Как проверить туннельный диод

Раньше я считал: ну диод, и диод, в одну сторону звонится, в другую нет, подумаешь там извилина там какая-то на характеристике в туннельного диода, но звонится то он должен как диод. И вот, попались мне в руки, первый раз в жизни, три туннельных диода, выпаял из…, вот здесь рассказано:
http://www.pro-radio.ru/start/3494/
И каким было мое удивление: эти диоды звонились цифровым тестером в обоих направлениях 7…8 Ом (ток измерения прибора не более 1 мА).

Попробовал пропустить ток через диод: взял напряжение с потенциометра, и увеличивал, начиная с единиц милливольт, смотрел падение напряжения на нагрузочном резисторе. Даже несколько милливольт открывали диод, ток проходил и в прямом и в обратном направлениях, как через резистор, при увеличении напряжения на входе линейно увеличивалось напряжение на нагрузочном резисторе, проверил до 2..3 мА, никаких извилин на характеристике.

Решил автоматизировать процесс измерения. Линейно возрастающее пилообразное напряжение подал на эмиттерный повторитель, а с выхода повторителя, через 910 Ом на анод диода. Катод диода, через резистор 100 Ом, соединил с общим проводом. Осциллограф подключил параллельно резистору 100 Ом. Вот что показал осциллограф. Верхняя осциллограмма — ток через туннельный диод.
Нижняя осциллограмма — напряжения на туннельном диоде (осциллограф параллельно диоду).

Линейно убывающего пилообразного напряжения у меня нет, так что пробовал плавно уменьшать напряжение потенциометром, подключенным к входу повторителя. Скачек тока через диод появляется при токе меньше 1 мА.

Из этого всего я сделал вывод, что туннельный диод – это такой двухполюсник, который при токе от нуля и до какого то порогового тока, работает как линейный резистор. А при превышении порогового тока, резко, скачком, увеличивает сопротивление. Если же после преодоления порогового тока, уменьшать ток, то скачкообразное уменьшение сопротивления наступит уже при другом, меньшем токе. В справочнике эти токи называются, как пиковый ток и ток впадины.

Как проверить туннельный диод тестером. Омметром с максимальным током измерения 1 мА, никак, звонится на всех пределах как резистор в несколько Ом (при падении напряжения на диоде 0,006 В), потому что измерительного тока 1 мА недостаточно, для превышения пикового тока. А вот тестер, с током измерения 40 мА, показал сопротивление в прямом направлении около 50 Ом, при падении напряжения на диоде 1,2 В. В обратном же, даже при токе 40 мА, туннельный диод звонится как резистор несколько Ом.

Хе-хе-хе. Тунельный диод — штука весьма интересная. Первый раз мне он попался в руки году этак в 1985. Я с его помощью делал триггерную защиту блока питания — при превышении допустимого тога диод перескакивал во вторую ветвь, и резко ограничивая ток, уже оставался в таком состоянии до тех пор, пока не выключишь БП.

Подборку по свойствам ТД я брал в журналах РАДИО за начало 60х годов. Там был целый цикл статей с разными применениями.

Если присмотреться, то можно увидеть на осциллограмме тока и вторую зазубрину, на участке убывания тока.

Собственно, именно это и должно было быть. Традиционное применение туннельных в разных осциллографах — формирование импульсов синхронизации.

АК: Как проверить туннельный диод тестером.
Тестером — никак. Только замена в схеме на заведомо исправный .

А вот и нет, одним тестером никак не проверить, а двумя, с разными токами измерения сопротивления, можно, или же, если в омметре, при переключении пределов, меняется ток измерения, но важно, чтоб на одном из пределов ток измерения превышал пиковый, а на другом пределе был ниже пикового. На токе ниже пикового, сопротивление несколько Ом, а на токе выше пикового — сопротивление несколько десятков Ом.
В обычных диодов, наоборот, при меньшем токе измерения, сопротивление больше.

