Диоды точечные и плоскостные: Плоскостные и точечные диоды — Студопедия

Плоскостной диод — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Плоскостной диод

Cтраница 1

Плоскостные диоды, барьерная емкость которых управляется-напряжением, называются варикапами. Они работают при обратном напряжении и применяются для настройки колебательных цепей. При обратном напряжении 4 в они имеют емкость. Максимальное напряжение, соответствующее минимальной емкости 45 — г — 80 в. Величина емкости при изменении напряжения от максимума до минимума изменяется примерно в три-четыре раза.
[2]

Плоскостной диод представляет собой прибор, в котором р-п переход возникает на значительной по площади ( до 1000 мм2 в силовых выпрямительных диодах) границе между полупроводниками р — и n — типов. В таких диодах переход получается методами сплавления полупроводниковых пластин р — и n — типов или диффузии в исходную полупроводниковую пластину примесных атомов.Диоды точечные и плоскостные: Плоскостные и точечные диоды — Студопедия Вследствие большой площади р-п перехода допустимая мощность рассеяния плоскостных диодов малой мощности с естественным охлаждением ( рис. 10.6, а) достигает 1 Вт при значениях прямого тока до 1 А. Такие плоскостные диоды часто применяются в цепях автоматики и в приборостроении.
[3]

Плоскостные диоды применяются для выпрямления больших по величине переменных токов.
[5]

Плоскостные диоды в зависимости от площади перехода обладают емкостью в десятки пикофарад и более. Поэтому их применяют на частотах не выше десятков килогерц. Допустимый ток в плоскостных диодах бывает от десятков миллиампер до сотен ампер и больше.
[7]

Плоскостные диоды могут быть применены в любых выпрямительных схемах, рассмотренных в гл.
[9]

Плоскостные диоды имеют плоский электрический переход, линейные размеры которого, определяющие его площадь, значительно больше ширины p — n — перехода.Диоды точечные и плоскостные: Плоскостные и точечные диоды — Студопедия Переход выполняют в основном методами вплавления или диффузии. Пластинку кристалла полупроводника 5 припаивают к кристаллодержателю 2 так, чтобы образовался контакт. Стеклянный изолятор покрыт светонепроницаемым лаком. Корпус служит для защиты диода от внешних воздействий.
[10]

Плоскостные диоды, как и точечные, могут быть выполнены с контактом металл — полупроводник.
[11]

Плоскостные диоды обладают междуэлектродной емкостью, доходящей до 50 пф, и поэтому могут быть использованы при частотах, не превышающих 50 кгц.
[12]

Плоскостные диоды представляют собой плоский р-я переход. Они характеризуются большими допустимыми токами ( до 1 — 2я) и поэтому применяются в качестве выпрямительных элементов. Из-за большой междуэлектродной емкости использование их на высоких частотах ограничено.
[13]

Плоскостные диоды позволяют выпрямлять значительные токи, но имеют относительно большую емкость, что ограничивает их применение на высоких частотах.Диоды точечные и плоскостные: Плоскостные и точечные диоды — Студопедия Точечные диоды имеют емкость, во много раз меньшую, но весьма небольшая площадь контакта разрешает выпрямлять с их помощью только малые токи.
[14]

Страницы:  

1

2

3

4

5




Характеристики диодов, конструкции и особенности применения

Вольтамперная характеристика (ВАХ) полупроводникового диода представляет собой зависимости между значениями напряжения (прямого и обратного) и токами (прямого и обратного). Типовая вольтамперная характеристика диода представлена на рисунке 1.

Рисунок 1.

Стоит отметить, что ВАХ для диодов различного типа отличаются. На рисунке 2 представлены характеристики германиевого (синим цветом) и кремниевого (черным цветом) диодов.

Рисунок 2.

Рассмотрим основные составляющие ВАХ диода.

Прямая ветвь ВАХ диода.Диоды точечные и плоскостные: Плоскостные и точечные диоды — Студопедия Расположена в первом квадранте системы координат. Прямая ветвь ВАХ соответствует прямому включению диода. Увеличение приложенного напряжения в прямом направлении к диоду Uпр приводит к увеличению прямого тока Iпр. Прямая ветвь ВАХ характеризуется изломом – напряжение практически не увеличивается, при этом ток стремительно возрастает. Величина этого напряжения определяет прямое падение напряжения на диоде (около 0,5…2 В). Мощность диода (количество теплоты выделяемое при его работе) определяется произведением прямого напряжения на прямой ток. Для мощных диодов на их корпусе устанавливают дополнительные радиаторы.

Рисунок 3.

Мощность, рассеиваемая диодами, может достигать 30% полезной мощности всей установки. Для снижения прямого напряжения на диоде применяют специальные диоды Шоттки (по имени изобретателя немецкого физика Вальтера Шоттки). Падение напряжения на таких диодах составляет 0,2…0,4 В.

Обратная ветвь ВАХ диода. Расположена в третьем квадранте системы координат и соответствует обратному включению диода.Диоды точечные и плоскостные: Плоскостные и точечные диоды — Студопедия Включение диода в обратном направлении приводит к протеканию через р-n переход обратного тока (до нескольких микроампер). Поэтому на диоде также выделяется определенная мощность, определяемая произведением обратного тока и обратного напряжения. Перегиб обратной ветви ВАХ диода соответствует пробою р-n перехода (диод превращается в резистор).

Применение полупроводниковых диодов в высокочастотных схемах приводит к необходимости учитывать паразитную емкость диода (электрическая емкость подобная емкости конденсатора). Однако эта емкость нашла и практическое применение в специальных диодах – варикапах.

Рисунок 4.

Конструктивно различают следующие типы диодов: плоскостные и точечные.

Точечные диоды (рисунок 5), как правило, применяются в высокочастотных схемах. Один их электродов точечного диода является металлической иглой (содержит примесь донора или акцептора), который вплавляется в кристалл полупроводника. Поэтому р-n переход в точечных диодах имеет малую площадь и, как следствие, малую паразитную емкость.Диоды точечные и плоскостные: Плоскостные и точечные диоды — Студопедия Рабочая частота точечных диодов может достигать нескольких гигагерц, однако обратное напряжение для точечных диодов не превышает 5 В.

Рисунок 5.

Плоскостные диоды (рисунок 6) применяются в схемах выпрямителей. Размеры р-n перехода плоскостных диодов может достигать 100 кв. мм., поэтому величина прямого тока намного больше, чем у точечных диодов.

Рисунок 6.

Основные сферы применения полупроводниковых диодов:

1. Преобразователи напряжения (выпрямители), преобразователи частоты.
2. Детекторные приборы (фотодиоды).
3. Устройства нелинейной обработки аналоговых сигналов.
4. Стабилизированные источники питания.
5. Схемы ограничения сигналов.
6. Индикаторы (светодиоды).


Всего комментариев: 0


16 полупроводниковые диоды полупроводниковым диодом называют прибор с двумя выводами и одним электронно-дырочным переходом

16.Диоды точечные и плоскостные: Плоскостные и точечные диоды — Студопедия 6.
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ

Полупроводниковым
диодом называют прибор с двумя выводами
и одним электронно-дырочным переходом.
Различают
точечные (рис. 16.13) и плоскостные (рис.
16.14) диоды. В стеклянном или металлическом
корпусе 2
точечного
диода крепится германиевый или кремниевый
кристалл n-типа
3
площадью
порядка 1 мм2
и толщиной 0,5 мм, к которому прижимается
стальная или бронзовая игла 4,
легированная
акцепторной присадкой. Прибор включается
в схемы через выводы 1.
В процессе формовки через контакт иглы
с кристаллом пропускают мощные импульсы
тока. При этом кончик иглы оплавляется
и часть акцепторной примеси внедряется
в кристалл. Вокруг иглы образуется
микроскопическая (точечная) область с
дырочной электропроводностью. На
полусферической границе этой области
с кристаллом n-типа
возникает электронно-дырочный переход.

Малая площадь
р-n-перехода в точечном диоде обеспечивает
ему минимальное значение межэлектродной
емкости.

Площадь
р-n-перехода плоскостных диодов достигает
десятков и сотен мм2.Диоды точечные и плоскостные: Плоскостные и точечные диоды — Студопедия

Рис.
16.14. Конструкция плоскостного
выпрямительного диода: 1
— вывод; 2

стеклянная втулка; 3

полупроводниковый кристалл; 4

гайка, 5 — шайба; 6

основание: 7

металлический корпус

Для
получения таких
площадей используют методы сплавления
или диффузии. При методе сплавления на
пластинку кристалла с донорной примесью
помещают таблетку акцепторной примеси,
которая расплавляется при нагреве в
печи. Расплав частично проникает в
кристалл и образует область р-типа,
граничащую с массой кристалла. У этой
границы возникает р-n-переход.

При
изготовлении диода методом диффузии
кристалл с донорной примесью помещают
в газовую среду акцептора (кристалл с
акцепторной примесью — в газовую среду
донора) и выдерживают длительное время
при заданной температуре. Диффундируя
в поверхность кристалла, молекулы
акцептора (или донора) образуют область
с типом электропроводности, противоположным
типу электропроводности кристалла.

Метод
сплавления позволяет получить р-n-переход
с резким изменением концентрации
примеси.Диоды точечные и плоскостные: Плоскостные и точечные диоды — Студопедия При методе диффузии концентрация
примесных атомов в области р-n-перехода
изменяется плавно.

Мощные
плоскостные полупроводниковые диоды,
рассчитанные на большие токи, изготовляют
в массивных металлических корпусах,
обеспечивающих поглощение и отвод
теплоты, выделяющейся в р-n-переходе. С
помощью массивных шайб и гаек корпус
диода плотно прижимается к монтажной
металлической панели.

Основной
характеристикой диода служит его
вольт-амперная характеристика, вид
которой совпадает с видом характеристики
р-n-перехода (см. рис. 16.12). Вольт-амперная
характеристика диода существенно
зависит от температуры окружающей
среды, с повышением которой прямой ток
диода при одном и том же напряжении
может увеличиться в несколько раз. При
заданном прямом токе с увеличением
температуры снижается прямое напряжение
между электродами диода.

Существенным
образом влияет температура окружающей
среды и на обратный ток, который тоже
возрастает с увеличением температуры.
При увеличении температуры окружающей
среды выше определенного значения уже
при небольших обратных напряжениях
развивается тепловой пробой р-n-перехода
и диод выходит из строя.Диоды точечные и плоскостные: Плоскостные и точечные диоды — Студопедия Работоспособность
германиевых диодов теряется при
температуре около 70° С, а кремниевых —
при 200° С. Высокая термическая устойчивость
кремния — важнейшее его преимущество
по сравнению с другими полупроводниковыми
материалами. Кремниевые диоды допускают
плотность тока в прямом направлении 10
А/мм2
и более, что позволяет изготовлять
мощные полупроводниковые устройства
с относительно небольшими массами и
габаритами.

Одна из важных
характеристик диода — пробивное обратное
напряжение. Это напряжение зависит от
ширины обедненного слоя и у современных
плоскостных диодов равно сотням и
тысячам вольт. Оно несколько увеличивается
с повышением температуры, не выходящим
за пределы работоспособности диода.

Внутреннее
сопротивление плоскостных диодов
прямому току при номинальных режимах
работы составляет десятые доли ом, с
повышением температуры оно уменьшается.

(Ответьте
на карт. №
16.6а.)

Карточка
№ 16.6а (175) Полупроводниковые диоды

Укажите
основное достоинство точечного диода

Малые
размеры Простота конструкции

Малая
емкость р-n-перехода

223 24

74

Какой
метод не применяется для создания
р-n-перехода
в плоскостных диодах?

Формовка
большими импульсными токами

Сплавление

Диффузия

124

174

224

Из
какого материала может быть изготовлена
таблетка примеси для получения
р-n-перехода
методом сплавления в кристалле
р-n-типа?

Из индия

Из галлия

Из
мышьяка

25

75
125

Как
изменяется пробивное напряжение
диода с увеличением температуры от
0 до 70″ С?

Увеличивается
Уменьшается

Это
зависит от материала диода

175 225

26

С
какой целью мощные диоды изготовляют
в массивных металлических корпусах?

Для повышения
прочности

Для лучшего
отвода теплоты

Для
повышения пробивного напряжения

76

126

176

74-124-125-26-126

Применение
полупроводниковых диодов в современной
технике весьма разнообразно.Диоды точечные и плоскостные: Плоскостные и точечные диоды — Студопедия Рассмотрим
наиболее характерные случаи.

Полупроводниковые
диоды, предназначенные для выпрямления
переменного тока, называются
выпрямительными. Плоскостные диоды
малой и средней мощности широко используют
в схемах питания радиоаппаратуры, в
устройствах автоматики и вычислительной
техники. Диоды большой мощности используют
в силовых установках для питания тяговых
электродвигателей, привода
станков и механизмов, обеспечения
технологических процессов в химическом
и металлургическом производствах.

Для
характеристики выпрямительных свойств
диодов вводится коэффициент выпрямления,
равный отношению прямого и обратного
токов при одном и том же напряжении
(например, 1 В). Чем выше коэффициент
выпрямления, тем меньше потери и выше
КПД выпрямителя.

Рис. 16.16..
Вольт-амперная характеристика стабилитрона

Диоды,
предназначенные для работы в устройствах
высокой и сверхвысокой частоты
(ультракоротковолновая и космическая
радиосвязь, радиолокация, телеизмерительная
техника и т.Диоды точечные и плоскостные: Плоскостные и точечные диоды — Студопедия д.), называют высокочастотными.
СВЧ-диоды используются для модуляции
и детектирования сверхвысокочастотных
колебаний в диапазоне сотен мегагерц,
а также в каскадах преобразования
частоты радиоприемных устройств. В
качестве высокочастотных обычно
применяют точечные диоды, емкость
электронно-дырочного перехода в которых
составляет сотые и десятые доли пикофарад.

Детекторные
свойства СВЧ-диода, определяемые
коэффициентом выпрямления, зависят от
емкости р-n-перехода. Чем меньше эта
емкость, тем больше коэффициент
выпрямления.

Ранее
установили, что ширина обедненного слоя
и, следовательно, емкость электронно-дырочного
перехода зависят от напряжения,
приложенного в непроводящем направлении.
Такая зависимость дает возможность
изменять емкость диода, варьируя обратное
напряжение на нем. Диоды, применяемые
в качестве конденсаторов с управляемой
емкостью, называют варикапами.

