Что такое дренажный насос

Дренажный насос: особенности применения и обслуживания

Многие владельцы частных домов, а также жители многоквартирных домов неоднократно сталкивались с тем, что после обильных осадков водопроводную систему прорывало, либо же накапливалось большое количество воды.

Избыточная влага начинает разрушать фундамент, портит стены. Может появляться плесень и грибок. Осыпается штукатурка и рушатся строительные материалы.

Чтобы минимизировать последствия паводков, хорошим решением станет установка дренажного насоса. Помимо подвалов, их применяют при организации колодцев, бассейнов и пр.

1. Что такое дренажный насос
2. Разновидности устройств
3. Погружной
4. Поверхностный
5. Конструктивные особенности
6. В чём дренажные насосы выигрывают у конкурентов
7. Как это работает
8. Преимущества перед конкурентами
9. Бытовое применение
10. Выбор шлангов
11. Обслуживание поплавка

Что такое дренажный насос

Для начала нужно понять, что же такое этот погружной дренажный насос и как он работает.

Это устройство, предназначенное для откачки большого количества воды. Прибор может применяться для разных целей и задач. Но есть нюанс, который ограничивает сферу применения. Это количество примесей воды. Рекомендуемым значением является не более 10% примесей от общего объёма воды. Если не выполнить это требование, тогда агрегат быстро выйдет из строя.

При этом существует и специальный насос дренажной системы, предназначенный для работы именно с грязной водой. Она прибора работают по одинаковому принципу. Но между ними есть разница.

Обычный дренажный насос работает с частицами не крупнее 12 мм в диаметре. А устройства, ориентированные на перекачивание и откачку грязной воды, могут работать и с примесями до 120 мм в диаметре. Внутри установлены специальные ножи, которые разрезают мусор и фекалии на мелкие частицы, что позволяет не забивать шланги.

Параллельно с этим так называемые фекальные насосы, оснащённые ножами, могут эффективно перекачивать и абсолютно чистую воду без примесей и мусора.

Девайс способен поднимать воду на определённую высоту. Это значение небольшое, поскольку создавать высокое давление устройство не может.

Разновидности устройств

Зная, как работает и устроен дренажный насос с поплавковым выключателем, а также иные разновидности устройства, будет проще понять суть работы с ним, особенности применения, подключения и обслуживания.

Устройства делят на погружные и поверхностные.

Погружной

Наиболее популярным является дренажный насос именно погружного типа. У него довольно простая схема подключения. Хотя иногда, чтобы подключить устройство, приходится обращаться к специалистам.

Во время работы погружные насосы находятся в воде. Даже под ней. Их используют для поднятия жидкостей на солидную высоту, что достигается хорошей мощностью. Основными достоинствами погружных агрегатов называют компактные размеры и тихую работу. Погружать их можно на глубину около 50 метров.

Но девайс не лишён недостаток. Погружные агрегаты сложно ремонтировать. Вскрыть корпус — целая проблема. Чтобы устранить поломку, сначала нужно вытащить насос из воды, на что уходит много сил и времени. Иногда с такой задачей справляются лишь мастера.

В плане принципа работы, погружной во многом схож с наружным насосом. Но отличие есть. Погружной агрегат самостоятельно осуществляет всасывание воды. А в наружных это делается с помощью шлангов.

Чтобы всасывать жидкость, на дне погружного насоса находятся отверстия. А за ними располагаются фильтры сетчатого типа. Это позволяет защитить агрегат от попадания внутрь крупного мусора, камней и пр.

Чаще всего схема включает в себя поплавок, и подключить такой дренажный насос не особо сложно. Но бывают и устройства без поплавка, поверхностные.

Плюсом погружного типа является отсутствие необходимости во включении. В работу устройство вступает автоматически, реагируя на изменения положения поплавка. Последний следит за уровнем воды.

Погружные насосы дополнительно делят на вертикальные и горизонтальные. В первом случае предельная глубина погружения 7 метров. А горизонтальные могут углубляться на 100 метров и более.

Удобство эксплуатации заключается в том, что отсутствует необходимость в системе охлаждения. Насос находится в воде, плюс прокачивает через себя жидкость. Это позволяет не только выполнять работу, но и отводить лишнее тепло.