Можно проверить, можно даже снять ВАХ в натуре. Но только для этого надо задать напряжение на нём от чистого источника напряжения, т.е. с очень малым выходным сопротивлением, меньшим, чем отрицательное сопротивление падающей ветви туннельника. Тогда можно пройтись по всей ВАХ, и спадающую ветвь увидеть и т.п. И ещё одно должно быть условие — они очень склонны к генерации, поэтому у источника напряжения, кроме минимального Rвых, должны быть минимальные реактивности выходной цепи, иначе туннельник начнёт свистеть, и зачастую на очень высокой частоте (выше воспринимаемой осциллоскопом). Практически я это делаю так: беру 1-омный резистор, к нему проводами минимальной длины подключаю диод через нагрузочный резистор 5. 10 ом (оба резистора — безындуктивные), к этому резистору — вольтметр или осциллоскоп через резистор в 500. 1000 ом, чтобы ток мерять. Меняю ток через 1 ом, задаю тем самым U на диоде, смотрю ток, строю график на клеточках.
Также надо иметь ввиду, что эти хитрые туннельники часто "плохеют" не только от превышенных режимов, но даже от простого хранения — у них уменьшается высота горба вплоть до полного пропадания, и тогда они превращаются в т.н. "обращённые" (многие неисправности развёрток промышленных осциллографрв — от этого). Кстати, обращённые диоды промышленного изготовления выглядят точно как туннельные, их легко спутать (возможно, их вообще разбраковывают из общей кучи после изготовления). Обращённые используют с туннельными вместо обычных, поскольку у них прямое падение (на "обратной" ветви!) несколько милливольт, что куда лучше даже германиевых, да и по скорости обращённые гораздо выше. Вот за перепутанные ветви ВАХ их и называют обращёнными.

Читайте также:  Как проверить контроллер питания на ноутбуке

Спец
Спасибо за ликбез. Поиду снимать ВАХ. Как раз в коробке завалялись ГИ401.

Туннельный диод обладает особыми характеристиками, отличающими его от обычных диодов и стабилитронов. Если диоды и стабилитроны хорошо пропускают ток только в одну сторону (в обратную – только в области пробоя), то туннельный диод способен хорошо проводить ток в обе стороны. Это свойство обеспечивают особенности устройства туннельного диода: очень узкий p-n переход и значительное количество присадок.

Содержание статьи

История создания туннельного диода

Эта деталь была предложена в 1956 году японским ученым Л. Есаки. Для ее изготовления использовался германий или арсенид галлия с большим количеством присадок, обладающих низким удельным сопротивлением.

Арсенид галлия оказался более перспективным материалом. При производстве туннельных диодов используются: доноры – олово, сера, теллур, свинец, селен, а также акцепторы – кадмий и цинк. Применяются германиевые полупроводники, в которых: доноры – мышьяк и фосфор, а акцепторы – алюминий и галлий. Примеси вводят в состав диода путем вплавления или диффузии.

Особенности и принцип действия туннельного диода

Туннельные диоды с чрезвычайно малым сопротивлением относят к группе вырожденных. Для них характерны:

  • электронно-дырочный переход – в десятки раз тоньше, по сравнению с обычными диодными устройствами;
  • потенциальный барьер – в 2 раза выше относительно стандартных полупроводниковых деталей;
  • наличие напряженности поля даже при отключении питающего напряжения – 106 В/см.

Уникальные свойства туннельного диода проявляются в его вольтамперной характеристике (ВАХ) при прямом смещении в полупроводнике.

На схеме видно, что на отрезке А ток растет с увеличением напряжения. На участке В полупроводник проявляет отрицательное сопротивление (туннельный эффект), приводящее к тому, что при росте вольтовой характеристики ток снижается. На отрезке С прибор снова обеспечивает прямую зависимость между током и напряжением.

Туннельные диоды предназначены для работы как раз на отрезке, для которого характерно отрицательное сопротивление. Небольшое повышение напряжения выключает его, а снижение – включает.

Основные параметры туннельных диодов

При выборе этого полупроводника учитывают:

  • ток пика – максимальный ток прямого направления;
  • пиковое напряжение, характерное для тока пика;
  • минимальный ток (ток впадины) и характерное для него напряжение;
  • напряжение скачка – максимальный перепад напряжений;
  • емкость – емкость между выводами полупроводника при определенной вольтовой характеристике смещения.

Маркировка туннельных диодов и их обозначение на схеме

В обозначении диодов присутствует несколько позиций (обычно 5). Первой идет буква или цифра. Цифры 1, 2, 3 обозначают, что диод предназначен для военного применения (имеет более широкий температурный рабочий интервал, по сравнению со стандартными полупроводниками). На первой позиции может стоять буква, указывающая на материал, используемый при изготовлении детали: Г – германий, А – арсенид галлия. Вторая позиция показывает класс полупроводника, Д – обозначает «диод». На третьей позиции отображают характеристики мощности или частоты. Четвертая – двух- или трехзначный серийный номер. В конце обозначения производитель предоставляет дополнительную информацию.

