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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Experiências divertidas: familiarize-se com o diodo. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Radioamador iniciante Diodo - o dispositivo semicondutor mais simples que passa a corrente elétrica em uma direção - do ânodo para o cátodo. No entanto, é muito interessante e amplamente utilizado na eletrônica de rádio. Os experimentos propostos servirão como confirmação do exposto. Vamos fazer uma reserva desde já que para experimentos levaremos dois tipos de diodos - germânio e silício, as séries mais comuns: D9 e KD105 (Fig. 1). Suas características - a dependência da corrente direta (Ipr), ou seja, a corrente através do diodo na direção direta (do ânodo para o cátodo), da tensão direta (Upr) aplicada ao diodo (medida entre o ânodo e o cátodo). terminais catódicos), são um pouco diferentes. O diodo de silício começa a abrir com uma tensão mais alta em comparação com o de germânio (veja a Fig. 1), então a característica do diodo de germânio é muito mais suave - esse recurso às vezes é usado no projeto de certos dispositivos.
Segurança eletrônica. Comece com um experimento simples (Fig. 2a): pegue uma bateria GB1 com tensão de 4,5 V (tipo 3336) e conecte um voltímetro PV1 a ela (o avômetro Ts20 deve funcionar neste modo) através de um diodo de silício VD1. O que o ponteiro do voltímetro mostrou? Uma tensão próxima à tensão da bateria, mas não igual a ela (mais sobre o motivo disso mais tarde). Quando você liga o diodo de germânio em vez do voltímetro de silício, o voltímetro mostrará uma tensão quase igual à tensão da bateria.
Em ambas as versões, o diodo é conectado na direção direta, uma corrente de cerca de duas dezenas de microamperes flui através dele, a tensão direta que cai no diodo é pequena em comparação com a tensão da bateria. Agora inverta a polaridade dos cabos da bateria. O ânodo do diodo será conectado ao terminal negativo da bateria, ou seja, o diodo será ligado na direção oposta. Se for de silício, a agulha do voltímetro não se moverá, pois sua resistência com essa inclusão é quase infinita. Com o germânio, a situação é diferente. Por exemplo, o diodo da série D9 tem uma resistência reversa de cerca de 2 MΩ e a resistência de entrada do Ts20 na faixa de 10 V é de 200 kΩ. Portanto, a agulha do voltímetro registrará uma tensão cerca de 10 vezes menor que a tensão da fonte de alimentação. Mas vale a pena mudar para uma faixa de medição menor, pois a tensão medida pelo voltímetro também cairá - afinal, a resistência de entrada do aparelho ficará menor, o que significa que o coeficiente de transferência do divisor formado pela resistência reversa de o diodo e a resistência de entrada do voltímetro mudarão. Que conclusão decorre desta experiência? O diodo é capaz de proteger a carga de aplicar acidentalmente tensão de polaridade reversa a ela. Muitos anos atrás, radioamadores construíram um diodo no circuito de potência em alguns projetos, em particular em rádios transistorizados de pequeno porte. Como resultado, foi possível evitar problemas (falha de transistores) se a fonte de alimentação fosse conectada incorretamente. Essa proteção pode ser usada por você em vários desenvolvimentos. No entanto, surge a pergunta: por que você não encontra essa proteção em designs modernos? A resposta ajudará um experimento, para o qual você precisará de uma bateria de 4,5 V, um diodo (germânio e silício) e dois voltímetros (Fig. 2, b). O voltímetro PV1 controla a tensão da fonte de alimentação e PV2 - a tensão na carga, que é protegida pelo diodo. Enquanto a resistência de carga (neste caso, a resistência de entrada do voltímetro) for alta, pouca corrente fluirá pelo diodo de germânio e praticamente não haverá queda de tensão através dele. Os voltímetros lerão o mesmo. Conecte um resistor constante com uma resistência de 2 kOhm em paralelo com o voltímetro PV1 - a agulha do voltímetro registrará uma diminuição na tensão na carga. E quando você conecta um resistor com resistência de 430 ohms, a tensão fica ainda menor devido à maior tensão direta no diodo. Quando você instala um diodo de silício no lugar de VD1, a tensão no voltímetro PV2 será menor do que no PV1, mesmo sem um resistor conectado. Não é difícil explicar isso se compararmos as características dos diodos (ver Fig. 1). Com a mesma corrente direta fraca, a tensão direta em um diodo de germânio é menor do que em um de silício. Conectar a resistência causa um aumento na tensão direta do diodo e, portanto, uma diminuição na tensão na carga. É verdade que a tensão direta não excede 1 V com aumento da corrente direta através