У погружного насоса есть подтип. Он называется полупогружным. Отличие в том, что рабочий механизм погружается в воду, но двигатель остаётся на поверхности. Но с водой, где есть крупный мусор, полупогружной насос не справится.

Поверхностный

Вторая разновидность — это поверхностные. Применяются для организации работы колодца или скважины. Корпус устройства в жидкую среду не погружается.

Вода поступает за счёт длинного подключённого шланга. Такая помпа применяется в ситуациях, где вода располагается на небольшой глубине. Наиболее частая сфера использования — это борьба с грунтовыми водами.

Считается, что основным преимуществом агрегата выступает простота монтажа и снятия. Заниматься периодическим техобслуживанием также легко. Но важно, чтобы рабочие элементы вовремя смазывались. Это позволит увеличить срок службы, а также предотвратить поломки.

Но есть у устройства и свои недостатки:

• уступает по функциональности погружному насосу;
• потребляет много энергии;
• нельзя откачивать жидкость на большой глубине;
• быстро нагревается;
• шумит во время работы;
• меньший срок службы.

Хотя стоит отметить, что по показателям энергопотребления между погружным и поверхностным дренажным насосом можно поставить знак равенства.

Конструктивные особенности

Теперь разберёмся с тем, как устроен дренажный насос и каковы его основные конструктивные элементы. Вы уже знаете, что агрегаты для забора грязной воды (фекальные насосы) отличаются наличием своего рода шнека.

Если же говорить об общем принципе устройства дренажного насоса, то тут стоит выделить такие элементы конструкции.

• Электродвигатель. Главный рабочий элемент дренажного насоса. Его мощность напрямую влияет на то, с каким объёмом жидкости агрегат сможет справиться за единицу времени. В работу электромотор вступает при подключении к электросети. Либо же можно вводить в эксплуатацию с помощью топливного генератора.
• Вал с крыльчаткой. Вступает в работу одновременно с электродвигателем. Жидкость попадает внутрь насоса и по шлангам выходит наружу. Перемещению воды способствует вращающийся вал с крыльчаткой, работа которых основана на принципах центробежной силы.
  
• Поплавок. Важный элемент, обеспечивающий включение и отключение агрегата в автоматическом режиме. Хотя найти помпу без поплавка можно, их лучше не использовать. При отсутствии поплавка за перекачкой жидкости придётся наблюдать самостоятельно и постоянно. А если насос полностью уйдёт под воду, либо в резервуаре закончится жидкость для перекачивания, это приведёт к поломкам насоса.
• Фильтры. Они защищают насос от крупного мусора, камней, разных примесей. Обычно применяются сетчатые фильтры. Размер ячеек в фильтрах определяет, насколько крупные примеси может пропустить через себя насос, не навредив при этом устройству.
• Шланги и измельчители. Измельчитель рубит крупный мусор. В основном эта система применяется на фекальных дренажных насосах. Шланги же нужны для перенаправления всасываемой в насос жидкости.
  

Выбирая дренажный насос, обязательно изучите технические характеристики, а также взгляните на максимально допустимый размер и количество примесей, с которыми эта модель может работать.

Некоторые насосы ориентированы на максимально чистую воду, а потому применяются в основном в бассейнах.

Следующий важный момент — это температура воды. Иногда дренажные насосы могут перекачивать горячие жидкости. Это ведёт к перегреву мотора, если изначально насос не предназначен для работы в таких условиях.

Поэтому в технических документах производитель всегда указывает, какой температурный предел у той или иной модели. Некоторые агрегаты специально разработаны так, чтобы перекачивать воду и иную жидкость с температурой от 50 градусов Цельсия и выше.

В чём дренажные насосы выигрывают у конкурентов

Как это работает

Теперь к вопросу о том, как работают дренажные насосы для грязной воды и обычные агрегаты такого типа.

За счёт работы двигателя, крыльчатки и системы шлангов, воду забирают из одного места и переносят на другое. Это могут быть очистные сооружения, специальные резервуары или просто открытый участок земли.