Цветовая маркировка диодов Обозначение туннельного диода на схемах

Области применения

Параметры туннельного диода обеспечивают его использование в следующих областях:

  • в качестве высокоскоростного выключателя;
  • в роли усилителя, в котором повышение напряжения вызывает более значительный рост тока, по сравнению со стандартными диодными устройствами;
  • для получения и усиления электромагнитных колебаний;
  • в радиоэлектронных переключающих и импульсных устройствах различного назначения, для которых актуально высокое быстродействие.

Преимущества и недостатки

Плюсы туннельных диодов:

  • особая вольтамперная характеристика в определенном интервале напряжений;
  • уникальное быстродействие, малая инерционность;
  • устойчивость к ионизирующему излучению;
  • сниженное потребление электроэнергии от источника электропитания.

Все туннельные диоды имеют компактные размеры. Часто они представляют собой изделия в герметичных корпусах цилиндрической формы диаметром 3-4 мм, высотой 2 мм и массой менее 1 грамма.

Существенным недостатком полупроводников этого типа является значительное старение, которое приводит к изменению их свойств, а следовательно, к нарушению нормальной функциональности устройства. «Туннельники» могут утратить прежние параметры не только из-за превышенных рабочих режимов, но даже из-за длительного хранения, после чего они превращаются в «обращенные» полупроводники. Такое обстоятельство часто становится причиной некорректного функционирования промышленных осциллографов.

Читайте также:  Интерьер маленькой узкой ванной комнаты

Существуют и «обращенные» полупроводники промышленного изготовления. От туннельных они отличаются меньшей концентрацией примесей, хотя общий принцип функционирования у них одинаковый.

Как проверить туннельный диод на работоспособность

Проверять работоспособность ТД авометром – комбинированным прибором для измерения тока, напряжения и частоты – запрещено, поскольку полупроводники некоторых групп могут выйти из строя. Если неизвестна принадлежность детали к определенной категории, то безопасней использовать генераторный пробник, позволяющий контролировать работоспособность туннельного диода в активном режиме.

В процессе ремонта бытовой техники или других электронных устройств: монитора, принтера, микроволновки, блока питания компьютера или автомобильного генератора (например, Valeo, БОШ или БПВ) и т.д. возникает необходимость проверить целостность элементов. Расскажем подробно про тестирование диодов.

Учитывая разнообразие этих радиоэлементов, единой методики проверки их работоспособности не существует. Соответственно, для каждого класса есть свой способ тестирования. Рассмотрим, как проверить диод шоттки, фотодиод, высокочастотный, двунаправленный и т.д.

Что касается приборов для тестирования, мы не станем рассматривать экзотические способы проверки (например, батарейку и лампочку), а будем пользоваться мультиметром (подойдет даже такая простая модель, как DT-830b) или тестером. Эти приборы практически всегда есть дома у радиолюбителя. В некоторых случаях потребуется собрать несложную схему для тестирования. Начнем с классификации.

Классификация

Диоды относятся к простым полупроводниковым радиоэлементам на основе p-n перехода. На рисунке представлено графическое обозначение наиболее распространенных типов этих устройств. Анод отмечен «+», катод – «-» (приведено для наглядности, в схемах для определения полярности достаточно графического обозначения).

Принятые обозначения

Типы диодов, указанные на рисунке:

  • А – выпрямительный;
  • B – стабилитрон;
  • С – варикап;
  • D – СВЧ-диод (высоковольтный);
  • E – обращенный диод;
  • F – туннельный;
  • G – светодиод;
  • H – фотодиод.

Теперь рассмотрим способы проверки для каждого из перечисленных видов.

Проверяем выпрямительный диод и стабилитрон

Защитный диод, а также выпрямительный (включая силовой)или шоттки можно проверить при помощи мультиметра (или воспользоваться омметром), для этого переводим прибор в режим прозвонки так, как это показано на фотографии.

Режим мультиметра, при котором тестируются полупроводниковые выпрямительные диоды

Щупы измерительного прибора присоединяем к выводам радиоэлемента. При присоединении красного провода («+») к аноду, а черного («-») к катоду дисплей мультиметра (или омметра) отобразит значение порогового напряжения тестируемого диода. После того, как меняем полярность, прибор должен показать бесконечно большое сопротивление. В этом случае можно констатировать исправность элемента.

