Какие диоды нужны для диодного моста. Наиболее важные характеристики диода для выпрямителя тока.

Диод является одной из разновидностей приборов, сконструированных на полупроводниковой основе. Обладает одним p-n переходом, а также анодным и катодным выводом. В большинстве случаев он предназначен для модуляции, выпрямления, преобразования и иных действий с поступающими электрическими сигналами.

Принцип работы:

1. Электрический ток воздействует на катод, подогреватель начинает накаливаться, а электрод испускать электроны.
2. Между двумя электродами происходит образование электрического поля.
3. Если анод обладает положительным потенциалом, то он начинает притягивать электроны к себе, а возникшее поле является катализатором данного процесса. При этом, происходит образование эмиссионного тока.
4. Между электродами происходит образование пространственного отрицательного заряда, способного помешать движению электронов. Это происходит, если потенциал анода оказывается слишком слабым. В таком случае, частям электронов не удается преодолеть воздействие отрицательного заряда, и они начинают двигаться в обратном направлении, снова возвращаясь к катоду.
5. Все электроны, которые достигли анода и не вернулись к катоду, определяют параметры катодного тока. Поэтому данный показатель напрямую зависит от положительного анодного потенциала.
6. Поток всех электронов, которые смогли попасть на анод, имеет название анодный ток, показатели которого в диоде всегда соответствуют параметрам катодного тока. Иногда оба показателя могут быть нулевыми, это происходит в ситуациях, когда анод обладает отрицательным зарядом. В таком случае, возникшее между электродами поле не ускоряет частицы, а, наоборот, тормозит их и возвращает на катод. Диод в таком случае остается в запертом состоянии, что приводит к размыканию цепи.

Устройство

Ниже приводится подробное описание устройства диода, изучение этих сведений необходимо для дальнейшего понимания принципов действия этих элементов:

1. Корпус представляет собой вакуумный баллон, который может быть изготовлен из стекла, металла или прочных керамических разновидностей материала.
2. Внутри баллона имеется 2 электрода. Первый является накаленным катодом, который предназначен для обеспечения процесса эмиссии электронов. Самый простейший по конструкции катод представляет собой нить с небольшим диаметром, которая накаливается в процессе функционирования, но на сегодняшний день более распространены электроды косвенного накала. Они представляют собой цилиндры, изготовленные из металла, и обладающие особым активным слоем, способным испускать электроны.
3. Внутри катода косвенного накала имеется специфический элемент – проволока, которая накаливается под воздействием электрического тока, она называется подогреватель.
4. Второй электрод является анодом, он необходим для приема электронов, которые были выпущены катодом. Для этого он должен обладать положительным относительно второго электрода потенциалом. В большинстве случаев анод также имеет цилиндрическую форму.
5. Оба электрода вакуумных приборов полностью идентичны эмиттеру и базе полупроводниковой разновидности элементов.
6. Для изготовления диодного кристалла чаще всего используется кремний или германий. Одна из его частей является электропроводимой по p-типу и имеет недостаток электронов, который образован искусственным методом. Противоположная сторона кристалла также имеет проводимость, но n-типа и обладает избытком электронов. Между двумя областями имеется граница, которая и называется p-n переходом.

Такие особенности внутреннего устройства наделяют диоды их главным свойством – возможностью проведения электрического тока только в одном направлении.

Назначение

Ниже приводятся основные области применения диодов, на примере которых становится понятно их основное назначение:

1. Диодные мосты представляют собой 4, 6 или 12 диодов, соединенных между собой, их количество зависит от типа схемы, которая может быть однофазной, трехфазной полумостовой или трехфазной полномостовой. Они выполняют функции выпрямителей, такой вариант чаще всего используется в автомобильных генераторах, поскольку внедрение подобных мостов, а также использование вместе с ними щеточно-коллекторных узлов, позволило в значительной степени сократить размеры данного устройства и увеличить степень его надежности. Если соединение выполнено последовательно и в одну сторону, то это повышает минимальные показатели напряжения, которое потребуется для отпирания всего диодного моста.
2. Диодные детекторы получаются при комбинированном использовании данных приборов с конденсаторами. Это необходимо для того, чтобы было можно выделить модуляцию с низкими частотами из различных модулированных сигналов, в том числе амплитудно-модулированной разновидности радиосигнала. Такие детекторы являются частью конструкции многих бытовых потребителей, например, телевизоров или радиоприемников.
3. Обеспечение защиты потребителей от неверной полярности при включении схемных входов от возникающих перегрузок или ключей от пробоя электродвижущей силой, возникающей при самоиндукции, которая происходит при отключении индуктивной нагрузки. Для обеспечения безопасности схем от возникающих перегрузок, применяется цепочка, состоящая из нескольких диодов, имеющих подключение к питающим шинам в обратном направлении. При этом, вход, которому обеспечивается защита, должен подключаться к середине этой цепочки. Во время обычного функционирования схемы, все диоды находятся в закрытом состоянии, но если ими было зафиксировано, что потенциал входа ушел за допустимые пределы напряжения, происходит активация одного из защитных элементов. Благодаря этому, данный допустимый потенциал получает ограничение в рамках допустимого питающего напряжения в сумме с прямым падением показателей напряжение на защитном приборе.
4. Переключатели, созданные на основе диодов, используются для осуществления коммутации сигналов с высокими частотами. Управление такой системой осуществляется при помощи постоянного электрического тока, разделения высоких частот и подачи управляющего сигнала, которое происходит благодаря индуктивности и конденсаторам.
5. Создание диодной искрозащиты. Используются шунт-диодные барьеры, которые обеспечивают безопасность путем ограничения напряжения в соответствующей электрической цепи. В совокупности с ними применяются токоограничительные резисторы, которые необходимы для ограничения показателей электрического тока, проходящего через сеть, и увеличения степени защиты.