Зато поплавковый выключатель или просто поплавок заслуживает отдельного внимания. Нужно рассказать о том, как он работает в дренажном насосе.

Конструктивно поплавок состоит из:

• пластикового корпуса с воздухом внутри;
• переключателя с рычагом (он же размыкатель);
• стального шарика;
• провода для соединения с электросистемой.

Погружая насос в воду с большим объёмом жидкости, поплавок всплывает, оказывается на поверхности и тем самым включает агрегат. Он считывает, что воды много. По мере снижения уровня воды, которая откачивается, поплавок также снижается. Оказываясь на отметке ниже минимально допустимого уровня, происходит автоматическое отключение.

Поднимаясь или опускаясь, стальной шарик поплавка меняет своё положение, за счёт чего управляет рычагом. Тот воздействует на переключатель и его контакты. Переключатель может разорвать цепь, либо соединить её.

Преимущества перед конкурентами

Если сравнивать с другими насосами, у дренажных устройств есть ряд важных преимуществ. А именно:

• сравнительно небольшая цена;
• большие объёмы перекачиваемой жидкости;
• хороший создаваемый напор;
• простота и удобство при эксплуатации (больше относится к поверхностным насосам);
• солидный срок службы.

В зависимости от того, какое максимальное давление при работе создаёт тот или иной дренажный насос, за 1 час работы некоторые модели способны перекачать до 8 кубометров воды. Напор достигает 7 метров. В итоге за небольшой временной промежуток можно заменить воду в целом домашнем бассейне.

Бытовое применение

Многих справедливо интересует, как же правильно пользоваться дренажным бытовым насосом.

Большой плюс дренажного агрегата в том, что его конструкция довольно простая. А потому освоить принципы эксплуатации может любой желающий, не обладающий опытом или специальными знаниями.

Если не знаете, как правильно использовать дренажный водяной насос, ориентируйтесь на следующие принципы.

• Подключите трубу к выходному патрубку. У погружного насоса он один. У наружного типа дренажных помп дополнительно есть и шланг на всасывание. Крепление обычно реализуется хомутами. Это исключает образование утечек в процессе работы. Трубы подбираются по диаметру исходя из характеристик насоса. Обычно производитель прописывает эти моменты в инструкциях и руководстве по эксплуатации. Это к вопросу о том, какой шланг нужен будет для работы дренажного насоса.
• Погрузите насос в жидкую среду. Просто на дно укладывать не стоит. Обычно используют подставки, либо подвешивают агрегат над дном. Это позволяет исключить закупоривание входных отверстий. У поверхностных дренажей всё проще. В воду погружают лишь входную трубу с поплавком, которые удерживаются на кабеле. Вообще установить в воду дренажный насос не сложно. Но важно сделать это правильно, чтобы входные отверстия не встали на грунт. Иначе вместо воды устройство начнёт всасывать грязь, песок и прочий мусор. Фильтры долго не выдержат и в скором времени забьются.
  
• Запустите систему. Откачка воды с помощью погружного насоса максимально простая. Единственное требование — это периодическая проверка состояния фильтров. Нельзя допускать, чтобы они забились. Для внешних систем запуск всасывания реализуется через трубу. Причём тут важно сначала запустить систему и затем уже отправить трубу в жидкость.

Обслуживать дренажный водяной насос довольно просто. Обычно пользователю лишь необходимо почистить фильтр, проверить состояние труб и шлангов.

Особых сложностей с тем, как правильно и грамотно пользоваться рассмотренным дренажным насосом, нет.

Выбор шлангов

Отдельно следует рассмотреть вопрос о том, какой оптимальный диаметр шланга будет нужен для подключения дренажного насоса. Плюс играют роль и некоторые другие его характеристики.

На этот счёт можно дать следующие рекомендации.

