Катод и анод

Содержание

Постоянные конденсаторы

Эти элементы имеют отличия в конструкции, а также в материалах, из которых они изготовлены. Можно выделить самые популярные типы диэлектриков:

Воздух.
Слюда.
Керамика.

Но это касается исключительно неполярных элементов. Существуют еще электролитические конденсаторы (полярные). Именно у таких элементов очень большие емкости – начиная от десятых долей микрофарад и заканчивая несколькими тысячами. Кроме емкости у таких элементов существует еще один параметр – максимальное значение напряжения, при котором допускается его использование. Данные параметры прописываются на схемах и на корпусах конденсаторов.

Как определить, где анод, а где катод?

При определении катода и анода необходимо в первую очередь ориентироваться на направление тока, а не на полярность источника питания. Несмотря на то, что эти понятия тесно связаны с полярностью тока, они больше обусловлены направлениями векторов электричества.

Например, в аккумуляторах, при перезарядке, происходит изменение ролей катода и анода. Это связано с тем, что во время зарядки изменяется направление электрического тока. Электрод, выполнявший роль электрода при работе аккумулятора в режиме источника питания во время зарядки выполняет функции катода и наоборот – катод превращается в анод.

На рис. 1, изображено процесс электролиза, при котором происходит перемещение анионов (отрицательных ионов) и катионов (положительных ионов). Анионы устремляются к аноду, а положительные катионы – в сторону катода.

Рис. 1. Электролиз

При электролизе перемещаются носители зарядов разных знаков, однако, по определению, анодом является тот электрод, в который втекает ток. На рисунке анод подсоединён к положительному полюсу источника тока, а значит, ток условно втекает в этот электрод.

Обратите внимание на рисунок 2, где изображена схема гальванического элемента. Рис. 2

Гальванический элемент

2. Гальванический элемент

Рис. 2. Гальванический элемент

Плюсовой вывод источника тока является катодом, а не анодом, как можно было бы ожидать. При внимательном изучении принципа работы гальванического элемента можно понять, почему анод является отрицательным полюсом.

Обратите внимание на рисунок строения гальванического источника тока. Стрелки (вверху) указывают направление движения электронов, однако направлением тока условно принято считать перемещение от плюса к минусу. То есть, при замыкании цепи, ток входит именно в отрицательный полюс, который и является анодом, на котором происходит реакция окисления

Иначе говоря, ток от положительного электрода через нагрузку попадает на анод, являющийся отрицательным полюсом гальванического элемента. При вдумчивом подходе все стает на свои места

То есть, при замыкании цепи, ток входит именно в отрицательный полюс, который и является анодом, на котором происходит реакция окисления. Иначе говоря, ток от положительного электрода через нагрузку попадает на анод, являющийся отрицательным полюсом гальванического элемента. При вдумчивом подходе все стает на свои места.

При определении позиций анода и катода в радиоэлектронных элементах пользуются справочными материалами.

На назначение электродов указывает:

форма корпуса (рис. 3);
длина выводов (для светодиодов) (рис. 4);
метки на корпусах приборов или знака анода;
различная толщина выводов диода.

Рис. 3. ДиодРис. 4. Электроды светодиода

Определение назначений выводов у полупроводниковых диодов можно определить с помощью измерительных приборов. Например, все типы диодов (кроме стабилитронов) проводят ток только в одном направлении. Если вы подключили тестер или омметр к диоду, и он показал незначительное сопротивление, то к положительному щупу прибора подключен анод, а к отрицательному – катод.

Если известен тип проводимости транзистора, то с помощью того же тестера можно определить выводы эмиттера и коллектора. Между ними сопротивление бесконечно велико (тока нет), а между базой и каждым из них проводимость будет (только в одну сторону, как у диода). Зная тип проводимости, по аналогии с диодом, можно определить: где анод, а где катод, а значит определить выводы коллектора или эмиттера (см. рис. 5).

Рис. 5. Транзистор на схемах и его электроды

Что касается вакуумных диодов, то их невозможно проверить путем измерения обычными приборами. Поэтому их выводы расположены таким образом, чтобы исключить ошибки при подключении. В электронных лампах выводы точно совпадают с расположением контактов гнезда, предназначенного для этого радиоэлемента.