Использование диодов в электронике на сегодняшний день весьма широко, поскольку фактически ни одна современная разновидность электронного оборудования не обходится без этих элементов.

Измерение температуры при модернизации систем охлаждения ПК и других электронных устройств

Не имея точных и качественных средств измерения температуры сложно оценить результаты Вашей работы по разгону, тестированию термоинтерфейсов, измерению характеристик последних. И вообще любых работ с охлаждением. Попробую здесь рассказать о различных датчиках для измерения температуры, их достоинствах и недостатках. Именно датчиках поскольку точность (в том числе повторяемость характеристик для различных образцов одной модели) определяет возможность их применения. А качественная электроника для линеаризации и оцифровки показаний это вопрос схемы измерения и разработчиков приборов.

Введение

Мы привыкли к измерению температуры в градусах по шкале Цельсия, где в качестве опорных точек взяты — точка замерзания воды (0 °С) и точка кипения воды (100 °С).

Английский ученый Кельвин предложил универсальную абсолютную термодинамическую шкалу температур, ставшую стандартной в современной термометрии. Он обосновал понятие абсолютного нуля температуры.

Фаренгейт изобрел ртутный термометр и определил для него шкалу температур, где опорные точки — температуру замерзания солевого раствора принял за ноль (0F = -32°С), а температуру человеческого тела за 98,2F (36,6°С).

Были случаи, когда встроенные в системную плату контроллеры выдавали показания в градусах Фаренгейта, что вызывало бурю вопросов пользователей. Поэтому приходится иногда переводить величину температуры из шкалы в шкалу.

Для этого используют формулы:

T(K)=T(°C) + 273,15

T(°C)=(°F — 32)/1,8

Датчики температуры делятся на две группы: контактные и бесконтактные.

Наиболее широко для измерения температуры используются контактные датчики температуры. Это:

терморезистор, термистор, диод работающий на прямом и обратном токе, термопара.

Датчики температуры, примерные характеристики.

Эта категория датчиков температуры работает при непосредственном контакте датчика с поверхностью контролируемого объекта. Контактные датчики температуры (КДТ) наиболее распространены при измерениях температуры.

Большинство из них, при применении в составе измерителей требует калибровки, которая выполняется с помощью термометров высокой точности (образцовых или лабораторных с точностью превышающей предполагаемую погрешность измерителя). Некоторые имеют паспортизованный выходной ток равный I=k*t, где k- коэффициент определяющий угол наклона характеристики.

Для температур 20 — 100 ºС калибровку датчиков или измерителей температур можно выполнить в домашних условиях с помощью несложного устройства. Оно состоит из сосуда с водой стоящего на нагревателе. На сосуде закрепляется Ваш контрольный прибор (например — ртутный термометр с ценой деления 0,1 ºС) так чтобы его чувствительная часть наполненная ртутью находилась в центре. Ваш контролируемый датчик тонкой ниткой фиксируется на чувствительной части. Сосуд заполняется водой (для проверки высокоомных датчиков — вода должна быть дистиллированная). Нагреватель должен быть небольшой мощности, чтобы обеспечить медленный (например — в течении часа) нагрев Вашего объема воды.

Такая калибровка, конечно, не может иметь метрологического качества, но ее вполне достаточно не только для того чтобы проверить работоспособность Вашего датчика температуры, но и обеспечить точность измерения температуры (для указанного выше термометра ртутного 0,1 — 0,5ºС) в Ваших экспериментах.

Термометр ртутный

Нельзя не сказать здесь о ртутных термометрах. Лабораторные модели ТР имеют чувствительность от 0,01 °С и позволяет провести проверку (калибровку) как датчика, так и стандартного или созданного Вами измерительного устройства. Например — Термометр Ртутный типа ТР-2 имеет цену деления 0,02 °С.

Качество показаний, датчика температуры является залогом качественных измерений и правильных выводов о ваших исследованиях.

Терморезистор полупроводниковый

Терморезисторы используются в системах измерения и регулирования температуры, противопожарной сигнализации, теплового контроля и защиты машин и механизмов, в системах термостатирования, измерения вакуума, скоростей движения жидкости и газов и других применений.

Это наиболее распространенный датчик. Получил широкое распространение в связи с высокой чувствительностью (до 5% на °С) и механической прочности, стабильностью и дешевизной. К недостаткам следует отнести нелинейность характеристики и высокую погрешность (до 30%). Последняя, впрочем, не существенна в системах температурного регулирования, поскольку ее можно снизить калибровкой или настройкой узла. Тем более существуют ТП имеющие точность 1% (СТ4-16А).

Его применение не вызывает сложности, но в устройствах измерения температуры требуется калибровка или градуировка.

Термометр сопротивления

Термометр сопротивления

— датчик измерения температуры. Принцип действия основан на измерении калиброванного медного или платинового сопротивления. Зависимость сопротивления датчика от температуры — называется градуировка. Наиболее распространённые градуировки в промышленности: 50П, 50М, 100М, 100П. Наиболее точными и стабильными во времени являются термометры сопротивления на основе платиновой проволоки или платинового напыления на керамику (точность — более 0,001 °С). Наибольшее распространение на западе получили PT100(сопротивление при 0°С — 100Ω) PT1000(сопротивление при 0°С — 1000Ω) (IEC751). Зависимость от температуры почти линейна и подчиняется квадратичному закону при положительной температуре и уравнению 4 степени при отрицательных. Температурный диапазон -200 +800°С.

Измерения с помощью ТС выполняются по схеме моста по 2, 3, 4 проводной схеме.

Достоинства:

• Высокая точность измерений, может доходить до 0,001°С.
• Компенсация сопротивления линий при использовании 4-х проводной схемы измерений.
• Практически линейная характеристика.

