Gutdver.ru

Отделка и ремонт
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Диод в цепи переменного тока с лампой

Диод в цепи переменного тока с лампой

НАЗАД

ДИОДЫ

Диод полупроводниковый на колодке с зажимами применяют в практикуме для выполнения лабораторной работы «Снятие вольт-амперной характеристики полупроводникового диода».
Полупроводниковый диод Д7Ж (рис. 16-35) укреплен на изолирующей подставке с двумя винтовыми зажимами. Он имеет следующие основные параметры (для температуры окружающей среды +20° С):
наибольшая амплитуда обратного напряжения . 400 в
обратный ток при наибольшем обратном напряжении (среднее значение). 0,3 ма
наибольший выпрямленный ток (среднее значение) 300 ма падение напряжения на диоде при наибольшем прямом токе. 0,5 в
Для выполнения лабораторной работы дополнительно нужны:
миллиамперметр М45М постоянного тока, вольтметр М45М постоянного тока, реостат на 50—70 ом со скользящим контактом, ключ лабораторный.
Предназначен прибор для IX класса. Необходимо иметь в кабинете три таких прибора.

Диод электровакуумный демонстрационный ДЭД
1. Назначение
Прибор служит для демонстрации устройства и действия электронных ламп, и в первую очередь простейшей нз них — двухэлектродной лампы — диода.

2 Технические данные
Электрические параметры диода:
а) род накала — прямой;
б) номинальное напряжение накала 6,3 В;
в) сила тока накала не более 3 А;
г) напряжение анода не более 250 В;
д) сила тока анода не менее 0,5 мА.
Габаритные размеры диода в мм не более:
ширина 86, высота со стержнем 295 мм.
Масса изделия не более 220 г.

3. Комплект поставки

Диод электровакуумный демонстрационный — I шт.
Руководство по эксплуатации — I шт.
Коробка для упаковки — I шт.

4 Устройство и работа изделия
Диод представляет собой цилиндрический стеклянный баллон, внутри которого, в верхней части, впаян анод в виде диска, а в нижней части—стеклянная ножка, на которой укреплен катод прямого накала в виде проволочной спирали из вольфрама (рис. 1).
На копнах баллона имеются пластмассовые цоколи с контактными зажимами для подключения диода к электрической цепи.
В баллоне создан вакуум порядка 10 -5 мм ртутного столба.
Баллон снабжен стержнем для крепления прибора в штативе или на подставке (подставка к прибору не прилагается).
Для большей наглядности демонстрацию устройства двухэлектродной лампы можно сопровождать проецированием диода на экран с помощью проекционного аппарата.

