Ювелирное обозрение

Чтобы создавать эффективные электронные схемы с диодами, требуется минимальный объем знаний об их устройстве и принципе работы. Перед началом пайки обязательно необходимо определить, где у этих элементов анод и где катод. Визуального осмотра бывает недостаточно, если электронные элементы приобретены без технической документации или выпаяны из старого оборудования. Для проверки обязательно требуется тестер с различными режимами работы и источник питания с напряжением 3-6 вольт.

Что такое диод

Диодами называют электронные элементы, сопротивление которых меняется в зависимости от направления тока. Если ток подается в одну сторону (плюс на плюс), он проходит легко (диод открыт) благодаря низкому сопротивлению. При изменении направления электротока (минус на плюс) диод закрывается, сопротивление многократно увеличивается, теряется мощность, элемент нагревается. Существуют полупроводниковые элементы, которые блокируют ток до критического значения, потом открываются. Их называют симисторами.

Виды диодов

Все диодные элементы можно разделить на 2 большие группы: неполупроводниковые и полупроводниковые. Первая группа состоит из 2-х видов: вакуумных (кенотронов) и наполненных газом (стабилитронов с тлеющим или коронным разрядом, игнитронов и газотронов).

Вакуумные диоды – лампы с двумя электродами, один из них выполнен в виде нити накаливания. При открытии электроны движутся от плюса к минусу. При изменении направления движения тока прибор почти полностью закрывается, движение электронов прекращается.

Из газонаполненных диодных элементов на данный момент используются лишь газотроны с дуговым разрядом (стабилитроны), наполненные инертным газом и паром ртути и оснащенные оксидными термокатодами. Основная особенность – способность выдать высокое напряжение на выходе и работать с токами в несколько десятков ампер.

Полупроводниковые диоды – это емкости небольшого размера, из которых удален воздух.

Внутри размещаются 2 электрода:

• плюсовой (с электропроводностью p);
• минусовой (с электропроводностью n).

Важно! Сопротивление в открытом состоянии зависит от величины прямого напряжения – чем оно выше, тем ниже сопротивление.

Назначение диода

Полупроводниковые диодные элементы присутствуют практически во всех бытовых электроприборах. Светодиоды используются в производстве осветительных приборов и LED-телевизоров.

Полупроводниковые диоды классифицируются по:

• материалу кристалла (кремний, селен, фосфид индия, германий);
• размерам (микросплавные, точечные, плоские);
• технологии производства p-n перехода (диффузионные, сплавные, эпитаксиальные);
• частоте (низкочастотные, высокочастотные, сверхвысокочастотные, импульсивные);
• сфере использования (выпрямительные и специальные).

Диоды-выпрямители предназначены для преобразования переменного напряжения в постоянное. В схему устанавливаются в виде диодного моста, который можно использовать в радиоаппаратуре, блоке питания, зарядном устройстве.

Внимание! Продаются готовые диодные мосты (диодные сборки) в виде небольших коробочек с четырьмя ножками.

Выпрямители делятся на:

• слаботочные (до 0,3 ампер);
• средней мощности (0,3-10 ампер);
• силовые (10-100 000 А, до 6 кВ).

Полупроводниковые специальные диодные элементы:

• варикапы (емкостные диоды);
• тиристоры (с дополнительным выводом для переключения в открытое состояние);
• симисторы (ток пропускают в 2-х направлениях);
• стабилитроны (стабилизируют напряжение от 2 вольт в состоянии пробоя, отдельный вид стабиисторы (нормисторы) для напряжения 0,7-2 вольт);
• диоды Шоттки (для низковольтных схем в паре со стабилитроном);
• туннельные диодные элементы (с низким отрицательным сопротивлением);
• динисторы (не содержат управляющих электродов, монтируются в переключатели);
• магнитодиоды (вольт-амперные характеристики меняются в магнитном поле, монтируются в датчики движения, контрольные приборы);
• фотодиоды (преобразуют энергию света в электрическую);
• светодиоды (превращают электрическую энергию в свет).

Справка! Светодиоды, излучающие инфракрасный свет, называются инфракрасными. Их устанавливают в камеры видеонаблюдения, беспроводные системы связи, оборудование для дистанционного управления.

Катод и анод это плюс или минус

Анод (в переводе с древнегреческого — движение вверх) – электрод любого прибора, который присоединен к плюсу источника питания. Катод диода (в переводе с древнегреческого — нисхождение) – электрод любого прибора, который присоединен к минусу источника питания.

Согласно ГОСТ 15596-82:

• отрицательный электрод при разряде является анодом;
• положительный электрод при разряде является катодом.

Внимание! При заряде все наоборот – катод – минус, анод – плюс.

Еще Фарадей говорил, что места, в которых в вещество входит и из вещества выходит ток, очень важные, их необходимо отличать от плюса и минуса.