Это интересно: Как правильно паять провода — видео, технология, порядок пайки

Виды диодов

Стабилитроны

Стабилитроны представляют из себя те же самые диоды. Даже из названия понятно, чтоб стабилитроны что-то стабилизируют. А стабилизируют они напряжение. Но чтобы стабилитрон выполнял стабилизацию, требуется одно условие. Они должны подключатся противоположно, чем диоды. Анод на минус, а катод на плюс. Странно не правда ли? Но почему так? Давайте разберемся. В Вольт амперной характеристике (ВАХ) диода используется положительная ветвь – прямое направление, а вот в стабилитроне другая часть ветки ВАХ – обратное направление.

Снизу на графике мы видим стабилитрон на 5 Вольт. Сколько бы у нас не изменялась сила тока, мы все равно будем получать 5 Вольт ;-). Круто, не правда ли? Но есть и подводные камни. Сила тока не должны быть больше, чем в описании на диод, иначе он выйдет из строя от высокой температуры – Закон Джоуля-Ленца. Главный параметр стабилитрона – это напряжение стабилизации (Uст). Измеряется в Вольтах. На графике вы видите стабилитрон с напряжением стабилизации 5 Вольт. Также есть диапазон силы тока, при котором будет работать стабилитрон – это минимальный и максимальный ток (Imin, Imax). Измеряется в Амперах.

Выглядят стабилитроны точно также, как и обычные диоды:

На схемах обозначаются вот так:

Светодиоды

Светодиоды – особый класс диодов, которые излучают видимый и невидимый свет. Невидимый свет – это свет в инфракрасном или ультрафиолетовом диапазоне. Но для промышленности все таки большую роль играют светодиоды с видимым светом. Они используются для индикации, оформления вывесок, светящихся баннеров, зданий а также для освещения. Светодиоды имеют такие же параметры, как и любые другие диоды, но обычно их максимальный ток значительно ниже.

Предельное обратное напряжение (Uобр) может достигать 10 Вольт. Максимальный ток (Imax) будет ограничиваться для простых светодиодов порядка 50 мА. Для осветительных больше. Поэтому при подключении обычного диода нужно вместе с ним последовательно подключать резистор. Резистор можно рассчитать по нехитрой формуле, но в идеале лучше использовать переменный резистор, подобрать нужное свечение, замерять номинал переменного резистора и поставить туда постоянный резистор с таким же номиналом.

Лампы освещения из светодиодов потребляют копейки электроэнергии и стоят дешево.

Очень большим спросом пользуются светодиодные ленты, состоящие из множества SMD светодиодов. Смотрятся очень красиво.

На схемах светодиоды обозначаются так:

Не забываем, что светодиоды делятся на индикаторные и осветительные. Индикаторные светодиоды обладают слабым свечением и используются для индикации каких-либо процессов, происходящих в электронной цепи. Для них характерно слабое свечение и малый ток потребления

Ну и осветительные светодиоды – это те, которые используются в ваших китайских фонариках, а также в LED-лампах

Светодиод – это токовый прибор, то есть для его нормальной работы требуется номинальный ток, а не напряжение. При номинальном токе на светодиоде падает некоторое напряжение, которое зависит от типа светодиода (номинальной мощности, цвета, температуры). Ниже табличка, показывающая какое падение напряжения бывает на светодиодах разных цветов свечения при номинальном токе:

Как проверить светодиод можно узнать из этой статьи.

Тиристоры

Тиристоры представляют собой диоды, проводимость которых управляется с помощью третьего вывода – управляющего электрода (УЭ). Основное применение тиристоров – это управление мощной нагрузкой с помощью слабого сигнала, подаваемого на управляющий электрод. Выглядят тиристоры примерно как диоды или транзисторы. У тиристоров параметров столько, что не хватит статьи для их описания. Главный параметр – Iос,ср. – среднее значение тока, которое должно протекать через тиристор в прямом направлении без вреда для его здоровья. Немаловажным параметром является напряжение открытия тиристор – (Uу), которое подается на управляющий электрод и при котором тиристор полностью открывается.

а вот так примерно выглядят силовые тиристоры, то есть тиристоры, которые работают с большой силой тока:

На схемах триодные тиристоры выглядят вот таким образом:

Существуют также разновидности тиристоров – динисторы и симисторы. У динисторов нет управляющего электрода и он выглядит, как обычный диод. Динисторы начинают пропускать через себя электрический ток в прямом включении, когда напряжение на нем превысит какое-то значение. Симисторы – это те же самые триодные тиристоры, но при включении пропускают через себя электрический ток в двух направлениях, поэтому они используются в цепях с переменным током.

