ΕΛΕΓΧΟΣ ΔΙΟΔΩΝ

Τι είναι η δίοδος

Η δίοδος αποτελεί το βασικότερο μη γραμμικό ημιαγωγικό ηλεκτρικό στοιχείο δύο ακροδεκτών και στην ιδανική της μορφή, αποτελεί το στοιχείο εκείνο που εμφανίζει μηδενική αντίσταση στη διέλευση του ρεύματος κατά μία συγκεκριμένη φορά και άπειρη αντίσταση κατά την αντίθετη. Συγκεκριμένα επιτρέπει τη ροή του ρεύματος προς τη μια κατεύθυνση, κατά την ορθή πόλωση, ενώ προς την αντίθετη, κατά την ανάστροφη πόλωση, την απαγορεύει.

Ο λόγος που αναφέρεται ως «μη γραμμικό» έχει να κάνει με τη σχέση τάσης στα άκρα, VD, και ρεύματος, ID, που διαρρέει τη δίοδο. Πιο συγκεκριμένα, η χαρακτηριστική τάσης-έντασης που περιγράφει τη λειτουργία της διόδου έχει σχεδιαστεί στο διάγραμμα του Σχήματος

Όπως φαίνεται στο Σχήμα όταν η τάση στα άκρα της διόδου έχει θετική τιμή, η δίοδος είναι ορθά πολωμένη. Για πολύ μικρές τιμές  της τάσης η δίοδος δεν άγει. Όταν όμως η διαφορά δυναμικού στα άκρα της ξεπεράσει μια συγκεκριμένη τιμή, Vκ, τότε η ορθά πολωμένη δίοδος ξεκινάει να άγει. Μάλιστα, ακόμα και για ελάχιστη αύξηση της τάσης στα άκρα της διόδου, παρατηρείται πολύ μεγάλη αύξηση του ρεύματος που τη διαρρέει. Η τιμή Vκ ονομάζεται τάση κατωφλίου (threshold) και ουσιαστικά αποτελεί την ελάχιστη τάση που απαιτείται να εφαρμοστεί στα άκρα της επαφής p-n για να ξεκινήσει η ροή ηλεκτρικού ρεύματος διαμέσου της διόδου

Αντίθετα, όταν η τάση  λαμβάνει αρνητικές τιμές, δηλαδή βρισκόμαστε στην περιοχή ανάστροφης πόλωσης, τότε, όπως αναφέρθηκε και παραπάνω, δεν είναι δυνατό να έχουμε ροή ρεύματος για μικρές τάσεις ανάστροφης πόλωσης μέσω της διόδου. Όμως, ακόμα και σε αυτή την περίπτωση, αν η τιμή της ανάστροφης τάσης αυξηθεί τόσο ώστε να ξεπεράσει μια συγκεκριμένη τιμή, Vα, τότε ξεπερνιέται το εμπόδιο της περιοχής έλλειψης φορέων και παρατηρείται ροή ρεύματος. Η συγκεκριμένη τάση ανάστροφης πόλωσης, Vα, ονομάζεται «τάση κατάρρευσης» της διόδου και η τιμή της είναι πολύ μεγαλύτερη, κατά απόλυτη τιμή, από αυτή της τάσης κατωφλίου στην περίπτωση της ορθής πόλωσης.

Η τάση κατωφλίου καθώς και η τάση κατάρρευσης εξαρτώνται από τον τρόπο αλλά και τα υλικά κατασκευής της κάθε διόδου. Έτσι, για την περίπτωση διόδων πυριτίου και γερμανίου η τάση κατωφλίου κυμαίνεται μεταξύ 0.5 Volts – 0.7 Volts, ενώ η τάση κατάρρευσης, ανάλογα με τη σχεδίαση και κατασκευή της κάθε διόδου μπορεί να πάρει τιμές από 75Voltsέως και πολύ μεγαλύτερες. Γενικά, οι απλές δίοδοι είναι κατασκευασμένες για να λειτουργούν μόνο προς τη μία κατεύθυνση ροής ρεύματος, αυτή της ορθής πόλωσης. Για τον λόγο αυτό η τάση κατάρρευσης λαμβάνει πολύ μεγάλες τιμές με στόχο να μην μπορεί να υλοποιηθεί στην πράξη στα ηλεκτρονικά κυκλώματα. Όμως, υπάρχουν συγκεκριμένοι τύποι διόδων, οι οποίες έχουν σχεδιαστεί με τέτοιο τρόπο ώστε να αποτελεί χαρακτηριστικό τους, μια χαμηλή σχετικά, συγκεκριμένη τάση κατάρρευσης ανάστροφης πόλωσης από την οποία και μετά, το ρεύμα διέρχεται από τη δίοδο. Οι δίοδοι αυτές, ονομάζονται «δίοδοι Zener» και το χαρακτηριστικό τους το οποίο τις διαφοροποιεί από τις απλές διόδους, που παρουσιάστηκαν παραπάνω, είναι ότι επιτρέπουν τη διέλευση του ρεύματος και κατά την αντίθετη φορά, όταν η αναστροφή τάση που εφαρμόζεται επάνω τους, ξεπεράσει μία συγκεκριμένη τάση κατάρρευσης η οποία στην περίπτωση αυτή, ονομάζεται «τάση Zener».

Έλεγχος διόδων

Πολλές φορές θα χρειαστεί να ελέγξουμε την καλή λειτουργία μιας διόδου (ή LED ή διόδου zener) σε ένα κύκλωμα, καθώς μετά από κάποια υπερφόρτωση μπορεί είτε να βραχυκυκλώσουν, είτε να μείνουν ανοιχτές.

Άλλες φορές πάλι μπορεί να έχουμε κάποια άγνωστη δίοδο της οποίας δεν γνωρίζουμε ποιο είναι το forward (ή reverse για zener) breakdown voltage.

Έλεγχος διόδων με πολύμετρο.

Ο πιο απλός και εύκολος τρόπος να μετρήσουμε μια δίοδο είναι να χρησιμοποιήσουμε το ωμόμετρο του πολυμέτρου μας.
Προσέχοντας οι ακροδέκτες του πολυμέτρου ( κόκκινος και μαύρος ακροδέκτης) να είναι στις σωστές υποδοχές του πολυμέτρου, συνδέουμε σε ορθή πόλωση μια δίοδο προς έλεγχο ενώνοντας τον κόκκινο ακροδέκτη του πολυμέτρου στην άνοδο και τον μαύρο στην κάθοδο.
 Τα ψηφιακά πολύμετρα έχουν ειδική κλίμακα (μέχρι 2ΚΩ) για μέτρηση διόδου, οπότε αν η δίοδος είναι καλή θα δείξει τιμή από 400Ω έως 800Ω. 

Αν συνδέσουμε τον κόκκινο ακροδέκτη του πολυμέτρου με την κάθοδο της διόδου και τον μαύρο ακροδέκτη με την άνοδο (ανάστροφη πόλωση) τότε αν η δίοδος είναι καλή θα δείξει αντίσταση μεγαλύτερη από 20ΜΩ, θεωρητικά άπειρη.

Αν μια δίοδος είναι καμένη θα δείξει βραχυκυκλωμένη είτε στην ορθή είτε στην ανάστροφη πόλωσή της, έχει γίνει δηλαδή ο ημιαγωγός αγωγός!
 Επίσης μπορεί να δείχνει άπειρη αντίσταση στην ορθή πόλωσή της ή στην ορθή πόλωση μια τιμή αντίστασης πέρα από τα φυσιολογικά μεγέθη.

Πρακτικά όλα τα πολύμετρα έχουν λειτουργία ελέγχου διόδων, η οποία μπορεί να μας δείξει και την καλή λειτουργία της διόδου αλλά και να μας δώσει μία ένδειξη για το ποιο περίπου είναι το breakdown voltage.

Όμως λόγω της περιορισμένης τάσης που διαθέτουν τα πολύμετρα, μπορούν να ελέγξουν μόνο διόδους με σχετικά χαμηλό breakdown voltage, της τάξης των 3-4 Volt το πολύ, επομένως σε μεγάλα led ή διόδους zener δεν πρόκειται να δώσουν σωστή ένδειξη.

Το πολύμετρο στη θέση με το σύμβολο της διόδου του περιστροφικού διακόπτη επιλογής, ελέγχει εάν μια δίοδος είναι σωστή ή κατεστραμμένη. 

Συνδέουμε τους ακροδέκτες του οργάνου με τους ακροδέκτες της διόδου κατά την ορθή πόλωση (+ πολυμέτρου με + διόδου και - πολυμέτρου με - διόδου. Εάν η ένδειξη είναι περίπου στην τάση κατωφλίου 0,7 [V], αντιστρέφοντας την πολικότητα σύνδεσης των ακροδεκτών του οργάνου, η ένδειξη θα πρέπει να είναι 0 [V]. Ένα τέτοιο αποτέλεσμα δηλώνει ότι η δίοδος είναι σωστή, δηλαδή άγει μόνο προς τη μία κατεύθυνση. Εάν τα αποτελέσματα των μετρήσεων είναι όμοια και στις δύο συνδέσεις σημαίνει ότι η δίοδος είναι κατεστραμένη.

Έλεγχος διόδων με τη βοήθεια εξωτερικής πηγής.


 Υπάρχουν δίοδοι υψηλών συχνοτήτων όπου δεν είναι εύκολο να μετρηθούν με ένα κοινό ωμόμετρο ή πολύμετρο, διότι μπορεί να παρουσιάζουν διαρροές σε υψηλές συχνότητες λειτουργίας. 

Η διάταξη που χρησιμοποιούμε για τον έλεγχο είναι η παρακάτω:

Απλά τοποθετούμε μια δίοδο σε σειρά με μία αντίσταση του 1 ΚΩ για περιορισμό του ρεύματος και το τροφοδοτούμε με μια πηγή τάσης.

Ας δούμε μερικές περιπτώσεις.

Περίπτωση 1

Η πρώτη περίπτωση είναι η δίοδος ορθά πολωμένη και η τάση που παρέχουμε να είναι μικρότερη από το Vf της διόδου. Εδώ είναι μία τυπική δίοδος Si με Vf=0,7 Volt και η τάση παροχής είναι 0,4 Volt.

Το αποτέλεσμα είναι ότι η δίοδος δεν άγει, επομένως το κύκλωμα δεν διαρρέεται από ρεύμα. Εφόσον η αντίσταση δεν διαρρέεται από ρεύμα, δεν υπάρχει πτώση τάσης πάνω της. Συνεπώς όλη η τάση της παροχής πέφτει πάνω στα άκρα της διόδου. Πρακτικά είναι το ίδιο σαν η δίοδος να μην υπήρχε καν και στη θέση της να ήταν ανοιχτό κύκλωμα. Αν δηλαδή μετρήσουμε την τάση στα άκρα της διόδου με ένα πολύμετρο πρέπει να δούμε τάση όση η τάση της παροχής.

Στην πράξη, επειδή υπάρχει ένα πολύ μικρό ρεύμα διαρροής, βλέπουμε ότι 50 μV πέφτουν πάνω στην αντίσταση, οπότε η τάση στη δίοδο δεν είναι 400 mV αλλά 399,95 mV. Για πρακτικούς λόγους όμως θεωρούμε ότι η τάση στο κεντρικό σημείο ανάμεσα στη δίοδο και την αντίσταση είναι μηδέν.

Περίπτωση 2

Η δέυτερη περίπτωση είναι με τη δίοδο πάλι ορθά πολωμένη και την τάση παροχής μεγαλύτερη από το Vf της διόδου. Στη συγκεκριμένη περίπτωση έχουμε 12 Volt.

Εδώ πλέον η δίοδος έχει ενεργοποιηθεί και διαρρέεται απο ρεύμα. Αν βάλουμε ένα πολύμετρο στα άκρα της θα μετρήσουμε τάση 12 – 11,28 = 0,72 Volt. Αυτή η τάση μένει λίγο πολύ σταθερή όσο και αν ανέβει η τάση παροχής, αρκεί φυσικά το ρεύμα που θα προκληθεί να μην είναι υπερβολικό και η αντίσταση που χρησιμοποιούμε να αντέχει σε αυτή την τάση.

Περίπτωση 3

Στην τρίτη και τελευταία περίπτωση πολώνουμε ανάστροφα τη δίοδο.

Αυτό ουσιαστικά είναι παραλλαγή της περίπτωσης 1. Η δίοδος εφόσον είναι ανάστροφα πολωμένη και η τάση παροχής μικρότερη από το Vr της διόδου, δεν διαρρέεται από ρεύμα και το ίδιο και η αντίσταση. Επομένως όλη η τάση της παροχής πέφτει πάνω στη δίοδο. Εδώ πάλι λόγω του ρεύματος διαρροής η τάση στο κέντρο δεν είναι μηδέν αλλά 12 nanovolt, η οποία φυσικά είναι τόσο μικρή που μπορούμε για πρακτικούς λόγους να τη θεωρήσουμε μηδενική.

Οπότε συνοψίζοντας, εκτελούμε τους εξής δύο ελέγχους:

1) Τάση παροχής μικρότερη από το breakdown voltage (reverse ή forward) -> Τάση στη δίοδο = Τάση παροχής

2) Τάση παροχής μεγαλύτερη από το breakdown voltage (reverse ή forward) -> Τάση στη δίοδο = breakdown voltage

Αυτό είναι όλο και όλο που χρειαζόμαστε για να ελέγξουμε πρακτικά οποιαδήποτε δίοδο, zener ή led. Αν η μέτρηση που λαμβάνουμε με το πολύμετρο δεν πέφτει σε κάποια από τις δύο κατηγορίες, τότε ξέρουμε ότι η δίοδος έχει κάποιο πρόβλημα.

Έλεγχος διόδων με παλμογράφο.

Επίσης ένας άλλος ακόμα ποιο αξιόπιστος τρόπος μέτρησης της διόδου είναι με το component tester ενός παλμογράφου. 
Στην περίπτωση αυτή ο παλμογράφος μας δείχνει την χαρακτηριστική καμπύλη της διόδου και έτσι έχουμε καλύτερη εικόνα για την σωστή λειτουργία της.

Με τη μέθοδο αυτή το αποτέλεσμα στην οθόνη του παλμογράφου είναι η προβολή της χαρακτηριστικής της VI . 
Μία βραχυκυκλωμένη δίοδος°VI–χαρακτηριστικής της διόδου, που αντιστοιχεί σε γωνία 90 απεικονίζει μία κατακόρυφη γραμμή, ενώ μία ανοικτοκυκλωμένη δίοδος σε μία οριζόντια γραμμή. . Το φαινόμενο της καθετότητας είναι°Αν υπάρχει διαρροή, η γωνία γίνεται μεγαλύτερη από 90 χαρακτηριστικό όλων των εξαρτημάτων με επαφές ΡΝ όταν είναι αξιόπιστα, γιατί έτσι δηλώνουν την "υπογραφή" τους.

Σε αυτό το βίντεο μπορείτε να δείτε πώς μπορούμε να ελέγξουμε διόδους, zener και led χρησιμοποιώντας διάφορες τεχνικές.

πηγές: el.teithe.gr και http://fubar.gr/και repository.kallipos.gr