Если при обратном подключении мультиметр регистрирует утечку, значит, радиоэлемент «сгорел» и нуждается в замене.

Заметим, данную методику проверки можно использовать для тестирования диодов на генераторе автомобиля.

Тестирование стабилитрона осуществляется по сходному принципу, правда, такая проверка не позволяет определить, осуществляется ли стабилизация напряжения на заданном уровне. Поэтому нам потребуется собрать простую схему.

Тестирование с использованием регулируемого источника питания

Обозначения:

  • БП – регулируемый блок питания (отображающий ток нагрузки и напряжение);
  • R – токоограничительное сопротивление;
  • VT – тестируемый стабилитрон или лавинный диод.

Принцип проверки следующий:

  • производим сборку схемы;
  • устанавливаем режим мультиметра, позволяющий измерить постоянное напряжение до 200 В;

Выбор необходимого режима для тестирования

  • включаем блок питания и начинаем постепенно увеличивать величину напряжения, пока амперметр на блоке питания не покажет, что через цепь протекает ток;
  • подключаем мультиметр, как указано на рисунке и измеряем величину напряжения стабилизации.

Тестирование варикапов

В отличие от обычных диодов, у варикапов p-n переход обладает непостоянной емкостью, величина которой пропорциональна обратному напряжению. Проверка на обрыв или замыкание для этих элементов осуществляется также, как у обычных диодов. Для проверки емкости потребуется мультиметр, у которого есть подобная функция.

Демонстрация проверки варикапа

Для тестирования потребуется установить соответствующий режим мультиметра, как показано на фото (А) и вставить деталь в разъем для конденсаторов.

Как правильно заметил один из комментаторов данной статьи, действительно, определить емкость варикапа, не оперируя номинальным напряжением невозможно. Поэтому, если возникла проблема с идентификацией по внешнему виду, потребуется собрать простую приставку для мультиметра (повторюсь для критиков, именно цифрового мульти метра с функцией измерения емкости верки конденсаторов, например UT151B).

Приставка к мультиметру для измерения емкости варикапа

Обозначения:

  • Резисторы: R1, R2 -120 кОм (да, два резистора, да последовательно, нет одним заменить нельзя, паразитную емкость, далее без комментариев); R3 – 47 кОм; R4 – 100 Ом.
  • Конденсаторы: С1 – 0,15 мкФ; С2 – 75 пФ; С3 – 6…30 пФ; С4 – 47 мкФ га 50 вольт.

Устройство требует настройки. Она довольно проста, собранное устройство, подключается к измерительному прибору (мультиметр с функцией измерения емкости). Питание должно подаваться со стабилизированного источника питания (важно) с напряжением 9 вольт (например, батарея Крона). Меняя емкость подстрочного конденсатора (С2) добиваемся показания на индикаторе 100 пФ. Это значение мы будем вычитать от показания прибора.

Данный вариант неидеален, необходимость его практического применения вызывает сомнения, но схема наглядно демонстрирует зависимости емкости варикапа от номинального напряжения .

Читайте также:  Как обрезать бутылку из под шампанского

Проверка супрессора (TVS-диода)

Защитный диод, он же ограничительный стабилитрон, супрессор и TVS-диод. Данные элементы бывают двух типов: симметричные и несимметричные. Первые используются в цепях переменного тока, вторые – постоянного. Если кратко объяснить принцип действия такого диода, то он следующий:

Увеличение входного напряжения вызывает уменьшение внутреннего сопротивления. В результате увеличивается сила тока в цепи, что вызывает срабатывание предохранителя. Преимущество устройства заключается в быстроте реакции, что позволяет принять на себя переизбыток напряжения и защитить устройство. Скорость срабатывания – главное достоинство защитного (TVS) диода.

Теперь о проверке. Она ничем не отличается от обычного диода. Правда есть исключение – диоды Зенера, которые также можно отнести к TVS семейству, но по сути это быстрый стабилитрон, работающий по «механизму» лавинного пробоя (эффект Зинера). Но, проверка работоспособности скатывается к обычной прозвонке. Создание условий срабатывания приводит к выходу элемента из строя. Другими словами, способа проверки защитных функций TVS-диода нет, это как проверить спичку (годная она или нет) пытаясь поджечь.