Наличие у
диода критического обратного напряжения,
при котором наступает электрический
(не тепловой) пробой (см.Диоды точечные и плоскостные: Плоскостные и точечные диоды — Студопедия рис. 16.12), позволяет
использовать полупроводниковый диод
в схемах стабилизации напряжения.

Вспомним
явление электронно-дырочного перехода
электрический пробой

Электрический пробой
вызывается совместным действием двух
факторов: ударной ионизацией атомов и
туннельным эффектом. Ударная ионизация
возникает, когда под действием обратного
напряжения электроны проводимости
приобретают на расстоянии, равном длине
свободного пробега, энер­гию, достаточную
для отрыва других электронов при
столкновении с атомами кристалла. При
этом происхо­дит лавинообразное
увеличение количества носителей заряда
и ток возрастает.

Туннельный
эффект выражается в том, что элек­трон
с энергетического уровня области р
проникает сквозь потенциальный барьер
без потери энергии на такой же
энергетический уровень области n.
При
уве­личении напряжения до UKp
вероятность
таких перехо­дов возрастает, что и
приводит к увеличению обрат­ного
тока.

Одна
из возможных схем стабилизации
представлена на рис.Диоды точечные и плоскостные: Плоскостные и точечные диоды — Студопедия 16.15. Выходное
напряжение схемы с большой степенью
точности поддерживается на заданном
уровне UВЫХ
= const,
равном критическому (пробивному)
напряжению диода СТ.
Разница
между входным и выходным напряжениями
гасится на сопротивлении Rг.

Если
входное напряжение возрастает, то
увеличивается и обратный ток диода,
возрастает ток I
и падение напряжения на гасящем
сопротивлении Rr.
Приращения
напряжений ΔUвx
и
ΔI·Rг
взаимно компенсируются, а Uвых
сохраняется на заданном уровне.

Диод,
используемый для стабилизации напряжения,
называется стабилитроном. Недостаток
рассмотренной схемы — зависимость
пробивного напряжения стабилитрона, а
следовательно, и выходного напряжения
Uвых
от температуры. Эту зависимость можно
существенно уменьшить, включив
последовательно со стабилитроном
компенсирующий диод в прямом направлении.

Для стабилизации
малых напряжений (порядка 1 В) используют
диод, включенный по той же схеме, но в
прямом направлении.Диоды точечные и плоскостные: Плоскостные и точечные диоды — Студопедия При этом для повышения
степени стабильности выходного напряжения
структуру электронно-дырочного перехода
формируют так, чтобы вольт-амперная
характеристика диода в прямом направлении
по возможности круто поднималась вверх
при возрастании напряжения стабилизации
(рис. 16.16).

При
больших концентрациях легирующих
примесей заметно усиливается туннельный
эффект р-п-перехода.
При этом в вольт-амперной характеристике
диода появляется участок с отрицательным
сопротивлением (прямой ток увеличивается
с уменьшением прямого напряжения), что
позволяет использовать его в схемах
генерации и усиления электрических
колебаний. Такие диоды называют
туннельными.

Для
работы в импульсных схемах изготовляют
импульсные диоды, у которых перераспределение
носителей зарядов в р-n-переходах
при смене полярности напряжения
(переходные процессы) происходит в
десятые доли наносекунды. Чем меньше
время переходных процессов, тем меньше
искажается форма импульсов. Для ускорения
переходных процессов уменьшают до
возможного предела межэлектродную
емкость, а также легируют область
р-n-перехода небольшой присадкой золота.Диоды точечные и плоскостные: Плоскостные и точечные диоды — Студопедия

Условные
обозначения некоторых полупроводниковых
диодов изображены на рис. 16.17.

Маркировку
диодов осуществляют с помощью цифр и
букв.

Карточка
16.66
(240)
Полупроводниковые диоды

Какие
диоды применяют для выпрямления
переменного тока?

Плоскостные

Точечные

Те
и другие

226 27

77

Какие
диоды применяют: а) для получения
постоянного тока в химическом
производстве; б) в качестве детекторов
в радиоприемных устройствах?

а) Точечные;
б) плоскостные

а)
Плоскостные; б) точечные

127

177

Какие
диоды работают в режиме пробоя?

Варикапы

Стабилитроны

Туннельные
диоды

При
пробое диоды выходят из строя

227 28

78

128

Какие
диоды используют для генерации
электрических колебаний?

Генераторы
электрических колебаний могут
быть построены только на триодах

Импульсные
диоды

Туннельные
диоды

178

228

29

77-177-28-29

Радио для всех — Диоды

Приставка «ди» в слове «диод» означает «два», она указывает, что в приборе имеются две основные «детали», два тесно примыкающих один к другому полупроводниковых кристалла: один с р-проводимостью (это зона р), другой — с n-проводимостью (это зона n).Диоды точечные и плоскостные: Плоскостные и точечные диоды — Студопедия Фактически же полупроводниковый диод — это один кристалл, в одну часть которого введена донорная примесь (зона n), в другую — акцепторная (зона р). К зонам (областям) тем или иным способом присоединены проводники (выводы диода), с помощью которых он соединяется с внешним миром, включается в электрическую цепь. Вывод диода связанный с областью p называют анодом, а вывод связанный с областью n катодом. Разновидностей полупроводниковых диодов тьма. Делятся они по классам, признакам, по назначению и пр. Бывают диоды из различных полупроводниковых материалов, предназначенные для низких или высоких частот, для выполнения различных функций и отличающиеся друг от друга по конструкции. В зависимости от структуры различают точечные и плоскостные диоды.

У точечных диодов линейные размеры, определяющие площадь p-n-перехода, такие же, как толщина перехода, или меньше ее. У плоскостных диодов эти размеры значительно больше толщины перехода.

Устройство точечного диода

Плоскостные диоды в зависимости от площади перехода обладают емкостью в десятки пикофарад и, соответственно, их применяют на частотах не выше десятков килогерц, а допустимый ток бывает до сотен ампер.Диоды точечные и плоскостные: Плоскостные и точечные диоды — Студопедия

Плоскостные германиевые диоды, изготовленные

 сплавным (а) и диффузионным методом(б).

Точечные диоды имеют малую емкость перехода (обычно менее 1 пФ) и поэтому применяются на любых частотах, вплоть до СВЧ. Но они могут пропускать токи не более единиц или десятков миллиампер.

Принцип работы диода.

Осуществим обратное включение — «плюс» батареи подключим к зоне n, «минус» — к зоне р. Свободные заряды мгновенно оттянутся от границы, электроны отойдут к «плюсу», дырки — к «минусу» и в итоге pn-переход превратится в зону без свободных зарядов, в чистый изолятор. А значит, произойдет разрыв цепи, ток в ней прекратится. Правда, небольшой обратный ток через диод все же будет идти. Зарядов этих сравнительно мало, и обратный ток во много раз меньше прямого. Неприятно то, что ток этот зависит от температуры — при нагревании полупроводника число неосновных носителей увеличивается и обратный ток растет.Диоды точечные и плоскостные: Плоскостные и точечные диоды — Студопедия

Принципиальная схема опыта.

Обратная проводимость диода.

Прямая проводимость диода.

Лампочка как видим не горит. Теперь сменим полярность напряжения на диоде,  «плюсом» к зоне р и «минусом» к зоне n, то свободные заряды — электроны и дырки — хлынут к границе, устремятся к р-переходу. Здесь они будут нейтрализовать друг друга, к границе будут подходить новые заряды, и в цепи диода установится постоянный ток. Это так называемое прямое включение диода — заряды интенсивно движутся через него, в цепи протекает сравнительно большой прямой ток. Лампочка загорелась.

Прямая и обратная проводимость диода.

Существует  одно  обязательное  условие  для  нормальной  работы  любого полупроводникового диода.Диоды точечные и плоскостные: Плоскостные и точечные диоды — Студопедия Напряжение  источника  питания  должно  превышать  некоторый  порог (величину потенциала  внутреннего  смещения p-n  перехода). Для  выпрямительных  диодов  он как  правило — меньше  1 вольта, для германиевых  высокочастотных  диодов порядка 0,1 вольта.  Если     диод подключить    обратно и  постепенно  повышать  напряжение  источника  питания, в  некоторый   момент  обязательно  наступит   обратный   электрический  пробой p-n  перехода. Диод  начнет  пропускать  ток  и  в  обратном  направлении,  а  переход  окажется  испорченным. Если подключить диод к регулируемому источнику напряжения, то он будет вести себя как показано на рисунке, где представлена вольтамперная характеристика диода. Из нее, в частности, следует, что в прямом включении (т. е. анодом к плюсу источника), после превышения некоторого напряжения, прямой ток через диод (Iпр) растет неограниченно и будет лимитироваться только мощностью источника.

В обратном же включении (катодом к плюсу), ток через диод (Iоб) пренебрежимо мал и составляет несколько микро или даже наноампер для обычных мало­мощных диодов, или до единиц миллиампер для мощных выпрямительных.Диоды точечные и плоскостные: Плоскостные и точечные диоды — Студопедия Причем для германиевых диодов обратный ток намного выше, чем для кремниевых, отчего их сейчас практически и не применяют. Этот ток сильно зависит от температуры и может возрасти на несколько порядков (от нано до микроампер) при повышении температуры от -50 до +50 °С, поэтому на графике его величина показана очень приблизительно. Далее мы увидим, что существуют и диоды, для которых пробой в обратном включении является рабочим режимом — они называются стабилитронами.

Параметры и характеристики диодов.

Диоды различают по назначению, используемым материалам, типам р-n переходов, конструктивному исполнению, мощности и другим признакам. Широко распространены выпрямительные, импульсные диоды, стабилитроны, туннельные диоды, варикапы, диоды Шотки, тринисторы, фото и светодиоды, симисторы.

Выпрямительные диоды

Применяются в основном, для преобразования переменного тока в постоянный.

Параметры выпрямительных диодов характеризуют электрические и эксплуатационные свойства и подразделяются на статические и динамические.Диоды точечные и плоскостные: Плоскостные и точечные диоды — Студопедия Статические параметры свойственны диодам, работающим при постоянном напряжении; к ним относятся прямой (выпрямленный) ток Iпр, наибольшее допустимое обратное напряжение Uобр, падение напряжения на диоде при номинальном значении прямого тока Unр, обратное сопротивление Rобр, максимально допустимая мощность, рассеиваемая диодом Рmax, рабочий диапазон температур и др. Динамические параметры отражают реакцию диодов на малые приращения тока (напряжения), а также частотные свойства прибора.  Ими являются дифференциальное сопротивление где

емкость диода Сд и граничная частота fгр, на которой выпрямленный ток уменьшается в

Выпрямительные диоды малой мощности (до 1 Вт) подразделяют на плоскостные и точечные.

В практике часто требуется получать выпрямленное напряжение, величина которого превышает допустимое обратное напряжение конкретного типа диодов. В этом случае диоды соединяют последовательно.Диоды точечные и плоскостные: Плоскостные и точечные диоды — Студопедия Но поскольку обратные сопротивления диодов имеют значительный разброс, то для равномерного распределения обратных напряжений параллельно каждому диоду необходимо включать резистор, сопротивление которого меньше наименьшего нз обратных сопротивлений диодов. В случаях, когда требуется используется  следующий тип.

Диоды средней мощности на токи до 10 А и напряжения до 600 В.

Относятся к плоскостным, так как имеют относительно большую площадь р-п перехода. Кремниевые и германиевые диоды допускают плотность тока в 10 и 2х10 А на 1 м поверхности р-п перехода. Внешне они часто похожи на диоды малой мощности. Отличие заключается в том, что на корпусе имеется не проволочный электрод, а стержень с резьбой, предназначенный для установки диода на металлический радиатор.

Выпрямительные диоды большой мощности на токи до 2000 А.

Применяются в качестве вентилей в мощных выпрямительных установках. Для мощных диодов применяются легированные германий с удельным сопротивлением порядка 0,15—0,2 Ом*м или кремний с сопротивлением 0,5 Ом*м.Диоды точечные и плоскостные: Плоскостные и точечные диоды — Студопедия Площадь пластин выбирают с учетом допустимой плотности тока через р-п переход.

Работа выпрямительного моста

Заменим   источник питания  постоянного  тока,  на  источник  переменного  тока,  близкого  напряжения. Лампочка  будет  гореть,  но  более  тускло, с  небольшим  мерцанием. Как  мы говорили ранее,  переменный  ток  частотой  50 гц.  плавно    меняет  свое  направление 50  раз  в  секунду. Диод  пропустит  полуволны  направленные  в  его  прямом  направлении,  и  обрежет  направленные в  обратном.

Таким  образом  на  лампочке  окажется  выпрямленное  напряжение, (пульсирующее) с  меньшей частотой (в два раза). Конечное  напряжение  будет ниже  номинального. Описанный процесс выпрямления переменного тока называется однополупериодным.

Для   более  качественного      выпрямления  переменного  тока  применяется  так  называемая,  мостовая схема,  из   четырех  диодов  в  однофазной  цепи.  Если на вход диодного моста «~»подать переменный ток, полярность которого меняется с определённой частотой (например, с частотой 50 герц, как в электросети), то на выходе (выводы «+» и «-»мы получим ток строго одной полярности. Правда, этот ток будет иметь пульсации.

Частота их будет вдвое больше, чем частота переменного тока, который подаётся на вход диодного моста. Чтобы «убрать» пульсации необходимо применить фильтр — электролитический конденсатор (большой ёмкости).

Если взглянуть на принципиальные схемы блоков питания, как трансформаторных, так и импульсных, то после моста всегда стоит полярный конденсатор, который сглаживает пульсации тока.

Импульсные диоды

Большая группа диодов, предназначенная для применения в импульсных режимах работы, используется в электронных схемах модуляции и демодуляции входных сигналов систем автоматического регулирования, в информационно-преобразовательных блоках вычислительных устройств, в радиотехнических устройствах. Одно из важнейших требований к ним — надежная работа в цепях с высокой частотой, например до 500 МГц. Импульсные диоды обладают высоким быстродействием, т. е. малым временем восстановления высокого обратного сопротивления при изменении полярности приложенного напряжения с прямой на обратную.

Стабилитрон

Разновидность диодов, предназначенных для стабилизации напряжения.

Стабилитрон — от латинского stabilis (устойчивый, неизменный), это кремниевый полупроводниковый диод, областью стабилизации которого является обратная ветвь вольтамперной характеристики (ВАХ) стабилитрона. Принцип стабилизации заключается в том, что в полупроводниковом кристалле (как правило, кремниевом), сильно легированном примесями в обеих областях, с тонким и резко выраженным р-n переходом, быстро развивается и устанавливается электрический пробой, при котором значительное увеличение обратного тока (тока пробоя) происходит при сравнительно низком и примерно постоянном обратном напряжении (для каждого типа прибора). В р-n переходе небольшой толщины при воздействии обратного напряжения возникает сильное электрическое поле с высокой напряженностью (порядка 1,5*10 В/м), которое становится причиной электрического пробоя р-п перехода.