do diodo de silício da série KD105 até 300 mA (para D9 - de 10 a 90 mA, dependendo do tipo específico de diodo). E ainda, sua perda quando a estrutura é alimentada por uma tensão de 9; 4,5 e especialmente 3 V é perceptível. É por isso que esse método de proteção não encontrou ampla aplicação. Na prática do rádio amador, pode ser necessário proteger os circuitos de entrada de dispositivos operando com pequenos sinais de alta tensão acidental. Nesses casos, temos que lembrar do diodo de silício, que começa a passar corrente apenas a partir de uma determinada tensão. De fato, por sua característica, a seção inicial corre ao longo do eixo horizontal. Esta propriedade do diodo é utilizada para operá-lo como elemento de proteção eletrônica. O experimento (Fig. 2, c) garantirá o exposto, para o qual, além de um diodo de silício, resistores constantes e variáveis, uma bateria 3336, um interruptor e um voltímetro DC com uma faixa de medição de, por exemplo, 3 V (Ts20 avômetro) serão necessários. Depois de definir primeiro o motor do resistor variável R1 para a posição inferior de acordo com o diagrama, a tensão de alimentação é fornecida pela chave SA1. Ao mover suavemente o controle deslizante do resistor para cima, observa-se um aumento suave na tensão através do diodo pelo desvio da agulha do voltímetro. Com uma tensão de aproximadamente 0,6 V, o aumento de tensão no voltímetro começará a diminuir e logo a seta do dispositivo praticamente parará (com uma tensão de aproximadamente 0,7 ... 0,8 V) e permanecerá nesse estado mesmo quando o O controle deslizante do resistor variável está na parte superior de acordo com o diagrama de posição, ou seja, 4,5 V serão aplicados ao dispositivo de proteção. O que aconteceu? Até uma certa tensão, o diodo foi fechado e o voltímetro mediu a tensão retirada do motor do resistor variável. E então o diodo começou a abrir e desviar o voltímetro, que neste caso imita o circuito protegido. À medida que a tensão aumentava, a corrente através do diodo aumentava, o que significa que seu efeito de derivação também aumentava. Logo o diodo abriu tanto que desviou completamente o voltímetro. A tensão no diodo permanece estável apesar das mudanças na tensão externa (obtida do motor do resistor variável) devido à queda excessiva de tensão no resistor R2. Nesse caso, o diodo protege contra um aumento acidental na tensão de uma determinada polaridade. Se você precisar proteger o circuito de picos de energia de polaridades diferentes, coloque dois diodos conectados em paralelo - um na direção direta e outro na direção oposta. É possível que seja necessária uma proteção que "dispare" em uma tensão mais alta do que um único diodo fornece. Em seguida, eles colocam dois ou mais diodos conectados em série (Fig. 2, d). Teste esta opção e veja por si mesmo. Controle de brilho. Como você sabe, a lanterna plana usa uma bateria 3336 de 4,5 V e uma lâmpada de 3,5 V. Quando a bateria está nova, a lâmpada fica muito brilhante. Se necessário, o brilho pode ser um pouco reduzido incluindo um diodo de silício VD1 e uma chave adicional SA1 em seu circuito (Fig. 3, a). Monte este nó em uma breadboard e veja como funciona.
Quando os contatos do interruptor estão fechados, o brilho da lâmpada EL1 é o mais alto. Vale a pena colocar a chave na posição de contatos abertos, pois o diodo entra em operação. Uma tensão direta reduz a tensão na lâmpada e seu brilho diminui. Um diodo funciona com mais eficiência em um circuito de corrente alternada (Fig. 3, b), que pode ser alimentado, digamos, por uma lâmpada noturna. Aqui, quando os contatos da chave SA1 são abertos, ocorre uma maior queda de tensão (tensão média) na lâmpada devido à manifestação da propriedade do diodo - passar corrente em uma direção, neste caso apenas com positivo semiciclos da tensão alternada no ânodo do diodo. O transformador deve ser selecionado de forma que a tensão no enrolamento II não exceda a tensão para a qual a lâmpada incandescente foi projetada. Lâmpadas de controle em dois fios. E se você precisar acender duas lâmpadas separadamente, localizadas distantes do interruptor e conectadas a ele apenas por uma linha de dois fios? Pense no diodo neste caso. Ao alimentar a linha com corrente contínua (Fig. 4, a), serão necessários dois diodos - cada um deles conectado ao circuito de sua "própria" lâmpada, mas em direções diferentes: um para frente e outro para trás. Quando a chave SA1 está na posição mostrada no diagrama, a corrente flui pelo diodo VD1 e pela lâmpada EL1 - ela acende. Quando a chave é colocada em outra posição, a corrente fluirá apenas pelo diodo VD2 e pela lâmpada EL2. A lâmpada EL1 se apagará e a EL2 acenderá.
