В техническом описании можно найти несколько графиков, иллюстрирующих поведение диода при помощи кривых. Идеальный диод имеет график в виде «локтя» с напряжением по горизонтальной оси и током по вертикальной оси. Когда диод находится в обратном смещении, то напряжение имеет отрицательное значение, а ток равен нулю; когда диод находится в прямом смещении, напряжение является положительным, а ток может принимать любое значение. Реальный диод имеет совсем другую кривую. Для отрицательных напряжений ток всегда равен нулю, но еслинапряжение имеет положительное значение, мы видим, что примерно до значения 0,6 В ток не проходит (он равен нулю). При значении напряжения 0,6 В диод начинает проводить ток и кривая поднимается с определенным наклоном. Это означает, что при увеличении тока, протекающего в компоненте, напряжение диода не будет в точности 0,6 В, но будет меняться (незначительно).
Типичным применением диода является использование его в качестве защиты от переполюсовки (то есть перепутанных полюсов питания). Диод может быть установлен сразу после положительного вывода источника питания цепи, с катодом, обращенным внутрь: таким образом, ток сможет протекать только в правильном направлении.
Рис. 4.6. Схема подключения диода, служащего в качестве защиты от переполюсовки
В схемах, содержащих реле или двигатели, создаются нежелательные токи, которые могут повредить другие компоненты. Когда электрический ток, проходящий в электромагните, прерывается, электромагнит освобождает накопленную энергию, создавая ток, который циркулирует в направлении, противоположном направлению источника питания. По этой причине параллельно с контактами реле помещается диод, который при нормальных условиях будет вести себя как разомкнутая цепь (с обратным смещением), но для остаточных или ложных токов, генерируемых реле, будет вести себя как короткое замыкание, удаляя нежелательные токи.
Диоды также используются для выпрямления тока. Переменный ток представляет собой ток, протекающий сначала в одном направлении и затем в противоположном. При прохождении переменного тока через диод из него будет выходить только положительный ток, в то время как отрицательный ток будет заблокирован.
Рис. 4.7. Подключение диода для удаления ложных токов, генерируемых реле
Используя четыре диода, соединенных «мостиком», можно преобразовать две полуволны переменного тока и объединить их таким образом, чтобы все они протекали в положительном направлении. Эту схему мы рассмотрим в главе об источниках питания.
Рис. 4.8. Синусоидальная волна течет в диоде, который пропускает только положительные полуволны
Диоды могут быть также использованы для создания небольших достаточно стабильных опорных напряжений. На выводах диода напряжение составляет около 0,7 В, поэтому, подключив последовательно несколько диодов, мы можем получить напряжения со значениями 1,4 В, 2,1 В, 2,8 В и т. д.
Есть некоторые специальные диоды с особыми свойствами. Диоды Зенера, или стабилитроны, ведут себя как обычные диоды, но если находятся в обратном смещении, то до определенного значения напряжения ведут себя как разомкнутая цепь, а за границами этого предела «блокируют» напряжение на выводах до фиксированного точного значения и могут быть использованы в виде простых стабилизаторов напряжения.
Диоды Шоттки образованы путем объединения полупроводника и металла. Они имеют очень низкое напряжение смещения (0,1 / 0,15 В) и работают с большой скоростью. Варикапы работают по принципу электрически управляемых конденсаторов переменной емкости.
Биполярный транзистор
Транзистор можно считать компонентом, который произвел революцию в электронике. Первый транзистор был создан в 1948 году, и в короткие сроки транзисторы заменили громоздкие и хрупкие электронные лампы, что позволило уменьшить габариты приборов и заложить основу для создания интегральных схем и компьютеров. Первый транзистор был разработан командой из трех человек, в которой были Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Браттейн. Биполярный транзистор представляет собой устройство с тремя выводами и состоит из трех слоев чередующихся полупроводников. Его принцип работы может быть объяснен с помощью электронов и дырок, применяя некоторые математические формулы, сопровождающиеся графиками и таблицами. Транзистор – это не что иное, как устройство, способное регулировать поток основного тока, используя небольшой контролирующий ток.
Для понимания принципа работы транзистора существуют два ключевых момента, которые необходимо учитывать:
• по принципу действия биполярный транзистор похож на кран;
• это устройство, которое работает при наличии тока.
Три вывода транзистора носят названия база, эмиттер и коллектор. Вывод, называемый базой, работает как «ручка» крана. Применяя аналогию с водой, транзистор можно сравнить с краном, который управляется не нашей рукой, а потоком воды, контролирующим главный клапан. В реальном транзисторе маленький ток может контролировать большой ток, протекающий между коллектором и эмиттером, таким образом имея возможность управлять устройствами, которые требуют больших токов (как это делает реле) или для усиления слабых сигналов.
Если на базу не поступает ток, то кран как будто закрыт, и, следовательно, между эмиттером и коллектором не течет ток. Как только небольшой токначинает поступать в базу (порядка микроампера), то и главный проход крана начинает открываться. Ток, протекающий между эмиттером и коллектором, имеет значение в несколько микроампер. В биполярном транзисторе ток, достигающий базы, присоединяется к основному потоку.
Рис. 4.9. Биполярный транзистор сравним с особым типом крана
Транзистор изготавливается из трех чередующихся слоев полупроводникового материала и имеет структуру сэндвича, в котором полупроводник n-типа расположен между двумя полупроводниками р-типа или наоборот. Есть два возможных типа транзисторов, называемых p-n-р и n-p-n. Два этих типа транзистора противоположны друг другу. Диоды образованы из полупроводников n-типа и р-типа. Транзистор можно представить в виде двух диодов, расположенных в разных направлениях. Однако мы не можем получить транзистор просто путем объединения двух диодов, так как необходимо, чтобы три полупроводниковых слоя находились в тесном контакте для получения так называемого эффекта транзистора. Два типа транзистора, p-n-р и n-р-n обозначены разными символами: в символе первого транзистора стрелка входящая, а в символе второго транзистора стрелка выходящая. Хитрый способ для запоминания типа транзистора – это использование аббревиатуры для обозначения направления стрелки: NPN = Never Point IN (никогда не указывает вовнутрь) или PNP = Point IN Perpetually (указывает вовнутрь постоянно).