С диодом можно проводить следующие опыты.
4. 1. Устройство электронного диода

Прежде всего, следует подробно ознакомить учащихся с общим устройством диода, объяснить назначение электродов, их взаимное"расположение в баллоне лампы.
После этого можно продемонстрировать накаливание нити катода током. Лучше всего в качестве питающего устройства применить выпрямитель универсальный на полупроводниках (ВУП), можно также воспользоваться выпрямителем кенотронным типа ВК-3.
Если в кабинете физики нет указанных выпрямителей, то для питания нити накала используют батарею аккумуляторов (например. 5НКН-10).
Собирают установку, состоящую из диода, закрепленного на подставке, выпрямителя и рубильника.
Подключают контактные зажимы на цоколе лампы через рубильник к двум зажимам выпрямителя, обозначенным Затем, включив выпрямитель в сеть переменного тока, замыкают цепь рубильником и наблюдают нормальное свечение нити.
4. 2. Обнаружение термоэлектронной эмиссии с помощью электрометра
Для данного опыта необходимы: диод электровакуумный демонстрационный, электрометр стрелочный, выпрямитель или батарея аккумуляторов, низкоомный реостат, рубильник, проводник на изолирующей ручке, палочки эбонитовая и из органического стекла, соединительные провода.
Прежде всего, собирают электрическую цепь для накала катода, для чего, как и в предыдущем опыте, соединяют выпрямитель или батарею аккумуляторов, рубильник и диод*электровакуумный Замыкая цепь, получают ярко-красное свечение нити катода.
С раскаленного катода, как и со всякого накаленного тела, в окружающее пространство вылетают электроны, несущие отрицательный заряд. Электроны имеют различную скорость; некоторые из них достигают анода и заряжают его отрицательно. Это можно обнаружить демонстрационным электрометром с конденсатором в виде двух дисков. Один из дисков конденсатора устанавливают на стержень электрометра, а другой, имеющий эбонитовую ручку, кладут сверху. Корпус электрометра и верхний диск заземляют.
Проводником па изолирующей ручке соединяют на короткое время анод диода с нижним диском конденсатора и тем самым сообщают ему некоторый заряд. Затем удаляют верхний диск. Так как при удалении этого диска емкость прибора во много раз уменьшается, то потенциал заряда возрастает и стрелка электрометра заметно отклоняется.
После этого исследуют знак заряда электрометра. Включают в цепь низкоомный реостат. К электрометру на некотором расстоянии подносят отрицательно заряженную (эбонитовую) палочку и наблюдают увеличение отклонения стрелки; электрометр получил отрицательный заряд. Повторяют опыт, увеличивая реостатом накал катода. В этом случае увеличиваются показания электрометра, так как он получает большой заряд.
Далее можно показать, что катод лампы, теряя электроны вследствие эмиссии, заряжается положительно. Для этого анод лампы заземляют, выпрямитель или батарею аккумуляторов, реостат и рубильник располагают на изолирующей скамье, и нижний диск конденсатора на некоторое время соединяют проводником с накаленным катодом. В этом случае после удаления верхнего диска электрометр оказывается заряженным положительно. Явление термоэлектронной эмиссии можно продемонстрировать и на следующем опыте.
Удаляют конденсатор со стержнем электрометра и, зарядив его положительно, например от наэлектризованной стеклянной палочки, соединяют электрометр проводником на изолирующей ручке с анодом диода Затем включают ток з цепь катода (накал яркокрасный) и наблюдают, что электрометр быстро разряжается, так как электроны, испускаемые накаленным катодом, притягиваются положительно заряженным анодом и нейтрализуют его заряд. Если зарядить электрометр отрицательно и соединить его с анодом диода, то электрометр не разряжается и при накаленном катоде. Вылетающие из катода электроны теперь не притягиваются анодом, а наоборот, электрическое поле возвращает их обратно на катод. Можно отрицательно заряженный электрометр соединить с катодом лампы, изолировав предварительно всю цепЪ скамьей и заземлив анод. Теперь электрометр будет разряжаться, так как накаленный катод вследствие эмиссии теряет электроны и его потенциал вместе с соединенным электрометром изменяется.
4. 3. Получение анодного тока в электронной лампе
Для этого опыта необходимы: диод электровакуумный демонстрационный, выпрямитель, амперметр демонстрационный, реостат низкоомный, рубильник и соединительные провода.
Собирают установку, изображенную на рисунке.

Подключают нить накала диода через реостат и рубильник к зажимам «

Читайте так же:
Лампа накаливания световое действие тока

6,3» выпрямителя. Присоединяют гальванометр к аноду диода и к зажиму «+250» регулируемого напряжения, а «—250» регулируемого напряжения — к нити накала.
Включив питание выпрямителя и проверив положение рукоятки регулировки напряжения (она должна быть установлена в нулевое положение), замыкают рубильником электрическую цепь. Постепенно выводя реостат (переводят движок в крайнее правое положение), наблюдают нормальное свечение нити накала.
Затем, убедившись, что стрелка гальванометра установлена на нуле, поворотом рукоятки выпрямителя плавно увеличивают анодное напряжение и наблюдают по гальванометру за отклонением
стрелки, что показывает наличие тока в анодном цепи.
Затем передвижением движка реостата несколько уменьшают накал нити и демонстрируют уменьшение анодного тока за счет изменения величины электронной эмиссии.
После этого меняют местами соединительные провода, подключенные к зажимам выпрямителя «+250» и «—250» регулируемого напряжения.
Включив рубильник, замечают отсутствие показаний гальванометра, хотя нить накала раскалена. Следует объяснить учащимся, что это указывает на основное свойство диода — одностороннюю
проводимость.
4. 4. Вольтамперная характеристика диода
Для данного опыта необходимы: диод электровакуумный демонстрационный, выпрямитель, амперметр и вольтметр демонстрационные, рубильник, реостат низкоомный и соединительные провода.
Монтаж установки производят по рисунку 3.

