Диодтың вольт — амперлік сипаттамасы

Диод

Диод деген сөз гректің дио — екі деген сөзінен алынған. Бұл екеуін диодтың екі электроды деп атайды. Олар оң таңбалы анод пен терѕс таңбалы катод. Диодтың ашық және жабық кездері болады. Ашық күйінде ол токты жақсы өткізеді де, жабық күйінде нашар өскізеді, сіпті өткізбейді деп айтуға болады. Егер де батереяның оң полюсын диодтың анодымен,ал теріс полюсын катодымен қоссақ, онда диод арқылы ток жүреді.

Диодтың оң зарядты жағына қосылған ток көзінің оң полюсы жағындағы оң зарядтар диодтың өзі аттас зарядтарын өзіне итереді. Ал ток көзінің теріс полюс жағындағы теріс зарядтар диодтың теріс зарядтарын өзіне итереді. Ал диодтың өзіндегі оң және теріс зарядтар бір — біріне ұмтылып, электрондар бос орындарды, яғни ток жүре бастайды. Мұны диодтың тура тоғы дейді. Ал енді батареяны тізбекке керісінше қоссақ, яғни батареяның теріс полюсын диодтың анодына, ал оң полюсын катодына қоссақ, онда диод арқылы ток жүрмейді. Неге олай болатынын тағы да түсіндіріп көрейік. Мұндай жағдайда диодтың теріс, негативті n жағында ток көзінің оң полюсы (ойықтар) орналасады да, диодтың теріс полюсындағы электрондарды өздеріне тартады. Яғни, электрондар мен ойықтар бір-біріне ұмтылады. Ал диодтың оң полюсы жағында ток көзінің теріс полюсы орналасқан. Бұл жерде де оң полюстағы ойықтар теріс полюстағы электрондармен қосылуға ұмтылады. Сөйтіп, диодтағы оң полюстағы ойықтар мен теріс полюстағы электрондар бір — бірінен екеуі екі жаққа қашады. Екі ортада пайда болған ара қашықтықты потенциалды барьер деп атайды. Мұндағы « I тура » дегеніміз өткізетін тоғы -тура ток. Ал « I кері » дегеніміз — диодқа керісінше берілген ток — кері ток.

Диодтың қызметін қарастырайық. Бірінші мысал. Сурет 1, а көрсетілген сызбада L1 лампасы жанады, яғни диод ашық. Сурет 1,ә L1 жанбайды. Өйткені диод кері бағытта жалғанып тұр.

Сызба -1. Электр тізбегіне тура және кері бағытта қосылған диод.

Өз бетіңізбен сызба -2де көрсетілген электр сызбасында лампалардың қайсысы жанады, қайсысы сөнетін ажыратып көріңіз. Жауабын таба алмасыңыз осы жазбаның соңғы жағындағы «Электр сызбасымен жұмыс істеу тәртібі» тақырыпшасын оқып көріңіз.

Сызба -2. Электр сызбаның тізбегіндегі диодтардың қосылуына мысал.

Диодтарды айнымалы электр тоғын тұрақты тоқ көзіне түрлендіру үшін, радиоқабылдағышта детектор ретінде жұмыс істейді. Диодтар электроникада кеңінен қолданатын деталь.
Электронды есептеуіш техникасының жұмысының негізінде екілік санақ жүйесі қолданылады. Қалайша кәдімгі сандарымыз «1», «5», «7» екілік санға ауысады. Әрине автоматты түрде. Ондай автомат «ондық-екілік шифратор» атымен белгілі. Екілік сандар 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111 келесі ондық сандарға пара –пар келеді 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7.
Мысалы «5»-ші айырып — қосылғыш қана қосылуы тұрса «5» санына сәйкес келетін «101» екілік санына сәйкес L1, L3 лампалары жанады «1» — бейнелеп, L2 лампасы сөніп тұрады «0» бейнесіне сәйкес.

Сызба -3. Ондық-екілік шифратор. Әр мезетте тек бір ғана айырып-қосқыш қосылып тұрады. Соған сәйкес L1, L2, L3 лампалары жанады.
Электр сызбалар радио детальдердің бір – бірімен қалай байланысатынын көрсетеді. Детальдердің байланысы қосылыстар арқылы орнатылады.

Қосылыстар тізбектей, параллель болуы мүмкін. Қосылыстар арасындағы электр өткізгішке жанынан басқа электр өткізгіш түйісуі мүмкін, оны «қосылыс» дейміз. Электр өткізгіштер деп электр тоғын жақсы өткізетін заттарды айтамыз. Ондай заттар қорғанысы бар «электр сымы» ретінде жиі кездесеміз.
Радио детальдер шартты түрде белгіленеді:
а) тұрақты электр тоғының көзі; ә) диод; б) қыздыру қылы бар лампа.

Сурет -1. Шартты белгілеулер.