Недостатки:

• Низкий диапазон измерений (по сравнению с термопарами).
• Не могут измерять высокую температуру (по сравнению с термопарами).

Полупроводниковый диод в прямом и обратном включении

Полупроводниковый диод имеет реальную зависимость прямого падения напряжения и обратного тока от температуры, это свойство позволяет использовать диод как датчик температуры. И оно используется. Например датчик большинства чипов СБИС (процессоров, чипсетов и других) именно полупроводниковый диод смещенный в прямом направлении.

Полупроводниковый диод смещенный в прямом направлении

Прямое падение напряжения на полупроводниковом диоде, как уже говорилось выше, зависит от температуры. Причем чувствительность различна для диодов изготовленных из разных материалов и на различных участках вольт-амперной характеристики. Для кремния максимальная температурная чувствительность составляет 3 мВ/° С, а для германия — 2 мВ/°С. Минимальная температурная чувствительность около 1,2 мВ/°С.

εи = (U – φэ)/T <0

εи — температурная чувствительность,

φэ — ширина запрещенной зоны,

U и T напряжение на диоде и температура перехода.

Зависимость напряжения на диоде при его смещении прямым током имеет вид:

U = φT*lnI/I0+φз ,

Но, только один параметр приведенной формулы имеет зависимость от температуры, это φT ≈ T (φT — температурный потенциал). Это зависимость φT от температуры, в свою очередь имеет вид:

φT ≈ T/11600

Полезно помнить, что при «комнатной температуре» T = 300 К равен 25 мВ.

Зависимость U(t) практически линейна. Это позволяет использовать такое включение диода в качестве датчика температуры, когда измеряя падение напряжения на прямой ветви вольт амперной характеристики измеряем температуру перехода (диода).

Данное решение широко используется для измерения температуры чипов, поскольку для этого требуется только один диод встроенный в его структуру.

К недостаткам данного использования можно отнести:

— Зависимость параметров диода от техпроцесса.

Поскольку известно, что параметры полупроводниковых структур существенно зависят от положения на пластине. Это подтверждается разбросом быстродействия и потребляемой мощности процессоров полученных на одной пластине. Особенно это касается больших (300, 450 мм) пластин.

— Зависимость начального напряжения на диоде от тока протекающего через него.

Это вносит дополнительную погрешность в измерение температуры чипа, которая составляет около 1ºС.

Не смотрите на мельтешащие знаки после запятой — это фикция.

Реальная погрешность зависит от значения который придается этому параметру производителем системной платы, поскольку она может быть учтена и скорректирована. Но я наблюдал разницу температуры процессора порядка 5 ºС, на разных системных платах известного бренда в одинаковом режиме. Это конечно можно отнести к процессору, но с таким же успехом я могу отнести это к измерению температуры.

Схема с применением в качестве датчика диода смещенного в прямом направлении описана в статье «Дифференциальный датчик температуры для управления вентилятором PC.»

Полупроводниковый диод на обратном (тепловом) токе

Свойство изменять тепловой ток в зависимости от температуры перехода. Эта зависимость приближается к:

It ~ |U|1/2

Как и сопротивление обратной ветви, которое тоже пропорционально |U|1/2.

Обратный (тепловой) ток диода, что для нас наиболее интересно, зависит и от температуры. Приближенная его зависимость от температуры имеет вид:

I0(t) ≈ I0(t0)eαΔt

где: αSi = 0,13 ºC-1, αGe= 0,09 ºC-1.

Обратный ток удваивается у:

• кремниевого диода, при изменении температуры на 10 °С,
• германиевого диода, при изменении температуры на 14 °С.

Достоинство:

— Высокая чувствительность позволяет создавать на основе этого включения простые и чувствительные датчики температур.

Недостатки:

— Датчик температуры на тепловом токе является большой динамический диапазон изменения тока. Это требует при измерении больших перепадов температур применения специальных согласующих схем.

— Сильная зависимость теплового тока от смещающего напряжения.

Перечисленные недостатки требуют индивидуальной настройки схем с датчиком температуры на тепловом токе, а значит достаточно высокой квалификации экспериментатора. Но, ему же, дает возможность очень гибко выбирать рабочую точку датчика температуры.

Схема с применением в качестве датчика диода на тепловом токе описана в статье «Регулирование скорости вращения корпусного вентилятора для системного блока персонального компьютера.»

Термопара

Термопара (термоэлектрический преобразователь температуры) — термоэлемент, применяемый в измерительных и преобразовательных устройствах различных систем и устройств автоматики, управления. Представляет собой два провода из разных металлов (имеющих разный коэффициент термоэдс), спаянных в одной точке. У разных металлов коэффициент термоэдс разный (который, кстати, зависит от температуры) и, соответственно, разность потенциалов, возникающая между концами разных проводников будет различная и зависимая от температуры.

ТП применяются для измерения температуры различных типов объектов и сред, а так же в автоматизированных системах управления и контроля.

Преимущества термопар:

• Большой температурный диапазон измерения: от -200 °С до 2200 °С
• Высокая точность при применении градуировочных кривых (определяется точностью их снятия) — реально 0,1°С, возможно выше
• Простота
• Дешевизна
• Надежность

Недостатки:

• Точность хуже 1 °С трудно достижима* в универсальных мультиметрах,
• На показания влияет температура свободных концов, на которую необходимо вносить поправку.
• Возникает погрешность от изменения температуры холодного спая
• Эффект Пельтье (в момент снятия показаний, необходимо исключить протекание тока через термопару, т.к. ток, протекающий через неё, охлаждает горячий спай и разогревает холодный)
• нелинейная зависимость термо ЭДС от температуры

Требования к термопарам определяются ГОСТ 6616-94.

Типы термопар.