Нить накала диода через рубильник и реостат присоединяют к контактным зажимам «

6,3» выпрямителя, нижние контактные зажимы амперметра соединяют один с анодом диода, второй —с кон тактным зажимом выпрямителя «4-250» регулируемого напряжения.
К вольтметру присоединяют добавочное сопротивление примерно 33 кОм и через него соединяют вольтметр с контактными зажимами выпрямителя «

250» и «—250» регулируемого напряжения, а последний, в свою очередь, соединяют с одним из зажимов «

6,3» выпрямителя.
Установив на вольтметре шкалу на 15 делений и использовав добавочное сопротивление около 33 кОм, получим цену деления шкалы вольтметра, равную 10 В. Включив питание выпрямителя и замкнув рубильником электрическую цепь, доводят реостатом накал нити до нормального свечения. Предварительно следует убедиться в том, что рукоятка выпрямителя, плавно регулирующая напряжение, находится на нуле.
После этого, не меняя напряжения нити накала, поворотом рукоятки выпрямителя подают напряжение на анод (например. 10 В, одно деление шкалы вольтметра) и по амперметру замечают величину анодного тока. Постепенно увеличивая анодное напряжение (с интервалами в 10 В), доводят его до 80—100 В, записывая все результаты измерений в таблицу.
По полученным результатам целесообразно построить график изменения анодного тока в зависимости от изменения напряжения на аноде.
Рассматривая график, показывают учащимся, что с увеличением напряжения анодный ток вначале возрастает быстро, потом медленнее и наконец его величина остается без изменения, хотя напряжение продолжает увеличиваться. Это явление называется состоянием насыщения. В этом случае наибольший анодный ток называется током насыщения.
Затем увеличивают накал катода и повторяют опыт. Увеличение накала катода повлечет за собой увеличение эмиссии электронов, и ток насыщения возрастет. Результаты опыта необходимо нанести на график на ту же сетку координат. Полученная кривая расположится выше первой. В этом случае ток насыщения получается при более высоком анодном напряжении.
4. 5. Двуэлектродная лампа как выпрямитель
Переходя к дальнейшему изучению свойств двухэлектродной лампы, напоминают учащимся опыт 3, в котором демонстрировалась односторонняя проводимость диода. Желательно этот опыт повторить, воспользовавшись установкой, приведенной на рисунке 3. Следует только заменить шкалу вольтметра, установив шкалу с нулем посередине, и использовать зажимы «0±100» выпрямителя (нижние справа), дающие возможность изменения полярности подаваемого на анод напряжения.
Установив корректором стрелку вольтметра на нуль шкалы, замыкают рубильником цепь накала и поворотом по часовой стрелке рукоятки выпрямителя (верхняя справа) подают на анод положительный потенциал.
Амперметр покажет наличие тока в анодной цепи, а вольтметр зафиксирует величину поданного напряжения (в данном случае в условных единицах, так как демонстрируется качественная сторо на явления). Целесообразно при подключении вольтметра к выпрямителю соблюсти полярность, чтобы стрелки обоих приборов отклонялись в одну сторону.
Затем рукоятку выпрямителя ставят в исходное положение и когда стрелки вольтметра и амперметра установятся на нуле, поворачивают рукоятку выпрямителя против часовой стрелки, подавая
на анод отрицательный потенциал. В этом случае стрелка вольтметра отклонится в противоположную сторону, а амперметр не обнаружит тока.
Таким образом наглядно будет продемонстрировано, что через диод идет ток только в том случае, когда на анод подается положительный потенциал, т. е./лампа обладает односторонней проводимостью.
Если в кабинете нет выпрямителя, то одностороннюю проводимость диода можно показать, используя в качестве источников питания батарею аккумуляторов и 2—3 батареи 3336, соединенные последовательно. Такая установка показана на рисунке.

Для смены полюсов источника питания анода используется двухполюсный переключатель.
Можно показать выпрямление переменного тока промышленной частоты.
Для демонстрации данного опыта требуется: диод электровакуумный демонстрационный, амперметр демонстрационный со шкалой с нулем посередине, выпрямитель и трансформатор универсальный с катушками 120 В и 12 В.

