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無線電子工学および電気工学の百科事典 楽しい実験: ダイオードについて学びましょう。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
ダイオード - アノードからカソードへ一方向に電流を流す最も単純な半導体デバイス。 それにもかかわらず、これは非常に興味深いものであり、ラジオエレクトロニクスで広く使用されています。 提案された実験は、上記の確認として役立ちます。 実験のために、ゲルマニウムとシリコンの9種類のダイオード、最も一般的なシリーズであるD105とKD1を使用することをすぐに予約しましょう（図1）。 それらの特性 - 順電流 (Ipr)、つまりダイオードを流れる順方向 (アノードからカソードへ) の、ダイオードに印加される順電圧 (Upr) への依存性 (ダイオードの端子間で測定)アノードとカソード）、多少異なります。 シリコン ダイオードはゲルマニウム ダイオードに比べて高い電圧で開き始めるため (図 XNUMX を参照)、ゲルマニウム ダイオードの特性ははるかに滑らかです。この特性は特定のデバイスの設計で使用されることがあります。
電子セキュリティ。 簡単な実験から始めます (図 2a): 電圧 1 V の GB4,5 バッテリー (タイプ 3336) を用意し、シリコン ダイオード VD1 を介して電圧計 PV20 をそれに接続します (Ts1 アボメーターはこのモードで動作するはずです)。 電圧計の針は何を示していましたか? バッテリー電圧に近いが、バッテリー電圧と等しくない電圧 (この理由については後で詳しく説明します)。 シリコン電圧計の代わりにゲルマニウムダイオードをオンにすると、電圧計はバッテリー電圧とほぼ同じ電圧を示します。
どちらのバージョンでも、ダイオードは順方向に接続されており、約 XNUMX マイクロアンペアの電流が流れ、ダイオードの両端に降下する順方向電圧はバッテリ電圧に比べて小さくなります。 次に、バッテリーのリード線の極性を逆にします。 ダイオードのアノードはバッテリーのマイナス端子に接続されます。つまり、ダイオードは逆方向にオンになります。 シリコンの場合、この含有物による抵抗はほぼ無限大であるため、電圧計の針は動きません。 ゲルマニウムの場合は状況が異なります。 例えば、D9 シリーズのダイオードの逆方向抵抗は約 2MΩ、Ts20 の 10 V レンジの入力抵抗は 200 kΩ です。 したがって、電圧計の針は、電源の電圧の約 10 倍低い電圧を記録します。 ただし、電圧計で測定される電圧も低下するため、より小さな測定範囲に切り替える価値があります。結局のところ、デバイスの入力抵抗が小さくなり、逆抵抗によって形成される分圧器の伝達係数が小さくなります。ダイオードと電圧計の入力抵抗が変化します。 この実験からどのような結論が得られますか? ダイオードは、誤って逆極性の電圧が負荷に印加されるのを防ぐことができます。 何年も前、アマチュア無線家はいくつかの設計、特に小型トランジスタラジオの電源回路にダイオードを組み込みました。 これにより、電源を誤って接続した場合のトラブル（トランジスタの故障）を回避することができました。 このような保護は、さまざまな開発で使用できます。 しかし、疑問が生じます。なぜ現代のデザインにはそのような保護機能が見つからないのでしょうか? この答えを得るには、4,5 V バッテリー、ダイオード (ゲルマニウムとシリコン)、および 2 つの電圧計が必要な実験が役立ちます (図 1、b)。 電圧計 PV2 は電源の電圧を制御し、PVXNUMX はダイオードによって保護されている負荷の電圧を制御します。 負荷抵抗 (この場合は電圧計の入力抵抗) が高い限り、ゲルマニウム ダイオードにはほとんど電流が流れず、実質的に電圧降下はありません。 電圧計も同じ値を示します。 抵抗値 2 kOhm の定抵抗器を PV1 電圧計と並列に接続します。電圧計の針は負荷の電圧の低下を記録します。 また、430 オームの抵抗を接続すると、ダイオードの順方向電圧が大きくなるため、電圧はさらに低くなります。 VD1 の代わりにシリコン ダイオードを配置すると、抵抗が接続されていない場合でも、電圧計 PV2 の電圧は PV1 よりも低くなります。 