Если движения тока нет, говорить об аноде и катоде бессмысленно.

Электрохимики, проводя электролиз металлов, анодом называют электрод, который окисляется, катодом – электрод, который восстанавливается. Для диодного элемента в открытом состоянии катодом называется вывод, подключенный к минусу, анодом – к плюсу.

Полярность светодиода как определить плюс и минус

При использовании светодиодов в создании различных схем их необходимо установить правильно. Пайка в большинстве случаев проблем не создает, определить полярность немного сложнее, если нет опыта работы с тестирующим оборудованием.

Как определить полярность тестером мультиметром

Проще всего проверить светодиод мультиметром. При подключении щипов в режиме «прозвонка» к электродам можно получить 2 результата: светодиод светится и выдает на экран число, зависящее от цвета излучения, или показывает очень большое число. При первом варианте можно сделать вывод, что источник света исправен и подключен к мультиметру правильно (плюс к плюсу, минус к минусу).

Второй метод использования мультиметра – переключение на проверку сопротивления. Если красный щуп касается плюса, черный – минуса, на экране появляется значение в пределах 1600–1800.

Внимание! Если светодиод пробит (пропускает напряжение в двух направлениях), на экране появляется цифра «1». При обрыве независимо от расположения щупов на экране появляются очень большое значение сопротивления.

Если у мультиметра есть отсек PNP, для определения полярности светодиода требуются отсеки E (эмиттер – «+») и C (коллектор – «-»). Источник света светится, если катод вставлен в «C», анод – в «E».

Если используется отсек мультиметра NPN, светодиод светиться, если ножки меняются местами.

По внешнему виду

В производстве светодиодов используются разные корпусы. Широко применяются DIP-элементы с цилиндрическим корпусом различного диаметра. Изготавливается множество SMD для поверхностного монтажа. Свехяркие источники света отличаются размерами корпусов и кристаллов. Опытный радиолюбитель определяет катод и анод по внешним признакам.

• длиннее ножка анода;
• силуэт в колбе меньше у анода, форма катода напоминает флажок;
• у источника с мощностью более 1 Вт на ножке анода есть маркировка «+».

Внимание! Если DIP-светодиод уже был установлен в какой-то прибор и выпаян, размеры ножек могут меняться. Плюс и минус определяется по размерам кристалла в колбе или тестированием мультиметром.

• катод обозначается срезом на корпусе;
• теплоотвод на обратной стороне корпуса располагается ближе к аноду;
• пиктограмма «П» к аноду обращена верхней полкой, верх пиктограммы «Т» обращен к катоду.

Некоторые производители наносят на корпуса SMD-светодиодов определенные символы, которые позволяют определить полярность.

Важно! Существуют SMD, изготовленные по другому принципу (некоторые производители не соблюдают стандарты). На сложных моделях всегда имеются обозначения «+» и «−».

Любая неполупроводниковая радиолампа (стабилитрон) состоит из анода, катода и сетки. Катодом всегда служит разогретый электрод, изготовленный в форме цилиндра. Электроны при термоэмиссии двигаются к аноду (коробочке или пластине) – вольфрамовому проводнику с большим сопротивлением.

Для определения работоспособности стабилитрона используется мультиметр в режиме прозвона. Если положительный щуп приложить к аноду, отрицательный – к катоду, стабилитрон откроется, на экране будет видно значение напряжения. Если поменять щупы местами, стабилитрон закроется, на экране появится цифра 1.

Путем подачи питания

Чтобы использовать тестирование с помощью подключения к питанию, требуется источник с напряжением 3-6 В и резистор с любой мощностью на 300–470 Ом. Резистор припаивается к одной ножке мультиметра. Затем нужно коснуться щупами выводов. Светодиод светится, если плюсовой щуп касается анода, минусовой – катода.

Важно! Без резистора можно обойтись, если для тестирования используется батарейка на 3 В от настенных часов или системной платы компьютера. При токе до 30 мА батарейка вставляется между выводами диода. Полярность полупроводника определяется по свечению.

Технической документации

Большой объем информации (размеры, цоколевку, электрические параметры) о полупроводниковом источнике света предоставляют производители в технической документации. Она выдается при покупке больших партий электронных элементов вместе с другой сопроводительной документацией. Если покупать один или несколько светодиодов, продавец техдокументацию не предоставит.

Если известна марка изделия, данные можно найти в справочниках и сети интернет.

На схеме полупроводниковый источник света обозначается пиктограммой в форме треугольника, на вершине которого начерчена линия, перпендикулярная основанию. Вершина направлена на катод. Для обозначения светодиода используются 2 стрелки над изображением.

