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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 재미있는 실험: 다이오드에 대해 알아보십시오. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전
무선 전자 및 전기 공학 백과사전 / 초보자 라디오 아마추어 다이오드 - 양극에서 음극으로 전류를 한 방향으로 전달하는 가장 단순한 반도체 소자. 그럼에도 불구하고 매우 흥미롭고 무선 전자 장치에 널리 사용됩니다. 제안된 실험은 앞서 말한 내용을 확인하는 역할을 할 것입니다. 실험을 위해 가장 일반적인 시리즈 인 D9 및 KD105 인 게르마늄과 실리콘의 두 가지 유형의 다이오드를 사용하도록 즉시 예약합시다 (그림 1). 그들의 특성 - 순방향 전류(Ipr)의 의존성, 즉 다이오드에 적용된 순방향 전압(Upr)에 대한 순방향(양극에서 음극으로) 다이오드를 통과하는 전류(단자 사이에서 측정됨) 양극과 음극)은 약간 다릅니다. 실리콘 다이오드는 게르마늄 다이오드에 비해 더 높은 전압에서 열리기 시작하므로(그림 1 참조) 게르마늄 다이오드의 특성이 훨씬 더 부드럽습니다. 이 기능은 때때로 특정 장치의 설계에 사용됩니다.
전자 보안. 간단한 실험으로 시작하십시오(그림 2a). 전압이 1V(유형 4,5)인 GB3336 배터리를 사용하고 실리콘 다이오드 VD1을 통해 전압계 PV20을 배터리에 연결합니다(Ts1 avometer는 이 모드에서 작동해야 함). 전압계 포인터는 무엇을 보여주었습니까? 전압은 배터리 전압에 가깝지만 같지는 않습니다(이유는 나중에 자세히 설명). 실리콘 전압계 대신 게르마늄 다이오드를 켜면 전압계는 배터리 전압과 거의 같은 전압을 표시합니다.
두 버전 모두에서 다이오드는 순방향으로 연결되고 약 XNUMXμA의 전류가 흐르며 다이오드에서 떨어지는 순방향 전압은 배터리 전압에 비해 작습니다. 이제 배터리 리드의 극성을 반대로 바꿉니다. 다이오드의 양극은 배터리의 음극 단자에 연결됩니다. 즉, 다이오드는 반대 방향으로 켜집니다. 실리콘 인 경우 전압계 바늘은이 포함에 대한 저항이 거의 무한하기 때문에 움직이지 않습니다. 게르마늄의 경우 상황이 다릅니다. 예를 들어 D9 시리즈의 다이오드는 약 2MΩ의 역저항을 가지며 20V 범위에서 Ts10의 입력 저항은 200kΩ입니다. 따라서 전압계 바늘은 전원 전압보다 약 10배 낮은 전압을 기록합니다. 그러나 전압계로 측정한 전압도 떨어지기 때문에 더 작은 측정 범위로 전환할 가치가 있습니다. 결국 장치의 입력 저항이 더 작아질 것입니다. 다이오드와 전압계의 입력 저항이 변경됩니다. 이 실험에서 어떤 결론이 나오나요? 다이오드는 실수로 역극성 전압이 부하에 적용되지 않도록 부하를 보호할 수 있습니다. 수년 전에 라디오 아마추어는 일부 디자인, 특히 소형 트랜지스터 라디오에서 전원 회로에 다이오드를 내장했습니다. 그 결과 전원을 잘못 연결해도 트러블(트랜지스터 고장)을 피할 수 있었다. 이러한 보호 기능은 다양한 개발에서 사용할 수 있습니다. 그러나 질문이 생깁니다. 왜 현대 디자인에서 그러한 보호를 찾을 수 없습니까? 4,5V 배터리, 다이오드(게르마늄 및 실리콘) 및 2개의 전압계(그림 1, b)가 필요한 실험을 통해 답을 얻을 수 있습니다. 전압계 PV2은 전원 공급 장치의 전압을 제어하고 PVXNUMX는 다이오드로 보호되는 부하의 전압을 제어합니다. 부하 저항(이 경우 전압계의 입력 저항)이 높은 한 게르마늄 다이오드를 통해 흐르는 전류는 거의 없으며 실제로 전압 강하가 없습니다. 전압계는 동일하게 읽습니다. PV2 전압계와 병렬로 저항이 1kOhm 인 일정한 저항을 연결하십시오. 전압계 바늘은 부하에서 전압 감소를 기록합니다. 그리고 저항이 430ohm 인 저항을 연결하면 다이오드 양단의 순방향 전압이 높아져 전압이 훨씬 낮아집니다. VD1 대신 실리콘 다이오드를 넣으면 전압계 PV2의 전압은 연결된 저항이 없어도 PV1보다 낮습니다. 다이오드의 특성을 비교하면 설명하기 어렵지 않다(그림 1 참조). 순방향 전류가 동일하더라도 게르마늄 다이오드의 순방향 전압은 실리콘 다이오드보다 낮습니다. 저항을 연결하면 다이오드의 순방향 전압이 증가하므로 부하 양단의 전압이 감소합니다. 