Принцип работы

Опишем, как работает диод. В основе его работы лежат свойства движения электронов и «дырок» под действием электрического поля. Данный прибор может находиться в двух состояниях:

Открытое.
Закрытое.

Графически этот полупроводниковый элемент можно представить в виде прямоугольника, который состоит из двух частей, разделённых линией. В одной части находятся положительно заряженные частицы — ионы, которые называют «дырками». Электрод, подключённый к этой части, называется анодом. Во второй части находятся отрицательно заряженные частицы, называемые электронами. Электрод, подключённый к этой части, называют катодом.

Для того чтобы добиться открытого состояния, необходимо соединить катод с отрицательным полюсом источника тока, а анод — с положительным. При таком соединении однополярные заряды будут отталкиваться друг от друга, и на границе p — n перехода будет возникать процесс, названный электронно-дырочной проводимостью. Другими словами, через диод в направлении от анода к катоду будет протекать ток.

Для закрытия диода потребуется поменять полюса питания источника постоянного тока. В таком случае частицы с разноименными зарядами будут притягиваться друг к другу и электрический ток протекать не будет.

В случае повышения напряжения источника питания выше допустимого в закрытом диоде произойдёт пробой, и величина обратного тока многократно увеличится. Такой прибор в дальнейшем непригоден для работы.

Диод Шоттки

Диоды Шоттки имеют очень малое падение напряжения и обладают повышенным быстродействием по сравнению с обычными диодами.

Ставить вместо диода Шоттки обычный диод не рекомендуется, обычный диод может быстро выйти из строя. Обозначается на схемах такой диод так:

SMD-диоды

Цветовая температура светодиодных ламп

Особенность SMD-диодов, монтирующихся прямо на поверхность плат, – невозможность полноценной маркировки из-за небольших размеров. Отсюда – своеобразная система идентификации. Несколько способов различить такие диоды:

Обратить внимание на форму исполнения корпуса. У каждого типа есть характерный внешний вид, например, электролитические конденсаторы цилиндрические, керамические – в форме параллелепипеда.
Свериться с таблицей типоразмеров

Обычно это четыре цифры, которые обозначают габариты резистора в дюймах.

Для каждого типа корпуса и назначения предусмотрена своя система обозначений, что делает расшифровку неудобной.

SMD-диоды – маркировка отличается в зависимости от корпуса

Полярность SMD-диода

Малый размер также не позволяет разместить привычные различимые обозначения полярностей. При определении катода руководствуются следующим:

маркировка в виде цветных колец наносится на его сторону;
некоторые корпуса без цветовых символов имеют паз на стороне катода;
если на корпусе изображен треугольник, его вершина указывает на отрицательный полюс.

Это помогает избежать путаницы. Чаще всего во всех системах маркировки символы наносят на сторону катода, это справедливо и для SMD-элементов.

Сфера применения

Диод Шоттки может включать в себя любой аккумулятор.

Он входит в устройство солнечной батареи. Солнечные панели, которые уже давно успешно работают в условиях космического пространства, собираются именно на основании барьерных переходов Шоттки. Такие гелиосистемы устанавливаются на космических аппаратах (спутниках и телескопах, проводящих работу в жестких условиях безвоздушного пространства).

Устройство незаменимо при работе компьютеров, бытовой техники, радиоприемников, блоков электропитания. При правильном использовании диод Шоттки увеличивает производительность любого устройства, предотвращает потери тока. Он способен принимать на себя альфа-, бета- и гамма-излучение. Именно поэтому он незаменим в условиях космоса.

С помощью такого устройства можно осуществить параллельное соединение диодов, используя их в качестве сдвоенных выпрямителей. Таким образом можно объединить межлу собой два параллельных источника питания. Один корпус включает в себя два полупроводника, а концы положительного и отрицательного зарядов связываются друг с другом. Есть и более простые схемы, где диоды Шоттки очень малы. Это характерно для очень мелких деталей в электронике.

Диод Шоттки является незаменимым элементом во многих электронных устройствах. Главное — понимать специфику его работы и использовать его корректно.

Постоянные резисторы

Название постоянных резисторов связано с их номинальным сопротивлением, которое остается неизменным в течение всего периода эксплуатации. Они различаются между собой в зависимости от конструкции и материалов.