Стабилитрон работает только в цепях постоянного тока. Напряжение на стабилитрон подают в обратной полярности, то есть на анод стабилитрона будет подан минус «-«. При таком включении стабилитрона через него протекает обратный ток I обр от выпрямителя. Напряжение с выхода выпрямителя может изменяться, будет изменяться и обратный ток, а напряжение на стабилитроне и на нагрузке останется неизменным, то есть стабильным. Напомним, стабилитрон работает на обратной ветви ВАХ (Вольт-амперной характеристики). Промышленность выпускает стабилитроны малой, средней и большой мощности: малой н средней на напряжение от 3 до 180 В в цепях мощностью менее 10 Вт, большой мощности (10—50 Вт) на напряжение до 400 В.

На рисунке приведена электрическая схема включения стабилитрона VD1 в цепь постоянного тока, где Rб — резистор (балластный) токоограничивающий. Стабилитрон VD1 включен в обратном направлении его анод (А) подключен к отрицательному потенциалу, катод (К) — к положительному потенциалу.

Разновидность стабилитрона — стабистор. Это кремниевый полупроводниковый стабилитрон, у которого областью стабилизации является ветвь ВАХ в диапазоне изменения прямого тока от минимального до максимального значений, напряжение Uст на стабисторе остается с определенной степенью точности неизменным. При этом, стабистор обозначается как обычный кремниевый стабилитрон.

Для упрощения сборки конструкций, современные производители придумали регуляторы со стабилизацией заданного значения напряжения для разных типов источников питания. Немного можно почитать здесь.

Данные по маркировке и параметрам элементов можно найти в разделе «Справочник»

Читаем далее по теме

Условные обозначения диодов

Ток в полупроводниках

ДИОДЫ

   Диод является двух электродным полупроводниковым прибором. Это соответственно Анод (+) или положительный электрод и Катод (-) или отрицательный электрод. Принято говорить, что диод имеет (p) и (n) области, они соединены с выводами диода. Вместе они образуют p-n переход. Разберем подробнее, что же такое этот p-n переход. Полупроводниковый диод представляет собой очищенный кристалл кремния или германия, в котором в область (p) введена акцепторная примесь, а в область (n) введена донорная примесь. В качестве донорной примеси могут выступать ионы Мышьяка, а в качестве акцепторной примеси ионы Индия. Основное свойство диода, это возможность пропускать ток только в одну сторону. Рассмотрим приведенный ниже рисунок:

Пример односторонней проводимости диода

   На этом рисунке видно, что если диод включить Анодом к плюсу питания и Катодом к минусу питания, то диод находится в открытом состоянии и проводит ток, так как его сопротивление незначительно. Если диод включен Анодом к минусу, а Катодом к плюсу, то сопротивление диода будет очень большим, и тока в цепи практически не будет, вернее он будет, но настолько маленьким, что им можно пренебречь.

Иллюстрация прямой обратный ток диода

   Подробнее можно узнать, посмотрев следующий график, Вольт-Амперную характеристику диода:

Вольт-амперная характеристика диода

   В прямом включении, как мы видим из этого графика диод имеет небольшое сопротивление, и соответственно хорошо пропускает ток, а в обратном включении до определенной величины напряжения диод закрыт, имеет большое сопротивление и практически не проводит ток. В этом легко убедиться, если есть под рукой диод и мультиметр, нужно поставить прибор в положение звуковой прозвонки, либо установив переключатель мультиметра напротив значка диода, в крайнем случае, можно попробовать прозвонить диод, установив переключатель на положение 2 КОм измерения сопротивления. Изображается на принципиальных схемах диод так, как на рисунке ниже, запомнить, где какой вывод легко: ток у нас, как известно, всегда течет от плюса к минусу, так вот треугольник в изображении диода как бы показывает своей вершиной направление тока, то есть от плюса к минусу.

Диод полупроводниковый

   Соединив красный щуп мультиметра с Анодом, мы можем убедиться в том, что диод пропускает ток в прямом направлении, на экране прибора будут цифры равные ~ 800-900 или близкие к этому. Подключив щупы наоборот, черный щуп к аноду, красный к катоду мы увидим на экране единицу, что подтверждает, в обратном включении диод не пропускает ток. Рассмотренные выше диоды бывают плоскостные и точечные. Плоскостные диоды рассчитаны на среднюю и большую мощность и используют их в основном в выпрямителях. Точечные диоды рассчитаны на незначительную мощность и применяются в детекторах радиоприемников, могут работать на высоких частотах.

Плоскостной и точечный диод

Какие бывают типы диодов ?

Схематическое изображение диодов

Фото выпрямительного диода

   А) На фото изображен рассмотренный нами выше диод.

Стабилитрон изображение на схеме

   Б) На этом рисунке изображён стабилитрон, (иностранное название диод Зенера), он используется при обратном включении диода. Основная цель: поддержание напряжения стабильным.

Двуханодный стабилитрон — изображение на схеме

   В) Двухсторонний (или двуханодный) стабилитрон. Плюс этого стабилитрона в том, что его можно включать вне зависимости от полярности.

Туннельный диод

   Г) Туннельный диод, может использоваться в качестве усилительного элемента.

Обращенный диод

   Д) Обращенный диод, применяется в высокочастотных схемах для детектирования.

Варикап

   Е) Варикап, применяется как конденсатор переменной ёмкости.

Фотодиод

   Ж) Фотодиод, при освещении прибора в цепи, подключенной к нему, возникает ток из-за возникновения пар электронов и дырок.

Светодиоды

   З) Светодиоды, всем известные, и наверное наиболее широко применяемые приборы, после обычных выпрямительных диодов. Применяются во многих электронных устройствах для индикации и не только.

   Выпрямительные диоды выпускаются также в виде диодных мостов, разберем, что это такое — это соединенные для получения постоянного (выпрямленного) тока четыре диода в одном корпусе. Подключены они по Мостовой схеме, стандартной для выпрямителей:

Схема диодного моста

   Имеют четыре промаркированных вывода: два для подключения переменного тока, и плюс с минусом. На фото изображен диодный мост КЦ405:

Фото диодный мост

   А теперь давайте рассмотрим подробнее область применения светодиодов. Светодиоды (вернее светодиодная лампа) выпускаются промышленностью и для освещения помещений, как экономичный и долговечный источник света, с цоколем позволяющим вкрутить их в обычный патрон для ламп накаливания.

Светодиодная лампа фото

   Светодиоды существуют в разных корпусах, в том числе и SMD.

smd светодиод фото

   Выпускаются и так называемые RGB светодиоды, внутри них находятся три кристалла светодиодов с разным свечением Red-Green-Blue соответственно Красный — Зеленый – Голубой, эти светодиоды имеют четыре вывода и позволяют путем смешения цветов получить видимым любой цвет.

Подключение RGB ленты

   Эти светодиоды в SMD исполнении часто выпускаются в виде лент с уже установленными резисторами и позволяют подключать их напрямую к источнику питания 12 вольт. Можно для создания световых эффектов использовать специальный контроллер:

Контроллер rgb

   Светодиоды при использовании не любят, когда на них подается напряжение питания выше того, на которое они рассчитаны и могут перегореть сразу или спустя какое-то время, поэтому напряжение источника питания должно быть рассчитано по формулам. Для советских светодиодов типа АЛ-307 напряжение питания должно подаваться примерно 2 вольта, на импортные 2-2,5 вольта, естественно с ограничением тока. Для питания светодиодных лент, если не используется специальный контроллер, необходимо стабилизированное питание. Материал подготовил — AKV.

   Форум по радиодеталям

Полупроводниковые электронные приборы. » Полупроводниковые точечные диоды

Март 7, 2009

Полупроводниковые точечные диоды менее мощные, чем плоскостные, но зато имеют малую емкость (не более 1 пф) и поэтому применяются на высоких частотах.

Рис.12. Точечные диоды: а — принцип устройства диода; б — устройство и внешний вид точечных диодов ДГ-Ц (1 — керамический патрон, 2 и 3 — металлические фланцы, 4 — контактная пружинка, 5 — кристаллодержатель, 6 — германий, 7 — выводы)

Принцип устройства точечного германиевого диода показан на рис.12. С пластинкой германия имеет контакт вольфрамовая проволочка. Германий применяется с электронной проводимостью, но около контакта с проволочкой образуется небольшая область с дырочной проводимостью. Таким образом, и здесь выпрямление происходит на границе полупроводников р и n, т. е. принципиальной разницы между плоскостными и точечными диодами нет. Вследствие того, что в точечных диодах площадь р-n-перехода очень мала, они пригодны для малых токов, но зато обладают и меньшей емкостью по сравнению с плоскостными диодами.

На рис. 12 б изображены устройство и внешний вид точечных германиевых диодов типа ДГ-Ц. Кристалл германия имеет поверхность площадью около 1 мм². Вольфрамовая проволочка диаметром 0,1 мм отточенным концом упирается в германий. Площадь соприкосновения составляет несколько квадратных микрон. Диод заключен в керамический патрон с металлическими фланцами. Выводы сделаны из проволоки. Точечные диоды характеризуются такими же параметрами, как и плоскостные. Для них еще обычно указывают прямой Iпр при напряжении 1 в. Широкое применение имели германиевые точечные диоды от ДГ-Ц1 до ДГ-ЦЗОО (некоторые промежуточные не выпускались) на ток I=макс До 27 ма. Величины Uoбр. макс и Iобр.макс У разных диодов имеют значения 30—200 в и 0,06—1 ма. Нормальная температура для диодов 15°—25° С, но они могут работать в пределах от —50° до +70° С. Эти диоды применяются для выпрямления переменного тока, в измерительной аппаратуре, в качестве детекторов и ограничителей и во многих других случаях.

Обозначения точечных диодов по новой системе имеют после буквы Д номера 1—100 для германиевых диодов, работающих в нормальных температурных условиях, и номера 101—200 у кремниевых диодов для повышенной температуры. Если данный диод имеет различные подтипы, то в конце обозначения ставится еще буква.

Читать «Электроника в вопросах и ответах» — Хабловски И. (?), Скулимовски В. (?) — Страница 14

Каковы свойства плоскостного диода?

Свойства плоскостного (полупроводникового) диода определяются явлениями, происходящими в р-n переходе. На рис. 3.5 показана характеристика типичного плоскостного диода, представляющая зависимость постоянного тока, протекающего через диод, от постоянного напряжения, подводимого к диоду. Для малых напряжений в проводящем направлении ток равен нулю. Когда напряжение таково, что преодолевается потенциальный барьер в переходе, ток начинает возрастать, сначала незначительно, а затем почти линейно.

Напряжение, необходимое для преодоления потенциального барьера (пороговое значение), составляет около 0,2 для германиевых и 0,7 Б для кремниевых диодов. При отрицательных напряжениях, смещающих диод в обратном направлении, существует относительно небольшой обратный ток, возрастающий с ростом температуры. Этот рост особенно велик для кремниевых диодов, однако обратный ток для германиевых диодов значительно больше. Обратные токи для типовых плоскостных диодов лежат обычно в пределах от микроампер до пикоампер, в то же время токи, протекающие в прямом направлении при напряжении, не превышающем нескольких вольт, составляют от нескольких миллиампер до нескольких ампер.

Рис. 3.5. Вольт-амперная характеристика плоскостного диода

Кроме вольт-амперной характеристики параметры диода определяют также указанием сопротивления в рабочей точке. Сопротивление диода в очень большой степени зависит от выбора рабочей точки, поскольку в общем зависимость тока от напряжения нелинейна.

Сопротивление полупроводникового диода в прямом направлении обычно лежит в интервале от нескольких десятков до нескольких ом, а в обратном направлении достигает нескольких сотен килоом и более.

Сопротивление диода в рабочей точке называется статическим сопротивлением или сопротивлением по постоянному току и определяется как отношение напряжения на аноде диода к току, протекающему через диод в этой точке, Rст = U/I. Во многих применениях, например при подведении переменного напряжения к диоду, работающему в определенной рабочей точке, важно определить сопротивление диода, указывающее ход характеристики вблизи рабочей точки. В связи с этим вводится понятие динамического сопротивления (или дифференциального), определяемого наклоном касательной к характеристике диода в рабочей точке. Наклон определяется как отношение приращений напряжения и тока вблизи этой точки.

Что такое точечный диод?

Это полупроводниковый диод, в котором вместо плоской конструкции используется конструкция, состоящая из пластины полупроводника типа n или р, образующей один электрод, и металлического проводника в виде острия, являющегося другим электродом. При сплавлении острия с пластинкой образуется микропереход. Характеристика точечного диода представлена на рис. 3.6. По сравнению с плоскостным диодом падение напряжения на точечном диоде в прямом направлении очень мало (малое сопротивление).

Ток в обратном направлении значительно меняется в зависимости от напряжения. Точечные диоды обладают малой межэлектродной емкостью и часто используются для выпрямления малых токов высокой частоты.

Рис 3.6. Вольт-амперная характеристика точечного диода

Что такое диод Шотки?

Это плоскостной полупроводниковый диод с переходом металл-полупроводник вместо р-n перехода. Проводимость диода основывается на протекании основных носителей в отличие от р-n переходов, в которых ток в проводящем направлении возникает в связи с движением неосновных носителей заряда. При использовании полупроводника n-типа основными носителями являются электроны, протекающие в слой металла. По сравнению с точечным диодом диод Шотки (рис. 3.7) имеет более крутую характеристику в области малых напряжений в прямом направлении, значительно меньший обратный ток, меньший разброс параметров, большую надежность и высокую устойчивость к ударам, а также меньшее сопротивление в прямом направлении, но несколько большую паразитную емкость.

Кроме того, диод Шотки обладает малой инерционностью, что делает его пригодным для работы в качестве переключателя и в диапазоне высоких частот. Малая инерционность является следствием того, что накопленный в переходе металл — полупроводник заряд очень мал по сравнению с зарядом, который накапливается n плоскостном диоде с р-n переходом в режиме проводимости.

Диоды Шотки часто применяют в детекторах и смесителях в диапазоне частот вплоть до 2000 ГГц.

Рис. 3.7. Вольт-амперные характеристики диода Шотки (кривая 1) и точечного диода (кривая 2)

Какая разница в свойствах плоскостного и точечного диодов?