• платинородий- платиновые — ТПП13 — Тип R
• платинородий- платиновые — ТПП10 — Тип S
• платинородий- платинородий- ТПР — Тип B
• железо-константановые (железо-медьникелевые) ТЖК — Тип J
• медь-константановые (медь-медьникелевые) ТМКн — Тип Т , СС
• никросил-нисиловые (никельхромникель-никелькремниевые) ТНН — Тип N.
• хромель-алюмелевые — ТХА — Тип K
• хромель-константановые ТХКн — Тип E
• хромель-копелевые — ТХК — Тип L
• медь — копелевые — ТМК — Тип М
• сильх-силиновые — ТСС — Тип I
• Вольфрамрений- вольфрамрениевые — ТВР — Тип А-1, А-2, А-3

Промышленные термопары имеют большую (>30 с) постоянную времени. Потому что необходимо прогреть не только термопару, но и ее защитную оболочку.

*Следует сказать несколько слов о точности термопар.

Существует мнение, что термопары имеют низкую точность измерения. Реально иметь точность измерения термопары (одной термопары без преобразователя) близкую к 0,1 °С при положительных температурах до 100 °С. Это достигается — применением градуировочной таблицы (графика) при непосредственном измерении разности потенциалов милливольтметром с высоким классом точности.

Класс точности 1 термопары дает согласно ГОСТ 8.401-80 дает погрешность измерения термопары порядка ± 1 °С в диапазоне измеряемых температур, обычно равном.

Термопара это законченное изделие, часто заключенное в защитную оболочку, которая защищает ее от механических воздействий. Но, она изготавливается из специальной проволоки. Это два повода из пары металлов с разным коэффициент термоэдс (например хромель — копель), каждый из которых заключен в свою изоляционную оболочку (для высоких температур это асбестовая нить с фиксирующей пропиткой) и имеющую аналогичную общую изоляцию. Это термопарный провод. Такой провод, когда-то поставляется как самостоятельное изделие на базе которого изготавливают промышленные термопары, он может быть использован для изготовления термопар без защитной оболочки с быстродействием много меньше 1 сек (чем тоньше провод тем выше быстродействие).

Я пользовался таким проводом и термопарами из него изготовленными. Такая термопара имеет малую постоянную времени, а при применении градуировочных таблиц точность измерений может превышать 0,1 °С в диапазоне температур 20 -:- 95 °С.

Краткие выводы и рекомендации Виктора Гарсия («Измерение температуры: теория и практика»

) по применению термопар.

Качественные показатели системы измерения температуры с помощью термопар могут быть улучшены следующими путями:

• Используйте максимально толстые проводники, не отводящие тепло от измеряемой зоны (но я бы рекомендовал использовать более тонкие проводники с учетом п.2).
• Если необходимо использовать тонкие проводники, старайтесь максимально уменьшить их длину.
• Оберегайте по возможности датчик и провода от ударов и вибраций, которые могут ухудшить параметры системы.
• Не подвергайте термопару резким колебаниям температуры и используйте ее и соединительные провода только в рабочем диапазоне температур.
• По возможности ведите протоколирование результатов измерений.

Датчики температуры на основе микрочипов

Датчики температуры представляют собой микросхему, в 3х выводном пластмассовым или металлическом корпусе.

Аналоговые датчики температуры К1019ЕМ и TMP35, 36,37 и DS60.

Разработаны и применяются различные датчики температур отечественных и зарубежных производителей. Они могут иметь аналоговый и цифровой выход. Аналоговые датчики описаны в «».

Как уже понятно датчики имеют аналоговый — напряжения выход.

Точность аналоговых датчиков ± 0,5 -:- 1 °С.

Цифровые датчики температуры типа DS18S20.

Датчик имеет цифровой выход с интерфейсом 1-Wire®.

С помощью дополнительных вычислений дискретность представления температуры можно уменьшить, в нашем случае она равна 0.1°C. Самым привлекательным является то, что такой термометр уже откалиброван на заводе, гарантированная точность составляет ±0.5°C в диапазоне –10..+85°C и ±2°C во всем диапазоне рабочих температур.

Другие цифровые датчики DS1620, DS1621, DS1624, DS1629, DS1821.

Главный недостаток подобных датчиков большие размеры и как результат большую инерционность.

Измерители температуры

Все перечисленные выше датчики могут применяться отдельно, правда это требует соответствующих измерительных приборов (как например термопара — гальванометр, милливольтметр) или согласующих устройств (например при применении термометров сопротивления). Или в составе законченных измерителей температуры.

В большинстве переносных моделей измерителей температуры в качестве датчиков применяются термопары. Они имеют точность измерения 0,1 — 1 °С.

В стационарных системах теплового контроля применяются терморезисторы полупроводниковые, а в случаях когда требуется более точный контроль — терморезисторы сопротивления.

Диоды работающие на прямом токе в качестве датчиков температуры широко используются в микроэлектронике в составе чипов процессоров и других микросхем требующих контроля температуры. Диоды выполняются в едином технологическом процессе при изготовлении самого чипа и практически ничего не стоят. Правда возникает необходимость отдельного контактного вывода на контактной панели процессора или другого чипа. В некоторых типах процессоров в чип встраивается и схема преобразования, этот узел используется для автоматического управления производительностью процессора и защиты его от перегрева.

К бесконтактным измерителям температуры относятся измерители измеряющие лучистую ИК энергию исходящую от нагретых тел, в диапазоне 8-14 мкм.

Бесконтактные измерители температуры позволяют исследовать температуры поверхностей и применяются для профилактического обслуживания, обнаружения механических и электрических дефектов до аварии, для энергоаудита и наблюдения за технологическими процессами, в медицинских и ветеринарных исследованиях.

Пирометры

Пирометр — измерительный прибор для бесконтактного измерения температуры и основаны на использовании инфракрасного излучения контролируемых объектов.