Проволочные элементы состоят из металлических проводов. В некоторых случаях могут использоваться сплавы с высоким удельным сопротивлением. Основой для намотки проволоки служит керамический каркас. Данные резисторы обладают высокой точностью номинала, а серьезным недостатком считается наличие большой собственной индуктивности. При изготовлении пленочных металлических резисторов, на керамическое основание напыляется металл, обладающий высоким удельным сопротивлением. Благодаря своим качествам, такие элементы получили наиболее широкое распространение.

Конструкция угольных постоянных резисторов может быть пленочной или объемной. В данном случае используются качества графита, как материала с высоким удельным сопротивлением. Существуют и другие резисторы, например, интегральные. Они применяются в специфических интегральных схемах, где использование других элементов не представляется возможным.

Определение тока диода

Определение параметров цепи

Емкость p-n-перехода

Барьерная емкость диода равна 200 пФ при обратном напряжении 2 В. Какое обратное напряжение следует приложить, чтобы емкость уменьшилась до 50 пФ, если контактная разность потенциалов φк = 0,82 В.

Барьерная емкость резкого p-n-перехода определяется по формуле

где U

– обратное напряжение на p-n-переходе;

Na и Nд – концентрация примесей на каждой из сторон р-n-перехода.

Следовательно, для данного диода

где k – некоторая постоянная; φк – контактная разность потенциалов.

При U

обр = 2 В величинаС б = 200 пФ, тогда

k = 200∙10 –12 (2 + 0,82) 1/2 = 3,35∙10 –10 ∙пФ∙В 1/2 .

Находим обратное напряжение, при котором С

б = 50 пФ:

50∙10 –12 = (3,35 10 –10 )/(U

ОБР + 0,82) 1/2 , откудаU ОБР = 44,1 В.

Обратный ток насыщения диода с барьером Шоттки равен 2 мкА. Диод соединен последовательно с резистором и источником постоянного напряжения Е

= 0,2 В так, что на диод подается прямое напряжение рисунок 6. а). Определить сопротивление резистора, если падение напряжения на нем равно 0,1 В. Диод работает при Т = 300 К.

Определим ток диода по соотношению (2).

Так как падение напряжения на резисторе равно 0,1 В, то напряжение на диоде U

Д =E –U R = 0,2 – 0,1 = 0,1 В. Отсюда ток диодаI Д = 93 мкА.

Следовательно, R

=U/I =0,1/(9,3∙10 –6 ) = 1,1 кОм.

Определить ток диода I

Д с идеализированной ВАХ, текущий в цепи, показанной на рисунке 6. а), еслиЕ = 5 В,R = 1 кОм, обратный ток насыщенияI = 10 –12 А, температура Т = 300 К.

Задачу решим графоаналитическим способом. Используя значение I

= 10 –12 А и задаваясь напряжением диода, построим вначале прямую ВАХ диода в соответствии с уравнением (2). Ее вид представлен на рисунке 6. в). Перенесем ее в координаты рисунка 6. б). В тех же координатах построим нагрузочную прямую, используя уравнение

=U Д +I∙R .

Рис. 6. Построение нагрузочной прямой

Построение прямой линии производится по двум точкам. Принимаем I

= 0, при этомU Д =U ПР =Е . На осиU ПР поставим точку на значении 5 В.

Принимаем U

Д = 0. При этомI =I ПР =Е/R . На оси тока отмечаем точку со значениемI = 5В/1К = 5 мА. Полученные точки соединяем прямой линией, которая и является нагрузочной прямой для диода.

Точку пересечения нагрузочной прямой с ВАХ диода спроецируем на ось тока. Из построения следует, что I

Д = 4,5 мА.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Порядок проверки

Основной тест — это проверка стабилитрона по состоянию его перехода. Для определения напряжения стабилитрона, может быть проведен более полный тест, но для этого требуются некоторые дополнительные устройства в качестве источника БП.