사실, 순방향 전압은 KD1 시리즈의 실리콘 다이오드를 통해 최대 105mA까지 순방향 전류가 증가함에 따라 300V를 초과하지 않습니다(D9의 경우 - 특정 유형의 다이오드에 따라 10mA에서 90mA까지). 그럼에도 불구하고 구조에 9의 전압이 공급될 때 손실이 발생합니다. 4,5, 특히 3V가 눈에 띕니다. 이것이 바로 이 보호 방법이 널리 적용되지 않는 이유입니다. 아마추어 무선 실습에서는 작은 신호로 작동하는 장치의 입력 회로를 우발적인 고전압으로부터 보호해야 할 수 있습니다. 이 경우 특정 전압에서만 전류를 전달하기 시작하는 실리콘 다이오드를 기억해야합니다. 실제로 특성상 초기 섹션은 가로축을 따라 이어집니다. 다이오드의 이러한 특성은 전자 보호 요소로 작동하는 데 사용됩니다. 실험(그림 2, c)은 실리콘 다이오드, 상수 및 가변 저항 외에도 3336 배터리, 스위치 및 측정 범위가 예를 들어 3V(Ts20 avometer)가 필요합니다. 다이어그램에 따라 가변 저항 R1의 엔진을 먼저 낮은 위치로 설정하면 스위치 SA1에 의해 공급 전압이 공급됩니다. 저항 슬라이더를 위쪽으로 부드럽게 움직이면 전압계 바늘의 편차에 의해 다이오드 양단의 전압이 부드럽게 증가하는 것을 관찰할 수 있습니다. 약 0,6V의 전압에서 전압계의 전압 증가가 감소하기 시작하고 곧 장치의 화살표가 실제로 멈추고 (약 0,7 ... 0,8V의 전압에서)이 상태를 유지합니다. 가변 저항 슬라이더는 위치 다이어그램에 따라 위쪽에 있습니다. 즉, 보호 장치에 4,5V가 적용됩니다. 무슨 일이에요? 특정 전압까지 다이오드를 닫고 가변 저항 엔진에서 가져온 전압을 전압계로 측정했습니다. 그런 다음 다이오드가 열리고 전압계를 분로하기 시작했습니다. 이 경우 보호 회로를 모방합니다. 전압이 증가함에 따라 다이오드를 통과하는 전류가 증가했으며 이는 션팅 효과도 증가했음을 의미합니다. 곧 다이오드가 너무 많이 열려 전압계를 완전히 분로했습니다. 다이오드의 전압은 저항 R2 양단의 과도한 전압 강하로 인해 외부 전압(가변 저항 엔진에서 가져옴)의 변화에도 불구하고 안정적으로 유지됩니다. 이 경우 다이오드는 특정 극성의 전압이 우발적으로 증가하는 것을 방지합니다. 다른 극성의 전원 서지로부터 회로를 보호해야 하는 경우 두 개의 다이오드를 병렬로 연결하십시오. 하나는 순방향이고 다른 하나는 반대 방향입니다. 단일 다이오드가 제공하는 것보다 더 높은 전압에서 "트리거"하는 보호가 필요할 수 있습니다. 그런 다음 두 개 이상의 직렬 연결된 다이오드를 넣습니다(그림 2, d). 이 옵션을 테스트하고 직접 확인하십시오. 밝기 조절. 아시다시피 평면 손전등은 3336V 4,5 배터리와 3,5V 램프를 사용하며 배터리가 새면 램프가 매우 밝습니다. 필요한 경우 회로에 실리콘 다이오드 VD1과 추가 스위치 SA1을 포함하여 밝기를 다소 줄일 수 있습니다 (그림 3, a). 이 노드를 브레드보드에 장착하고 어떻게 작동하는지 확인하십시오.
스위치 접점이 닫히면 EL1 램프의 밝기가 가장 높아집니다. 다이오드가 작동하면 스위치를 열린 접점 위치로 설정하는 것이 좋습니다. 순방향 전압은 램프의 전압을 감소시키고 밝기는 감소합니다. 다이오드는 예를 들어 야간 램프로 전원을 공급할 수있는 교류 회로 (그림 3, b)에서 더 효율적으로 작동합니다. 여기에서 SA1 스위치의 접점이 열리면 다이오드의 특성으로 인해 램프의 전압 (평균 전압)이 더 크게 감소하여 한 방향으로 전류가 흐르게됩니다. 다이오드 양극에서 교류 전압의 반주기. 권선 II의 전압이 백열 램프가 설계된 전압을 초과하지 않도록 변압기를 선택해야 합니다. 두 개의 와이어로 램프를 제어합니다. 스위치에서 멀리 떨어져 있고 XNUMX선으로만 연결된 두 개의 램프를 별도로 켜야 하는 경우에는 어떻게 합니까? 이 경우 다이오드를 생각하십시오. 라인에 직류를 공급할 때 (그림 4, a) 두 개의 다이오드가 필요합니다. 각각은 "자체"램프의 회로에 연결되지만 서로 다른 방향으로 연결됩니다. 하나는 순방향이고 다른 하나는 역방향입니다. 스위치 SA1이 다이어그램에 표시된 위치에 있으면 전류가 다이오드 VD1과 램프 EL1을 통해 흐르고 켜집니다. 스위치가 다른 위치로 설정되면 전류는 VD2 다이오드와 EL2 램프를 통해서만 흐릅니다. 램프 EL1이 꺼지고 EL2가 켜집니다.