При отсутствии в кабинете выпрямителя следует воспользоваться батарей аккумуляторов, а монтаж установки произвести аналогично рисунку выше.
Трансформатор включается в сеть переменного тока. Низкое переменное напряжение снимается с 12-вольтовой катушки трансформатора и подается на диод через амперметр. Замкнув цепь накала диода, наблюдают, что стрелка прибора отклоняется в одну сторону, т. е. в анодной цепи протекает постоянный ток.

Читайте так же:
Как рассчитать силу тока для лампочки

5. Указания по эксплуатации
Потребитель должен иметь инструкцию по технике безопасности и производственной санитарии для данного Изделия, разработанную школой для местных условий, утвержденную в установленном порядке.
Прежде чем включить изделие, работающий должен изучить руководство по эксплуатации.
Эксплуатировать изделие имеют право лица,- прошедшие обучение и аттестацию с присвоением квалификационной группы не ниже второй в соответствии с «Правилами технической эксплуатации электроустановок потребителем и правилами техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителем».
С изделием следует обращаться осторожно, предохраняя его от ударов и механических повреждений.

6. Меры безопасности
При эксплуатации диода следует учитывать следующий вид опасности:
переменный электрический ток напряжением 220 или 127 В, частотой 50 Гц;
постоянный электрический ток напряжением 250 В.

7. Правила хранения
Диод следует хранить в сухом отапливаемом помещении, лучше в вертикальном положении, и установленным на подставке.

8. Гарантийные обязательства
Предприятие-изготовитель обязано в течение одного года со дня эксплуатации, но не более полутора лет со дня отгрузки изделия с предприятия-изготовителя, безвозмездно заменять изделие, если в течение указанного срока потребителем будет обнаружено несоответствие изделия требованиям на данное изделие.

Диод в цепи переменного тока с лампой

Полупроводниковый диод — прибор с одним выпрямляющим электрическим переходом и двумя выводами. Выпрямляющий переход носит название p-n-переход. Основным и главнейшим его свойством является то, что он проводит ток только в одном направлении. На рис.1 показано условное обозначение полупроводникового диода, обозначение его выводов с привязкой к полярности прилагаемого к выводам напряжения (плюс и минус) и направление пропускания тока. Свойство пропускания тока только в одном направлении получило название вентильного свойства. И такой диод иногда называют вентильным. Визуальным пояснением данного свойства может служить рис.2. Здесь на рис.2а наглядно показано, что в открытом состоянии пробка вентиля как бы открыта и ток свободно проходит в цепи. Во втором случае на рис.2б при обратном направлении тока пробка закрыта и ток не проходит. Если мы вспомним график переменного напряжения, рассмотренный в разделе "Про переменный ток и напряжение", то согласно своему свойству, диод будет пропускать только одну полуволну такого напряжения. Обычное синусоидальный ток показан на рис.3 на верхнем графике. Показано четыре периода. Для простоты взята нулевая фаза при активной (резистивной) нагрузке. На среднем графике показано прохождение тока через аналогичную нагрузку при включении ее через один полупроводниковый диод. На нижнем графике показано прохождение тока через нагрузку при питании ее через мостовую схему выпрямителя на 4-х диодах. Теперь обо всем этом поподробнее.

1)Если мы запитаем, скажем, лампу обычным переменным напряжением без использования диода, то через нее потечет ток такой же синусоидальной формы, что и питающее напряжение источника. И если мы измеряем напряжение на источнике переменного питания и на лампе вольтметром в режиме измерения переменного напряжения, то увидим привычное нам значение в 220В. Такую же синусоиду мы увидим на осциллографе при подключении его к источнику питания или к лампе. Данное включение лампы изображено на рисунке слева. Ток через лампу и напряжение на ней показано на рис.3а.2)Если мы запитаем эту же лампу тем же переменным напряжением, но уже подключив ее последовательно с диодом, то через нее потечет ток только одной полуволны питающего напряжения синусоидальной формы. Эта полуволна будет соответствовать полярности переменного напряжения, которая будет являться положительной в данный момент времени для диода, ведь движение электронов при переменном напряжении меняется из стороны в сторону, как об этом говорилось в разделе "Про переменный ток и напряжение". Следовательно движение электронов в другую сторону будет отрицательной полуволной. И если мы измеряем напряжение на источнике переменного питания вольтметром в режиме измерения переменного напряжения, то увидим привычное нам значение в 220В. А вот на лампе мы сможем увидеть постоянное напряжение величиною в половину напряжения источника питания. Это будет 110В. При подключении осциллографа к источнику питания мы увидим привычную нам синусоиду, а вот на лампе мы увидим только верхнюю положительную полуволну. Отрицательная полуволна будет запираться диодом, как было показано на рис.2б. Данное включение лампы изображено на рисунке справа. Все вышесказанное соответствует рис.3б. При таком включении лампы мы зрительно сможем наблюдать ее мерцание, связанное с появлением положительной полуволны напряжения и "срезанием" диодом отрицательной полуволны напряжения.