Тестирование высоковольтных диодов

Проверить высоковольтный диод СВЧ печи тем же способом, что и обычный, не получится, в виду его особенностей. Для тестирования этого элемента, понадобится собрать схему (показанную на рисунке ниже), подключенную к блоку питания 40-45 вольт.

Схема для проверки используемого в микроволновке диода

Напряжения 40-45 вольт будет достаточно для поверки большинства элементов данного типа, методика тестирования — как у обычных диодов. Величина сопротивления R должна быть в пределах от 2кОм до 3,6кОм.

Диоды туннельного и обращенного типа

Учитывая, что ток, протекающий через диод, зависит от напряжения, приложенного к нему, тестирование заключается в анализе этой зависимости. Для этого потребуется собрать схему, например, такую, как показана на рисунке.

Тестирование диодов туннельного типа

Перечень элементов:

  • VD – тестируемый диод туннельного типа;
  • Uп – любой гальванический источник питания, у которого ток разряда около 50 мА;
  • Сопротивления: R1 – 12Ω, R2 – 22Ω, R3 – 600Ω.

Диапазон измерений, выставленный на мультиметре ,не должен быть меньше тока максимума диода, этот параметр указан в даташит (datasheet) радиоэлемента.

Видео: Пример проверки диода мультиметром

Алгоритм тестирования:

  • устанавливается максимальное значение на переменном резисторе R3;
  • подключается тестируемый элемент, с соблюдением указанной на схеме полярности;
  • уменьшая величину R3, наблюдаем за показаниями измерительного прибора.

Если элемент исправен, в процессе измерения прибор покажет увеличение тока до Imax диода, после чего последует резкое уменьшение этой величины. При дальнейшем повышении напряжения ток уменьшится до Imin, после чего снова начнет расти.

Тестирование светодиодов

Проверка светодиодов практически ничем не отличается от тестирования выпрямительных диодов. Как это делать, было описано выше. Светодиодную ленту (точнее ее smd элементы), инфракрасный светодиод, а также лазерный, проверяем по той же методике.

К сожалению, мощный радиоэлемент данной группы, у которого повышенное рабочее напряжение, проверить указанным способом не получится. В этом случае дополнительно понадобится стабилизированный источник питания. Алгоритм тестирования следующий:

  • собираем схему, как показано на рисунке. На блоки питания выставляется рабочее напряжение светодиода (указано в даташит). Диапазон измерения на мультиметре должен быть до 10 А. Заметим, что можно использовать зарядное устройство в качестве БП, но тогда необходимо добавить токоограничивающие сопротивление;

Измерение номинального тока на светодиоде

  • измеряем номинальный ток и выключаем блок питания;
  • устанавливаем режим мультиметра, позволяющий измерить постоянное напряжение до 20 В, и подключаем прибор параллельно тестируемому элементу;
  • включаем блок питания и снимаем параметры рабочего напряжения;
  • сравниваем полученные данные с указанными в даташит, и на основании этого анализа определяем работоспособность светодиода.

Проверяем фотодиод

При простой проверке измеряется обратное и прямое сопротивление помещенного под источник света радиоэлемента, после чего его затемняют и повторяют процедуру. Для более точного тестирования потребуется снять вольтамперную характеристику, сделать это можно при помощи несложной схемы.

Пример схемы для снятия вольтамперных характеристик

Для засветки фотодиода в процессе тестирования можно использовать в качестве источника освещения лампу накаливания мощностью от 60Вт или поднести радиодеталь к люстре.

У фотодиодов иногда встречается характерный дефект, который проявляется в виде хаотического изменения тока. Для обнаружения такой неисправности необходимо подключить тестируемый элемент так, как это показано на рисунке, и измерять величину обратного тока в течение пары минут.

Проверка на «ползучесть»

Если в процессе тестирования уровень тока будет оставаться неизменным, значит, фотодиод можно считать рабочим.

Тестирование без выпайки.

Как показывает практика, протестировать диод не выпаивая, когда он находится на плате, как и другие радиодетали (например, транзистор, конденсатор, тиристор и т.д.), не всегда удается. Это связано с тем, что элементы в цепи могут давать погрешность. Поэтому перед тем, как проверить диод, его необходимо выпаять.

Оставьте первый комментарий

Оставить комментарий

Ваш электронный адрес не будет опубликован.


*