배선에 교류 전원이 공급되는 경우 두 개의 다이오드를 생략 할 수 없습니다. 각각 "자체"반주기에서 작동하지만 램프가 동시에 깜박이기 때문입니다. 따라서 다이오드를 두 개 더 추가하고(그림 4, b) 각각의 회로에 별도의 스위치를 넣어야 합니다. EL1 램프를 켜려면 SA2 스위치의 접점을 닫고 EL2 램프(SA2 스위치)만 켜야 합니다. 두 스위치의 접점이 닫히면 모든 램프가 켜집니다. 간단하고 편리합니다. 사실, 변압기 T1의 XNUMX 차 권선에서 교류 전압의 반주기 동안에만 전류가 각 램프를 통해 흐르기 때문에 램프는 반쯤 빛날 것입니다. 조명의 밝기를 동일하게 유지하려면(램프를 변압기에 직접 연결하는 경우와 같이) 더 높은 전력의 램프를 사용하는 것이 좋습니다. 전압 더블러. 구성표가 그림에 표시된 장치. 5, a, - 반파 정류기. 커패시터 C1의 정전압 U1은 변압기의 1,4차 권선에서 교류 전압계로 측정한 교류 전압을 약 XNUMX배 초과합니다. 즉, 교류 정현파 전압의 반파 진폭 값에 해당합니다. .
다이오드(\/5)와 커패시터(C02)를 하나 더 추가하여 정류기 출력(그림 2b)에서 정전압을 거의 두 배로 만드는 것은 어렵지 않습니다. 이제 교류 전압의 반파와 함께 작동하는 정류기를 얻습니다. 양의 반파 동안 커패시터 C1은 구성표에 따라 변압기 권선 II의 상단 단자에 충전되고 음의 반파 동안에는 C2에 충전됩니다. 커패시터가 직렬로 연결되어 있기 때문에 커패시터 양단의 전압(U1 및 U2)이 합산되고 최종 전압(U3)은 각 커패시터의 두 배가 됩니다. 따라서 이러한 정류기를 전압 배가 정류기라고 합니다. 강압 변압기에 XNUMX차 권선이 하나만 있는 경우에 구현됩니다. 실험을 위해 6 ... 10 V의 9 차 권선 전압을 가진 강압 네트워크 변압기가 적합합니다 다이오드는 다이어그램에 표시된 것 외에도 모든 정류기, 실리콘 또는 게르마늄 (심지어 D10 시리즈가 할 것입니다). 커패시터 - 변압기의 XNUMX차 권선에서 AC 전압의 최소 두 배인 정격 전압당 최소 XNUMX마이크로패럿의 용량을 가진 모든 산화물. 다이오드 프로브. 예를 들어 아파트의 두 방 사이에 놓인 XNUMX선 통신선의 끝을 결정하는 방법은 무엇입니까?
물론 프로브의 길이가 충분하지 않기 때문에 여기서는 저항계를 사용하지 않습니다. 다이오드가 다시 구출됩니다 (그림 6). 그것은 같은 방에서 라인의 전선 끝에 연결됩니다 (공으로 조립 된 1 선 네트워크 와이어로 시뮬레이션 할 수 있음) 다이오드의 양극이 연결된 와이어를 표시합니다. 다른 방에서는 전선의 끝 부분에 먼저 한쪽 극성에 연결한 다음 다른 극성에 2 배터리로 조립 된 신호 장치의 프로브 XP3336 및 XP3,5와 전압 XNUMXV의 백열 램프가 연결됩니다. 연결 옵션 중 하나에서 램프가 깜박이며 통신 라인과 다이오드를 통한 전류 흐름을 나타냅니다. 그리고 이것은 차례로 다이오드의 양극과 배터리의 양극 단자 회로가 연결된 끝이 동일한 와이어에 속한다는 것을 증언 할 수 있습니다. 실험용 다이오드는 백열 램프의 전류를 초과하는 전류가 통과하도록 설계된 실리콘 또는 게르마늄일 수 있습니다. 저자: V.Polyakov, 모스크바
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