Expériences ludiques : familiarisez-vous avec la diode. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique

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Diode - le dispositif semi-conducteur le plus simple qui fait passer le courant électrique dans une direction - de l'anode à la cathode. Néanmoins, il est très intéressant et largement utilisé en électronique radio. Les expériences proposées serviront de confirmation de ce qui précède.

Préservons tout de suite que pour les expériences, nous prendrons deux types de diodes - le germanium et le silicium, les séries les plus courantes: D9 et KD105 (Fig. 1). Leurs caractéristiques - la dépendance du courant direct (Ipr), c'est-à-dire le courant traversant la diode dans le sens direct (de l'anode à la cathode), sur la tension directe (Upr) appliquée à la diode (mesurée entre l'anode et bornes cathodiques), sont quelque peu différentes. La diode au silicium commence à s'ouvrir à une tension plus élevée que celle au germanium (voir Fig. 1), de sorte que la caractéristique de la diode au germanium est beaucoup plus lisse - cette fonctionnalité est parfois utilisée dans la conception de certains appareils.

Sécurité électronique. Commencez par une expérience simple (Fig. 2a): prenez une batterie GB1 avec une tension de 4,5 V (type 3336) et connectez-y un voltmètre PV1 (l'avomètre Ts20 devrait fonctionner dans ce mode) via une diode au silicium VD1. Qu'est-ce que le pointeur du voltmètre a montré ? Une tension proche de la tension de la batterie, mais pas égale à celle-ci (plus sur la raison de cela plus tard). Lorsque vous allumez la diode au germanium au lieu du voltmètre au silicium, le voltmètre affichera une tension presque égale à la tension de la batterie.

Dans les deux versions, la diode est connectée dans le sens direct, un courant d'environ deux dizaines de microampères la traverse, la tension directe tombant aux bornes de la diode est faible par rapport à la tension de la batterie.

Inversez maintenant la polarité des fils de la batterie. L'anode de la diode sera connectée à la borne négative de la batterie, c'est-à-dire que la diode sera allumée dans le sens opposé. S'il s'agit de silicium, l'aiguille du voltmètre ne bougera pas, car sa résistance avec cette inclusion est presque infinie. Avec le germanium, la situation est différente. Par exemple, la diode de la série D9 a une résistance inverse d'environ 2 MΩ et la résistance d'entrée du Ts20 dans la gamme 10 V est de 200 kΩ. Par conséquent, l'aiguille du voltmètre enregistrera une tension environ 10 fois inférieure à la tension de la source d'alimentation. Mais cela vaut la peine de passer à une plage de mesure plus petite, car la tension mesurée par le voltmètre chutera également - après tout, la résistance d'entrée de l'appareil deviendra plus petite, ce qui signifie que le coefficient de transfert du diviseur formé par la résistance inverse de la diode et la résistance d'entrée du voltmètre changeront.

Quelle conclusion découle de cette expérience ? La diode est capable de protéger la charge contre l'application accidentelle d'une tension de polarité inverse. Il y a de nombreuses années, les radioamateurs ont intégré une diode dans le circuit d'alimentation dans certaines conceptions, en particulier dans les radios à transistors de petite taille. En conséquence, il était possible d'éviter les problèmes (défaillance des transistors) si l'alimentation était mal connectée. Une telle protection peut être utilisée par vous dans divers développements.

Cependant, la question se pose : pourquoi ne trouve-t-on pas une telle protection dans les designs modernes ? Une expérience aidera à y répondre, pour laquelle vous aurez besoin d'une batterie de 4,5 V, d'une diode (germanium et silicium) et de deux voltmètres (Fig. 2, b). Le voltmètre PV1 contrôle la tension de l'alimentation et PV2 - la tension sur la charge, qui est protégée par la diode. Tant que la résistance de charge (dans ce cas, la résistance d'entrée du voltmètre) est élevée, peu de courant traverse la diode au germanium et il n'y a pratiquement aucune chute de tension à travers elle. Les voltmètres liront la même chose.

Connectez une résistance constante avec une résistance de 2 kOhm en parallèle avec le voltmètre PV1 - l'aiguille du voltmètre enregistrera une diminution de tension à la charge. Et lorsque vous connectez une résistance avec une résistance de 430 ohms, la tension deviendra encore plus faible en raison de la plus grande tension directe aux bornes de la diode.

Lorsque vous installez une diode au silicium à la place de VD1, la tension sur le voltmètre PV2 sera inférieure à celle sur PV1, même sans résistance connectée. Il n'est pas difficile d'expliquer cela si l'on compare les caractéristiques des diodes (voir Fig. 1). Avec le même courant direct même faible, la tension directe sur une diode au germanium est inférieure à celle sur une diode au silicium. La connexion de la résistance provoque une augmentation de la tension directe de la diode, et donc une diminution de la tension aux bornes de la charge.