Радиодетальдар сызбада бір –бірінен ажырату үшін шартты белгінің қасында латын алфавитінің бас әрібі қойылады. Кейде қысқартулар қойылады. Яғни бірнеше әріптен тұратын белгілеулер. Бір әріпті: R –кедергі, L –электр лампасы, D -диод. Бірнеше әріпті: GB –тұрақты электр қорек көзі, SB –электр тізбегін «тумблер» типті айырып-қосқыш. Сызбадағы саны бойынша қасына реттік сандар қойылады.
Электр сызбамен жұмыс істеу реті келесідей. Шартты түрде электр тоғы оң жақтан сол жаққа қарай жүреді деп қарастырамыз. Сурет 2, а көрсетілген сызбада L1 лампасына екі жақтан бірдей электр тоғы келгендіктен жанған жоқ. Сурет 2,ә энергия көзінің (батареядан) оң жақтағы электрондары сол жаққа айналып барып қайтқандықтан электр тоғы пайда болады. Электр лапасының қылының кедергісі жоғары болғандықтан оның бойымен электрондар жүргеннен қызып жанады.

Сурет -2. Қарапайым электр тізбегі электр сызбасы ретінде көрсетілген. а) электр тоғының шартты түрде жүруі дұрыс көрсетілмеген. ә) шартты түрде электр бағыты дұрыс көрсетілген.
Электротехника көзқарасынан сурет 2, а электр тоғының оң және теріс зарядтары электр лампасында кездескендіктен жанады деп ойлау қате.
Диод электр өткіздіргіштігі екі түрлі қоспаны заттарын бір-біріне беттескенде «n-p» өтілімі пайда болу арқасында бір жақты өткіздік қасиетіне ие болатын радиодеталь.
— электронды өткізгіштігі бар қоспа, сызбада «n» белгіленген (negative);
— бос орындық өткізгіштігі бар қоспа, сызбада «р» белгіленген (positive);
Екі түрлі қоспаны электр өткізгіштігі келесідей түсіндірмесі бар:
«Егер табиғатта кездесетін барлық химиялық элементтерден электр өткіштігіне сай тізбек жасайтын болсақ, өзімізге белгілі өткізгіштер (металлдар) мен диэлектриктер екі жақ шетінде орналасқан болар еді. Олардың арасында өткізгіштерге де, диэлектриктерге де тән қасиеттері бар: графит, селен, германий, кремний, теллур т. б. ондаған элементтер сап түзейді. Бұлар шала өткізгіштер деп аталады. Солардың ішінде радиоэлектроникада ең көп қолданылатындары –германий мен кремний.
Қандай элемент болмасын –ол атомнан тұрады. Ал жеке атом –оң зарядты ядродан тұрады да, оны қабат-қабат болып қоршаған теріс зарядты электрондар айналып жүреді. Электрондардың зарядтарының жалпы шамасы қалыпты жағдайда атом ядросының зарядына тең.
Германий атомының сыртқы қабатындағы электрон саны — төртеу. Яғни оның кез келген атомы өзімен көрші төрт атоммен байланысады. Қалыпты жағдайда оның бос электрондары жоқ. Сондықтан да таза күйінде германий ток өткізбейді. Оған атомның сыртқы қабатында бес электроны бар күшала элементін қосайық. Бұл жағдайда күшала атомның төрт электроны көрші германийдің атомдарымен байланысады, бір электрон бос қалады. Байланыссыз қалған сол электрон атомдардың жылу қозғалысының арқасында атомнан оңай ажырап қала алады. Мұндай электрондар германий мен күшала қоспасын өткізгішке айналдырады. Ал ондай өткізгіштер –электронды өткізгіштер деп аталады.
Енді германийге сыртқы қабаты үш электроны бар индийді қосып көрейік. Бұл жағдайда германий атомының үш электроны байланыста болады да, бір электроны бос қалады. Бос қалған электрон, көршілес индий атомының сыртқы электрон қабатына кездейсоқ келіп орналасқан электронмен байланысқа түседі. Бірақ сол кездейсоқ электронның бұрынғы орны бос қалды емес пе? Ол орынды көршілес атомдардан ажыраған электрондар толықтырады. Сөйтіп, бұл қозғалыс шексіз қайталанумен болады да, қоспаның бойымен ток жүретін өткізгішке айналдырады. Мұндай өткізгіштер бос орындық өткізгіштер деп аталады.»
Диодтың бір жақты өткіздік қасиетін беретін «n-р» өтілімін қарастырайық:
«Енді шала өткізгіштердің электрондық өткізгіші мен бос орындық өткізгішін қатар орналастырып біртұтас кристалға айналдырып бағайық. Бұл жағдайда, электрондар кристалдың электрондық өткізгіш аймағынан бос орындық өткізгіш аймағына өте бастайды да, соңғы аймақты теріс зарядпен зарядтайды. Егер кристалдың электронды өткізгіш аймағына тоқтың оң көзін, бос орынды өткізгіш аймағына теріс көзін жалғастырсақ, тізбектен тоқ жүрмейді. Енді тізбекті керісінше жалғастырсақ, оның бойымен тоқ жүре бастайды.»