Чтобы диагностировать DZ на работоспособность, мультиметр применяют в режиме замера сопротивления, либо в режиме тестирования диодов. Технология замеров аналогична диодам:

К выводам DZ приставляют щупы, и проверяют показания на шкале индикации.
Измерения проводят сначала в прямом направление, прикладывая «+» к катоду, а потом в обратном направлении, прикладывая к аноду DZ.
В первом случае, прибор определяет бесконечное сопротивление, а во втором — единицы и десятки Ом. Это свидетельствует об исправности DZ.
Как и в случае с обычным диодом, при прямой поляризации необходимо считывать низкое сопротивление или обрыв цепи.
При обратной поляризации необходимо считывать высокое сопротивление.
Диоды с низким сопротивлением или обрывом в обоих тестах закорочены. Диоды с высоким сопротивлением в обоих тестах разомкнуты. Обратное сопротивление между 20 кОм и 200 кОм указывает на поломку, а выше на исправность .
Когда в результате замеров сопротивления в обоих направлениях достигает бесконечности, это свидетельствует об обрыве PN-перехода.

Это простейший тест, в котором проверяется только состояние PN-перехода. Он показывает, целостный ли компонент или закорочен. Пользователь ничего не сможет узнать о напряжении стабилитрона, рассеивании или других важных характеристиках.

Как проверить стабилитрон, не выпаивая из платы

Можно выполнить частичную проверку стабилитрона мультиметром, не выпаивая из схемы, поскольку он электрически связан с другими компонентами платы. В связи с этим, диагностировать его на пробой в таким состоянии невозможно.

Фактически, можно прозвонить DZ мультиметром на плате только по параметру стабильности напряжения питания. Для этого предварительно нужно знать исходное значение напряжения по его марке. После этого включают тестер и соединяют щупы с выводами стабилитрона. Если в ходе измерений получится напряжение, равное или выше паспортного значения напряжения DZ, то стабилитрон исправен.

Как протестировать двусторонний стабилитрон

В бытовых приборах разного назначения часто используют двухсторонние стабилитроны, которые выполнены из 2-х стабилитронов в одном корпусе, направленных навстречу друг другу.

Такой стабилитрон способен одинаково хорошо функционировать, как с импульсным напряжением, так и с переменной полярностью. Выполнение проверки на пробой у этой модели стабилитрона лишена смысла. По этой причине их можно тестировать исключительно на соответствие напряжения .

Частные случаи прозвонки

В некоторых случаях мультиметр, при испытании рабочего диода Зенера в режиме замера сопротивления при обратной полярности, демонстрирует величину, существенно отличающуюся от ожидаемого показателя. Это происходит в том случае, когда внутренний источник электропитания, больше напряжение стабилизации DZ. Это объясняется тем, что он будет снижать свое внутреннее сопротивление до того времени, пока не будет достигнуто напряжения стабилизации. Этот факт требуется учитывать при выполнении тестирования стабилитронов.

Иногда, при прозвонке тестер демонстрирует значительное сопротивление, как при прямом, так и при обратном потенциале. Это может случаться, когда применяется двуханодная конструкция стабилитрона, для которого показатель полярности не имеет существенного значения. Для того, чтобы проверить такой стабилитрон, напряжение должно быть выше стабилизирующего. Одновременно потребуется поменять полярность. Измеряя токи, протекающие через DZ и сопоставляя VA-характеристики тестируемого, определяют его работоспособность.

Принцип действия выпрямительного диода

Полупроводники по своим электрическим свойствам являются чем-то средним между проводниками и диэлектриками.

Как ведет себя диод при прямом и обратном включении

Прямое направление

— направление постоянного тока, в котором диод имеет наименьшее сопротивление.

Обратное направление

— направление постоянного тока, в котором диод имеет наибольшее сопротивление.

Рассмотрим поведение тока в цепи при прямом и обратном включении на переменное и постоянное напряжение. Изначально мы будем иметь синусоиду, которая получается от источника переменного тока.

При таких способах подключения отсекается половина синусоиды положительная или отрицательная. На выходе — пульсирующий переменный ток одного знака (считай, постоянный, только загвоздка в том, что им никто не пользуется).

анод (для прямого включения подключаем к плюсу), основание треугольника
катод (подключаем к минусу для прямого включения) палочка

Ток течет от анода к катоду, некоторые прибегают к сравнению с воронкой. В широкое горлышко жидкость проходит быстрее, чем в узкое. Принцип работы заключается в пропускании тока при прямом включении и запирании диода при обратном включении (отсутствии тока). Всё дело в запирающем слое, который испаряется или расширяется в зависимости от способа подключения диода.

Рассмотрим поведение диода в схеме постоянного тока. На левом изображении ток, напряжение проходит — лампочка горит (черная) — это прямое включение. На правом изображении диод не пропускает достаточно тока и напряжения для загорания лампочки — обратное включение.