Основные выводы

То, что у любого диодного элемента есть анод и катод, знает большинство людей, показать их способны немногие. Зная все способы проверки, можно применять их по отдельности или комбинировать, так как ни один не идеален. Техническая документация и визуальный осмотр не позволяют определить работоспособность полупроводника. Тестер не всегда можно использовать для прозвона мощных источников света. Подключение к питанию дает самые точные результаты, но требует осторожности.

Чтобы лучше запомнить, как определить расположение диодного элемента по схеме, придуман простой способ:

Кроме букв на изображении можно увидеть стрелки, ток течет именно туда, куда они направлены.

Током называется движение частиц в определенном направлении. Какие это частицы (молекулы, атомы, электроны, ионы, дырки), неважно. Важно знать другое – ток всегда течет от плюса к минусу. Плюс – это много, минус – мало.

Если для тестирования используется батарейка, необходимо знать, как на ней обозначается плюс и минус. Плюс – длинная и тонкая «палочка», минус – кроткая и толстая.

Анод полупроводника подключается к выводу, обозначенному длинной толстой «палочкой», катод – к выводу с короткой толстой. В анод ток входит, из катода выходит и возвращается на минус источника питания. При обратном подключении тока почти нет.

Если один из выводов полупроводника подключается к источнику переменного напряжения, из другого выходит ток с постоянным напряжением. Полярность зависит от того, как полупроводниковый элемент подключен. Если напряжение на аноде положительное, на выходе будет такое же. При положительном напряжении на катоде на выходе оно отрицательное.

Катод (от греч. κάθοδος «ход вниз; нисхождение») — электрод некоторого прибора, из которого вытекает электрический ток (в его конвенциональном понимании как поток положительных зарядов), в противоположность аноду в который он втекает.

Содержание

Катод в электрохимии и цветной металлургии [ править | править код ]

В электрохимии катод — электрод, на котором происходят реакции восстановления. Например, при электролитическом рафинировании металлов (меди, никеля и пр.) на катоде осаждается очищенный металл. Получаемый металл также именуется катодом (катод медный [1] , катод никелевый, катод цинковый и т.п.) и используется для последующего изготовления металлической продукции (проволоки, фольги, порошка, изделий и пр.). Для сдирания готового катода с постоянной катодной основы используются катодосдирочные машины.

Катод в вакуумных электронных приборах [ править | править код ]

В вакуумных электронных приборах катод — электрод, который является источником свободных электронов, обычно вследствие термоэлектронной эмиссии. В электронно-лучевых приборах катод входит в состав электронной пушки. Для облегчения электронной эмиссии как правило, делается с нанесением металлов с малой работой выхода электрона и дополнительно подогревается. Различают катоды прямого накала, где нить накала непосредственно является источником электронов, и косвенного, где катод подогревается через керамический изолятор.

Катод у полупроводниковых приборов [ править | править код ]

Электрод полупроводникового прибора (диода, тиристора), подключенный к отрицательному полюсу источника тока, когда прибор открыт (то есть имеет маленькое сопротивление), называют катодом, подключённый к положительному полюсу — анодом.

Знак анода и катода [ править | править код ]

В литературе встречается различное обозначение знака катода — «−» или «+», что определяется, в частности, особенностями рассматриваемых процессов. В электрохимии принято считать, что «−» катод — электрод, на котором происходит процесс восстановления, а «+» анод — тот, где протекает процесс окисления [2] [3] . При работе электролизера (например, при рафинировании меди) внешний источник тока обеспечивает на одном из электродов избыток электронов (отрицательный заряд), здесь происходит восстановление металла, это катод. На другом электроде обеспечивается недостаток электронов и окисление металла, это анод. В то же время при работе гальванического элемента (к примеру, медно-цинкового), избыток электронов (и отрицательный заряд) на одном из электродов обеспечивается не внешним источником тока, а собственно реакцией окисления металла (растворения цинка), то есть здесь отрицательным, если следовать приведённому определению, будет анод. Электроны, проходя через внешнюю цепь, расходуются на протекание реакции восстановления (меди), то есть катодом будет являться положительный электрод. Так, на приведённой иллюстрации изображён обозначенный знаком «-» катод гальванического элемента, на котором происходит восстановление меди. В соответствии с таким толкованием, для аккумулятора знак анода и катода меняется в зависимости от направления протекания тока. [3] [4] [5] .

В электротехнике за направление тока принято считать направление движения положительных зарядов, отрицательный электрод «−» (Zn) — катод, положительный «+» (Cu) — анод, ток течёт от анода к катоду, электроны, соответственно, наоборот, от «−» (Zn) к «+» (Cu).

Это специфическое обозначение часто применяют в описаниях радиотехнических приборов, производственных процессов. Ошибочное понимание терминологии провоцирует аварийные ситуации, увеличивает затраты в ходе монтажных и ремонтных работ. В этой публикации рассказано о том, что такое катод. Примеры с пояснениями помогут правильно решать типовые практические задачи.