Читайте так же:
Как подобрать радиолампы по току

Выпрямительный мост

Еще одно включение, которое можно рассмотреть с применение диода — это включение через выпрямительный мост. Оно характерно тем, что через диоды протекают обе полуволны напряжения, которые для нагрузки будут являться положительными полуволнами, т.к будут протекать через нагрузку в одном направлении. Переменное напряжение мы сможем увидеть только на исходном источнике питания, а вот на нагрузке будет только постоянное напряжение. По своему значению оно будет равно значению переменному, что, собственно в таких случаях и требуется. Подключив к нагрузке осциллограф, мы увидим выпрямленные диодным мостом полуволны переменного напряжения. Это показано на верхнем графике (см. рис.3в). А на рис.4 продемонстрировано движение электронов от источника питания через диодный мост и нагрузку. С учетом того, что полярность переменного напряжения меняется (о чем говорилось в разделе "Про переменный ток и напряжение"), то мы условно показали это движением электрона синего и зеленого цвета. Видно, что несмотря на изменение полярности источника напряжения, ток через саму нагрузку течет всегда в одном направлении. Значит, обе полуволны переменного напряжения, проходя через диодный мост, будут иметь на нагрузке одну и ту же полярность постоянного напряжения.
Су ществует также и схема применения всего 2-х диодов для выпрямления переменного тока с использованием трансформатора с отводом от средней точки. В ней правильная работа диодов осуществляется за счет того, что применяемый трансформатор имеет две одинаковые вторичные обмотки с, соответственно, равными напряжениями. Один полупериод работает одна обмотка, а другой — другая. Этот вариант вы сможете найти и разобрать сами. Но на практике, однако, применяется гораздо чаще именно рассмотренная выше схема.

Как работает диод

Диод — 2-электродный электровакуумный, полупроводниковый или газоразрядный прибор с односторонней проводимостью электрического тока: он хорошо пропускает через себя ток в одном направлении и очень плохо — в другом. Это основное свойство диода используется, в частности, для преобразования переменного тока электросети в постоянный ток.

Схематическое устройство диода:

Конструктивно диод представляет собой небольшую пластинку германия или кремния, одна область (часть объема) которой обладает электропроводимостью p-типа, то есть «дырочной» (содержащей искусственно созданный недостаток электронов), другая — электропроводимостью n-типа, то есть электронной (содержащей избыток электронов). Границу между ними называют p-n переходом. Здесь буквы p и n — первые в латинских словах positiv — «положительный», и negativ — «отрицательный». Область p-типа исходного полупроводника такого прибора является анодом (положительным электродом), а область n-типа — катодом (отрицательным электродом) диода.

Принцип работы диода.

Если к диоду VD через лампу накаливания HL подключить батарею GB так, чтобы вывод положительного полюса батареи был соединен с анодом, а вывод отрицательного полюса с катодом диода (рис а), тогда в образовавшейся электрической цепи появится ток, о чем будет сигнализировать загоревшаяся лампа HL. Значение этого тока зависит от сопротивления p-n перехода диода и поданного на него постоянного напряжения. Такое состояние диода называют открытым, ток, текущий через него,— прямым током Iпр, а поданное на него напряжение, благодаря которому диод оказался в открытом состоянии,— прямым напряжением Uпр.

Если полюсы батареи GB поменять местами, как показано на рис. б, то лампа HL не загорится, так как в этом случае диод находится в закрытом состоянии и оказывает току в цепи большое сопротивление. Небольшой ток через p-n переход диода в обратном направлении все же пойдет, но по сравнению с прямым током будет столь незначительным, что нить накала лампы даже не среагирует. Такой ток называют обратным током Iобр, а напряжение, создающее его,— обратным напряжением Uобр.