• Диаметр. Напрямую влияет на длину. Считается одним из ключевых параметров для эффективной работы дренажного насоса. Чаще всего на такие помпы устанавливают шланги с диаметром 32, 40 и 50 мм. Но чем меньше диаметр, тем выше вероятность засорения. Поэтому в канализационных системах, где используется дренажный насос, рекомендуют использовать трубы большего диаметра.
• Длина. Здесь ориентируются на следующий принцип: один метр глубины по необходимой мощности соответствует 10 метрам в горизонтальной плоскости. К примеру, если глубина ямы, из которой выполняется откачка жидкости, составляет 5 метров, то длину шланга выбирают 50 метров. Но тут скорость откачки будет небольшой, поскольку дополнительно следует учитывать длину отвода по земле. Поэтому обычно к расчётным показателям добавляют запас около 3 метров.
• Температурная стойкость. Часто дренажным агрегатам приходится работать в разное время года. Поэтому шланг не должен терять эластичность и деформироваться при температурных изменениях.
• Материал изготовления. Оптимальным решением будет виниловый или ПВХ шланг. Материал наиболее устойчивые к разным воздействующим факторам.

Зная все эти моменты, можно правильно выбрать комплектующие, собрать насосный узел и рассчитывать на длительную, а также беспроблемную эксплуатацию.

Обслуживание поплавка

При наличии поплавка существует определённая схема его работы. Когда удалось подключить и запустить дренажный насос, не забывайте о важности обслуживания поплавкового выключателя.

По ходу эксплуатации может возникать необходимость отрегулировать, обслужить или отремонтировать поплавок, предусмотренный в дренажном насосе.

Если помпа применяется для работы с чистой или слегка загрязнённой водой, то об обслуживании поплавка особо беспокоиться не придётся. В канализационных системах рекомендуется обслуживать его минимум 1 раз в месяц, сбивая загрязнения сильным напором воды. Так поплавок будет корректно реагировать на изменения уровня, не прилипать к трубе или насосу.

В ситуации, когда поплавок перестал выполнять свои функции, его меняют. Причём лучше это доверить специалистам.

Некоторые мелкие поломки можно устранить своими руками:

• при застревании шарика достаточно высвободить его вручную;
• если амортизатор закреплён слабо, нужно сначала открутить поплавок, после чего надёжно закрутить крепёжные гайки;
• при неисправном амортизаторе его следует заменить;
• заклинивание лопастей обычно происходит из-за налипания мусора, который следует удалить;
• если произошёл обрыв проводки, придётся их поменять, либо попробовать решить проблему изолентой.

Обязательно обращайтесь к специалистам при поломке клапана, обрыве штока или сгоревшей обмотке. Все эти проблемы устранить своими руками тяжело.

Иногда ремонт сломанного дренажного насоса обходится в сумму, равную стоимости нового агрегата. Поэтому подумайте, есть ли смысл отдавать его в ремонт.

Приходилось ли сталкиваться с дренажными насосами? Для каких целей использовали? Насколько устройство справилось со своей задачей?

Подписывайтесь, оставляйте комментарии, задавайте вопросы и рассказывайте о проекте своим друзьям!

Дренажный насос

Дренажный насос – это оборудование предназначеное для откачки слабозагрязненной воды из подвалов, котлованов, септиков, бассейнов и других емкостей.

Оборудование этого типа широко используется для решения вопроса водоотведения для частных бытовых нужд, в масштабах разнотипного промышленного производства и строительства, при обслуживании оросительных комплексов и систем канализаций.

В этих и подобных случаях активно применяются специальные установки, включающие в качестве основного рабочего элемента дренажный насос, адаптированный для перекачки жидкостей с наличием примесей.

Содержание статьи

Подобные агрегаты мобильны, просто монтируются на объекте, легко обслуживаются, имеют малый вес и достаточно экономичны, чем подкупают многих пользователей.

Многообразие вариантов исполнения моделей, представленных на рынке, и различные модификации устройств в зависимости от показателей рабочих характеристик позволяют без труда подобрать необходимую установку исходя из конкретных пользовательских требований, делая дренажные насосы для воды полезным и доступным «помощником» при проведении работ по осушению различного характера.

Модели дренажных насосов

Ключевые узлы дренажного насоса включают в себя:
электродвигатель;
вал и крыльчатку с лопастями, отвечающую за движение жидкости внутри устройства;
поплавковый выключатель;
всасывающий патрубок.