Принцип действия инфракрасного пирометра основан на измерении абсолютного значения излучаемой энергии одной волны в инфракрасном спектре. Это относительно недорогой из бесконтактных метод измерения температуры. Данные устройства могут наводиться на объект с любой дистанции и ограничены лишь диаметром измеряемого пятна и прозрачностью окружающей среды. Они идеальны для переносных моделей, и поэтому могут работать по принципу «навел и измерил».

Инфракрасные термометры, часто называемые пирометрами, используют принцип детектора инфракрасного излучения. Интенсивность и спектр излучения зависит от температуры тела. Измеряя характеристики излучения тела, пирометр косвенно определяет температуру его поверхности.

Назначение пирометров

• измерение температуры удаленных и труднодоступных объектов;
• измерение температуры движущихся частей;
• обследование частей, находящихся под опасным для жизни напряжением;
• контроль высокотемпературных процессов;
• регистрация быстро изменяющихся температур;
• обследование частей или поверхностей, не доступных для измерения;
• обследование материалов с низкой теплопроводностью или теплоемкостью.

Области применения пирометров

• теплоэнергетика;
• электроэнергетика;
• металлургия и металлообработка;
• электроника — контроль температуры элементов и деталей;
• диагностика двигателей внутреннего сгорания;
• электродвигатели и подшипники;
• контроль температуры производственных процессов;
• контроль условий хранения и перевозки пищевых продуктов;
• обследование зданий и сооружений;
• транспорт — диагностика работы автомобильный и железнодорожный транспорт;
• системы отопления, вентиляции и кондиционирования;
• обследование холодильной техники.

Быстродействие пирометра

Так как пирометры применяются в случаях быстрого изменения температуры, быстродействие для них является важной характеристикой. Оно обычно оценивается временем достижения 95% установившегося показания (время установления показания) и составляет 0,5 — 1 сек.

Оптическое разрешение

Область чувствительности пирометра приближенно можно представить конусом, вершина которого упирается в объектив прибора, а основание располагается на поверхности объекта. Отношение высоты конуса к его диаметру L:D, называемое оптическим разрешением пирометра, является одной из основных характеристик прибора (иногда используют обратную величину — D:L). Чем больше L:D, тем более мелкие предметы пирометр может различить на расстоянии.

Область чувствительности пирометра можно считать конической только на достаточном расстоянии. Вблизи она имеет более сложную форму. Часто у пирометра зона чувствительности сначала сужается до минимума, а затем начинает расширяться в форме конуса. Расстояние F, на котором достигается минимальный диаметр зоны чувствительности d, называется фокусным расстоянием. Для таких пирометров параметры F и d указываются в документации. Существуют специальные короткофокусные пирометры, у которых d составляет 5…8 мм на расстоянии F 300…600 мм.

Преимущества:

Возможность бесконтактного измерения температуры.

Недостатки:

Для обеспечения заданной точности измерений необходимо устанавливать поправочные коэффициенты для разных излучающих поверхностей. Это установка излучательной способности, контролируемой поверхности по таблицам.

Не вводя излучательную способность можно получить погрешность несколько градусов (по данным производителя) и более 30 °С на поверхности металлов, особенно с качественной обработкой поверхности.

Пирометры измеряют среднюю температуру поверхности в пределах области чувствительности.

Высокая цена пирометров с коррекцией излучательной способности и высоким оптическим разрешением, которые необходимы для контроля температуры узлов электронной техники. (>500$)

Тепловизоры

Тепловизор

— устройство для наблюдения за распределением температуры исследуемой поверхности. Распределение температуры отображается на дисплее (и в памяти) тепловизора как цветовое поле, где определённой температуре соответствует определённый цвет. На дисплее (многих моделей) отображается диапазон температуры видимой в объектив поверхности. Типовое разрешение современных тепловизоров — 0,1°С.

Тепловизор является дорогостоящим прибором. Его основные элементы — матрица и объектив составляют около 90% общей стоимости. Матрицы весьма сложны в производстве, но со временем, по заверениям экспертов, их цена может снизиться. С объективами ситуация сложнее: их нельзя сделать из стекла, потому что этот материал не пропускает ИК-излучение. По этой причине для создания объективов применяются редкие и дорогие материалы (например, германий или специальные стекла).

Достоинства:

• Может показывать визуальное изображение, что помогает в сравнении температур на большой площади
• Позволяет находить аварийные элементы до их выхода из строя
• Измерение в областях, где другие методы невозможны или опасны
• Неразрушающий контроль

Недостатки:

• Высокая цена, а качественные камеры очень дороги,
• Изображения тепловизора часто трудно понять даже профессионалам. Изображения, требуют сложного анализа, с использованием съемки рассматриваемого объекта в видимом свете,
• Большинство камер имеют погрешность ±2% или меньшую точность
• Возможность измерения только температуры поверхностей

Практика показывает, что, кроме специализированных, нет датчиков температуры работающих по принципу «поставил и забыл». К такой категории можно отнести только законченные измерители температуры.

К сожалению не выпускаются датчики температуры на основе полупроводниковых диодов. Стандартные диоды слабо к этому приспособлены, поскольку имеют корпуса с малой теплопроводностью и их размеры много больше собственно диода. Их можно использовать, в основном как датчики температуры среды в которую они помещены (воздуха, жидкости).

Как датчики температуры, в точке на поверхности контролируемого объекта, они не приспособлены конструктивно.

Практически все датчики применяемые при измерении температур требуют некоторой подготовки применяющего их. В первую очередь потому, что их применение требует их контроля или калибровки хотя бы в 1 — 2 точках, а если требуется точность более 1% требуется полная градуировка.

Если не проводится ежегодная аттестация прибора для измерения температуры промышленного изготовления в Росстандарте, требуется периодическая проверка его своими силами хотя бы в двух точках. При нуле (0°С) и 100 °С.