Сурет 3. Диодтың сызбадағы белгіленуі және «p-n» өтілімі көрсетілген.

Диодтың вольт — амперлік сипаттамасы

Жалпы вольт — амперлік сипаттама дегеніміз диодқа ма, жоқ әлде басқа бір аспапқа ма, бәрібір, берілетін кернеу өзгергенде, соған байланысты токтың калай өзгеретінін көрсететін график. Диодқа тура кернеу бергенде ток бірден көтеріледі. Яғни, диод ашылады. Ал кері кернеу бергенде ток өте аз мөлшерде болады, яғни диод жабық. Осы уақыттағы аз мөлшердегі болсын ток іс жүзінде еш уақытта есепке алынбайды-өйткені оның мөлшері расында да өте аз. Сондықтан да ол токты біз жоқ деп есептейміз.Егер де біз кері кернеуді белгілі бір мөлшерден көп артық берсек, онда кері ток бірден көп мөлшерге артады. Көп мөлшерге артқан токтың зияны сол диод тесілді немесе диод «жанып кетті» дейді. Бірақ тура берген кернеуіміздің өзі де белгілі бір мөлшерден жоғарыламауы керек. Өйткені ондай жағдайда да әлгі «жанып кетті» деген нәрсе міндетті түрде болады. Бұларды Д226А немесе Д242 деген сияқты белгілермен атайды. Мұндағы Д — диод деген сөз, ал тұрған сан заводтың конструкциялық рет саны. Ал соңындағы әріп — аспап тобының түрі. Кремнийден жасалған диодтардың тура кедергісі германийге карағанда сәл көбірек, ал кері кедергісі он есеге артық. Кремний диодының тағы бір артықшылығы оның жұмыс температурасының 180 — 200°С-ге дейін жететіндігі. Яғни ток тығыздығы жоғары. Осыған байланысты қуаттары бірдей болғанда кремний диодтарының көлемі кіші болып келеді. Бірақ та, табиғатта таза кремнийді алып, оны сол қалпында сақтау біраз қиыншылықтар туғызады. Соның салдарынан кремнийден жасалған жартылай өткізгіш аспаптар біраз қымбат тұрады. Ал кремний дегеніміз жер бетінде оттегіден кейін таралуы бойынша екінші орын алатын элемент.

Стабилитрон

Стабилитронның аты айтып тұрғандай, ондағы тоқ өзгерсе де кернеуді бірқалыпты мөлшерде өзгертпей ұстап тұра алатын аспап. Стабилитрон дегеніміз құрылысы жағынан тура сол диод. Тек қана схемаға қосылу тәртібінде өзгешілік бар.

Стабилитронның қосылу схемасы диодқа керісінше болады. Анод минусқа қосылса, катод плюсқа жалғанады. Тек қана диод графиктің оң жағындағы жағдайда жұмыс істесе, стабилитрон сол жағындағы жағдайда жұмыс істейді.

Стабилитрон арқылы кері тоқ жүреді. Кері кернеуді алғаш көтере бастағанда кері тоқ аз ғана көтеріледі. Кері кернеуді тағы да біраз көтергенде стабилитронның p-nасуынан, тоқ кенет көтеріледі. Тоқты одан ары көп көтермеcе стабилитронның бұл тесілуінен ол бүлінбейді. Сонда ол қалай кернеуді бірқалыпты ұстап тұратынын зерттейік. Стабилитрон арқылы Iк тоқ өтіп тұр дейік. Ол тоқ кернеуі әркезде өзгеріп тұратын Uж кернеу көзінен келіп тұр деп есептейміз. Осы кернеудің әсерінен стабилитрон арқылы өтіп тұрған Iк тоғымыз да өзгеріп отырады. Бірақ стабилитрондағы кернеу іс жүзінде өзгермейтін график арқылы көруге болады. Жартылай өткізгіш диодтың материалына қосылатын қоспаны көбейтсе тесілу кернеуі азаяды да, тесілу режимінде болатын кері тоқты жоғарылайды. Стабилитронның тесілгенге дейінгі кері кедергісі бірнеше мегаом болады. Ал тесілу облысына келгенде бұл кедергі он мыңдаған есеге азаяды. Кернеу көтерілгенде стабилитронның тоғының жоғарылауы-осы стабилитронмен бірге тізбектей қосылған резистордағы кернеудің төмендеуін көбейтеді, яғни, жүктемедегі кернеудің өсуіне кедергі жасайды. Ал осы жағдайды қарастырайық: жоғарыда айтылғандарға байланысты тұтынушы R ж — да кернеу өзгермейді. Мұндағы Д – cтабилитрон, I cm – тұрлауландырғыштың тоғы (стабилизатордың тоғы), ал R – кедергі стабилитрон арқылы өткізуге болатын ең жоғарғы тоқтың шамасын ұстап тұрады.