The Functionality of Diode Polarity
Het kunnen bepalen van de polariteit (kathode versus anode) en basis functionaliteit van een diode is een zeer belangrijke vaardigheid voor de elektronica hobbyist of technicus om te hebben. Aangezien we weten dat een diode in wezen niets meer is dan een eenrichtingsklep voor elektriciteit, is het logisch dat we het eenrichtingskarakter kunnen verifiëren met behulp van een gelijkstroom ohmmeter (op batterijen), zoals in de onderstaande figuur. Als de diode in de ene richting wordt geschakeld, moet de meter een zeer lage weerstand bij (a) aangeven. De andere kant op de diode aangesloten, moet de meter een zeer hoge weerstand aangeven bij (b) (“OL” op sommige digitale metermodellen).
Bepaling van diode polariteit: (a) Lage weerstand duidt op voorwaartse bias, zwarte draad is kathode en rode draad anode (voor de meeste meters) (b) Omkeren van draden toont hoge weerstand duidt op omgekeerde bias.
Bepaling van diodepolariteit?
Het gebruik van een multimeter
Om te bepalen welk uiteinde van de diode de kathode en welk uiteinde de anode is, moet u natuurlijk met zekerheid weten welk meetsnoer van de meter positief (+) en welk negatief (-) is wanneer deze op de “weerstand” of “Ω” functie is ingesteld. Bij de meeste digitale multimeters die ik heb gezien, wordt het rode meetsnoer positief en het zwarte meetsnoer negatief wanneer de meter is ingesteld om weerstand te meten, in overeenstemming met de standaard elektronicakleurcodeconventie. Dit is echter niet voor alle meters gegarandeerd. Veel analoge multimeters, bijvoorbeeld, maken hun zwarte draden positief (+) en hun rode negatief (-) wanneer ze worden omgeschakeld naar de “weerstand” functie, omdat het gemakkelijker is om het zo te fabriceren!
Problemen bij het testen van diodes met een ohmmeter
Eén probleem met het gebruik van een ohmmeter om een diode te controleren is dat de verkregen meetwaarden alleen een kwalitatieve waarde hebben, geen kwantitatieve. Met andere woorden, een ohmmeter vertelt u alleen in welke richting de diode geleidt; de lage waarde van de weerstandsindicatie tijdens geleiding is nutteloos.
Als een ohmmeter een waarde van “1,73 ohm” aangeeft tijdens de voorwaartse geleiding van een diode, dan vertegenwoordigt dat cijfer van 1,73 Ω geen enkele reële grootheid die nuttig is voor ons als technici of circuitontwerpers. Het vertegenwoordigt noch de voorwaartse spanningsval, noch een “bulk” weerstand in het halfgeleidermateriaal van de diode zelf, maar is eerder een cijfer afhankelijk van beide grootheden en zal aanzienlijk variëren met de specifieke ohmmeter die wordt gebruikt om de meting te verrichten.
Diodecontrole in digitale multimeters
Om deze reden rusten sommige fabrikanten van digitale multimeters hun meters uit met een speciale “diodecontrole” functie die de werkelijke spanningsval van de diode in volt weergeeft, in plaats van een “weerstands”-getal in ohm. Deze meters werken door een kleine stroom door de diode te forceren en de spanning te meten die tussen de twee meetsnoeren valt. (onderstaande figuur)
Meter met een “Diode check” functie geeft de voorwaartse spanningsval van 0,548 volt weer in plaats van een lage weerstand.
Diode-voorwaartse spanningsdalingen De voorwaartse spanningsmeting die met een dergelijke meter wordt verkregen, zal doorgaans minder zijn dan de “normale” daling van 0,7 volt voor silicium en 0,3 volt voor germanium, omdat de stroom die door de meter wordt geleverd van triviale proporties is.
Alternatieven voor de diodecontrolefunctie Als een multimeter met diodecontrolefunctie niet beschikbaar is, of als u de spanningsval van een diode wilt meten bij een niet-triviale stroom, kan de schakeling van de onderstaande figuur worden geconstrueerd met behulp van een batterij, een weerstand en een voltmeter.
Meten van de voorwaartse spanning van een diode zonder “diode-check” meterfunctie: (a) Schematisch diagram. (b) Schematisch diagram.
Als de diode achterwaarts op deze testschakeling wordt aangesloten, zal de voltmeter gewoon de volledige spanning van de batterij aangeven.