Мой опыт показывает, применение термопар при отладке (контактные измерения при большом количестве контролируемых точек) систем охлаждения ПК оптимально. Можно даже снимать распределение температур по поверхности.

— Они имеют максимальное быстродействие (1-10 сек.).

— Они позволяют выполнять измерения прямым контактом в заданной точке контролируемой поверхности. Это все дает возможность за достаточно короткое время контролировать много точек.

— При использовании градуировочных таблиц (кривых) их точность может превышать все применяемые средства для измерения температур.

ГЛАВНОЕ!

Применение при измерениях в ПК датчики температуры в защитных оболочках может быть рекомендовано только в постоянных точках контроля!

Они не только имеют время измерения 30-60 сек, за счет своей большой массы (измерение можно считать выполненным — только при установлении показаний измерителя в статическое состояние), но и занижают реальную температуру за счет отвода тепла со своей большой поверхности (за счет ее большой площади).

Для таких датчиков может быть рекомендовано их применение в соответствии со статьей «Измерение температуры процессоров AMD» Сергей Веремеенко, только датчик температуры необходимо приклеить теплопроводящим клеем.

Прямое включение диода

На p-n-переход диода может оказывать воздействие напряжение, подаваемое с внешних источников. Такие показатели, как величина и полярность, будут сказываться на его поведении и проводимом через него электрическом токе.

Ниже подробно рассмотрен вариант, при котором происходит подключение плюса к области p-типа, а отрицательного полюса к области n-типа. В этом случае произойдет прямое включение:

1. Под воздействием напряжения от внешнего источника, в p-n-переходе сформируется электрическое поле, при этом его направление будет противоположным относительно внутреннего диффузионного поля.
2. Напряжение поля значительно снизится, что вызовет резкое сужение запирающего слоя.
3. Под воздействием этих процессов значительное количество электронов обретет возможность свободно переходить из p-области в n-область, а также в обратном направлении.
4. Показатели тока дрейфа во время этого процесса остаются прежними, поскольку они напрямую зависят только от числа неосновных заряженных носителей, находящихся в области p-n-перехода.
5. Электроны обладают повышенным уровнем диффузии, что приводит к инжекции неосновных носителей. Иными словами, в n-области произойдет повышение количества дырок, а в p-области будет зафиксирована повышенная концентрация электронов.
6. Отсутствие равновесия и повышенное число неосновных носителей заставляет их уходить вглубь полупроводника и смешиваться с его структурой, что в итоге приводит к разрушению его свойств электронейтральности.
7. Полупроводник при этом способен восстановить свое нейтральное состояние, это происходит благодаря получению зарядов от подключенного внешнего источника, что способствует появлению прямого тока во внешней электрической цепи.

Обратный ток диода

импульсный обратный ток диода — Iобр.и, IRM Наибольшее мгновенное значение обратного тока диода, обусловленного импульсным обратным напряжением. [ГОСТ 25529 82] Тематики полупроводниковые приборы EN peak reverse current DE Spitzensperrstrom der Diode FR courant inverse de crête … Справочник технического переводчика

Импульсный обратный ток диода — 11. Импульсный обратный ток диода D. Spitzensperrstrom der Diode E. Peak reverse current F. Courant inverse de crête Iобр.и Наибольшее мгновенное значение обратного тока диода, обусловленного импульсным обратным напряжением Источник: ГОСТ 25529… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

постоянный обратный ток диода — Iобр, IR [ГОСТ 25529 82] Тематики полупроводниковые приборы EN reverse continuous current DE Sperrgleichstrom der Diode FR courant inverse continu … Справочник технического переводчика

Постоянный обратный ток диода — 10. Постоянный обратный ток диода D. Sperrgleichstrom der Diode E. Reverse continuous current F. Courant inverse continu Iобр Источник: ГОСТ 25529 82: Диоды полупроводниковые. Термины, определения и буквенные обозначения параметров … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

обратный ток полупроводникового диода — atgalinė puslaidininkinio diodo srovė statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. reverse current of a semiconductor diode vok. Rückwärtsstrom bei einer Halbleiterdiode, m rus. обратный ток полупроводникового диода, m pranc. courant inverse d … Automatikos terminų žodynas

повторяющийся импульсный обратный ток выпрямительного диода — Шобр.и.п IRRM Значение обратного тока выпрямительного диода, обусловленного повторяющимся импульсным обратным напряжением. [ГОСТ 25529 82] Тематики полупроводниковые приборы Обобщающие термины выпрямительные диоды EN repetitive peak reverse… … Справочник технического переводчика

Обратное включение диода

Теперь будет рассмотрен другой способ включения, во время которого изменяется полярность внешнего источника, от которого происходит передача напряжения:

1. Главное отличие от прямого включения заключается в том, что создаваемое электрическое поле будет обладать направлением, полностью совпадающим с направлением внутреннего диффузионного поля. Соответственно, запирающий слой будет уже не сужаться, а, наоборот, расширяться.
2. Поле, находящееся в p-n-переходе, будет оказывать ускоряющий эффект на целый ряд неосновных носителей заряда, по этой причине, показатели дрейфового тока останутся без изменений. Он будет определять параметры результирующего тока, который проходит через p-n-переход.
3. По мере роста обратного напряжения, электрический ток, протекающий через переход, будет стремиться достичь максимальных показателей. Он имеет специальное название – ток насыщения.
4. В соответствии с экспоненциальным законом, с постепенным увеличением температуры будут увеличиваться и показатели тока насыщения.

Способы определения полярности

Для определения полярности диодного изделия можно воспользоваться различными приёмами, каждый из которых подходит для определённых ситуаций и будет рассмотрен отдельно. Эти методы условно делятся на следующие группы:

• Метод визуального осмотра, позволяющий определиться с полярностью по имеющейся маркировке или характерным признакам;
• Проверка посредством мультиметра, включённого в режим прозвонки;
• Выяснение, где плюс, а где минус путём сборки несложной схемы с миниатюрной лампочкой.

