertos dispositivos.
seguridad electronica. Comience con un experimento simple (Fig. 2a): tome una batería GB1 de 4,5 V (tipo 3336) y conéctele un voltímetro PV1 (el avómetro Ts20 debería funcionar en este modo) a través del diodo de silicio VD1. ¿Qué mostró la aguja del voltímetro? Un voltaje cercano al voltaje de la batería, pero no igual a él (hablaremos del motivo de esto un poco más adelante). Cuando enciendes un diodo de germanio en lugar de uno de silicio, el voltímetro mostrará un voltaje casi igual al voltaje de la batería.
En ambas opciones, el diodo está conectado en dirección directa, a través de él fluye una corriente de aproximadamente dos decenas de microamperios, el voltaje directo que cae a través del diodo es pequeño en comparación con el voltaje de la batería. Ahora cambie la polaridad de conexión de los terminales de la batería. El ánodo del diodo se conectará al terminal negativo de la batería, es decir, el diodo se encenderá en la dirección opuesta. Si está hecho de silicio, la aguja del voltímetro no se moverá, ya que su resistencia cuando se enciende de esta manera es casi infinita. La situación con el germanio es diferente. Por ejemplo, el diodo de la serie D9 tiene una resistencia inversa de aproximadamente 2 MOhm y la resistencia de entrada del Ts20 en el rango de 10 V es de 200 kOhm. Por lo tanto, la aguja del voltímetro registrará un voltaje aproximadamente 10 veces menor que el voltaje de la fuente de alimentación. Pero tan pronto como cambie a un rango de medición más pequeño, el voltaje medido por el voltímetro también disminuirá; después de todo, la resistencia de entrada del dispositivo será menor, lo que significa que el coeficiente de transferencia del divisor formado por la resistencia inversa de el diodo y la resistencia de entrada del voltímetro cambiarán. ¿Qué conclusión se desprende de este experimento? El diodo puede proteger la carga para que no se le aplique accidentalmente un voltaje de polaridad inversa. Hace muchos años, los radioaficionados incorporaron un diodo en el circuito de alimentación de algunos diseños, especialmente en las pequeñas radios de transistores. Como resultado, fue posible evitar problemas (fallo de transistores) cuando la fuente de alimentación estaba conectada incorrectamente. Puede utilizar dicha protección en varios desarrollos. Sin embargo, surge la pregunta: ¿por qué esa protección no se encuentra en los diseños modernos? Un experimento ayudará a responder esta pregunta, para lo cual necesitará una batería de 4,5 V, un diodo (germanio y silicio) y dos voltímetros (Fig. 2b). El voltímetro PV1 monitorea el voltaje de la fuente de energía y PV2 monitorea el voltaje a través de la carga, que está protegida por el diodo. Mientras la resistencia de carga (en este caso, la resistencia de entrada del voltímetro) sea alta, una corriente insignificante fluye a través del diodo de germanio y prácticamente no hay caída de voltaje a través de él. Los voltímetros mostrarán las mismas lecturas. Conecte una resistencia constante con una resistencia de 2 kOhm en paralelo al voltímetro PV1; la aguja del voltímetro registrará una disminución en el voltaje a través de la carga. Y al conectar una resistencia con una resistencia de 430 ohmios, el voltaje será aún menor debido al voltaje directo más alto en el diodo. Cuando instala un diodo de silicio en lugar de VD1, el voltaje en el voltímetro PV2 será menor que en PV1, incluso sin una resistencia conectada. Esto no es difícil de explicar si comparamos las características de los diodos (ver Fig. 1). Al mismo tiempo, incluso una corriente directa débil, el voltaje directo en un diodo de germanio es menor que en un diodo de silicio. La conexión de una resistencia provoca un aumento en el voltaje directo del diodo, lo que significa una disminución en el voltaje a través de la carga. Es cierto que el voltaje directo no excede 1 V cuando la corriente directa a través del diodo de silicio de la serie KD105 aumenta a 300 mA (para D9, de 10 a 90 mA, según el tipo específico de diodo). Y, sin embargo, su pérdida al alimentar la estructura con voltaje 9; Se notan 4,5 y especialmente 3 V. Es por eso que este método de protección no ha encontrado un uso generalizado. En la práctica de la radioafición, puede ser necesario proteger los circuitos de entrada de los dispositivos que funcionan con pequeñas señales de la exposición accidental a alto voltaje. En tales casos, debemos pensar en un diodo de silicio, que comienza a pasar corriente solo a partir de un voltaje