Se a fiação for alimentada por corrente alternada, dois diodos não podem ser dispensados, pois cada um deles, embora funcione em seu “próprio” meio ciclo, as lâmpadas piscarão simultaneamente. Portanto, você terá que adicionar mais dois diodos (Fig. 4, b) e colocar uma chave separada no circuito de cada um deles. Para acender a lâmpada EL1, é necessário fechar os contatos da chave SA2 e acender apenas a lâmpada EL2 - a chave SA2. Quando os contatos de ambos os interruptores estiverem fechados, todas as lâmpadas acenderão. Simples e conveniente. É verdade que as lâmpadas brilharão sem entusiasmo, pois a corrente flui por cada uma delas apenas durante um meio ciclo da tensão alternada no enrolamento secundário do transformador T1. Para manter o mesmo brilho de iluminação (tal que seria com uma ligação direta da lâmpada ao transformador), é possível recomendar o uso de lâmpadas de maior potência. dobrador de tensão. O dispositivo, cujo esquema é mostrado na Fig. 5, a, - retificador de meia onda. A tensão constante U1 no capacitor C1 excederá a tensão alternada medida pelo voltímetro de corrente alternada no enrolamento secundário do transformador em cerca de 1,4 vezes, ou seja, corresponderá ao valor da amplitude da meia onda da tensão senoidal alternada .
Não é difícil quase dobrar a tensão constante na saída do retificador (Fig. 5b) adicionando mais um diodo (\/02) e um capacitor (C2). Agora você obtém um retificador que funciona com as duas meias ondas de tensão alternada. Durante as meias-ondas positivas, o capacitor C1 será carregado no terminal superior do enrolamento II do transformador de acordo com o esquema e, nas negativas, C2. Como os capacitores estão conectados em série, as tensões entre eles (U1 e U2) serão somadas e a tensão final (U3) será o dobro de cada um dos capacitores. Portanto, esse retificador é chamado de retificador de duplicação de tensão. É implementado nos casos em que o transformador abaixador possui apenas um enrolamento secundário. Para o experimento, é adequado qualquer transformador de rede abaixador com tensão no enrolamento secundário de 6 ... 10 V. Os diodos podem ser, além dos indicados no diagrama, qualquer retificador, silício ou germânio (mesmo qualquer um dos a série D9 serve). Capacitores - qualquer óxido, com capacidade de pelo menos 10 microfarads por tensão nominal de pelo menos duas vezes a tensão CA no enrolamento secundário do transformador. sonda de diodo. Como determinar as extremidades de uma linha de comunicação de dois fios colocada, digamos, entre dois cômodos de um apartamento?
Obviamente, você não usará um ohmímetro aqui, porque o comprimento de suas sondas não é suficiente. O diodo novamente vem em socorro (Fig. 6). Ele é conectado às extremidades dos fios da linha (pode ser simulado por um fio de rede de dois fios montado em uma bola) na mesma sala e marca o fio ao qual o ânodo do diodo está conectado. Na outra sala, nas pontas dos fios, primeiro em uma e depois na outra polaridade, estão as sondas XP1 e XP2 do sinalizador, montadas a partir de bateria 3336 e lâmpada incandescente para tensão de 3,5 V conectado. Em uma das opções de conexão, a lâmpada piscará, o que indicará a passagem de corrente pela linha de comunicação e pelo diodo. E isso, por sua vez, permitirá atestar que as pontas às quais estão conectados o ânodo do diodo e o circuito do terminal positivo da bateria pertencem ao mesmo fio. O diodo para o experimento pode ser qualquer silício ou germânio, projetado para a passagem por ele de uma corrente superior à corrente de uma lâmpada incandescente. Autor: V.Polyakov, Moscou
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