Прямое и обратное напряжение

Напряжение, которое оказывает воздействие на диод, разделяют по двум критериям:

1. Прямое напряжение – это то, при котором происходит открытие диода и начинается прохождение через него прямого тока, при этом показатели сопротивления прибора являются крайне низкими.
2. Обратное напряжение – это то, которое обладает обратной полярностью и обеспечивает закрытие диода с прохождением через него обратного тока. Показатели сопротивления прибора при этом начинают резко и значительно расти.

Сопротивление p-n-перехода является постоянно меняющимся показателем, в первую очередь на него оказывает влияние прямое напряжение, подающееся непосредственно на диод. Если напряжение увеличивается, то показатели сопротивления перехода будут пропорционально уменьшаться.

Это приводит к росту параметров прямого тока, проходящего через диод. Когда данный прибор закрыт, то на него воздействует фактически все напряжение, по этой причине показатели проходящего через диод обратного тока являются незначительными, а сопротивление перехода при этом достигает пиковых параметров.

Определение тока

Для осуществления этого есть несколько методов. Рассмотрим наиболее простой из них. Чтобы определить номинальный ток светодиода, потребуется наличие тестера, называемого мультиметром. Такой метод также применяется для обычных диодов.

Измерение силы тока светодиода

Тестирование проводится следующим образом:

• Щупы мультиметра подключаются плюсовым выводом к аноду, а минусовым к катоду.
• Анодный вывод у светодиода делается длиннее, чем катодный.
• Прозванивать можно светодиоды, у которых небольшое напряжение питания. Если у них большая мощность, применять такой метод нельзя.

Лучше воспользоваться проверенным способом измерения характеристик устройства. Для этого понадобятся:

• блок питания, рассчитанный на 12 В;
• мультиамперметр;
• постоянные резисторы – 2,2 и 1 кОм, а также 560 Ом;
• переменный резистор – 470–680 Ом;
• вольтметр, желательно цифровой;
• провода для коммутации схемы.

Как и в предыдущем случае, потребуется узнать полярность диода. Если по его выводам непонятно, где «+» и «-», тогда придется к одному из выводов подсоединить резистор 2,2 кОм. После этого нужно подключить светодиод к блоку питания. При его свечении нужно отключить питание и промаркировать нужный выход «+».

Работа диода и его вольт-амперная характеристика

Под вольт-амперной характеристикой данных приборов понимается кривая линия, которая показывает то, в какой зависимости находится электрический ток, протекающий через p-n-переход, от объемов и полярности напряжения, воздействующего на него.

Подобный график можно описать следующим образом:

1. Ось, расположенная по вертикали: верхняя область соответствует значениям прямого тока, нижняя область параметрам обратного тока.
2. Ось, расположенная по горизонтали: область, находящаяся справа, предназначена для значений прямого напряжения; область слева для параметров обратного напряжения.
3. Прямая ветвь вольт-амперной характеристики отражает пропускной электрический ток через диод. Она направлена вверх и проходит в непосредственной близости от вертикальной оси, поскольку отображает увеличение прямого электрического тока, которое происходит при увеличении соответствующего напряжения.
4. Вторая (обратная) ветвь соответствует и отображает состояние закрытого электрического тока, который также проходит через прибор. Положение у нее такое, что она проходит фактически параллельно относительно горизонтальной оси. Чем круче эта ветвь подходит к вертикали, тем выше выпрямительные возможности конкретного диода.
5. По графику можно наблюдать, что после роста прямого напряжения, протекающего через p-n-переход, происходит медленное увеличение показателей электрического тока. Однако постепенно, кривая достигает области, в которой заметен скачок, после которого происходит ускоренное нарастание его показателей. Это объясняется открытием диода и проведением тока при прямом напряжении. Для приборов, изготовленных из германия, это происходит при напряжении равном от 0,1В до 0,2В (максимальное значение 1В), а для кремниевых элементов требуется более высокий показатель от 0,5В до 0,6В (максимальное значение 1,5В).
6. Показанное увеличение показателей тока может привести к перегреву полупроводниковых молекул. Если отведение тепла, происходящее благодаря естественным процессам и работе радиаторов, будет меньше уровня его выделения, то структура молекул может быть разрушена, и этот процесс будет иметь уже необратимый характер. По этой причине, необходимо ограничивать параметры прямого тока, чтобы не допустить перегрева полупроводникового материала. Для этого, в схему добавляются специальные резисторы, имеющие последовательное подключение с диодами.
7. Исследуя обратную ветвь можно заметить, что если начинает увеличиваться обратное напряжение, которое приложено к p-n-переходу, то фактически незаметен рост параметров тока. Однако в случаях, когда напряжение достигает параметров, превосходящих допустимые нормы, может произойти внезапный скачок показателей обратного тока, что перегреет полупроводник и будет способствовать последующему пробою p-n-перехода.

Как определить ток электродвигателя если известна мощность?