determinado. Después de todo, en su característica la sección inicial discurre a lo largo del eje horizontal. Esta es una propiedad de un diodo y se utiliza para operarlo como elemento de protección electrónica. Un experimento (Fig. 2, c) te permitirá verificar esto, para lo cual necesitarás, además de un diodo de silicio, resistencias constantes y variables, una batería 3336, un interruptor y un voltímetro de CC con un rango de medición de, por ejemplo, 3 V (avómetro Ts20). Habiendo colocado primero el control deslizante de la resistencia variable R1 en la posición inferior según el diagrama, el interruptor SA1 suministra la tensión de alimentación. Moviendo suavemente el control deslizante de la resistencia hacia arriba, observe el suave aumento de voltaje en el diodo de acuerdo con la desviación de la aguja del voltímetro. A un voltaje de aproximadamente 0,6 V, el aumento de voltaje en el voltímetro comenzará a disminuir, y pronto la aguja del dispositivo prácticamente se detendrá (a un voltaje de aproximadamente 0,7...0,8 V) y permanecerá en este estado incluso cuando el control deslizante de resistencia variable está en la parte superior según la posición del diagrama, es decir, se suministrarán 4,5 V al dispositivo de protección. ¿Qué pasó? Hasta cierto voltaje, se cerraba el diodo y el voltímetro medía el voltaje tomado del motor de resistencia variable. Y luego el diodo comenzó a abrirse y a desviar el voltímetro, que en este caso simula el circuito protegido. A medida que aumentaba el voltaje, aumentaba la corriente a través del diodo, lo que significa que su efecto de derivación también aumentaba. Pronto el diodo se abrió tanto que empezó a pasar por alto por completo el voltímetro. El voltaje a través del diodo permanece estable a pesar de los cambios en el voltaje externo (eliminado del motor de resistencia variable) debido a la caída del exceso de voltaje a través de la resistencia R2. En este caso, el diodo protege contra aumentos accidentales de voltaje de una determinada polaridad. Si necesita proteger el circuito contra sobretensiones de diferentes voltajes de polaridad, instale dos diodos conectados en paralelo, uno en dirección directa y el otro en dirección inversa. Es posible una situación en la que se requiere una protección que se "dispare" a un voltaje más alto que el proporcionado por un diodo. Luego se instalan dos o más diodos conectados en serie (Fig. 2, d). Pruebe esta opción y compruébelo usted mismo. Control de brillo. Como sabes, una linterna de bolsillo plana utiliza una batería 3336 con un voltaje de 4,5 V y una lámpara de 3,5 V. Con una batería nueva, la lámpara brilla mucho. Si es necesario, el brillo se puede reducir un poco conectando el diodo de silicio VD1 y un interruptor adicional SA1 a su circuito (Fig. 3a). Monte esta unidad en la placa de pruebas y asegúrese de que funcione.
Cuando los contactos del interruptor están cerrados, el brillo de la lámpara EL1 es máximo. Tan pronto como coloca el interruptor en la posición de contactos abiertos, el diodo comienza a funcionar. El voltaje directo a través de él reduce el voltaje a través de la lámpara y su brillo disminuye. Un diodo en un circuito de corriente alterna (Fig. 3b), que puede alimentar, por ejemplo, una luz nocturna, funciona de manera más eficiente. Aquí, cuando se abren los contactos del interruptor SA1, se produce una mayor disminución de voltaje (voltaje promedio) en la lámpara debido a la manifestación de la propiedad del diodo: pasar corriente en una dirección, en este caso solo con semiciclos positivos de la voltaje alterno en el ánodo del diodo. El transformador debe seleccionarse de modo que el voltaje en el devanado II no exceda el voltaje para el cual está diseñada la lámpara incandescente. Control de lámparas mediante dos cables. ¿Qué sucede si necesita encender dos lámparas por separado, ubicadas a una distancia del interruptor y conectadas a él solo mediante una línea de dos cables? Recuerda en este caso lo del diodo. Al alimentar la línea con corriente continua (Fig.4, a), se necesitarán dos diodos; cada uno de ellos está incluido en el circuito de "su propia" lámpara, pero en diferentes direcciones: uno hacia adelante, el otro hacia el revés. Cuando el interruptor SA1 está en la posición que se muestra en el diagrama, la corriente fluye a través del diodo VD1 y la lámpara EL1 y se enciende. Cuando el interruptor se coloca en una posición diferente, la corriente fluirá sólo a través del diodo VD2 y la lámpara EL2. La lámpara EL1 se apagará y se encenderá EL2.