Можно ли опытным путем проверить эти свойства диода? Конечно, можно. Для этого понадобятся любой плоскостной диод, например из серий Д226, Д202, Д7, миниатюрная лампа накаливания, рассчитанная на ток накала 100. 300 мА, например МН 3,5-0,14 (напряжение 3,5 В, ток накала 140 мА), и батарея 3336 (для плоского карманного электрического фонаря) или составленная из трех элементов 343 или 373. Соединять их между собой следует по схемам, приведенным на последнем рисунке. Попеременное изменение полярности включения батареи в цепь будет то открывать, то закрывать диод и тем самым автоматически зажигать и гасить лампу накаливания.

В таком опыте лампа накаливания выполняет двоякую роль: служит индикатором и ограничителем тока в цепи. При непосредственном прямом подключении батареи к диоду ток в цепи может оказаться столь значительным, что p-n переход перегреется и диод выйдет из строя.

Принцип устройства и работы так называемых точечных полупроводниковых диодов, например Д9, Д2, Д220, аналогичен. Площади p-n переходов полупроводниковых диодов в этом случае значительно меньше, чем у плоскостных диодов, поэтому и допустимые токи, текущие через них, меньше.

§ 3.12. Двухэлектродная электронная лампа — диод

Диод представляет собой вакуумированный баллон, в котором находятся два электрода: вольфрамовая нить К, являющаяся источником электронов (катод), и металлический полуцилиндр А (анод), окружающий катод (рис. 3.30, а). В других типах ламп анод может быть замкнутым цилиндром, который расположен не горизонтально, как на рисунке 3.30, а, а вертикально.

Читайте так же:
Как узнать ток светодиода в лампе

В этом случае и катод, совпадающий с осью анода, тоже расположен вертикально. Условное изображение диода показано на рисунке 3.30, б.

В лампах прямого накала нить накала из вольфрама одновременно служит катодом. Для получения значительной эмиссии нить нагревают до температуры 2000—2500 К. Диод прямого накала имеет существенный недостаток. Если катод нагревается переменным током, то его температура из-за малой теплоемкости нити периодически изменяется, что вызывает колебания тока в цепи лампы. По этой причине в настоящее время диоды прямого накала почти не применяются. Вместо них применяются лампы с косвенным накалом или диоды с подогревным катодом.

В лампах с косвенным накалом катод представляет собой никелевую трубочку, покрытую слоем оксидов щелочно-земель-ных металлов — бария, стронция, кальция. Такой катод называют оксидным. Работа выхода электронов с поверхности оксидного катода в несколько раз меньше, чем с вольфрама. Это позволяет снизить температуру накала до 1000 К. Подогрев катода обеспечивается небольшой спиралью, расположенной внутри трубочки (рис. 3.31, а). Условное обозначение диода с подогревным катодом изображено на рисунке 3.31,6.

Вольт-амперная характеристика диода

Существенные свойства любого электронного прибора отражает его вольт-амперная характеристика, т. е. зависимость силы тока от напряжения, поданного на этот прибор. Для получения вольт-амперной характеристики вакуумного диода можно воспользоваться цепью, схема которой изображена на рисунке 3.32.

В отличие от характеристики металлического проводника эта характеристика нелинейная (рис. 3.33). Следовательно, электронная лампа представляет собой проводник, не подчиняющийся закону Ома.

Рассмотрим подробнее причину нелинейности вольт-амперной характеристики вакуумного диода. При вылете электронов из разогретого катода он заряжается положительно. Поэтому электроны, покинувшие катод, группируются возле него в виде объемного отрицательного заряда или так называемого электронного облака. Под действием электрического поля между катодом и электронным облаком электроны из облака частично возвращаются обратно на катод. В равновесном состоянии число электронов, покинувших катод в секунду, равно числу электронов, возвративихихся на него за это время. При таком динамическом равновесии среднее число электронов в электронном облаке остается неизменным. Чем выше температура металла, тем больше плотность электронного облака.