Als deze schakeling zo zou zijn ontworpen dat er een constante of bijna constante stroom door de diode gaat, ondanks veranderingen in de voorwaartse spanningsval, zou deze kunnen worden gebruikt als basis van een temperatuurmeetinstrument; de spanning die over de diode wordt gemeten, is omgekeerd evenredig met de temperatuur van de diode-aansluiting. Natuurlijk moet de diodestroom tot een minimum worden beperkt om zelfopwarming te voorkomen (de diode die aanzienlijke hoeveelheden warmte-energie dissipeert), wat de temperatuurmeting zou verstoren.
Overwegingen bij multimeters
Waarschuw dat sommige digitale multimeters die zijn uitgerust met een “diodecontrole”-functie een zeer lage testspanning kunnen afgeven (minder dan 0.3 volt) wanneer ze zijn ingesteld op de gewone “weerstands”-functie (Ω): te laag om het depletiegebied van een PN-junctie volledig in te klappen.
De filosofie hier is dat de “diodecontrole”-functie moet worden gebruikt voor het testen van halfgeleiderelementen, en de “weerstands”-functie voor al het andere. Door een zeer laag testvoltage te gebruiken om de weerstand te meten, is het voor een technicus gemakkelijker om de weerstand van niet-halfgeleidercomponenten te meten die aan halfgeleidercomponenten worden verbonden aangezien de verbindingen van de halfgeleidercomponenten niet voorwaarts-biased met dergelijke lage voltages zullen worden.
Voorbeeld
Zie het voorbeeld van een parallel geschakelde weerstand en diode, gesoldeerd op een printplaat (PCB). Normaal gesproken zou men de weerstand uit het circuit moeten solderen (loskoppelen van alle andere componenten) alvorens de weerstand te meten, anders zouden parallel geschakelde componenten de verkregen meting beïnvloeden. Bij gebruik van een multimeter met een zeer lage testspanning op de sondes in de “weerstand”-functiemodus, zal de PN junctie van de diode niet genoeg spanning over zich heen krijgen om in voorwaartse fase te komen, en zal slechts een verwaarloosbare stroom doorlaten. Bijgevolg “ziet” de meter de diode als een open (geen continuïteit), en registreert alleen de weerstand van de weerstand. (Onderstaande afbeelding)
Ohmmeter uitgerust met een lage testspanning (<0.
Als een dergelijke ohmmeter zou worden gebruikt om een diode te testen, zou hij een zeer hoge weerstand (vele mega-ohms) aangeven, zelfs als hij in de “juiste” (voorwaartse-biased) richting op de diode is aangesloten. (Figuur hieronder)
Ohmmeter uitgerust met een lage testspanning, te laag om diodes in voorwaartse biasrichting te testen, ziet geen diodes.
Ohmmeter uitgerust met een lage testspanning, te laag om diodes in voorwaartse biasrichting te testen, ziet geen diodes.
De doorgangsspanning van een diode is niet zo gemakkelijk te testen, omdat overschrijding van de PIV van een normale diode gewoonlijk leidt tot vernietiging van de diode. Er zijn echter speciale soorten diodes, die zijn ontworpen om in reverse-bias mode “af te breken” zonder schade (zenerdiodes genoemd), die met dezelfde spanningsbron / weerstand / voltmeter-circuit kunnen worden getest, op voorwaarde dat de spanningsbron van voldoende hoge waarde is om de diode in zijn breakdown-gebied te dwingen. Meer over dit onderwerp in een later deel van dit hoofdstuk.
REVIEW:
- Een ohmmeter kan worden gebruikt om de diodefunctie kwalitatief te controleren. Er moet een lage weerstand de ene kant op gemeten worden en een zeer hoge weerstand de andere kant op gemeten worden. Wanneer u een ohmmeter voor dit doel gebruikt, zorg er dan voor dat u weet welk meetsnoer positief en welk negatief is! De werkelijke polariteit volgt mogelijk niet de kleuren van de meetsnoeren zoals u zou verwachten, afhankelijk van het specifieke ontwerp van de meter.
- Sommige multimeters hebben een “diode-controle” functie die de werkelijke voorwaartse spanning van de diode weergeeft wanneer deze stroom geleidt. Dergelijke meters geven meestal een iets lagere voorwaartse spanning aan dan wat “nominaal” is voor een diode, vanwege de zeer kleine hoeveelheid stroom die tijdens de controle wordt gebruikt.
GERELATEERDE WERKBLADEN:
- Basic Oscilloscope Operation Worksheet