Si el cableado se alimenta con corriente alterna, dos diodos no son suficientes, ya que aunque cada uno de ellos funcionará en su “propio” semiciclo, las lámparas parpadearán simultáneamente. Por lo tanto, tendrás que agregar dos diodos más (Fig. 4, b) y colocar un interruptor separado en el circuito de cada uno de ellos. Para encender la lámpara EL1, debe cerrar los contactos del interruptor SA2 y encender solo la lámpara EL2 - interruptor SA2. Cuando los contactos de ambos interruptores estén cerrados, todas las lámparas se encenderán. Sencillo y conveniente. Es cierto que las lámparas brillarán con toda su intensidad, ya que la corriente fluye a través de cada una de ellas solo durante un medio ciclo de voltaje alterno en el devanado secundario del transformador T1. Para mantener la misma luminosidad de la iluminación (la misma que tendría si la lámpara estuviera conectada directamente al transformador), podemos recomendar el uso de lámparas de mayor potencia. doblador de voltaje. El dispositivo, cuyo diagrama se muestra en la Fig. 5,a, es un rectificador de media onda. La tensión continua U1 en el condensador C1 excederá la tensión alterna medida por un voltímetro de corriente alterna en el devanado secundario del transformador en aproximadamente 1,4 veces, es decir, corresponderá al valor de amplitud de una media onda de tensión alterna sinusoidal.
Es fácil casi duplicar el voltaje constante en la salida del rectificador (Fig. 5b) si agrega otro diodo (\/02) y un capacitor (C2). Ahora obtienes un rectificador que funciona con ambas medias ondas de voltaje alterno. Durante las medias ondas positivas, el condensador C1 se cargará en el terminal superior del devanado II del transformador según el diagrama, y durante las medias ondas negativas, se cargará C2. Dado que los capacitores están conectados en serie, los voltajes entre ellos (U1 y U2) se sumarán y el voltaje final (U3) será el doble que en cada uno de los capacitores. Por lo tanto, dicho rectificador se denomina rectificador duplicador de voltaje. Se implementa en los casos en que el transformador reductor tiene un solo devanado secundario. Para realizar el experimento es adecuado cualquier transformador reductor de red con una tensión en el devanado secundario de 6...10 V. Los diodos, además de los indicados en el diagrama, pueden ser cualquier rectificador, de silicio o de germanio ( incluso cualquiera de la serie D9 servirá). Condensadores: cualquier óxido, con una capacidad de al menos 10 μF para una tensión nominal de al menos el doble de la tensión alterna en el devanado secundario del transformador. sonda de diodo. ¿Cómo determinar los extremos de una línea de comunicación de dos hilos tendida, por ejemplo, entre dos habitaciones de un apartamento?
Por supuesto, aquí no se puede utilizar un óhmetro, ya que sus sondas no son lo suficientemente largas. El diodo vuelve a acudir al rescate (Fig. 6). Se conecta a los extremos de los cables de la línea (se puede simular con un cable de red de dos núcleos reunidos en un bulto) en una habitación y se marca el cable al que está conectado el ánodo del diodo. En otra habitación, las sondas XP1 y XP2 de un dispositivo de señalización ensambladas a partir de una batería 3336 y una lámpara incandescente con un voltaje de 3,5 V se conectan a los extremos de los cables, primero en una polaridad y luego en la otra. En una de las opciones de conexión, la lámpara parpadeará, indicando el paso de corriente a través de la línea de comunicación y el diodo. Y esto, a su vez, nos permitirá comprobar que los extremos a los que están conectados el ánodo del diodo y el circuito terminal positivo de la batería pertenecen al mismo cable. El diodo para el experimento puede ser cualquier silicio o germanio, diseñado para pasar a través de él una corriente que exceda la corriente de una lámpara incandescente. Autor: V.Polyakov, Moscú
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