Если к электродам диода приложить напряжение, называемое анодным напряжением, присоединив анод к точке цепи, имеющей положительный потенциал, а катод — к точке с отрицательным потенцигшом (см. рис. 3.32), то между электродами возникнет электрическое поле. Под действием этого поля электроны начнут перемещаться от катода к аноду, образуя анодный ток. Электронное облако при этом начнет рассасываться. Из-за наличия электронного облака сила анодного тока I не пропорциональна анодному напряжению U. Если катод и анод представляют собой плоские пластины, параллельные друг другу (рис. 3.34), то в отсутствие электронного облака (при холодном катоде) распределение потенциала между катодом и анодом, образующими плоский конденсатор, изображается прямой линией 1.

При наличии электронного облака (при накаленном катоде) распределение потенциала изменяется: оно изображается теперь кривой 2. При этом значение потенциала в любой плоскости, находящейся на расстоянии х от катода, оказывается меньше, чем в отсутствие электронного облака, а следовательно, и скорости движения электронов при наличии электронного облака уменьшаются. С увеличением анодного напряжения концентрация электронов в облаке уменьшается. Поэтому и тормозящее действие объемного отрицательного заряда делается меньше, а сила анодного тока увеличивается.

Если катод не покрыт оксидным слоем, то при достаточно большом анодном напряжении все электроны, покинувшие катод, достигают анода, и при дальнейшем увеличении напряжения сила тока не изменяется. Такой ток называется током насыщения (штриховая линия на рисунке 3.35). При повышении температуры катода (это можно сделать, увеличив при помощи реостата силу тока в цепи накала) ток насыщения возрастает (см. рис. 3.35).

В электронной лампе с оксидным катодом достигнуть тока насыщения нельзя, ибо это требует столь больпюго анодного напряжения, при котором катод разрушается.

Применение вакуумных диодов

Важным свойством вакуумного диода является его односторонняя проводимость: электроны в нем движутся от раскаленного катода к аноду. Обратное направление тока невозможно. Приборы, обладающие свойством проводить ток только в одном направлении, называются электрическими вентилями.

Этим свойством двухэлектродной электронной лампы пользуются для выпрямления переменного тока*.

Лампа, применяемая для выпрямления токов промышленной частоты, называется кенотроном.

* Об устройстве выпрямителей переменного тока будет рассказано в дальнейшем.

Подключение светодиода к сети 220В

Для питания светодиодов необходим источник постоянного тока. Кроме этого, этот ток должен быть стабилизирован. В бытовой сети напряжение 220В, что значительно больше, чем нужно для питания обычных светодиодов. Плюс, это напряжение переменное. Как же совместить несовместимое и подключить светодиод к сети 220В? Нет ничего невозможного, но сначала попробуем разобраться, для чего это подключение может вообще потребоваться.

Прежде всего, речь может идти о подключении мощных источников света. В этом случае совсем простыми способами не обойтись, потребуются специализированные драйвера или аналогичные приборы, которые будут способны выдать стабилизированный ток большой мощности. Оставим этот вариант напоследок.

Также часто бывает необходимо к 220В подключить маломощный индикаторный светодиод — для, собственно, индикации того, что напряжение в данный момент присутствует. Или может потребоваться маломощное дежурное освещение, для которого городить сложную электронику совсем не хочется. В этих случаях, если нужные токи светодиодов не превышают 20-25мА, можно обойтись минимальным количеством дополнительных деталей. Рассмотрим эти подключения подробнее.

Читайте так же:
Как найти силу тока в лампочке формула

Самый простой способ ограничения тока — использование резистора. Этот вариант подойдет и для сети переменного тока с напряжением 220В. Необходимо только учесть один важный нюанс: 220В — это ДЕЙСТВУЮЩЕЕ напряжение. Фактически же напряжение в бытовой сети меняется в более широких пределах — от -310В до +310В. Это, так называемое, АМПЛИТУДНОЕ напряжение. Подробнее, почему так — читайте в Википедии. Для нас же важно, что для расчета значений токоограничиваюжего резистора нужно использовать не действующее, а именно амплитудное значение сети переменного тока, т.е. 310В.

Сопротивление резистора рассчитывается по привычному закону Ома:

R = (Ua — UL) / I , где Ua — амплитудное значение напряжения (310В), UL — падение напряжения на светодиодах, I — требуемая сила тока.