Certes, la tension directe ne dépasse pas 1 V avec une augmentation du courant direct à travers la diode au silicium de la série KD105 jusqu'à 300 mA (pour D9 - de 10 à 90 mA, selon le type spécifique de diode). Et pourtant, sa perte lorsque la structure est alimentée par une tension de 9 ; 4,5 et surtout 3 V est perceptible. C'est pourquoi cette méthode de protection n'a pas trouvé une large application.

Dans la pratique de la radio amateur, il peut être nécessaire de protéger les circuits d'entrée des appareils fonctionnant avec de petits signaux contre les hautes tensions accidentelles. Dans de tels cas, nous devons nous souvenir de la diode au silicium, qui ne commence à faire passer le courant qu'à partir d'une certaine tension. En effet, selon sa caractéristique, la section initiale s'étend selon l'axe horizontal. Cette propriété de la diode est utilisée pour la faire fonctionner comme élément de protection électronique.

L'expérience (Fig.2, c) s'assurera de ce qui précède, pour lequel, en plus d'une diode au silicium, des résistances constantes et variables, une batterie 3336, un interrupteur et un voltmètre CC avec une plage de mesure de, par exemple, 3 V (avomètre Ts20) seront nécessaires.

Après avoir réglé au préalable le moteur de la résistance variable R1 en position basse selon le schéma, la tension d'alimentation est fournie par l'interrupteur SA1. En déplaçant doucement le curseur de la résistance vers le haut, on observe une augmentation régulière de la tension aux bornes de la diode par la déviation de l'aiguille du voltmètre. À une tension d'environ 0,6 V, l'augmentation de tension sur le voltmètre commencera à diminuer, et bientôt la flèche de l'appareil s'arrêtera pratiquement (à une tension d'environ 0,7 ... 0,8 V) et restera dans cet état même lorsque le le curseur de la résistance variable est en haut selon le diagramme de position, c'est-à-dire que 4,5 V seront appliqués au dispositif de protection.

Ce qui s'est passé? Jusqu'à une certaine tension, la diode était fermée et le voltmètre mesurait la tension prélevée sur le moteur à résistance variable. Et puis la diode a commencé à s'ouvrir et à shunter le voltmètre, qui dans ce cas imite le circuit protégé. Au fur et à mesure que la tension augmentait, le courant traversant la diode augmentait, ce qui signifie que son effet de shunt augmentait également. Bientôt, la diode s'est tellement ouverte qu'elle a complètement shunté le voltmètre. La tension sur la diode reste stable malgré les variations de la tension externe (provenant du moteur à résistance variable) dues à la chute de tension excessive aux bornes de la résistance R2.

Dans ce cas, la diode protège contre une augmentation accidentelle de tension d'une certaine polarité. Si vous devez protéger le circuit contre les surtensions de polarités différentes, mettez deux diodes connectées en parallèle - l'une dans le sens direct et l'autre dans le sens opposé.

Il est possible qu'une protection soit requise qui "se déclenche" à une tension plus élevée que celle fournie par une seule diode. Ensuite, ils ont mis deux ou plusieurs diodes connectées en série (Fig. 2, d). Testez cette option et voyez par vous-même.

Réglage de la luminosité. Comme vous le savez, la lampe de poche plate utilise une batterie 3336 V 4,5 et une lampe 3,5 V. Lorsque la batterie est fraîche, la lampe est très lumineuse. Si nécessaire, la luminosité peut être quelque peu réduite en incluant une diode au silicium VD1 et un interrupteur supplémentaire SA1 dans son circuit (Fig. 3, a). Montez ce nœud sur une planche à pain et voyez comment cela fonctionne.

Lorsque les contacts de l'interrupteur sont fermés, la luminosité de la lampe EL1 est la plus élevée. Il vaut la peine de régler l'interrupteur sur la position des contacts ouverts, lorsque la diode entre en fonctionnement. Une tension directe sur celle-ci réduit la tension sur la lampe et sa luminosité diminue.

Une diode fonctionne plus efficacement dans un circuit à courant alternatif (Fig. 3, b), qui peut être alimenté, par exemple, par une lampe de nuit. Ici, lorsque les contacts de l'interrupteur SA1 sont ouverts, il y a une plus grande diminution de la tension (tension moyenne) sur la lampe en raison de la manifestation de la propriété de la diode - faire passer le courant dans un sens, dans ce cas uniquement avec le positif demi-cycles de la tension alternative à l'anode de la diode.

Le transformateur doit être choisi de manière à ce que la tension sur l'enroulement II ne dépasse pas la tension pour laquelle la lampe à incandescence est conçue.

Témoins de contrôle sur deux fils. Que faire si vous devez allumer deux lampes séparément, situées à distance de l'interrupteur et connectées à celui-ci uniquement par une ligne à deux fils? Pensez à la diode dans ce cas.

Lors de l'alimentation de la ligne en courant continu (Fig. 4, a), deux diodes seront nécessaires - chacune d'elles est connectée au circuit de sa "propre" lampe, mais dans des directions différentes: l'une en avant, l'autre en arrière. Lorsque l'interrupteur SA1 est dans la position indiquée sur le schéma, le courant traverse la diode VD1 et la lampe EL1 - elle s'allume. Lorsque le commutateur est réglé sur une autre position, le courant ne circulera que dans la diode VD2 et la lampe EL2. La lampe EL1 s'éteindra et EL2 s'allumera.

Si le câblage est alimenté en courant alternatif, on ne peut pas se passer de deux diodes, car chacune d'elles, bien qu'elle fonctionnera à son "propre" demi-cycle, les lampes clignoteront simultanément. Par conséquent, vous devrez ajouter deux diodes supplémentaires (Fig. 4, b) et placer un interrupteur séparé dans le circuit de chacune d'elles.

Pour allumer la lampe EL1, vous devez fermer les contacts de l'interrupteur SA2 et n'allumer que la lampe EL2 - l'interrupteur SA2. Lorsque les contacts des deux interrupteurs sont fermés, toutes les lampes s'allument. Simple et pratique.

Certes, les lampes brilleront sans enthousiasme, car le courant ne les traverse que pendant un demi-cycle de la tension alternative sur l'enroulement secondaire du transformateur T1. Pour conserver la même luminosité d'éclairage (telle que ce serait avec un raccordement direct de la lampe au transformateur), il est possible de préconiser l'utilisation de lampes de puissance supérieure.

doubleur de tension. L'appareil, dont le schéma est illustré à la Fig. 5, a, - redresseur demi-onde. La tension constante U1 sur le condensateur C1 dépassera d'environ 1,4 fois la tension alternative mesurée par le voltmètre à courant alternatif sur l'enroulement secondaire du transformateur, c'est-à-dire qu'elle correspondra à la valeur d'amplitude de la demi-onde de la tension alternative sinusoïdale .

Il n'est pas difficile de presque doubler la tension constante à la sortie du redresseur (Fig. 5b) en ajoutant une diode supplémentaire (\/02) et un condensateur (C2). Vous obtenez maintenant un redresseur qui fonctionne avec les deux demi-ondes de tension alternative. Pendant les alternances positives, le condensateur C1 sera chargé sur la borne supérieure de l'enroulement II du transformateur selon le schéma, et pendant les négatives, C2. Puisque les condensateurs sont connectés en série, les tensions entre eux (U1 et U2) s'additionneront et la tension finale (U3) sera deux fois plus élevée que sur chacun des condensateurs. Par conséquent, un tel redresseur est appelé redresseur doubleur de tension. Il est mis en œuvre dans les cas où le transformateur abaisseur ne comporte qu'un seul enroulement secondaire.

Pour l'expérience, convient tout transformateur de réseau abaisseur avec une tension sur l'enroulement secondaire de 6 ... 10 V. Les diodes peuvent être, en plus de celles indiquées dans le schéma, tout redresseur, silicium ou germanium (même l'un des la série D9 fera l'affaire). Condensateurs - tout oxyde, d'une capacité d'au moins 10 microfarads par tension nominale d'au moins deux fois la tension alternative sur l'enroulement secondaire du transformateur.

sonde à diodes. Comment déterminer les extrémités d'une ligne de communication à deux fils posée, par exemple, entre deux pièces d'un appartement?

Bien sûr, vous n'utiliserez pas ici d'ohmmètre, car la longueur de ses sondes n'est pas suffisante. La diode vient à nouveau à la rescousse (Fig. 6). Il est connecté aux extrémités des fils de la ligne (il peut être simulé par un fil de réseau à deux fils assemblé en boule) dans la même pièce et marque le fil auquel l'anode de la diode est connectée. Dans l'autre pièce, aux extrémités des fils, d'abord, dans l'une puis dans l'autre polarité, les sondes XP1 et XP2 de l'appareil de signalisation, assemblées à partir d'une pile 3336 et d'une lampe à incandescence pour une tension de 3,5 V, sont connecté.

Dans l'une des options de connexion, la lampe clignotera, ce qui indiquera le passage du courant à travers la ligne de communication et la diode. Et cela, à son tour, permettra de témoigner que les extrémités auxquelles l'anode de la diode et le circuit de borne positive de la batterie sont connectés appartiennent au même fil.

La diode pour l'expérience peut être n'importe quel silicium ou germanium, conçu pour le passage d'un courant supérieur au courant d'une lampe à incandescence.

Auteur : V. Polyakov, Moscou

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