Как найти номинальный ток двигателя

Зная паспортную мощность, не составит труда рассчитать значения токов электродвигателя. Допустим, нам не известен номинальный ток двигателя 45 кВт – как в таком случае определить ток двигателя по мощности? При подключении к трехфазной сети 380 Вольт определение тока производится по формуле точного расчета:

Iн = 45000/√3(380*0,92*0,85) = 45000/514,696 = 87,43А

• Iн — сила тока асинхронного двигателя
• Pн — номинальная мощность двигателя 45 киловатт
• √3 — квадратный корень из трех = 1,73205080757
• Uн — напряжение сети 380В
• η — коэффициент полезного действия 92% (в расчетах 0,92)
• сosφ — коэффициент мощности 0,85

Как определить номинальный ток электродвигателя, если коэффициент мощности и КПД неизвестны? В этой ситуации, найти номинальный ток двигателя с небольшой погрешностью мы сможем по соотношению – два ампера на одни киловатт. Определить силу тока электродвигателя используя формулу:

Как определить пусковой ток двигателя

Пусковые токи электродвигателей, можно найти и рассчитать по формуле:

Iп — значение тока при запуске асинхронного двигателя, которое необходимо узнать

Iн — уже рассчитанный номинальный ток

К — кратность пускового тока двигателя (найти в паспорте)

Основные неисправности диодов

Иногда приборы подобного типа выходят из строя, это может происходить из-за естественной амортизации и старения данных элементов или по иным причинам.

Всего выделяют 3 основных типа распространенных неисправностей:

1. Пробой перехода приводит к тому, что диод вместо полупроводникового прибора становится по своей сути самым обычным проводником. В таком состоянии он лишается своих основных свойств и начинает пропускать электрический ток в абсолютно любом направлении. Подобная поломка легко выявляется при помощи стандартного мультиметра, который начинает подавать звуковой сигнал и показывать низкий уровень сопротивления в диоде.
2. При обрыве происходит обратный процесс – прибор вообще перестает пропускать электрический ток в каком-либо направлении, то есть он становится по своей сути изолятором. Для точности определения обрыва, необходимо использовать тестеры с качественными и исправными щупами, в противном случае, они могут иногда ложно диагностировать данную неисправность. У сплавных полупроводниковых разновидностей такая поломка встречается крайне редко.
3. Утечка, во время которой нарушается герметичность корпуса прибора, вследствие чего он не может исправно функционировать.

Пробой p-n-перехода

Подобные пробои происходят в ситуациях, когда показатели обратного электрического тока начинают внезапно и резко расти, происходит это из-за того, что напряжение соответствующего типа достигает недопустимых высоких значений.

Обычно различается несколько видов:

1. Тепловые пробои, которые вызваны резким повышением температуры и последующим перегревом.
2. Электрические пробои, возникающие под воздействием тока на переход.

График вольт-амперной характеристики позволяет наглядно изучать эти процессы и разницу между ними.

Электрический пробой

Последствия, вызываемые электрическими пробоями, не носят необратимого характера, поскольку при них не происходит разрушение самого кристалла. Поэтому при постепенном понижении напряжения можно восстановить всей свойства и рабочие параметры диода.

При этом, пробои такого типа делятся на две разновидности:

1. Туннельные пробои происходят при прохождении высокого напряжения через узкие переходы, что дает возможность отдельно взятым электронам проскочить через него. Обычно они возникают, если в полупроводниковых молекулах имеется большое количество разных примесей. Во время такого пробоя, обратный ток начинает резко и стремительно расти, а соответствующее напряжение находится на низком уровне.
2. Лавинные разновидности пробоев возможны благодаря воздействию сильных полей, способных разогнать носителей заряда до предельного уровня из-за чего они вышибают из атомов ряд валентных электронов, которые после этого вылетают в проводимую область. Это явление носит лавинообразный характер, благодаря чему данный вид пробоев и получил такое название.

Тепловой пробой

Возникновение такого пробоя может произойти по двум основным причинам: недостаточный теплоотвод и перегрев p-n-перехода, который происходит из-за протекания через него электрического тока со слишком высокими показателями.

Повышение температурного режима в переходе и соседних областях вызывает следующие последствия:

1. Рост колебания атомов, входящих в состав кристалла.
2. Попадание электронов в проводимую зону.
3. Резкое повышение температуры.
4. Разрушение и деформация структуры кристалла.
5. Полный выход из строя и поломка всего радиокомпонента.

Как проверить диод?

Чтобы определить исправность диода можно воспользоваться приведённой далее методикой его проверки цифровым мультиметром.

Но для начала вспомним, что представляет собой полупроводниковый диод.

Полупроводниковый диод – это электронный прибор, который обладает свойством однонаправленной проводимости.

У диода имеется два вывода. Один называется катодом, он является отрицательным. Другой вывод – анод. Он является положительным.

На физическом уровне диод представляет собой один p-n переход.

Напомню, что у полупроводниковых приборов p-n переходов может быть несколько. Например, у динистора их три! А полупроводниковый диод, по сути является самым простым электронным прибором на основе всего лишь одного p-n перехода.

Запомним, что рабочие свойства диода проявляются только при прямом включении. Что значит прямое включение? А это означает, что к выводу анода приложено положительное напряжение ( +), а к катоду – отрицательное, т.е. (—). В таком случае диод открывается и через его p-n переход начинает течь ток.

При обратном включении, когда к аноду приложено отрицательное напряжение (—), а к катоду положительное ( +), то диод закрыт и не пропускает ток.

Так будет продолжаться до тех пор, пока напряжение на обратно включённом диоде не достигнет критического, после которого происходит повреждение полупроводникового кристалла. В этом и заключается основное свойство диода – односторонняя проводимость.

У подавляющего большинства современных цифровых мультиметров (тестеров) в функционале присутствует возможность проверки диода. Эту функцию также можно использовать для проверки биполярных транзисторов. Обозначается она в виде условного обозначения диода рядом с разметкой переключателя режимов мультиметра.

Небольшое примечание! Стоит понимать, что при проверке диодов в прямом включении на дисплее показывается не сопротивление перехода, как многие думают, а его пороговое напряжение! Его ещё называют падением напряжения на p-n переходе. Это напряжение, при превышении которого p-n переход полностью открывается и начинает пропускать ток. Если проводить аналогию, то это величина усилия, направленного на то, чтобы открыть «дверь» для электронов. Это напряжение лежит в пределах 100 – 1000 милливольт (mV). Его то и показывает дисплей прибора.