Токоограничивающий резистор должен быть очень мощным, поскольку на нем будет рассеиваться большое количество тепла, которое будет зависеть от рабочего тока и сопротивления резистора:

Резистор будет греться и, если окажется, что он не рассчитан на рассеивание того количества тепла, которое на нем выделяется, он достаточно эффектно сгорит. Поэтому про допустимую мощность резистора забывать ни в коем случае не следует, а для реального использования подбирать ее еще и с запасом. Если вам не хочется заниматься собственными расчетами значений резистора, можете воспользоваться «Калькулятором светодиодов».

Простые схемы для подключения светодиода к сети 220В с токоограничивающим резистором

Светодиоды способны выдержать только небольшое обратное напряжение (до 5-6В) и для работы в сети переменного тока им нужна защита. В самом простом случае для этого может быть использован диод, которые включается в цепь последовательно светодиоду. Требования к диоду — он должен быть рассчитан на обратное напряжение не менее 310В и на прямой ток, который нам нужен. Подойдет, например, диод 1N4007 — обратное напряжение 1000В, прямой ток 1А.

Второй вариант — включить диод параллельно светодиоду, но в обратном направлении. В этом случае подойдет любой маломощный диод, например, КД521 или аналогичный. Более того, можно вместо диода подключить второй светодиод (как и изображено на правой схеме). В этом случае они будут защищать друг друга и одновременно светиться.

Для ограничения тока в переменной сети можно использовать и, так называемый, балластный конденсатор. Это неполярный керамический конденсатор, который включается в цепь последовательно. Его допустимое напряжение должно быть, по меньшей мере, с полуторным запасом больше напряжения сети — не менее 400В. Ограничение тока будет зависеть от емкости конденсатора, которая может быть рассчитана по следующей эмпирической формуле:

C = (4,45 * I) / (Ua — UL) , где I — требуемый ток в миллиамперах. Значение емкости при этом получится в микрофарадах.

Использование балластного конденсатора для подключения светодиода к сети 220В

В приведенной выше схеме резистор R1 необходим для разряда конденсатора после отключения питания. Без его использования конденсатор C1 заряд в себе сохранит и пребольно ударит, если потом коснуться его выводом. Резистор R2 служит для ограничения начального тока заряда конденсатора C1. Использование его очень желательно, поскольку он продлевает срок службы других деталей, кроме того, при пробое конденсатора он будет служить предохранителем и сгорит первым, защитив остальную часть схемы.

Оставшиеся детали — светодиод D1 и защитный диод D2 уже знакомы нам с предыдущих схем.

Почему не использовать конденсаторы вместо токоограничивающего резистора все время? Дело в том, что высоковольтные конденсаторы достаточно крупные по размеру да и при их использовании резисторы все равно нужны — готовая схема в итоге займет больше места. Преимущество же их в том, что они практически не греются.

Приведенные схемы подключения светодиодов к сети 220В часто используются на практике. Индикаторные светодиоды можно встретить в выключателях с подсветкой.

Схема обычного выключателя с подсветкой

Как можно увидеть, здесь даже не используется защитный диод! Дело в том, что сопротивление резистора очень велико, итоговый ток получается очень небольшой — около 1мА. Светодиод светится совсем не ярко, но этого свечения хватает, чтобы подсветить выключатель в темной комнате.

Схемы с балластным конденсатором используются в простых светодиодных лампах.

Схема светодиодной лампы мощностью до 5Вт

Здесь ток выпрямляется диодным мостом. Резисторы R2 и R3 служат для защиты моста и светодиодов соответственно. Для уменьшения мерцания света используется конденсатор С2.

Как же быть, если к бытовой сети переменного тока необходимо подключить светодиоды общей мощностью в десятки и даже сотни ватт? Самый правильный вариант — использовать специализированные драйвера, которые позволят это сделать. Их можно приобрести уже готовыми или собрать самому. Подробнее об этом написано в статье «Схема драйвера для светодиода от сети 220В».

Есть еще один не совсем правильный, но достаточно простой и работающий способ — можно переделать электронный балласт компактной люминесцентной лампы (обычной домашней энергосберегайки). Несложные манипуляции позволят подключить светодиоды к сети 220В, используя старую лампу, которая стала светить тускло или перестала светить вовсе. Как это сделать — читайте в статье «Простой драйвер светодиода от сети 220В».

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector