Robototexnika · Elektronika asoslari · 8-sinf

Diod va to‘g‘rilagich

Batareyani teskari qo‘ysangiz qurilma nega kuymaydi? O‘zgaruvchan tok qanday «to‘g‘rilanadi»?

Vaziyat

Uyda radio yoki o‘yinchoqqa batareyani shoshib, teskari qo‘yib yuborgansiz. Ba’zi qurilma shunchaki ishlamaydi, ba’zisi esa buziladi. Nega? Ichida bitta kichik qora silindr — diod — tokni faqat bir tomonga o‘tkazadi va qurilmani himoya qiladi. Shu diod yana bir mo‘jiza qiladi: rozetkadagi o‘zgaruvchan tokni batareyadagidek o‘zgarmas tokka aylantiradi. Maketli platada diodni sinang, qurilmani ataylab buzing, keyin xavfsiz adapterdan kelgan 9 V~ ni to‘g‘rilab, ossillografda kuzating.

Mavzu

Diod va to‘g‘rilagich. Batareyani teskari ulashdan himoya: diod tokni bir tomonga o‘tkazadi

Asosiy tushunchalar

Diod
Yarim to‘lqin
Ko‘prik va silliqlash

Formulalar

U_{to‘g‘ri} \approx 0,6 - 0,7 V, I_{teskari} \approx 0

Diod — bir tomonlama klapan: to‘g‘ri yo‘nalishda ≈ 0,7 V «yo‘qotadi» va tok o‘tkazadi, teskari yo‘nalishda yopiq (1N4007: 1 A, 1000 V gacha chidaydi).

U_{m} = \sqrt{2} U_{\sim}

O‘zgaruvchan kuchlanishning amplitudasi: adapterda yozilgan 9 V~ — ta’sir etuvchi qiymat, cho‘qqisi 12,7 V. Chastota 50 Hz: davr 20 ms.

U_{o‘rt} = \frac{U_{m} - U_{D}}{π} (yarim), U_{o‘rt} = \frac{2 (U_{m} - 2 U_{D})}{π} (ko‘prik)

O‘rtacha chiqish kuchlanishi kondensatorsiz: yarim to‘lqinda sinusoidaning yarmi yo‘qoladi, ko‘prik ikkala yarmini ham oladi (ikki diod kuchlanishi ayiriladi).

Δ U \approx \frac{I}{f C} (yarim), Δ U \approx \frac{I}{2 f C} (ko‘prik)

Pulsatsiya silliqlovchi kondensator bilan: yuklama toki $I$ kondensatorni cho‘qqilar orasida bo‘shatadi; ko‘prikda cho‘qqilar ikki marta tez keladi.

Nazariya

Diod — bir tomonlama klapan

Diod — ikki qatlamli yarimo‘tkazgich (p–n o‘tish). Tok faqat anoddan katodga o‘tadi; korpusdagi oq chiziq katod tomonida. To‘g‘ri ulanganda unga ≈ 0,6–0,7 V tushadi (kremniy), qolgani zanjirga; teskari ulanganda tok yo‘q — diod butun kuchlanishni o‘ziga oladi. 1N4007 — eng oddiy to‘g‘rilagich diod: 1 A gacha tok, 1000 V gacha teskari kuchlanishga chidaydi. LED ham diod: to‘g‘ri yo‘nalishda ≈ 1,9 V (qizil), lekin teskarisiga atigi 5 V ga chidaydi — undan ko‘pida teshiladi.

Batareya teskari: himoya diodi

Qurilmaga kiraverishda ketma-ket diod qo‘yilsa, batareya to‘g‘ri ulanganda u ochiq (0,7 V yo‘qotiladi — 9 V dan 8,3 V qoladi), teskari ulanganda yopiq — tok nol, qurilma hatto sezmaydi. Diodsiz esa teskari kuchlanish ichkariga kiradi: elektrolit kondensator qiziydi va yoriladi, LED teshiladi, mikrosxemalar buziladi. Diodni teskari o‘rnatib qo‘ysangiz (chiziq noto‘g‘ri tomonda) — qurilma to‘g‘ri batareyada ham ishlamaydi, teskari batareyada esa himoya qilmaydi. Shuning uchun chiziqqa qarang.

O‘zgaruvchan tok va nega adapter

Rozetkada 220 V, 50 Hz o‘zgaruvchan kuchlanish: sekundiga 50 marta yo‘nalishini almashtiradi, cho‘qqisi 311 V. Bu o‘ta xavfli — 50 mA tok yurakni to‘xtatadi, shuning uchun o‘quvchi rozetkaga hech narsa ulamaydi. Tajribada transformatorli adapter: ichida ikki chulg‘am, 220 V ni xavfsiz 6–12 V~ ga tushiradi, 220 V tomoni muhrlangan. Adapterda yozilgan 9 V~ — ta’sir etuvchi qiymat; amplituda $U_{m} = \sqrt{2} \cdot 9 \approx 12,7$ V. Ossillograf buni ko‘rsatadi: 20 ms li sinusoida.

Yarim to‘lqinli va ko‘prik to‘g‘rilagich

Bitta diod musbat yarim to‘lqinlarni o‘tkazadi, manfiylarini kesadi — chiqishda «do‘ngliklar», ular orasida 10 ms bo‘shliq: yarim to‘lqinli to‘g‘rilagich, o‘rtacha kuchlanish atigi $(U_{m} - U_{D}) / π$ ≈ 3,8 V. Ko‘prik — to‘rtta diod rombda: har yarim davrda ikkitasi ochiladi va manfiy yarim to‘lqinni ham «ag‘darib» chiqishga beradi — do‘ngliklar ketma-ket, bo‘shliqsiz, o‘rtacha $2 (U_{m} - 2 U_{D}) / π$ ≈ 7,2 V. Do‘konda ko‘prik bitta to‘rt oyoqli korpusda sotiladi (+ ~ ~ −), ichida xuddi shu to‘rt diod; uni to‘rtta 1N4007 dan ham yig‘ish mumkin.

Silliqlovchi kondensator va pulsatsiya

Chiqishga parallel kondensator cho‘qqida zaryadlanadi va diodlar yopilganda yuklamani o‘zi oziqlantiradi — kuchlanish nolga tushmaydi, faqat biroz «sirg‘aladi». Cho‘qqilar orasidagi tushish — pulsatsiya $Δ U \approx I / (f C)$ (yarim to‘lqin, $f$ = 50 Hz) yoki $I / (2 f C)$ (ko‘prik: cho‘qqilar 100 Hz). Yuklama og‘ir (tok katta) — pulsatsiya katta; sig‘im katta — kichik. 100 Ω yuklama, ko‘prik, 2200 mkF: ≈ 0,5 V. Shunday blok har bir telefon zaryadlagichida va radioda bor.

Model haqida

Diod — bo‘lakli model: 0,65 V bo‘sag‘a, keyin 0,35 Ω (1 A da ≈ 1 V — 1N4007 ma’lumotnomasiga mos), teskari oqib o‘tish 1 nS. Qurilmaning kondensatorida 200 kΩ oqib o‘tish qarshiligi bor — shuning uchun yopiq diod butun kuchlanishni oladi. Buzilish: teskari qutbli elektrolit ≈ 2,5 s da yoriladi, LED 5 V dan katta teskari kuchlanishda ≈ 0,3 s da teshiladi (uziladi). O‘zgaruvchan tok 100 marta sekinlashtirilgan (davr 20 ms ekranda 2 s), ossillograf 1 MΩ, adapter chulg‘ami 1 Ω. Haqiqiy LED 50 Hz da yonib-o‘chganini ko‘z sezmaydi.

Bilasizmi?

1874-yilda Karl Ferdinand Braun metall sim bilan metall sulfid kristali kontakti tokni bir tomonga yaxshiroq o‘tkazishini kashf etdi — bu yarimo‘tkazgich diodning birinchi kuzatuvi; Braun keyinchalik radio uchun Nobel mukofotini (1909, Markoni bilan birga) oldi.
1N4007 diodi 1960-yillardan beri ishlab chiqariladi va hozir ham eng ko‘p sotiladigan elektron qismlardan biri: 1 A tok va 1000 V teskari kuchlanishga chidaydi, narxi bir necha sentga teng — deyarli har bir quvvat blokida uchraydi.

Tajribada nima bor

Haqiqiy plata qo‘lda chizilgan rasmda: uni aylantirasiz, qismlarni joylaysiz, zanjirni ulaysiz, kodni yozib yuklaysiz — tok va kuchlanish o‘sha zahoti hisoblanadi, xato ulashda qism kuyadi. Ichida topshiriqlar, nazariya, test va ekskursiya bor.

Shu bo‘limdagi boshqa tajribalar

Maketli plata: qatorlar — 5–6-sinf
LED va rezistor: Om qonuni — 7-sinf
Rezistorlar: rang kodi — 7-sinf
Kuchlanish bo‘luvchi va potensiometr — 7-sinf
Kondensator: zaryadlanish va RC vaqt — 7-sinf
Tranzistor — kalit — 8-sinf
Multimetr bilan o‘lchash — 8-sinf