Разница в свойствах германиевых и кремниевых плоскостных диодов и точечных диодов непосредственно вытекает из сравнения вида типичных вольт-амперных характеристик, приведенных на рис. 3.8.

Рис. 3.8. Типичные вольт-амперные характеристики германиевого (кривая 1) и кремниевого (кривая 2) плоскостных диодов, а также точечного диода (кривая 3)

Что такое идеальный диод?

Идеальным диодом называют обычно диод с характеристикой, представленной на рис. 3.9. Резкий излом характеристики, состоящей из двух прямых отрезков, наблюдается при напряжении, равном нулю. С точки зрения эквивалентной схемы такой диод представляется нулевым сопротивлением в прямом направлении и бесконечно большим сопротивлением в обратном направлении. В некоторых применениях, например при детектировании, почти идеальным считается диод с прямолинейной характеристикой, представленной пунктирной линией на рис. 3.9.

Рас. 3.9. Вольт-амперная характеристика идеального диода

Такой диод при работе в прямом направлении аналогичен постоянному сопротивлению малого значения. В эквивалентной схеме идеального диода отсутствуют паразитные емкость и индуктивность, поэтому работа такого диода не зависит от частоты.

Характеристики реальных диодов (см. рис. 3.8) отличаются от характеристики идеального диода. Они обладают большой нелинейностью и большим изменением сопротивления, особенно в диапазоне малых напряжений в прямом направлении, и не имеют резкого излома характеристики при нулевом напряжении. Кроме того, в эквивалентной схеме реального диода следует учесть емкость между электродами, а для более высоких частот и паразитную индуктивность. В некоторых применениях существенна также инерционность диода в процессе переключения из прямого на обратное направление.

Свойства реального диода зависят не только от конструкции, но и от материала полупроводника. Лучшие свойства имеют диоды, у которых в качестве полупроводника применен кремний. При одной и той же конструкции кремниевые диоды отличаются меньшим обратным током, большим обратным напряжением, большей крутизной характеристики в прямом направлении и, что особенно существенно, большей допустимой температурой перехода (примерно до 170 °C), что позволяет работать при большей рассеиваемой мощности.

Излучающий диод

— обзор

Обсуждение случая использования светоизлучающего диода и энергоэффективности

Китай предлагает быстрорастущий бизнес и рыночные возможности и в настоящее время является второй по величине экономикой в ​​мире. Китайские инвестиции в чистые технологии очень позитивны со стороны правительства и прилагают значительные усилия во всех связанных областях.

Например, влияние правительства Китая в области энергоэффективности заслуживает внимания. Пекин, столица Китая, активно продвигает энергоэффективное освещение, особенно технологию светоизлучающих диодов (LED).Светодиодное освещение — это твердотельный осветительный прибор. Одна из целей Пекина — устранить лампы накаливания. В настоящее время потребитель может купить светодиодную лампу мощностью 60 Вт для освещения всего за четверть доллара США с учетом скидок и государственных субсидий. Более того, светодиодные технологии привлекают огромный рынок в повседневной жизни людей в развитых городах дельты Янцзы, таких как Шанхай, Сучжоу и Уси.

Что касается технологий, то новейшие светодиодные технологии обеспечивают высокоэффективное энергопотребление.Светодиодное освещение потребляет почти на 80% меньше энергии, имеет гораздо более длительный срок службы и лучше с экологической точки зрения (без участия ртути в процессе), чем лампы накаливания. Согласно награде Bright Tomorrow Lighting Prize, известной как «L Prize», организованной Министерством энергетики США, существуют такие замечательные продукты, как светодиодное освещение Philips и светодиодное освещение Cree. Например, светодиодная лампа Philips мощностью 60 Вт может обеспечивать яркость 900 люмен, но потребляет менее 10 Вт энергии. Его срок службы может составлять 17 лет при ежедневном использовании 4 часа.Кстати, этот продукт Philips был удостоен премии L в августе 2011 года.

Для сравнения, лампа накаливания имеет менее 2% эффективности преобразования энергии из электрической энергии в световую. Светодиодные технологии обладают большей эффективностью и все еще развиваются. Существует проблема управления температурным режимом для увеличения срока службы. Ограничение его температурной устойчивости в современных технологиях устраняется за счет обширных усилий в области инвестиций в исследования и разработки по всему миру.

Рыночный потенциал светодиодной техники огромен. Хотя текущий рынок все еще ограничен, светодиодные технологии обеспечивают домашнее и уличное освещение и освещают горизонты городов, рекламные щиты, светофоры, знаки и освещение поездов и остановок общественного транспорта, сценическое освещение, освещение дисплеев в художественных галереях, автомобильные фары, прожекторы зданий и ростовые огни для растений.

Диоды — Практические EE

Диоды — это полупроводниковые приборы. Термин «полупроводник» означает, что устройство работает по-разному в разных условиях.

Диод

В случае диода, если напряжение на нем от анода до катода слишком низкое или отрицательное, то он не проводит ток или, по крайней мере, не проводит большой ток. Когда напряжение достигает определенного порога, диод «включается», и он проводит почти как короткое замыкание. Во включенном состоянии напряжение на диоде практически не связано с током, протекающим через него. То есть напряжение остается близким к пороговому, независимо от того, сколько тока протекает.

Форма кривой тока напряжения диода

На рисунке выше показан график зависимости тока от напряжения для диода. В середине, где напряжение равно нулю, ток также равен нулю, и ток остается на нуле по мере увеличения напряжения до тех пор, пока напряжение не приближается к пороговому значению (Vd), в точке, в которой ток начинает течь, и дополнительный ток не сильно изменяет напряжение от Vd. Vd также называют прямым напряжением Vf диода.

Для отрицательного напряжения, означающего, что анод находится под более низким напряжением, чем катод, диод входит в обратную область, где небольшая величина тока утекает в обратном направлении (от катода к аноду).Когда напряжение становится более отрицательным, диод достигает порога обратного напряжения пробоя (Vbr). При Vbr ток начинает течь свободно, а напряжение остается на уровне Vbr. Для большинства диодов работа в этой области пробоя вызывает повреждение диода, и этого следует избегать. Исключением является стабилитрон, который предназначен для работы в этой области.

Диодные символы

Символы диодов

Основные характеристики диодов

  • Порог прямого напряжения (Vf) — порог напряжения для включения диода в прямом направлении.
  • Напряжение обратного пробоя (Vbr) — пороговое значение отрицательного (обратного) напряжения, при превышении которого диод входит в область пробоя.
  • Максимальный прямой ток — максимальный прямой ток, с которым диод может справиться, не перегреваясь. Нагрев вызван рассеиванием мощности, которая равна напряжению на диоде, умноженному на ток через диод. P = V * I. Обратите внимание, что, поскольку этот рейтинг связан с нагревом, он сильно зависит от того, как и где установлен диод (поток воздуха, близлежащие горячие устройства, радиатор и т. Д.).
  • Максимальный обратный ток — для стабилитронов максимальный обратный ток, с которым он может справиться до того, как станет слишком горячим.

Типы диодов

Диод общего назначения
  • Vf находится в диапазоне от 0,6 до 0,7 В.
  • Доступен широкий диапазон номинальных значений напряжения обратного пробоя.
  • Доступен широкий диапазон значений максимального прямого тока.
  • Доступны варианты монтажа на поверхность и в сквозное отверстие.
  • Часто используется в качестве барьера для предотвращения протекания тока в одном направлении

SMD диод

Сквозной диод

Диод Шоттки
  • Диоды Шоттки похожи на диоды общего назначения, за исключением того, что имеют более низкое прямое напряжение.
  • Vf в диапазоне от 0,15 до 0,45 В.
  • Переключение из выключенного состояния во включенное быстрее, чем у диодов общего назначения.
  • Часто используется в качестве фиксатора, чтобы удерживать напряжение одного сигнала в пределах 0,45 В от другого (например, фиксатор ESD).
  • Также часто используется в силовых приложениях для минимизации рассеиваемой мощности из-за более низкого прямого напряжения. P = V * I.
Стабилитрон
  • Предназначен для использования в режиме обратного пробоя. Но также работает как обычный диод в прямом направлении.
  • Доступен широкий выбор значений Vbr. Доступно все от 2,4 В до 1 кВ. Обратите внимание, что Vbr также часто называют напряжением Зенера.
    Обычно используется для ограничения напряжения некоторой сигнальной линии до определенного напряжения.
  • Также часто используются для фиксации ESD, поскольку они могут фиксировать как положительные, так и отрицательные выбросы напряжения.
  • Может использоваться для обеспечения постоянного напряжения питания. Например, если у вас доступно только 5 В, и у вас есть одна микросхема, которой нужно 3.3V, стабилитрон может быть хорошим решением. Но это решение довольно неэффективно, и напряжение не будет таким стабильным, как другие решения, такие как линейный регулятор, поэтому оно работает только тогда, когда нагрузке не требуется большой ток и она не чувствительна к изменению напряжения питания.
  • Доступны в формах для монтажа в сквозные отверстия или на поверхность и в том же разнообразии размеров корпуса, что и диоды общего назначения.
Светоизлучающий диод (LED)
  • Как и другие диоды, светодиоды рассеивают энергию в виде тепла, но они также излучают свет.
  • Длина волны излучаемого света обычно находится в узком диапазоне, что означает излучаемую узкую цветовую полосу. Цвет, излучаемый светодиодом, зависит от материала, из которого изготовлен светодиод, и доступны не все цвета. Помимо цветов в видимом спектре, доступны светодиоды инфракрасного и нетрафиолетового цветов. Светодиоды также могут быть заключены в цветной материал, который может изменять цвет излучаемого света.
  • Прямое напряжение светодиодов сильно различается и различается для каждого цвета.Vf может быть от 1 до 12 В.
  • При реализации светодиода обычно требуется включать его постоянным детерминированным током, поскольку его свечение определяется током, протекающим через него.
  • Очень эффективные источники света. Небольшая мощность дает много света.
  • Используется для освещения, индикации и связи. Под коммуникацией я не имею в виду быструю передачу больших объемов данных, как это можно сделать с помощью лазерного диода по оптоволоконным кабелям.Например, светодиод можно использовать для создания оптического прерывателя (оптического переключателя), где у вас есть светодиод с одной стороны слота и фототранзистор с другой стороны, а свет от светодиода включает фототранзистор, если он проходит. слот, или фототранзистор отключается, когда слот заблокирован.
  • Доступен с несколькими светодиодами в одной упаковке. Это могут быть разные цвета, например зеленый и красный, составляющие трехцветный светодиод (красный, зеленый и желтый, если включены оба).
  • Часто бывают линзы, которые фокусируют или расширяют угол обзора света.

Светодиоды в сквозных отверстиях

SMD светодиоды

Лазерные диоды
  • Лазерные диоды излучают лазерный свет, что означает свет, который находится в очень узком диапазоне длин волн и излучается с очень узким направленным разбросом.
  • Используется для оптоволоконной связи, считывания штрих-кодов, чтения и записи DVD, лазерной печати, хирургии и т. Д.
  • Как правило, вы не будете реализовывать дискретный лазерный диод, но купите модуль для конкретного приложения. Например, для оптоволоконной связи вы купите соответствующий оптоволоконный трансивер и внедрите его.
  • Кстати, у оптоволоконной связи есть очень приятные особенности. Каждая сторона оптоволоконного кабеля электрически изолирована друг от друга, и оптический сигнал, проходящий через кабель, не создает никаких электромагнитных помех (EMI) и невосприимчив к EMI от других источников. И оптический сигнал может быть действительно очень высокочастотным и может передаваться на очень-очень большие расстояния. Однако реализация оптоволоконных трансиверов на печатной плате довольно сложна.
  • Лазерные диоды имеют соответствующие правила безопасности и делятся на разные классы в зависимости от уровня или вреда, который они могут причинить.Продукты, содержащие лазеры, должны иметь предупреждающие надписи.

Приемопередатчик SFP

Лазерные диоды

Силовой диод
  • Силовые диоды предназначены для выдерживания больших токов и рассеивания большого количества тепла.
  • Используются в качестве выпрямителей, преобразующих переменный ток (AC) в постоянный (DC), используются как улавливающие диоды в импульсных преобразователях мощности DC: DC и используются для защиты питания от обратной полярности.
  • Доступны высокомощные версии диодов общего назначения, Шоттки и Зенера.
  • Диоды Шоттки часто используются в силовых приложениях, потому что более низкий Vf приводит к меньшему рассеянию мощности, что приводит к повышению эффективности и меньшему нагреву.
  • Из-за больших значений тока номинальные значения Vf выше для мощных версий диодов, и это важно учитывать. P = V * I.
  • Некоторые силовые диоды со сквозными отверстиями предназначены для подключения радиатора, а некоторые силовые диоды для поверхностного монтажа имеют тепловую заглушку (большую металлическую поверхность), которую можно подсоединять с помощью нескольких переходных отверстий к заземляющий слой печатной платы для распространения тепла.

TH Силовой диод

Силовой диод SMD

Вот видео о диодах от The Organic Chemistry Tutor на Youtube.