Герметичный корпус защищает от воздействия рабочей среды секции насоса, который, в свою очередь, обязательно оснащается приемной сеткой. Размер отверстий сетки обуславливает применение конкретной модели агрегата для водоотведения жидкостей с наличием различных по размеру примесей в составе.

Производительность и рабочую мощность устройства подбирают под конкретные условия исходя из необходимого напора для решения задачи водоотведения.

Дренажные насосы выпускаются в двух вариантах исполнения:
с возможностью погружения в жидкость;
с поверхностным монтажом на объекте.

Насос дренажный погружной

Погружные модели опускаются под уровень дренируемой жидкости и откачивают ее через специальные патрубки или шланги. Наличие нескольких ступеней в компоновке дает возможность создавать наиболее мощный напор на выходе, что значительно решает проблему водоотведения при больших перепадах в высотных отметках и при эксплуатации в условиях протяженных расстояний отведения удаляемого агента.

При наличии в жидкости загрязняющих примесей используют дренажный насос для грязной воды, который имеет специальный фильтр, адаптированный под всасывание агента с определённой фракцией посторонних включений и поплавком для контроля уровня жидкости. Комплект может дополняться установкой температурного переключателя, срабатывающего при перегреве компоновки в процессе использования, и каждый конкретный тип прибора создается в зависимости от условий эксплуатации: температуры среды, плотности рабочего агента, высоты подъема дренируемой жидкости и ее химического состава.

Поверхностные дренажные насосы для откачки воды

Поверхностные агрегаты используют в условиях, когда погружение прибора невозможно, его устанавливают на твердой поверхности в непосредственной близости от водозабора, откачка происходит посредством спуска под уровень жидкости специального рукава. Данный тип насоса можно легко транспортировать, но все выпускаемые модели обладают достаточно малой мощностью, что обуславливает их применение только в случаях, требующих лишь периодическую работу установки.

Применение обеих разновидностей агрегатов достаточно популярно и напрямую зависит от диаметра загрязняющих частиц в составе жидкости для отведения:
насос дренажный погружной предполагает использование при наличии частиц размером до 5 см;
поверхностный насос – при наличии частиц размером не более 10 мм.

Дренажный насос с измельчителем

Отдельные модели агрегатов могут оснащаться измельчительными узлами для дробления крупных частиц, подобные устройства уже носят иное название – дренажно-фекальный насос, который способен перекачивать жидкости с включениями и загрязняющими частицами размером до 8 см.

Измельчители в составе компоновки позволяют успешно размельчать загрязнения в рабочем агенте, но их установка приводит к значительному удорожанию агрегата в целом и увеличению его габаритов, что в некоторых случаях использования неудобно. Также данный вид устройств выпускается в усиленном корпусе, что также приводит к повышению стоимости оборудования.

Кроме всех перечисленных моделей на рынке представлены и доступны полупогружные модели насосов, которые частично погружаются под уровень откачиваемой смеси и также крепятся на рабочей поверхности. Данный тип агрегатов не подходит для дренажа жидкости с наличием достаточно крупных загрязняющих включений, но активно используются в условиях, когда температура перекачиваемой среды более 60 градусов цельсия.

По типу запитывания агрегата дренажные насосы бывают:
однофазные;
трехфазные.

Одной из разновидностью насосов для откачки является фекальный насос с измельчителем. Такой агрегат способен перекачивать засоренную крупными частицами воду.

Характеристики дренажных насосов

Выбирая конкретные дренажные насосы следует оценить следующие их характеристики для обеспечения безопасной и длительной работы оборудования:

размер загрязнений в рабочей среде, влияет на способность оборудования откачивать жидкость и зависит от технических характеристик агрегата;

необходимо рассчитать необходимую мощность дренажного насоса исходя из размера резервуара с жидкостью и планируемого времени работы агрегата;

определиться с поверхностью монтажа и целями эксплуатации прибора.

Количество жидкости, которое насос перекачивает в единицу времени, называется расходом или производительностью дренажного оборудования. Определиться с этой характеристикой достаточно просто – разделите предполагаемый объем жидкости, которую нужно перекачать(в кубических метрах) на время(в часах). Для бытовых нужд в большинстве случаев подходит дренажный насос для грязной воды с производительностью до 10 м 3 /ч.