Что такое катод

Этим термином обозначают контакт, подключаемый к отрицательной клемме аккумуляторной батареи либо другого источника постоянного тока. На картинке выше – фотографии диода и конденсатора. Эти элементы используют в сетях с переменными электрическими параметрами. Однако и в подобных ситуациях катодным называют подсоединение с учетом соответствующей полярности.

Катод и анод в электрохимии

Соответствующие физические (химические) реакции применяют:

• для создания автономных источников питания;
• при воспроизведении технологических процессов.

В первом случае речь идет об аккумуляторных батареях. Классическая гальваническая пара состоит из двух элементов:

• анода (-), разрушающегося в ходе реакции окисления;
• катода (+), «принимающего» электроны.

Представленная на рисунке схема поясняет принцип разрушения (восстановления) анода (катода), соответственно. Отмеченный процесс выполняет полезные функции в гальванотехнике. С помощью соответствующих технологий извлекают из растворов ионы металлов и других веществ, создают качественные декоративные и защитные покрытия на изделиях сложной формы.

Как показано на первой схеме, при подключении сильного источника тока в процессе зарядки АКБ катоды и аноды обозначают разные полярности. На второй части рисунка показано, как происходит процесс нанесения медного слоя на деталь. Анод в этой схеме – это электрод, который подключен к «плюсу» батарейки. Он разрушается в процессе электролиза. Ионы меди равномерно накапливаются на катоде, подсоединенном к «минусу». Покрывать благородными и дорогими металлами можно недорогие заготовки из проводящих материалов.

К сведению. Аналогичные методики применяют в химии, чтобы разделить вещества в растворенном состоянии на составные компоненты (ионы).

Катод в вакуумных приборах

Изделия этой категории выполняют свои функции следующим образом. Катод – это генерирующий элемент, который отличается относительно малой работой для выхода электронов. Повышают эффективность данного компонента с помощью нагрева.

Эта схема демонстрирует прямую зависимость применяемых терминов от движения электронов. В некоторых вакуумных приборах между анодом и катодом устанавливают сетчатую перегородку, которой регулируют силу тока и соответствующий коэффициент усиления.

В типичной конструкции применяют несколько анодов, которые разгоняют электроны и обеспечивают фокусировку луча. Изменением напряжения на горизонтальных (вертикальных) пластинах перемещают поток в нужном направлении. Экран изнутри покрыт слоем люминофора, который светится в видимом диапазоне спектра при попадании заряженных частиц.

Для нагрева применяют прямые и косвенные методики. Катод накрывают модулятором. Это изделие создают в форме стакана с отверстием в центральной части дна. Сюда подают отрицательный потенциал, который оказывает существенное влияние на энергетические параметры пучка и силу свечения.

К сведению. При повышении мощности электронной пушки сфокусированный поток можно использовать для локального нагрева, сварки. Такие технологии обеспечивают высокое качество соединений. В соответствующем исполнении они пригодны для создания оружия.

Катод у полупроводниковых приборов

Изделия этой категории отличаются большим электрическим сопротивлением, по сравнению с проводниками, но меньшим – чем в диэлектриках. Специально подобранная комбинация материалов типового диода (p-n переход) не создает больших препятствий прохождению тока только в одном направлении.

На верхней части рисунка показаны обозначения источника питания постоянного тока и полупроводникового прибора. По стандартным рисункам на плате и утолщенным линиям несложно определить соответствующий вывод. Прозрачный корпус миниатюрных моделей не препятствует визуальной идентификации. Правильные выводы можно сделать при внимательном изучении светодиодов. Более крупная часть в том и другом примере – это катод.

Тиристор создан по аналогии с ламповыми аналогами. С помощью третьего электрода управляют работой электронного ключа.

Знак катода

Ошибки в применении понятий возникают по причине разных подходов. Химики рассматривают процессы окисления и восстановления (анод – это «плюс», а катод – «минус»). Соответствующее подключение внешнего источника питания активизирует движение ионов и отдельные химические реакции.

В гальванических элементах наблюдаются обратные процессы. Избыточное количество электронов на одном из функциональных компонентов обеспечивает окисление цинкового или другого электрода. В этом примере при подключении нагрузки восстанавливается второй элемент (катод) – это контакт батареи, обозначенный знаком «плюс».

Как показано выше, ситуация изменяется при подключении внешнего более сильного источника питания. От направления движения тока меняются соответствующие обозначения ламповых приборов.

Представленное на последнем рисунке правило действительно при рассмотрении электротехнических схем, полупроводниковых приборов. Для уточнения полярности достаточно проверить соответствие количества букв.

Видео