Далее: Транзисторы

Электронный транспортный механизм для диодов Шоттки, образованных шаблонами GaN в a-плоскости au / HVPE, выращенными посредством формирования наноточек GaN in situ

@article {d199137f5f9a40ceb9f8347e7b4e3997,

title = «Электронный транспортный механизм для диодов Шоттки a-HVP, сформированных au / HVPE-плоскостью Шаблоны GaN, выращенные с помощью формирования наноточек GaN in situ «,

аннотация =» Мы исследуем электрические характеристики контактов Шоттки для Au / гидридной эпитаксии из паровой фазы (HVPE) a-плоский шаблон GaN, выращенный путем образования наноточек GaN in situ.Хотя диоды Шоттки обладают отличными выпрямляющими характеристиками, их высота барьера Шоттки и коэффициент идеальности сильно зависят от колебаний температуры. Связь между высотой барьера, коэффициентом идеальности и обычным графиком Ричардсона показывает, что диоды Шоттки демонстрируют неоднородную высоту барьера, обусловленную интерфейсными состояниями между металлом и пленкой GaN в плоскости a, а также точечными дефектами внутри слоев GaN в плоскости a. выращены путем образования наноточек in situ.Кроме того, мы подтверждаем, что механизм переноса тока в GaN-диодах Шоттки HVPE a-плоскости, выращенных посредством формирования наноточек in situ, предпочитает модель термоэлектронной полевой эмиссии, а не модель термоэлектронной эмиссии (TE), что означает, что эмиссия Пула-Френкеля преобладает над механизмом проводимости над весь диапазон измеряемых температур. Результаты нестационарной спектроскопии глубоких уровней (DLTS) доказывают наличие невзаимодействующего туннелирования с помощью точечных дефектов, которое играет важную роль в транспортном механизме.Эти электрические характеристики показывают, что этот метод обладает большим преимуществом в производительности для различных приложений по сравнению с контактом Шоттки с a-плоскостью GaN, выращенным другими методами. Мы ожидаем, что GaN-диоды Шоттки с HVPE a-плоскостью, поддерживаемые формированием наноточек in situ, откроют дополнительные возможности для разработки неполярных высокопроизводительных устройств на основе GaN. »,

ключевые слова =« A-plane GaN, HVPE, Nanodot, Schottky диоды «,

author =» Мунсан Ли и Ву, {Ти Ким Оан} и Ли, {Кён Су} и Ким, {Ын Гю} и Сунгсу Парк «,

год =» 2018 «,

месяц = ​​июн. ,

день = «2»,

doi = «10.3390 / nano8060397 «,

language =» English «,

volume =» 8 «,

journal =» Nanomaterials «,

issn =» 2079-4991 «,

number =» 6 «,

}

Светоизлучающие диоды: становятся заметными в мире авиации

Все самолеты требуют освещения. Что касается освещения, мы наблюдаем тенденцию к тому, что в наши дни в самолетах используется больше светодиодов. Как работают светодиоды и что делает их такими привлекательными для владельцев / операторов? Это некоторые из вещей, которые мы рассмотрим в этой статье, а также рекомендации по обслуживанию, которые следует учитывать при работе с этими осветительными приборами.

Светодиодная стрела

Примерно 12 лет назад использование светодиодов в самолетах было очень ограниченным. Основная причина заключалась в том, что до этого не было белых светодиодов. Все изменилось в 1993 году, когда Сюдзи Накамура, исследователь из Nichia Chemical Industries в Японии, изобрел синий светодиод, а вскоре и белый светодиод.

С развитием белых светодиодов мы начали наблюдать расширение использования светодиодов в авиации, но этот рост был немного медленным.Еще пять лет назад светодиоды были в некоторой степени новинкой в ​​авиации с ограниченным использованием. Тогда вы могли видеть несколько светодиодных осветительных приборов — в основном лампы для чтения и потолочные светильники. В настоящее время светодиоды широко используются в авиации. Они продолжают увеличивать долю рынка, с каждым годом представляя все больше и больше светодиодных осветительных приборов. От навигационных огней и сигнальных огней до светодиодных лент, заменяющих люминесцентные лампы, владельцу / оператору доступно гораздо больше вариантов.

Как они работают

Проще говоря, как следует из названия, светодиоды — это диоды, излучающие свет.Они являются полупроводниками и работают, как другие диоды, в том смысле, что ток может течь через них только в одном направлении. В отличие от ламп накаливания и люминесцентных ламп, которые создают свет в вакууме, светодиоды являются твердотельными лампами. Они излучают свет, когда ток проходит через слои их полупроводникового материала. В отличие от ламп накаливания, которые посылают электричество по тонкому проводу, заставляя их генерировать лучистое тепло, когда они излучают свет, светодиоды освещаются движением электронов внутри полупроводникового материала.

Почему все такие шумихи?

У светодиодных фонарей есть несколько преимуществ. Во-первых, по сравнению с лампами накаливания светодиоды могут показаться практически неразрушимыми. Поскольку они являются твердотельными лампами, они не подвержены разбитию стекла или обрыву нитей. Это делает их более устойчивыми к вибрации и ударам самолета.

Светодиоды также работают холоднее, чем лампы накаливания. Свет, создаваемый светодиодами, создается за счет электрического потока через диод, а не за счет нагрева тонкой нити накала.Таким образом, излучаемого тепла вырабатывается меньше, чем от ламп накаливания.

Светодиоды также более энергоэффективны. Они потребляют меньше энергии отчасти потому, что энергия не тратится впустую из-за теплового излучения. Светодиоды потребляют примерно 10 процентов тока, потребляемого обычными лампами, при той же светоотдаче.

Еще одно преимущество светодиодов — их долгий срок службы. Светодиоды могут иметь срок службы до 100 000 часов, что делает их привлекательными для использования в труднодоступных местах.

Еще одно преимущество светодиодов — это их цветовая гамма. В отличие от других источников света, которые должны использовать тонирование или фильтры для создания световых эффектов, светодиоды могут быть изготовлены в различных цветовых конфигурациях, изменив их химический состав. Это обеспечивает большую гибкость при проектировании внутреннего освещения.

Используется в самолетах

Светодиоды используются во многих самолетах. Такие компании, как B / E Aerospace, EMTEQ и Whelen, с каждым годом предлагают все больше и больше продуктов, в которых используются светодиоды.Примеры включают струю воды вверх / вниз, лампы для чтения, подсветку приборов, аварийное освещение и даже указатели положения (навигационные и сигнальные огни). Некоторые светящиеся приборные панели теперь включают светодиоды.

Один интересный продукт, о котором я недавно узнал, — это светодиодный продукт, который был разработан для замены люминесцентных ламп. Он производится на заводе EMTEQ в Маскего, штат Висконсин, в качестве замены люминесцентным лампам (используется в системах с восходящей / нисходящей струей в Boeing 747).

Рекомендации по техническому обслуживанию

Поскольку светодиодные фонари рекламируются как выносливые, механики могут быть склонны полагать, что при работе с ними не нужно учитывать какие-либо соображения по обслуживанию. Но нужно помнить о нескольких вещах.

Вероятно, наиболее важным фактором, который следует учитывать при работе со светодиодными лампами, является то, что для светодиодов важна правильная полярность. Светодиоды имеют анодную и катодную стороны, как и обычные диоды, и для работы их необходимо правильно установить.При замене светодиода необходимо соблюдать полярность. Сторона анода установлена ​​к плюсу, а катод — к минусу.

Есть несколько способов определить полярность заменяемого светодиода:

  1. Найдите линию в металле внутри светодиода (это может быть трудно увидеть). Эта линия находится ближе всего к анодной стороне светодиода.
  2. Найдите плоское пятно на краю светодиода. Это плоское пятно находится на катоде.
  3. Посмотрите на длину проводов.Вынимая светодиод из упаковки, можно заметить, что провода имеют разную длину. Более длинный вывод — это сторона анода, а тем короче — катод.

В некоторых случаях может потребоваться отрегулировать направление света. Это связано с тем, что, в отличие от ламп накаливания или люминесцентных ламп, светодиоды имеют тенденцию ограничиваться в области фокусировки света. Например, в случае замены люминесцентных ламп светодиодным продуктом EMTEQ важно направление установки. «Вам необходимо убедиться, что свет расположен под оптимальным углом», — объясняет Бет Макгоуэн из EMTEQ.Речь идет о повороте полосы так, чтобы свет фокусировался на той области, где требуется освещение.

Недостатки

Ни один продукт не идеален, и у светодиодов есть некоторые недостатки, которые следует учитывать. Во-первых, цена. Хотя цена на светодиоды снижается по мере того, как производится больше продукции (как и в случае любой новой технологии), в настоящее время светодиодные лампы значительно дороже других «традиционных» осветительных приборов. Для некоторых это может быть ограничивающим фактором, чтобы не устанавливать светодиодные фонари на свои самолеты.Но следует учитывать общую стоимость эксплуатации, а не только первоначальную стоимость покупки.

Еще один недостаток светодиодов — их затемнение со временем. К концу своего жизненного цикла светодиоды теряют часть своей яркости. Эта проблема усугубляется, если светодиоды эксплуатируются при температурах, превышающих их расчетные характеристики.

Еще одно соображение при рассмотрении светодиодов — это их светоотдача. Хотя белый светодиод ярче, чем обычная лампа накаливания такого же размера, он не такой яркий, как криптоновая или ксеноновая лампа с высокой выходной мощностью.Это может быть фактором, когда требуется яркий свет.

Другие приложения?

Есть и другие применения в ангаре, где светодиодные фонари вторгаются. Одним из примеров является рабочее освещение, такое как фонарики. Ультрафиолетовые светодиодные лампы также были разработаны для использования в инспекциях на проникновение красителей. Основное преимущество светодиодных инспекционных ламп заключается в том, что лампы твердотельные и более долговечные, чем лампы накаливания. Как обсуждалось ранее, недостатком является то, что светоотдача меньше, чем у ксеноновых или криптоновых ламп.

Это был учебник по светодиодным светильникам. Вооружившись информацией о светодиодных лампах, вы сможете лучше рассказать своим клиентам о преимуществах и недостатках этих новых продуктов. AMT

NUP4114 — Диод защиты от электростатических разрядов

% PDF-1.4
%
1 0 obj
>
эндобдж
5 0 obj
>
эндобдж
2 0 obj
>
эндобдж
3 0 obj
>
эндобдж
4 0 obj
>
поток
Acrobat Distiller 19.0 (Windows) BroadVision, Inc.2019-07-03T07: 25: 18 + 02: 002019-07-03T07: 24: 04 + 02: 002019-07-03T07: 25: 18 + 02: 00application / pdf

  • NUP4114 — Диод защиты от электростатического разряда
  • zbj7ng
  • Диодная матрица для защиты от электростатического разряда NUP4114 предназначена для защиты высокоскоростных линий передачи данных от электростатического разряда.Сверхнизкая емкость и высокий уровень защиты от электростатического разряда делают эти устройства хорошо подходящими для использования в высокоскоростных приложениях USB 2.0.
  • uuid: 8c606684-b1af-45a7-aab5-509a43123277 uuid: 7c4f390e-bc98-45e1-afb2-2910d47cb003

    конечный поток
    эндобдж
    6 0 obj
    >
    эндобдж
    7 0 объект
    >
    эндобдж
    8 0 объект
    >
    эндобдж
    9 0 объект
    >
    эндобдж
    10 0 obj
    >
    эндобдж
    11 0 объект
    >
    эндобдж
    12 0 объект
    >
    эндобдж
    13 0 объект
    >
    эндобдж
    14 0 объект
    >
    эндобдж
    15 0 объект
    >
    эндобдж
    16 0 объект
    >
    эндобдж
    17 0 объект
    >
    эндобдж
    18 0 объект
    >
    эндобдж
    19 0 объект
    >
    эндобдж
    20 0 объект
    >
    эндобдж
    21 0 объект
    >
    эндобдж
    22 0 объект
    >
    эндобдж
    23 0 объект
    >
    эндобдж
    24 0 объект
    >
    эндобдж
    25 0 объект
    >
    эндобдж
    26 0 объект
    >
    поток
    HW] SJG ~ wàh7U`Zr-ndɱ 尼 O? Ȁ + 3gN YP ‘! \ O¸sx60YMh
    QLT $ @ (b # bJ45Fyg4R> t «R5LN;! Lpdy $ JaC F4x99YYEs ݢ g \ ^

    Почему вы должны использовать обратный диод в реле для предотвращения электрических шумов | Блог о проектировании печатных плат

    Altium Designer

    | & nbsp Создано: 8 сентября 2017 г.
    & nbsp | & nbsp

    Обновлено: 25 ноября 2020 г.

    Инженеры иногда склонны чрезмерно усложнять проблему вместо того, чтобы сосредоточиться на простых логических решениях.Например, у моего друга сломался мотоцикл, и он часами проверял аккумулятор, карбюратор и электрическую систему. Оказывается, все это было сделано зря. Мы были очень удивлены, узнав, что этот беспредел был вызван неисправным индикатором уровня топлива, из-за которого его топливный бак пуст.

    В электронике то, что может показаться большой проблемой, иногда можно легко решить. Например, при разработке печатных плат с механическими реле вы можете избежать больших скачков напряжения и обеспечить подавление релейного шума, добавив в схему обратный диод.Однако, если вы установили обратный диод на реле для защиты от обратного хода, а ваш контроллер все еще продолжает сбрасывать, вам может потребоваться рассмотреть другие источники электрического шума. Как и в случае с мотоциклом моего друга, часто эти источники скрыты у всех на виду и могут быть решены с помощью тех же методов снижения шума, которые вы применили к своей конструкции. Вот почему и как вы можете использовать обратный диод для уменьшения электромагнитных помех в ваших реле, и что вам следует учитывать, если ваша конструкция является частью более крупной системы.

    Что такое обратный диод и зачем он нужен

    Если вы создавали печатные платы с механическими реле, то, вероятно, слышали о обратном диоде. Обратный диод или обратный диод устанавливается с обратной полярностью от источника питания и параллельно катушке индуктивности реле. Использование диода в релейной цепи предотвращает возникновение огромных скачков напряжения при отключении питания. Обратный диод иногда называют диодом маховика, обратным диодом, релейным диодом или демпфирующим диодом, поскольку обратный диод представляет собой тип демпфирующей цепи.

    Зачем вставлять диод в катушку реле?

    Когда к реле подключен источник питания, напряжение на катушке индуктивности нарастает до уровня, соответствующего источнику питания. Скорость, с которой может изменяться ток в катушке индуктивности, ограничена ее постоянной времени. В этом случае время, необходимое для минимизации протекания тока через катушку, больше, чем время, необходимое для отключения источника питания. При отключении индуктивная нагрузка в катушке меняет полярность, пытаясь поддерживать ток в соответствии с кривой рассеяния (т.е.е.,% от максимального протекания тока по времени). Это вызывает образование огромного потенциала напряжения на открытых соединениях компонента, который управляет реле.

    Это нарастающее напряжение называется обратным напряжением. Это может привести к возникновению электрической дуги и повреждению компонентов, управляющих реле. Он также может создавать электрические помехи, которые могут возникать в соседних сигналах или соединениях питания и вызывать сбой или сброс микроконтроллеров. Если у вас есть панель управления электроникой, которая сбрасывается каждый раз, когда реле обесточивается, вполне возможно, что у вас проблема с обратным напряжением.

    Чтобы решить эту проблему, к источнику питания подключен диод с обратной полярностью. Размещение диода через катушку реле пропускает обратное электромагнитное поле и его ток через диод, когда реле находится под напряжением, поскольку обратная ЭДС приводит в действие диод защиты обратного хода в прямом смещении. Когда источник питания отключен, полярность напряжения на катушке инвертируется, и между катушкой реле и защитным диодом образуется токовая петля; диод снова становится смещенным в прямом направлении. Обратный диод позволяет току проходить с минимальным сопротивлением и предотвращает накопление обратного напряжения, отсюда и название обратного диода.


    Крошечные обратные диоды предотвращают повреждение компонентов большим обратным напряжением.

    Проводка обратного диода для шумоподавления реле

    Установка обратного диода защиты довольно проста; он должен быть размещен прямо поперек катушки реле. Схема диода свободного хода в реле показана ниже. На этой схеме резистор R, параллельный проводке обратного диода, представляет собственное сопротивление катушки постоянному току.


    Подключение обратного диода в цепи реле.

    Обратите внимание, что размещение диода не предотвращает передачу скачка напряжения на некоторую выходную нагрузку. Вместо этого он обеспечивает путь с низким сопротивлением, который перенаправляет ток, поэтому скачки напряжения на выходной нагрузке будут намного ниже. Использование простого диода 1N4007 достаточно для подавления больших скачков напряжения в реле 24 В постоянного тока со схемой диодной защиты.

    Путь тока в диоде зависит от того, замкнут или разомкнут переключатель в реле.Когда переключатель изначально замкнут, нагрузка индуктора генерирует обратное электромагнитное поле в качестве переходной характеристики, и напряжение медленно повышается до значения напряжения питания. После размыкания переключателя обратное электромагнитное поле, создаваемое индуктором, переключает направление и указывает на землю, создавая переходный отклик, который медленно затухает. Благодаря петле с низким сопротивлением, создаваемой свободно вращающимся диодом при прямом смещении, ток отклоняется через диод, а не создает большой скачок напряжения в другом месте цепи.

    Ток, протекающий через проводку обратного диода в цепи реле.

    Как электрический шум может мешать работе вашей электроники, несмотря на бортовые обратные диоды

    Вы могли подумать, что размещение обратных диодов в цепи реле решит все ваши проблемы с электрическими шумами. Это то, во что я верил, пока не столкнулся с ошеломляющей проблемой, когда контроллер влажности, который я разработал, постоянно сбрасывался. И это несмотря на то, что я использовал каждое реле со схемой диодной защиты.

    Регулятор влажности был подключен к внешним механическим реле, управляющим промышленными нагревательными элементами. Этот рутинный проект превратился в охоту на ведьм, из-за которой контроллер перезагружался. Когда у вас есть десятки похожих настроек, демонстрирующих одни и те же симптомы, легко предположить, что вы испортили дизайн продукта.

    После нескольких часов испытаний различных источников питания, кабелей, методов заземления и фольги для защиты от электромагнитных помех (EMI) меня, наконец, осенило, что, возможно, причиной проблемы были внешние механические реле.Верно моему подозрению, ни одно из внешних реле, установленных третьей стороной, не имело схемы обратного диода, подключенной параллельно их катушкам индуктивности. Возникающие в результате обратные напряжения вызвали электрические помехи по соединительному кабелю и контроллеру влажности, что привело к перезагрузке системы.

    Хотя у вас есть небольшой контроль над электрическими установками, выполняемыми третьей стороной, нет оправдания несоблюдению передовых методов с обратными диодами на вашей печатной плате. Для начала вам нужно убедиться, что соответствующий прямой ток свободно вращающегося диода больше, чем у катушки, когда она приводится в прямое смещение электромагнитным полем катушки.Также выберите обратный диод, обратное напряжение которого выше номинального напряжения катушки.


    Отсутствие обратного диода может стать вашим электрическим кошмаром.

    В своей практике я размещаю обратные диоды как можно ближе к реле. Типичный диод 1N4007 хорошо подходит для большинства приложений и избавляет меня от проблемы создания отпечатков вручную. Более того, наличие хорошего программного обеспечения для ведомости материалов, такого как инструмент управления Altium Designer, упрощает управление их жизненным циклом и доступностью.Это особенно полезно, когда я переделываю старые проекты.

    Есть вопрос по обратным диодам? Свяжитесь со специалистом Altium Designer.

    Ознакомьтесь с Altium Designer в действии …

    Мощный дизайн печатной платы

    Определение компонентов цепи и возбуждений — Определение компонентов цепи и возбуждений

    Перейти к концу метаданных

    Перейти к началу метаданных

    В этом разделе вы узнаете о:

    • Добавление пассивных и активных элементов схемы в ваш проект EMPro
    • Другие возбуждения, которые вы можете включить, например плоские волны и гауссовы лучи

    В этом разделе рассматриваются шаги, связанные с созданием и определением допустимых компонентов и возбуждений в проекте EMPro.

    Компоненты схемы

    представляют собой дискретные компоненты, которые можно использовать практически в любом месте проблемного пространства. Примеры включают резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, источники напряжения, источники тока, переключатели и диоды. Определения, связанные с этими компонентами, определены в редакторе определений компонентов цепи.

    В EMPro есть три основных формы возбуждения входа. Первый тип возбуждения может применяться в одном или нескольких дискретных местах с источником напряжения или тока.Второе и третье возбуждения применяются извне в виде падающих плоских волн для расчета рассеяния или гауссовых пучков для расчета оптической частоты. Редактор внешнего возбуждения управляет возбуждением как плоской волной, так и гауссовым пучком.

    Редактор формы волны управляет изменением во времени всех трех типов возбуждений. Форма волны может быть определена как импульс для широкополосных вычислений, синусоидальный источник или форма волны, определяемая пользователем. Определение формы волны должно быть применено к определенному возбуждению, чтобы оно было действительным.

    В следующих четырех разделах описаны различные аспекты создания и определения компонентов и возбуждений.

    В этом разделе будут задокументированы возможности инструментов компонентов, которые находятся в первом раскрывающемся меню в окне рабочей области геометрии. Диалоговое окно Component Tools позволяет пользователям добавлять дискретные компоненты в проект EMPro. Эти дискретные компоненты включают источники напряжения, источники тока, питающие элементы, сосредоточенные резисторы (R), конденсаторы (C), катушки индуктивности (L), диоды, нелинейные конденсаторы и переключатели.Дискретные источники (такие как источники напряжения и тока) — это места, в которых электрическое поле изменяется путем добавления некоторого типа входной формы волны.

    Каждый компонент схемы имеет свой собственный набор определений (например, пространственную ориентацию, полярность, выравнивание), которые включаются в диалоговое окно «Компоненты схемы». Такие определения, как сопротивление, индуктивность, емкость и т. Д., Указаны в редакторе определений компонентов схемы, поэтому при необходимости их можно повторно использовать для нескольких компонентов.Чтобы получить доступ к этому редактору, перейдите к ветви Definitions: Circuit Component Definitions в дереве проекта и дважды щелкните объект Circuit Component Definition компонента.

    На следующем рисунке показаны различные компоненты, доступные в диалоговом окне «Компоненты схемы».

    Добавление нового компонента с помощью инструментов для работы с компонентами

    Добавление нового компонента

    После того, как «Компоненты схемы» появятся в первой раскрывающейся кнопке окна рабочего пространства «Геометрия», при нажатии «Создать с новым» появится раскрывающееся меню.В это меню входят:

    • Пассивная нагрузка
    • Корм ​​
    • Переключатель
    • Нелинейный конденсатор
    • Диод

    Выбор любого из этих компонентов вызовет аналогичную серию инструментов для размещения желаемого компонента в пространстве моделирования. В следующих разделах подробно описаны определения, связанные с этими инструментами.

    Для получения дополнительной информации о любом из этих дискретных источников см. Редактор определения компонентов схемы.

    Компоненты схемы

    также можно добавить, щелкнув правой кнопкой мыши в дереве проекта, как показано ниже.

    Доступ к диалоговому окну Component Tools из дерева проекта

    Вкладка Подключения

    При выборе одного из новых меню New Circuit Components … появляются две вкладки. На вкладке Connections вы можете легко указать расположение компонента, используя существующие точки вершин объекта. Один определяет компоненты схемы в твердом пространстве (подключенном к e.грамм. два объекта), а не в пространстве меша. Фактический компонент, однако, может охватывать только одну ячейку сетки и должен адаптироваться к изменению плотности сетки, локальной для определения компонента. Эта ячейка сетки всегда находится в середине подачи, как определено в сплошном пространстве. Другие ячейки между двумя конечными точками, определенными на этой вкладке, автоматически заполняются проводом PEC. Для многих приложений, например, при питании монополя у его основания, необходимо убедиться, что подача начинается точно в первой ячейке сетки от конечной точки проволоки.Этого можно достичь, сделав подачу твердого тела короче или равной размеру одной ячейки сетки и прикрепив одну конечную точку к вершине проволоки.

    Можно использовать инструмент размещения (значок белой стрелки), чтобы легко выделять точки вершин из разных объектов. Обязательно прочтите всплывающие подсказки. Например, если провод прикреплен к верхней части прямоугольного объекта, вы можете щелкнуть этот значок, затем навести указатель мыши на провод, пока не будут выделены его края и точки вершин, а затем щелкнуть «l» (нижний регистр L), чтобы временно разблокируйте его, чтобы можно было привязать нижнюю вершину.

    Вкладка «Свойства»

    На вкладке «Свойства» задаются имя компонента, выравнивание и полярность. Компонент (ы) можно выровнять по осям X, Y или Z, выбрав X, Y или Z соответственно. В противном случае автоматический выбор по умолчанию автоматически выровняет компонент на основе конечной точки 1 и конечной точки 2, определенных на вкладке «Подключения».

    Можно установить флажок This Component Is A Port, чтобы назначить компонент как порт. Если этот флажок установлен, EMPro автоматически добавит датчик порта в этом месте.

    Можно установить флажок «Равномерно распределить в ортогональных направлениях», чтобы обеспечить правильное создание сетки в области вокруг компонентов. Этот вариант следует выбирать, за исключением особых случаев.

    Примечание

    Имейте в виду, что порт, содержащий только пассивные компоненты, не может быть активным портом. Сосредоточенные реактивные элементы не должны использоваться в спецификации активного порта.

    Для получения дополнительной информации о датчиках портов и данных, которые они собирают, см. Инструменты датчиков Датчики портов.

    На рисунке ниже показана вкладка «Свойства» для редактирования канала.

    Редактирование свойств компонента

    Если компонент добавлен до того, как он будет определен в редакторе определения компонентов цепи, будет создано определение по умолчанию, чтобы компонент был действительным. Просто дважды щелкните это определение по умолчанию в ветви «Определения» дерева проекта, чтобы изменить его свойства. Аналогичным образом, если компоненту требуется определение формы сигнала, в эту ветвь будет добавлено определение по умолчанию.

    Добавление компонента с использованием существующего определения

    Выпадающее меню «Создать с помощью» действует аналогично раскрывающемуся меню «Создать с новым», описанному выше, за исключением того, что уже существующее определение компонента применяется к добавляемому компоненту. По этой причине меню «Создать с помощью» неактивно до тех пор, пока определение компонента не будет создано в диалоговом окне «Создать с новым». Таким образом, это список всех ранее существовавших определений компонентов, которые уже были добавлены в проект.Это меню упрощает добавление идентичных компонентов в проект.

    Редактор определения компонентов цепи

    Редактор определения компонентов схемы используется для определения параметров, связанных с дискретными компонентами. В этом окне определены такие компоненты, как источники напряжения, источники тока, питающие элементы, сосредоточенные резисторы (R), конденсаторы (C), катушки индуктивности (L), диоды, нелинейные конденсаторы и переключатели.

    Важно понимать назначение интерфейса компонентов схемы по сравнению с редактором определения компонентов схемы.Первый помещает физический компонент в проект (и создает объект в дереве проекта, который представляет фактический компонент), а второй создает объект определения компонента схемы для параметров этого компонента (или компонентов), который может использоваться поверх и снова, сбросив его на несколько компонентов.

    Доступ к редактору определений компонентов цепи можно получить, дважды щелкнув любой объект в разделе Определения: Определения компонентов цепи Дерева проекта.Интерфейс, показанный на рисунке ниже, представляет собой образец настройки фида. Обратите внимание, что Тип компонента определяет диаграмму в редакторе.

    Редактор определения компонентов схемы

    Пассивная нагрузка

    Если требуется компонент без источника, пользователь может создать его, выбрав «Пассивная нагрузка». К пассивным компонентам относятся резисторы с сосредоточенными параметрами (R), катушки индуктивности (L) и конденсаторы (C). Пассивный компонент — это тот, который не добавляет энергии проблемному пространству.

    Пассивные нагрузки могут быть объединены в одном месте с одним активным компонентом, таким как источник напряжения или тока. Поскольку пассивные сосредоточенные нагрузки не излучают энергию, они могут быть добавлены к расчету при выборе возбуждения либо плоской волны, либо гауссова пучка.

    Дополнительные сведения об этих возбуждениях см. В редакторе внешнего возбуждения.

    Элементы RLC, сосредоточенные в местах расположения компонентов, можно комбинировать друг с другом последовательно или параллельно.Для пассивных компонентов, используемых с источником напряжения или тока, компоненты RLC будут включены последовательно с источником напряжения или параллельно с источником тока. Варианты «Последовательный» и «Параллельный» относятся только к тому, как компоненты RLC комбинируются друг с другом. Для комбинации последовательной нагрузки все элементы схемы с сосредоточенными параметрами включены последовательно и расположены на одном крае сетки FDTD. При параллельной комбинации нагрузок все элементы схемы с сосредоточенными параметрами параллельны и расположены на одном крае сетки FDTD.Выбранная конфигурация схематично отображается в этом окне.

    Ниже показан пример настройки пассивной нагрузки в редакторе определения компонентов цепи.

    Редактирование нагрузки в редакторе определения компонентов цепи

    Смещение токовых элементов и сосредоточенных элементов

    Есть физические ограничения на приближение сосредоточенных элементов в FDTD. Каждая ячейка сетки FDTD включает в себя объем свободного пространства. Этот объем свободного пространства имеет емкость, и через него течет ток смещения.Если указан RLC-элемент с сосредоточенными параметрами, что приводит к высокому импедансу, ток смещения свободного пространства может быть значительным по сравнению с током через сосредоточенные элементы в EMPro. В этой ситуации, если пренебречь током смещения, результат будет нефизическим, и уравнения Максвелла не могут быть выполнены. Таким образом, для расчетов сосредоточенных элементов в EMPro, ток смещения включен, даже если соответствующая емкость ячейки сетки не указана на схеме порта.

    Чтобы определить относительную значимость тока смещения, можно рассчитать емкость ячейки FDTD-сетки. Для компонента с направленным направлением емкость ячейки определяется как
    , где
    , и являются размерами ячейки сетки и диэлектрической проницаемостью материала в этом месте ячейки, обычно в свободном пространстве, 8.854e-12.