Напор дренажного насоса – это высота, на которую оборудование способно поднять столб воды. Для более простого расчета можно использовать соотношение 1 к 10. Т.е. если напор насоса равен 10 метров – значит он способен поднять жидкость на высоту до 10 метров, а также способен перекачивать воду на расстояние до 100 метров по горизонтали.

Ещё одним параметром является диаметр патрубка дренажного насоса, он необходимо для того, чтобы подобрать шланг. Диаметр патрубков дренажных насосов для воды составляет в среднем равен 1,5 дюйма, если требуется перекачивать загрязненную жидкость, то подойдут модели с диаметром патрубком от 8 дюймов. Следует помнить, что шланг для дренажного насоса должен иметь аналогичный диаметр.

Надежная и долговечная работа любого дренажного насоса зависит от качественного подбора оборудования под конкретные условия его применения, а также от квалифицированного монтажа на объекте использования.

Управление дренажным насосом

Большинство современных моделей оснащено специальным оборудованием, которое называется поплавок для дренажного насоса. Поплавковый дренажный насос способен самостоятельно отключаться при достижении минимального уровня перекачиваемой жидкости.

Такая опция обеспечивает надежную защиту от сухого хода и тем самым предотвращает возможные поломки оборудования.

Другая полезная функция, которой оборудован дренажный насос с поплавковым выключателем – это возможность автоматического включения агрегата при подъеме жидкости выше заданного уровня.

Таким образом поплавковый дренажный насос способен работать в автономном режиме без участия владельца.

Что следует учесть:
предварительно проверить агрегат на отсутствие различных повреждений и неисправностей;
в местах соединения различных патрубков предусмотреть дополнительного усиление стыков;
обеспечить установку насоса на ровную поверхность или площадку;
при наличии высоких температур рабочей среды и возможности влияния агрессивных факторов предусмотреть применение специализированных моделей.

Лучший дренажный насос

Дренажный насос Grundfos Unilift представляет собой одноступенчатый агрегат, предназначенный для перекачивания воды на садовом участке, воды из рек и озер, из баков, из водосточных канав, стоков трубопроводов и т.д. Оборудование выпускается в нескольких модификациях, обозначенных буквами А, AV и М, которые обозначают автоматический и ручной режим работы соответственно.

Электродвигатель дренажного насоса Grundfos Unilift защищен от перегрузки, кроме того преимуществами насоса является:
входящий в комплект поплавковый выключатель;
корпус и гидравлическая часть изготовлены из нержавеющей стали;
встроенная тепловая защита;
отсутствие необходимости технического обслуживания.

Дренажный насос Вихрь дн обладает пропускной способностью от 5 до 35 мм и рассчитан на глубину всасывания до 8 метров. Производительность такого агрегата в зависимости от модели составляет от 5 до 15 кубических метров в час.

В серию дренажных насосов Вихрь входят модели: ДН 300, ДН 400, ДН 550Н, ДН 750, ДН 900, ДН 1100Н. Цифра в маркировке модели указывает мощность агрегата. К примеру Насос Вихрь ДН400 используется для перекачивания чистой воды и обладает мощностью 400 Вт, подачей 11 м 3 /ч, и напором 8 метров.

Подробное описание и стоимость Насосов Вихрь смотрите в разделе Вихрь на нашем сайте.

Дренажный насос Wilo drain используется для откачивания грязной воды и других дренажных целей, а именно: откачивания воды из приямков, водоемов, котлованов и других резервуаров, при откачивания воды из подвала дома и других подземных сооружений.

Дренажный насос Wilo с маркировкой TMT и TMC можно использовать для перекачивания горячей воды (до 900С) и агрессивных жидкостей. А агрегаты с маркировкой MTS/MTC используются для перекачивания сточных вод с содержанием фекалий.

Дренажный насос Гном расшифровывается как для Грязной воды Насос Одноступенчатый Моноблочный. Конструкция насосов этой серии унифицирована и за многолетний опыт производства и эксплуатации доведена до совершенства. Агрегат способен перекачивать жидкость с температурой до 40 °С и содержанием твердых частиц размером до 10 мм.