これはダイオードの特性を比較すれば簡単に説明できます(図1参照)。 同じ弱い順電流でも、ゲルマニウム ダイオードの順電圧はシリコン ダイオードよりも低くなります。 抵抗を接続すると、ダイオードの順方向電圧が増加し、その結果、負荷の両端の電圧が減少します。 確かに、KD1 シリーズのシリコン ダイオードを通る順電流が 105 mA まで増加しても、順電圧は 300 V を超えません (D9 の場合、ダイオードの特定の種類に応じて 10 ～ 90 mA)。 それでも、この構造が 9 の電圧で電力を供給されている場合、その損失は発生します。 4,5、特に3Vが顕著です。 このため、この保護方法は広く適用されていません。 アマチュア無線の実践では、小さな信号で動作するデバイスの入力回路を偶発的な高電圧から保護する必要がある場合があります。 このような場合、特定の電圧からのみ電流を流し始めるシリコンダイオードを覚えておく必要があります。 確かに、その特性上、最初のセクションは横軸に沿って実行されます。 ダイオードのこの特性は、電子保護の要素として動作するために使用されます。 実験 (図 2、c) では、シリコン ダイオード、定抵抗と可変抵抗に加えて、3336 バッテリー、スイッチ、測定範囲がたとえば次のような DC 電圧計を使用して、上記のことを確認します。 3 V (Ts20 アボメータ) が必要になります。 まず可変抵抗器 R1 のエンジンを図に従って低い位置に設定すると、電源電圧がスイッチ SA1 によって供給されます。 抵抗スライダーを滑らかに上方に動かすと、電圧計の針のずれによってダイオードの両端の電圧が滑らかに増加することが観察されます。 約 0,6 V の電圧で、電圧計の電圧上昇は減少し始め、すぐにデバイスの矢印は実質的に停止し (約 0,7 ... 0,8 V の電圧で)、位置図によれば、可変抵抗スライダーは上部にあります。つまり、4,5 V が保護デバイスに印加されます。 どうしたの？ 特定の電圧まではダイオードが閉じられ、電圧計は可変抵抗器エンジンから得られる電圧を測定しました。 そして、ダイオードが開き、電圧計を分路し始めました。この場合、電圧計は保護された回路を模倣します。 電圧が増加すると、ダイオードを流れる電流が増加します。これは、ダイオードの分路効果も増加することを意味します。 すぐにダイオードが開きすぎて、電圧計が完全に分流されてしまいました。 ダイオードの電圧は、抵抗 R2 の両端の過剰な電圧降下による外部電圧 (可変抵抗エンジンから取得) の変化にもかかわらず、安定したままになります。 この場合、ダイオードは特定の極性の電圧が偶発的に上昇するのを防ぎます。 異なる極性の電力サージから回路を保護する必要がある場合は、XNUMX つのダイオードを並列接続します (XNUMX つは順方向、もう XNUMX つは逆方向)。 単一のダイオードが提供する電圧よりも高い電圧で「トリガー」する保護が必要になる可能性があります。 次に、2つ以上の直列接続されたダイオードを配置します(図XNUMX、d)。 このオプションをテストして自分の目で確認してください。 明るさ制御。 ご存知のとおり、フラット懐中電灯は 3336V 4,5 バッテリーと 3,5V ランプを使用しており、バッテリーが新しい場合、ランプは非常に明るくなります。 必要に応じて、回路にシリコンダイオードVD1と追加のスイッチSA1を含めることにより、明るさを多少減らすことができます（図3、a）。 このノードをブレッドボードにマウントして、どのように動作するかを確認してください。
スイッチ接点が閉じているとき、EL1 ランプの輝度は最も高くなります。 ダイオードが動作するようになるので、スイッチを開いた接点の位置に設定する価値があります。 順方向電圧がかかるとランプの電圧が低下し、明るさが低下します。 ダイオードは、たとえば常夜灯から電力を供給できる交流回路 (図 3、b) でより効率的に機能します。 ここで、SA1スイッチの接点が開くと、ダイオードの特性の発現により、ランプの電圧（平均電圧）がより大きく低下します-電流を一方向に流し、この場合はプラスのみです。ダイオードのアノードにおける交流電圧の半サイクル。 変圧器は、巻線 II の電圧が白熱灯の設計電圧を超えないように選択する必要があります。 XNUMX 本のワイヤーでランプを制御します。 スイッチから離れた場所にあり、XNUMX 線式回線のみで接続されている XNUMX つのランプを個別に点灯する必要がある場合はどうすればよいでしょうか。 