    Это обсуждается на странице 192 книги Kunz and Luebbers FDTD.

    Пока импеданс этого конденсатора ячейки сетки велик по сравнению с импедансом цепи RLC-элемента с сосредоточенными параметрами, его включение в расчет EMPro оказывает незначительное влияние.Если схема RLC с сосредоточенными элементами имеет импеданс, сравнимый или больший, чем емкость ячейки ячейки, то включение этой емкости сохраняет результат стабильным и физически правильным.

    Для расчета импедансов следует использовать частоту, соответствующую частоте синусоидальной волны или самой высокой интересующей частоте в спектре формы волны возбуждения.

    Точно так же индуктивность с сосредоточенными параметрами не должна быть меньше индуктивности ячейки FDTD, определяемой выражением, где — проницаемость этой точки в пространстве, а — длина ячейки ячейки в направлении индуктора.

    Корм ​​

    Активный источник или Feed обычно относится к активному компоненту вместе с любыми пассивными компонентами, которые находятся на одном краю ячейки. Активный компонент — это край ячейки, на котором электрическое поле изменяется путем добавления некоторого типа входной формы волны. Источники напряжения и тока являются активными компонентами.

    Если включен источник напряжения или тока, можно указать амплитуду входного сигнала, а также полярность. Фаза источника может быть указана, если форма входного сигнала является синусоидой, в противном случае эта опция будет недоступна.

    Примечание

    Для всех характеристик источников напряжения и тока указанные амплитуды являются пиковыми значениями, а не среднеквадратичными значениями.

    Временная задержка также может быть указана для источников напряжения и тока, когда используются сигналы Гаусса, производной Гаусса или модулированного гауссова сигнала. Временная задержка указывается в шагах по времени и применяется к началу сигнала источника. Например, если для данного порта источника указана временная задержка в 200 временных шагов, входной сигнал на этом порте начнется на 200 временных шагов позже, чем заданная форма сигнала.Эта функция позволяет применять любое количество гауссовых возбуждений в разное время на протяжении моделирования.

    Напряжение на краю сетки FDTD (электрическое поле, умноженное на длину края) и ток края сетки FDTD включают эффекты как компонентов RLC на этом крае сетки, так и источника напряжения / тока. Источник напряжения, включенный последовательно с сопротивлением источника, показан ниже. Напряжение на краю ячейки FDTD определяется источником напряжения в сочетании с сопротивлением источника, так что напряжение края ячейки отличается от напряжения источника падением напряжения на сопротивлении источника.

    Схема питания, включая напряжение на краю сетки FDTD, В, и ток, I

    Несколько источников напряжения и / или тока

    Для расчетов с несколькими источниками напряжения и / или тока, такими как антенные решетки или многопортовые вычисления S-параметров, можно указать несколько источников питания. Они указываются в окне рабочего пространства Simulations перед запуском расчета.

    Примечание

    Для получения дополнительной информации о настройке моделирования S-параметров см. Раздел «Настройка моделирования S-параметров».

    Для расчетов антенны все фидеры обычно возбуждаются. Однако для расчетов S-параметров только один канал может быть активирован для конкретного расчета EMPro. Для широкополосных сигналов каждая функция источника должна иметь одинаковую ширину импульса, но может иметь разные амплитуды. В качестве альтернативы, все они могут использовать один и тот же предоставленный пользователем файл зависимости напряжения от времени. Полярность можно отрегулировать, щелкнув нужную кнопку. Это может быть полезно для управления знаком фазовых членов в расчетах S-параметров.Для каждого питания могут быть указаны независимые сопротивления источника. Для синусоидального возбуждения каждое питание может быть задано с разной величиной и фазой.

    Определение сопротивления источника

    Для большинства расчетов EMPro активные источники будут состоять из источника напряжения с последовательным сопротивлением источника. Это конфигурация каналов по умолчанию. Значение по умолчанию для сопротивления источника равно, поскольку оно является наиболее распространенным эталоном. Если выполняется расчет S-параметра, S-параметры будут относиться к сопротивлению порта.

    Note

    S-параметры можно рассчитать для любого эталонного импеданса, изменив значение сопротивления на каждом порте.

    Если значение сопротивления источника не определяется желаемым заданием S-параметра, то для большинства расчетов сопротивление источника следует выбирать в соответствии с приводимой конструкцией. Это сильно возбудит структуру, а также наиболее эффективно рассеивает резонансы. Например, для микрополосковой полосы с характеристическим сопротивлением сопротивление источника обычно будет хорошим выбором.

    Для расчетов антенн определение хорошего приближения к фактическому фидеру антенны не всегда просто. Многие антенны питаются по коаксиальному кабелю. Для большинства расчетов EMPro сам коаксиальный кабель не нуждается в сетке, поскольку он используется только для питания антенны, а поля внутри него не представляют особого интереса. Самый простой подход к моделированию этого — расположить порт на одной линии с центральным проводником коаксиального кабеля, где кабель подсоединяется к антенне. Тогда импеданс, рассчитанный EMPro, будет в этой точке антенны.

    Примечание

    Сопротивление порта обычно должно быть установлено равным характеристическому сопротивлению коаксиального кабеля, используемого для питания физической антенны. Это автоматически отнесет S-параметры к этому значению сопротивления.

    Для широкополосных расчетов, чтобы уменьшить количество временных шагов, необходимых для рассеивания переходных процессов, включите сопротивление источника, равное характеристическому импедансу коаксиального кабеля. Это похоже на управление реальной схемой или антенной с использованием согласованного источника.

    В некоторых ситуациях желательно согласовать источник напряжения или тока с реактивной нагрузкой. В этой ситуации можно использовать возможности RLC компонентов EMPro.

    Если для расчета важен коаксиальный кабель или другая геометрия подачи, можно использовать EMPro для зацепления самого кабеля. В этой ситуации важно определить характеристическое сопротивление коаксиального кабеля как зацепленного и согласовать сопротивление порта с характеристическим сопротивлением.

    Еще одним важным преимуществом включения сопротивления источника является уменьшение количества временных шагов FDTD, необходимых для сходимости электромагнитных расчетов.Это особенно важно для резонансных устройств, таких как многие антенны и микрополосковые схемы. С «жестким» источником, состоящим из источника напряжения без последовательного сопротивления, резонансной микрополосковой антенне может потребоваться 64000 временных шагов для рассеяния переходных процессов. Добавление сопротивления источника может уменьшить это до 4000 временных шагов. Подобная экономия времени может быть получена для микроволновых схем.

    Диод

    Диод можно определить, указав следующее:

    • Ток насыщения ()
    • Соединительный потенциал ()
    • Разрядная емкость при нулевом смещении ()
    • сумма времени прохождения () для дырок и электронов
    • Коэффициент выбросов ()
    • Коэффициент градации стыка ()
    • Прямой коэффициент (), который определяет, когда соединение сильно смещено вперед

    Для обеспечения стабильности напряжение, подаваемое на диод, не должно превышать 15 вольт.

    Примечание

    Дополнительную информацию о конструкции диода FDTD можно найти в библиографии.

    На рисунке ниже показано диалоговое окно редактирования диода в редакторе определения компонентов схемы.

    Редактирование диода в редакторе определения компонентов схемы

    Нелинейный конденсатор

    Нелинейный конденсатор содержит параметры, которые соответствуют следующему уравнению:

    где:

    — мгновенная граничная емкость ячейки

    — мгновенное напряжение на границе ячейки

    — статическая (малая) емкость

    — бесконечная емкость

    — величина напряжения

    — напряжение масштабирования

    , а — коэффициенты

    • Нелинейный конденсатор можно комбинировать с параллельным резистором.

    На следующем рисунке показано диалоговое окно редактирования нелинейного конденсатора в редакторе определения компонентов схемы.

    Редактирование нелинейного конденсатора в редакторе определения компонентов схемы

    Переключатель

    Особенностью EMPro является его способность включать в себя программируемые и программируемые компоненты Switch. Это позволяет изменять конфигурацию геометрии во время расчета. В геометрию можно ввести любое количество переключателей, причем каждый переключатель указывается как отдельный компонент.Состояния переключателя можно изменить только один раз во время расчета.

    Может быть указано начальное состояние переключателя, разомкнутого или замкнутого, а также временной шаг, на котором начинается действие переключения. Действие переключения распространяется на переменное количество временных шагов, чтобы уменьшить переходные процессы переключения. Переход переключения должен иметь порядка 60 временных шагов.

    Чтобы определить свойства переключателя, выберите Open или Closed, чтобы определить начальное состояние переключателя в редакторе определения компонентов цепи.Щелкните | + | , чтобы добавить переход и определить время начала, продолжительность и тип перехода переключателя, дважды щелкнув значения по умолчанию, представленные на диаграмме в редакторе.

    На следующем рисунке показано диалоговое окно редактирования переключателя с несколькими переходами в редакторе определения компонентов схемы.

    Редактирование переключателя в редакторе определения компонентов цепи

    Переключатель может быть запрограммирован так, чтобы разрешить множественные переходы открытия / закрытия во время моделирования путем добавления последующих записей к этому начальному определению.Переход переключения состоит из временного шага, на котором переключатель будет активирован, и продолжительности (в временных шагах), когда будет применяться функция переключения по Гауссу. Просто нажмите кнопку, расположенную над диаграммой определений, чтобы добавить один или несколько переходов переключателя и определить время начала и продолжительность перехода. Тип перехода будет автоматически сгенерирован в зависимости от времени начала каждого перехода. Кроме того, кнопка «Сортировка» автоматически отсортирует переход от самого раннего к последнему состоянию.

    Во время переключения переключателя электрическое поле в переключателе изменяется от значения разомкнутого переключателя до нуля в замкнутом состоянии (или наоборот) в соответствии с функцией Гаусса. Этот метод обеспечивает стабильность расчета EMPro. Чтобы применить гауссову функцию переключения, сначала вычисляется значение электрического поля в месте переключения, как если бы переключатель отсутствовал. Затем это значение умножается на функцию Гаусса с соответствующим аргументом в зависимости от времени, прошедшего с момента изменения состояния переключателя.Для замкнутого переключателя множитель равен нулю, для разомкнутого переключателя он равен единице, а для промежуточных времен во время перехода значение равно нормированной функции Гаусса. По этой причине функция переключателя зависит от материала, который находится в месте расположения сетки. Обычно это свободное пространство, но оно также может быть диэлектрическим.

    Использование таймерных переключателей предназначено для ситуаций, когда интерес представляют только фактические результаты переходных процессов, непосредственно вычисленные EMPro. Введение переключающего действия нарушает допущения теории линейных систем, поэтому применение преобразований Фурье к переходным результатам, полученным в расчете EMPro с одним или несколькими переключателями, изменение состояния которых не приведет к действительным импедансам, S-параметрам, установившемуся режиму поля дальней зоны или другие результаты, включающие преобразование Фурье, даже если переходные результаты в конечном итоге затухают до нуля.Однако временные поля дальней зоны будут действительны.

    Редактор внешнего возбуждения

    Окно редактора внешнего возбуждения используется для определения внешнего возбуждения, применяемого к моделированию FDTD. Существует два типа внешних возбуждений, которые подробно описаны в следующих разделах: Planewave и _Gaussianbeam.

    На следующем рисунке показан редактор внешнего возбуждения. Обратите внимание, что для того, чтобы внешнее возбуждение было действительным, необходимо применить форму волны. В этом интерфейсе задается возбуждение плоской волны.

    Редактор внешнего возбуждения

    Чтобы получить доступ к редактору, дважды щелкните существующий объект в ветви «Внешние возбуждения» в дереве проекта. Если внешние возбуждения не определены, щелкните эту ветвь правой кнопкой мыши и выберите «Новое внешнее возбуждение».

    Плоская волна

    Первая форма определения внешнего возбуждения, доступная в редакторе внешнего возбуждения, — это падающая плоская волна. Параметры плоской волны включаются, когда тип источника установлен на Planewave в окне рабочего пространства Simulations.

    Примечание

    Для получения дополнительной информации о настройке моделирования см. Создание нового моделирования.

    Предполагается, что источник плоских волн находится бесконечно далеко, так что поверхности постоянного поля плоские и перпендикулярны направлению распространения. Расчеты радиолокационного сечения или рассеяния могут быть выполнены с использованием этого источника. Все расчеты с входной падающей плоской волной выполняются в рассеянном поле, но значения полного поля также могут быть вычислены.

    Направление падения, определяемое Инцидентом Фи и Инцидентом Тета, должно быть указано углом.Инцидент Phi измеряется от оси X до оси Y, тогда как Incident Theta измеряется от оси Z до плоскости XY. Форма падающей волны может быть фи- или тета-поляризованной. Значения электрического поля в направлениях X, Y и Z отображаются под заголовком «Амплитуды инцидента» в этом окне и обновляются каждый раз при изменении поляризации или направления падения.

    Выбор рассеянного поля по сравнению с плоской волной полного поля

    Значения общего поля могут быть сохранены и отображены, поскольку они могут быть определены путем добавления указанного поля инцидента к вычисляемому рассеянному полю.Разбросанные поля не могут быть отобраны внутри области полного поля и наоборот. Расчеты радиолокационного сечения или рассеяния основаны на полях внутри области рассеянного поля.

    На границе раздела между областями полного и рассеянного поля должно быть свободное пространство. Для непериодических границ шесть сторон границы области полного поля расположены в восьми ячейках сетки FDTD. Если заданы периодические границы, некоторые стороны интерфейса могут быть отключены, а область полного поля может распространяться до границы.Эти определения указаны в окне рабочего пространства Simulation.

    В большинстве случаев плоская волна полного поля предпочтительнее плоской волны рассеянного поля. Ниже представлены два примера распространения электрического поля (справа налево) через оболочку из материала Perfect Electric Conductor (PEC). Изображение слева представляет источник рассеянной плоской волны, а изображение справа показывает источник плоской волны полного поля. Поскольку коробка изготовлена ​​из материала PEC, электрическое поле в границах коробки должно быть нулевым, и, следовательно, источник плоских волн полного поля более применим.

    Зависимость E-поля рассеянного поля (слева) от полного поля (справа) источника плоских волн

    Однако в некоторых случаях источник плоских волн полного поля также создает несоответствия в расчетах.

    На следующем рисунке показано результирующее электрическое поле, когда объект пересекает границу раздела полное поле / рассеянное поле (пересечение показано белыми стрелками). Это приведет к неверным результатам. Чтобы решить эту проблему, интерфейс можно переместить на достаточное расстояние от геометрии.Однако для перемещения интерфейса необходимо увеличить ограничивающую рамку проекта, что также увеличит требования к памяти проекта. В качестве альтернативы можно использовать плоскую волну рассеянного поля с пониманием того, что область внутри оболочечной геометрии неверна.