К преимуществам насоса ГНОМ относятся:
входящий в комплект поплавковый выключатель;
тепловая защита электродвигателя;
проточная часть насоса изготовлена из коррозионностойких материалов.

Насос дренажный Беламос Dwp сконструирован для откачивания грязной воды из подвала, или других сточных жидкостей из различных емкостей. Дренажный насос серии DWP может перекачивать жидкость содержащую волокнистые включения, а модели DWP CS оборудованы встроенными ножами для дробления крупных фракций.

Корпус насоса и вал двигателя изготовлены из коррозионностойких сталей. В комплектацию входит поплавковый выключатель для поддержания автоматической работы насоса. Электродвигатель оснащен встроенной защитой от перегрева и перегрузок.

В зависимости от материалов исполнения конкретной модели агрегата складывается конечная стоимость установки. Применение различных металлов (сталь, чугун) для изготовления ключевых узлов насоса придает на выходе компоновке наиболее стойкие и надежные эксплуатационные характеристики при ее активной эксплуатации в различных условия, добавляет долговечности и высокой устойчивости при износе. Наличие в конструкции модели пластиковых элементов сокращает безаварийный срок ее работы, но значительно сокращает цену изделия. Компромиссным решением является применение моделей с наличием комбинированного набора деталей в составе, что помогает максимально сбалансировать финишную стоимость и технологическое качество компоновки.

Внимательная проработка основных критериев подбора необходимого дренажного агрегата позволит учесть все нюансы его использования, безаварийно эксплуатировать для наиболее успешного водоотведения различной сложности и направленности.

Видео: ремонт дренажного насоса

Дренажный насос представляет собой технически и технологически сложное оборудование и поэтому как и любое другое оборудование не застрахован от поломок.

Подавляющее большинство поломок происходит по причине неправильного монтажа: например насос не опущен на достаточную глубину для работы или попадание воздуха в рабочую камеру агрегата.

Ещё одной причиной поломки может являться засорение фильтра на входе в рабочее колесо крупными частица грязи.

Для исключение этих и не только причин необходимо соблюдать указанные производителем в инструкции по эксплуатации режимы работы и своевременно проводит профилактику оборудования.

Устройство и принцип работы диода

Диод — простейший полупроводниковый прибор, который можно встретить сегодня на печатной плате любого электронного устройства. В зависимости от внутренней структуры и технических характеристик, диоды классифицируются на нескольких видов: универсальные, выпрямительные, импульсные, стабилитроны, туннельные диоды и варикапы. Они применяются для выпрямления, ограничения напряжения, детектирования, модуляции и т. д. – в зависимости от назначения устройства, в котором применяются.

Основа диода — p-n-переход, сформированный полупроводниковыми материалами с двумя разными типами проводимости. К кристаллу диода присоединены два вывода, называемые катод (минусовой электрод) и анод (плюсовой электрод). На стороне анода находится область полупроводника p-типа, а на стороне катода — область n-типа. Данное устройство диода обеспечивает ему уникальное свойство — он проводит ток лишь в одном (прямом) направлении, от анода — к катоду. В обратном направлении обычный исправный диод ток не проводит.

В области анода (p-типа), основными носителями заряда являются положительно заряженные дырки, а в области катода (n-типа) — отрицательно заряженные электроны. Выводы диода представляют собой контактные металлические поверхности к которым и припаяны выводы.

Когда диод проводит ток в прямом направлении, это значит что он находится в открытом состоянии. Если ток через p-n-переход не идет, значит диод закрыт. Таким образом, диод может находиться в одном из двух устойчивых состояний: или открыт или закрыт.

Включив диод в цепь источника постоянного напряжения, анодом к плюсовой клемме, а катодом – к минусовой, получим смещение p-n-перехода в прямом направлении. И если напряжение источника окажется достаточным (для кремниевого диода хватит 0,7 вольт), то диод откроется и начнет проводить ток. Величина этого тока будет зависеть от величины приложенного напряжения и от внутреннего сопротивления диода.

Почему диод перешел в проводящее состояние? Потому что при правильном включении диода, электроны из n-области, под действием ЭДС источника, устремились к его положительному электроду, навстречу дыркам из p-области, которые теперь движутся в сторону отрицательного электрода источника, навстречу электронам.