この場合のダイオードについて考えてみましょう。 ラインに直流を供給する場合（図4、a）、1つのダイオードが必要になります。それぞれは「独自の」ランプの回路に接続されていますが、方向は異なります：1つは順方向、もう1つは逆方向です。 スイッチSA2が図に示す位置にあるとき、電流はダイオードVD2とランプEL1を流れ、ランプが点灯します。 スイッチを別の位置に設定すると、電流は VD2 ダイオードと ELXNUMX ランプにのみ流れます。 ランプ ELXNUMX が消灯し、ELXNUMX が点灯します。
配線が交流で電力供給されている場合、4 つのダイオードを省略することはできません。それぞれのダイオードは「独自の」半サイクルで動作しますが、ランプは同時に点滅するためです。 したがって、さらに XNUMX つのダイオード (図 XNUMX、b) を追加し、それぞれの回路に別個のスイッチを配置する必要があります。 EL1 ランプを点灯するには、SA2 スイッチの接点を閉じ、EL2 ランプ、つまり SA2 スイッチのみを点灯する必要があります。 両方のスイッチの接点が閉じると、すべてのランプが点灯します。 シンプルで便利。 確かに、変圧器 T1 の二次巻線の交流電圧の半サイクルの間だけ電流が各ランプを流れるため、ランプは中途半端に点灯します。 同じ照明の明るさを維持するために（ランプを変圧器に直接接続した場合など）、より高出力のランプの使用を推奨することができます。 電圧ダブラー。 装置のスキームを図に示します。 5、a、- 半波整流器。 コンデンサ C1 の定電圧 U1 は、変圧器の二次巻線で交流電圧計で測定した交流電圧を約 1,4 倍超えます。つまり、交流正弦波電圧の半波の振幅値に相当します。 。
もう 5 つのダイオード (\/02) とコンデンサ (C2) を追加することで、整流器出力の定電圧をほぼ 1 倍にすることは難しくありません (図 2b)。 これで、交流電圧の両方の半波で動作する整流器が得られます。 正の半波の間、コンデンサ C1 は方式に従って変圧器の巻線 II の上端で充電され、負の半波の間は C2 が充電されます。 コンデンサは直列に接続されているため、それらの両端の電圧 (U3 と UXNUMX) が加算され、最終的な電圧 (UXNUMX) は各コンデンサの XNUMX 倍になります。 したがって、このような整流器は倍電圧整流器と呼ばれます。 これは、降圧トランスの二次巻線が XNUMX つだけの場合に実装されます。 実験には、二次巻線の電圧が 6 ～ 10 V の降圧ネットワーク変圧器が適しています。ダイオードは、図に示されているものに加えて、整流器、シリコン、またはゲルマニウム (以下のいずれでも可) を使用できます。 D9シリーズでも大丈夫です）。 コンデンサ - 変圧器の二次巻線の AC 電圧の少なくとも 10 倍の定格電圧あたり少なくとも XNUMX マイクロファラッドの容量を持つ任意の酸化物。 ダイオードプローブ。 たとえば、アパートの XNUMX つの部屋の間に敷設された XNUMX 線式通信回線の端をどのように判断するのでしょうか。
もちろん、プローブの長さが十分ではないため、ここでは抵抗計は使用しません。 再びダイオードが役に立ちます（図6）。 これは、同じ部屋内の線路のワイヤの端に接続され（ボールに組み立てられた 1 線式ネットワークワイヤによってシミュレートできます）、ダイオードのアノードが接続されているワイヤにマークを付けます。 他の部屋では、2 バッテリーと電圧 3336 V の白熱灯から組み立てられた信号装置の XP3,5 プローブと XPXNUMX プローブが、最初に一方の極性、次にもう一方の極性でワイヤの端に接続されています。接続されています。 接続オプションの XNUMX つでは、ランプが点滅し、通信線とダイオードに電流が流れていることを示します。 そしてこれにより、ダイオードのアノードとバッテリーの正極端子回路が接続されている端が同じワイヤに属していることを証明することができます。 実験用のダイオードは、白熱灯の電流を超える電流が流れるように設計された任意のシリコンまたはゲルマニウムで構いません。 著者: V.Polyakov、モスクワ
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