Основные применения диодов
1. Использование диодов для выпрямления напряжения обусловлено их свойствами пропускать ток только в одном направлении. При этом в зависимости от частоты выпрямляемого напряжения используются диоды трех видов: низкочастотные, среднечастотные и высокочастотные.
2. Использование диодов для реализации защитных функций различного рода. Диоды достаточно широко используются для организации защитных цепей в РЭА. Рассмотрим несколько основных применений диодов в этом качестве.
Устройство, рис.2.39, защищено от случайного изменения полярности питающего напряжения благодаря односторонней проводимости диода VD1.
Рис.2.39. Защита электронного устройства от изменения полярности питающего напряжения.
Многие электронные устройства, построенные на полупроводниковых приборах, критичны к полярности питающего напряжения. Актуальность данного вида защиты возрастает, если устройство периодически подключается к источнику питания постоянного тока, а перемена полярности напряжения источника питания с большой вероятностью приводит к выходу из строя данного устройства.
Другой вид использования односторонней проводимости диодов - защита от перенапряжения в цепях с индуктивностями, рис.2.40.
Рис.2.40. Включение диода для защиты от перенапряжения в цепях с индуктивностями.
При размыкании ключа Кл1 напряжение на катушке индуктивности меняет свою полярность, а его величина резко увеличивается (в десятки и сотни раз). Это приводит либо к образованию искр между контактами ключа (в случае механического или электромеханического исполнения Кл1), либо к повреждению полупроводникового прибора, использующегося в качестве ключа Кл1 (роль ключа чаще всего выполняет транзистор).
При замкнутом ключе Кл1 ток через диод VD1 не протекает (на его катоде положительный потенциал). При размыкании ключа меняется полярность напряжения на катушке индуктивности L1 и она шунтируется открытым диодом VD1.
Учитывая, что прямое напряжение на диоде не превышает примерно 1В, на индуктивности напряжение также не может превысить примерно один вольт.
Защита от перенапряжения в других случаях основывается также на том, что прямое напряжение на pn–переходе диода не может превысить примерно 1В.
На рис.2.41. показано включение диодов для защиты от перенапряжения некоторой электрической цепи.
Рис.2.41. Диодная защита от перенапряжения.
Здесь реализована защита от перенапряжения при любой полярности напряжения Uвх. Величина ограничиваемого напряжения зависит от типа и количества последовательно включенных диодов в каждой из параллельных ветвей.
3. Диоды могут быть использованы для построения различных логических схем. Рассмотрим в качестве примера одну из таких схем, рис.2.42.
Рис.2.42. Схема бесперебойного питания нагрузки.
Для бесперебойного питания нагрузки используются сетевой источник питания с выходным напряжением 12В и резервная батарея с напряжением 9В. Логика работы схемы следующая. Если напряжение в сети переменного тока присутствует, нагрузка питается от сетевого источника питания. При этом резервная батарея не разряжается. Если напряжение в питающей сети отсутствует, нагрузка питается от резервной батареи. При этом резервная батарея не разряжается через выходную цепь источника питания.
Когда напряжение +12В на выходе сетевого источника питания присутствует, диод VD1 открыт, так как на его аноде положительный потенциал +3В. Нагрузка питается от источника питания. Резервная батарея при этом отключена запертым диодом VD2.
При отсутствии напряжения в сети переменного тока, напряжение +12В на выходе источника питания отсутствует. Диод VD2 открыт (на его аноде +9В). Нагрузка питается от резервной батареи. Диод VD1 закрыт (на его аноде -9В), что не позволяет резервной батарее разряжаться через выходную цепь источника питания.
4. Нелинейный характер вольтамперной характеристики позволяет использовать диоды для построения нелинейных преобразователей сигнала. Чаще всего реализуется логарифмическая зависимость выходного сигнала от входного.
5. Специальные генераторные диоды используются для генерирования шумов. Включаются такие диоды, как стабилитроны. Но обратные токи очень малые по величине. При этом параметры пробоя становятся нестабильными. Возникают колебания напряжения стабилизации, носящие случайный характер. Спектр генерируемых шумов достаточно широкий (до 3.5 МГц).