    Неправильные результаты из-за того, что объект пересекает интерфейс

    На следующем рисунке показана аналогичная проблема, когда интерфейс находится слишком близко к границам объекта.В этом случае поля попадают в «теневую» область объекта и рассчитываются некорректно. Изображение слева показывает эффект области тени в начале последовательности полей. Изображение справа показывает неверные значения полей позже в последовательности на интерфейсе между интерфейсом общего поля / рассеянного поля. Интерфейс, как и в предыдущем примере, должен быть настроен, если должна использоваться плоская волна полного поля.

    Неправильные результаты, когда поле распространяется в пределах теневой области геометрии

    Гауссов луч

    Второе определение внешнего возбуждения, доступное в редакторе внешнего возбуждения, — это источник гауссова луча.Сфокусированный гауссов пучок характеризуется падающим электрическим полем, которое имеет двумерное радиально-симметричное гауссово распределение в плоскостях, нормальных к направлению падения. Он сходится к максимальной интенсивности в точке фокусировки. Как и в случае источника плоской волны, все расчеты с источником гауссова луча выполняются в рассеянном поле, хотя значения полного поля также могут быть сохранены и отображены. В отличие от плоских волн и дискретных источников, источник гауссова луча требует, чтобы форма волны источника была синусоидальной.

    Примечание

    Примеры, когда этот тип источника полезен, включают структуры, используемые на оптических частотах, и ситуации, когда желательно осветить только часть геометрии.

    Гауссов луч определяется направлением падения, поляризацией, формой волны и амплитудой формы волны, как описано выше для источника плоских волн, а также точкой фокусировки (фокус X, фокус Y, фокус Z) и радиусом фокусировки. Радиус фокусировки — это радиус луча в фокусной точке в плоскости, перпендикулярной направлению движения и содержащей фокус, в которой напряженность поля падает до -8.686 дБ от максимального значения.

    На следующей иллюстрации мы видим диалог для определения гауссова пучка в редакторе внешнего возбуждения. Чтобы использовать это возбуждение в качестве источника для расчета, его необходимо указать в окне рабочего пространства Simulation.

    Примечание

    Для получения дополнительной информации об окне рабочей области моделирования см. Создание нового моделирования.

    Определение источника гауссова луча в редакторе внешнего возбуждения

    В других плоскостях, перпендикулярных направлению движения, — это радиус, при котором напряженность поля падает до максимального значения в этой плоскости и определяется выражением:

    где:

    — это длина волны в свободном пространстве, и для простоты предполагается, что направление движения параллельно оси Z и фокусу в плоскости.

    Поскольку пассивные сосредоточенные нагрузки не излучают энергию, они могут быть добавлены в расчет, когда выбраны возбуждения либо плоской волны, либо гауссова пучка.

    Примечание

    Все активные порты будут настроены на пассивную сосредоточенную нагрузку при выборе любого из этих возбуждений.

    Редактор сигналов

    Редактор волновых форм используется для редактирования волновых форм, которые могут использоваться вместе с внешним возбуждением или подачей для ввода энергии в пространство для моделирования FDTD.При использовании в моделировании значение поля формы сигнала на каждом временном шаге применяется к полю в пространстве как часть вычисления обновления поля.

    Чтобы создать форму волны, щелкните правой кнопкой мыши ветвь Definitions: Waveforms в дереве проекта и выберите New Waveform Definition. Двойной щелчок по сигналу в той же ветви откроет этот сигнал для редактирования.

    Доступно шесть типов сигналов:

    • Широкополосный
    • по Гауссу
    • Производная по Гауссу
    • Модулированный гауссовский
    • Линейная синусоида
    • Определяется пользователем

    Выбор формы сигнала должен основываться на желаемом выходе, поскольку некоторые формы сигнала более подходят для конкретных проблем, чем другие.Для широкополосных расчетов следует использовать широкополосный или один из сигналов гауссова типа, поскольку они будут вводить энергию в пространство в широкой полосе частот. Линейная синусоида может быть выбрана для случаев, когда желательны установившиеся результаты на одной частоте. Форма волны, определяемая пользователем, может использоваться, когда ни один из других вариантов не соответствует требованиям моделирования.

    Широкополосный

    Когда требуются широкополосные результаты, почти всегда следует использовать тип широкополосного сигнала.Эта форма волны обеспечивает гауссов импульс с наибольшим частотным содержанием, возможным для определенного пространства FDTD, когда выбрано Excite All Possible Frequencies (см. Следующий рисунок). В качестве альтернативы пользователь может ограничить верхний предел частотного диапазона, выбрав Excite Up To A Maximum Frequency и выбрав величину частотной характеристики и соответствующую частоту. В этом случае обратите внимание, что частотная характеристика формы волны усекается при моделировании до максимально допустимого значения, даже если в этом редакторе задана более широкая частотная характеристика.На рисунке ниже показан широкополосный сигнал в редакторе сигналов.

    Примечание

    Для получения дополнительной информации о частотах сигналов см. Редактор сигналов.

    Определение широкополосного сигнала в редакторе сигналов

    по Гауссу

    Форма волны Гаусса обеспечивает широкополосный вход, а также подходит для использования, когда требуются широкополосные результаты. Ширина импульса определяется пользователем.
    На следующем рисунке показан гауссов импульс в редакторе формы волны.

    Определение гауссова импульса в редакторе формы волны

    Так как гауссов импульс имеет ненулевое среднее значение, его не следует использовать для фидера, когда есть замкнутый путь (петля) идеального проводника, подключенного к фидеру, если фид также не содержит сопротивления. Это связано с тем, что гауссиан имеет компонент постоянного тока (нулевой частоты), который запускает постоянный ток, протекающий в контуре, который никогда не затухает из-за потерь или излучения. Признаком этого будет ток источника, среднее значение которого не равно нулю.В этом случае можно использовать гауссову производную или модулированные гауссовские импульсы или ненулевое сопротивление источника, указанное для подачи.

    Производная по Гауссу

    Производная Гаусса почти идентична Гауссовой, за исключением того, что она имеет нулевое среднее значение и, таким образом, составляющая постоянного тока удаляется. Для того же моделирования ширина импульса производной Гаусса должна быть установлена ​​несколько большей, чем то, что было бы установлено для гауссова, поскольку производная Гаусса будет иметь более широкий частотный спектр для той же ширины импульса.На следующем рисунке показана производная по Гауссу в редакторе формы волны.

    Определение формы сигнала производной Гаусса

    Модулированный гауссовский

    Модулированный гауссовский сигнал следует использовать только тогда, когда требуется конкретный частотный диапазон. Это полезно в структурах, где низкие частоты могут возбуждать неизлучающие моды, которые могут резонировать и сводить на нет результаты. Этот сигнал представляет собой синусоиду с гауссовой огибающей с центром синусоиды в огибающей, так что среднее значение импульса равно нулю.

    На рисунке ниже мы видим модулированный гауссиан в редакторе формы волны.

    Определение модулированного гауссова сигнала

    Ширина импульса для модулированного гауссова сигнала может быть отрегулирована для включения определенного частотного диапазона. Это полезно, например, при моделировании волновода, так что возбуждаются только частоты в полосе одномодового режима. Это также полезно при моделировании устройств с ограниченной полосой пропускания. Например, широкополосная антенна, такая как спиральная, может быть разработана для определенного диапазона частот.Возбуждение антенны на частотах вне этого диапазона может значительно увеличить время моделирования, необходимое для сходимости, поскольку внеполосная энергия не может легко излучаться или иным образом рассеиваться структурой антенны.

    Синусоида с наклоном

    Линейная синусоида полезна, когда интересует только одна частота. Когда используется эта форма сигнала, выполняется одночастотное моделирование, которое обеспечивает дополнительные типы результатов по сравнению с широкополосным моделированием. «Наклонная» часть формы волны используется и автоматически конфигурируется, чтобы избежать введения энергии на любой частоте, отличной от частоты синусоиды, в моделирование.

    Так как синусоида с линейным нарастанием отличается от других сигналов, это требует некоторых особых соображений. Если не используется автоматическая сходимость, рекомендуется, чтобы длина моделирования составляла не менее пяти циклов синусоиды. В некоторых случаях, таких как чрезвычайно низкие частоты, выполнение пяти циклов может оказаться непрактичным, и в этом случае может быть использована даже лишь часть цикла.

    На рисунке ниже показана синусоида с линейным изменением в редакторе формы волны.

    Определение формы сигнала синусоиды с линейным нарастанием

    Определяется пользователем

    Зависимость произвольного напряжения источника отвремя можно указать с помощью типа сигнала, определяемого пользователем. Запись сигнала во времени импортируется из пользовательского текстового файла и используется непосредственно в качестве дискретного сигнала для моделирования. Формат файла следующий:

    • Первая строка должна быть целым числом, которое представляет собой количество временных шагов в форме сигнала.
    • Первая точка данных соответствует первому временному шагу, и ноль будет использоваться для формы сигнала для временных шагов за пределами предоставленных данных (определяемая пользователем форма волны дополняется нулями).
    • Остальная часть файла содержит два числа с плавающей запятой в каждой строке, по одной строке для каждого последующего временного шага. Значения этих чисел зависят от того, используется ли форма волны для источника напряжения или падающей плоской волны (выполнение этого требования возлагается на пользователя; EMPro не проверяет данные).
      • Для источника напряжения два числа — это нормализованное напряжение и его производная по времени на источнике на данном временном шаге.
      • Для падающей плоской волны два числа представляют собой нормированную величину электрического поля (в вольт / метр) и производную электрического поля по времени.

    Частотная характеристика сигнала, определенного пользователем, вычисляется на основе входных данных времени. На следующем рисунке показан сигнал, определенный пользователем в редакторе сигналов.

    Определение формы волны, определяемой пользователем

    Выбор параметров формы сигнала

    Для получения широкополосных результатов обычно выбирается форма волны широкополосного сигнала. Однако в определенных ситуациях может потребоваться определенный тип импульса. В этих случаях при выборе ширины импульса и / или частоты сигнала необходимо учитывать ограничения метода FDTD.Скорость изменения импульса или частоты синусоидальной волны должна быть достаточно низкой, чтобы форма волны была точно дискретизирована. Это приводит к ограничению частоты:

    где:

    — скорость света, а

    — наибольшая длина края сетки в пространстве.

    Это предотвращает появление энергии в форме волны на частотах, слишком высоких для того, чтобы метод FDTD давал точные результаты. Ширина импульса также не должна быть настолько большой (и, следовательно, частотной составляющей), чтобы расчет не запускался на частотах, для которых могут быть получены точные и полезные результаты.В импульсе в интересующем диапазоне частот должно быть достаточно энергии, чтобы результаты были выше числового шума. Для моделирования с очень маленькими ячейками по сравнению с самой короткой длиной волны, представляющей интерес, ширина импульса может быть установлена ​​намного большей, чем размер по умолчанию, чтобы уменьшить количество временных шагов, необходимых для сходимости, и повысить стабильность.

    Если в пространстве FDTD присутствуют диэлектрические материалы, длины волн внутри этих материалов уменьшаются, поскольку скорость распространения меньше скорости света в свободном пространстве.Разумное практическое правило для диэлектриков без потерь или с малыми потерями состоит в том, что максимальная частота для спектра импульса должна быть уменьшена на квадратный корень из относительной диэлектрической проницаемости (), умноженной на относительную проницаемость (), или, что то же самое, на ширину импульса_,, следует увеличить на этот коэффициент:

    где:

    представляет собой скорректированную ширину импульса, а

    представляет нескорректированную ширину импульса.

    Для неплотных диэлектриков или проводников частоту и ширину импульса следует регулировать пропорционально изменению длины волны в материале относительно свободного пространства.Конечно, максимальная частота для надежных результатов также уменьшается, поскольку частотный спектр импульса возбуждения уменьшается.

    Например, предположим, что часть пространства моделирования представляет собой свободное пространство, а часть — диэлектрик с низкими потерями и относительной диэлектрической проницаемостью 4,0. Далее предположим, что размер ячейки 1 см. При 10 ячейках на длину волны можно было бы ожидать разумных результатов до 3 ГГц с гауссовым импульсом шириной 32 шага (для однородной сетки). Но поскольку часть пространства покрыта диэлектрическим материалом, при том же размере ячейки ширина гауссова импульса должна быть увеличена вдвое до 64-кратного шага, чтобы уменьшить ширину полосы частотного спектра.Соответственно, максимальная частота для надежных результатов будет снижена с 3 ГГц до 1,5 ГГц.

    При использовании широкополосного сигнала EMPro выбирает (в случае автоматического выбора ширины импульса) или ограничивает ширину (в случае заданной пользователем частотной составляющей) гауссова импульса в соответствии с указанными выше ограничениями. При использовании сигнала с заданной пользователем шириной импульса он проверяет, не превышен ли предел частоты, как описано выше. Если это так, при создании моделирования выдается ошибка.

    Точки статического напряжения

    Функция «Точки статического напряжения» используется для создания и размещения точки напряжения на объекте, сделанном из материала PEC. Эти точки используются статическим решателем Лапласа для инициализации начального поля E в проблемном пространстве значениями напряжения, назначенными пользователем. Если точки статического напряжения не определены, начальное поле E в начале вычисления FDTD устанавливается на 0 В / м на каждом краю ячейки.

    Чтобы использовать эту функцию, щелкните правой кнопкой мыши ветвь «Точки статического напряжения» в дереве проекта и выберите «Новая точка статического напряжения».В проект добавлена ​​точка статического напряжения. Дважды щелкните новую точку, чтобы изменить свойства точек.

    Точки статического напряжения задаются путем графического выбора или ручного ввода местоположения точки статического напряжения и указания напряжения. Нажмите кнопку «Готово», чтобы применить изменения.

    Обратите внимание, что для каждого проводящего объекта требуется только одна запись. Повторяющиеся записи перезапишут заданное значение напряжения. Внешние границы PEC и любые немаркированные металлические предметы будут предварительно установлены на 0 В.Если граница PML, поля на границе PML будут инициализированы соответствующим образом, чтобы предотвратить нефизические отражения на интерфейсе. Кроме того, точки статического напряжения могут использоваться сами по себе для возбуждения объекта, содержащего материалы PEC, или в сочетании с внешним возбуждением или дискретным источником. На следующем рисунке показаны доступные параметры для точки статического напряжения:

    .