На границе областей (на самом p-n-переходе) в это время происходит рекомбинация электронов и дырок, их взаимное поглощение. А источник вынужден непрерывно поставлять новые электроны и дырки в область p-n-перехода, увеличивая их концентрацию.

А что случится если диод включить наоборот, катодом к плюсовой клемме источника, а анодом — к минусовой?Дырки и электроны разбегутся в разные стороны — к выводам — от перехода, и в окрестности перехода возникнет зона обедненная носителями заряда — потенциальный барьер. Ток обусловленный основными носителями заряда (электронами и дырками) попросту не возникнет.

Но кристалл диода не идеален, в нем кроме основных носителей заряда присутствуют еще и неосновные носители заряда, которые и создадут очень незначительный обратный ток диода, измеряемый микроамперами. Но диод в данном состоянии закрыт, так как p-n-переход его смещен в обратном направлении.

Напряжение, при котором диод переходит из закрытого состояния в открытое, называется прямым напряжением диода (смотрите – Основные параметры диодов), которое по сути является падением напряжения на p-n-переходе. Сопротивление диода току в прямом направлении не постоянно, оно зависит от величины тока через диод и имеет размер порядка единиц Ом. Напряжение обратной полярности, при котором диод закрывается, называется обратным напряжением диода. Обратное сопротивление диода в этом состоянии измеряется тысячами Ом.

Очевидно, диод может переходить из открытого состояния в закрытое и обратно при смене полярности приложенного к нему напряжения. На данном свойстве диода основана работа выпрямителя. Так, в цепи синусоидального переменного тока диод будет проводить ток лишь во время положительной полуволны, а во время отрицательной — будет заперт.

Особенности, назначение, устройство и принцип работы диода

Время на чтение:

Диод — это электронный элемент, который обладает различной проводимостью. Он изготовлен на полупроводниковой основе и предназначен для выполнения разнообразных действий с поступающими электрическими сигналами. Применяется это приспособление не только в промышленности, электронике, но и в повседневной жизни. Большинство современного оборудования имеет в своём составе несколько таких элементов.

Общие сведения

Прежде чем рассматривать, как работает диод, необходимо подробно изучить его устройство, разновидности и узнать, зачем он применяется. Это поможет лучше понять принцип действия и выбрать максимально эффективное приспособление для определённого оборудования.

Устройство диода

Диод (от англ. diode) выглядит просто и имеет конструкцию, состоящую из небольшого количества элементов. Это позволяет мастерам не приобретать дорогостоящие изделия, а изготавливать их своими руками. Самодельные приспособления хоть и стоят намного дешевле, но выполняют те же функции, что и покупные.

Так как диоды часто изображаются на электросхемах, то определение их параметров считается довольно важным мероприятием. Обозначением для этих элементов служит комбинация символов VD1, VD2 и так далее.

Схема диода предусматривает наличие следующих элементов:

1. Корпус. Он представляет собой стеклянный, керамический или металлический вакуумный баллон.
2. Два электрода (катод и анод). Они располагаются внутри баллона и используются для обеспечения эмиссии электронов. Чаще всего применяются электроды косвенного накала, которые имеют цилиндрическую форму, и обладают специальным слоем, испускающим электроны. В некоторых старых конструкциях можно встретить эти элементы в виде тонкой нити, накаливающейся в процессе работы приспособления.
3. Подогреватель. Он находится внутри катода и устроен в виде проволоки, которая накаливается из-за прохождения электрического тока.
4. Диодный кристалл. Для изготовления этого элемента применяется германий или кремний. Одна его часть проводит электричество и имеет недостаточное количество электронов, а вторая — избыток.
5. P-n переход — область между первой и второй частью диодного кристалла.

Принцип действия

Принцип работы диода довольно простой и разобраться в нём сможет не только профессионал, но и новичок. Для этого не нужно иметь специальное образование или навыки работы с таким приспособлением, а достаточно обладать общим представлением об устройстве.

Принцип действия диода:

1. Электрический ток проходит через устройство и воздействует на катод диода.
2. Из-за этого подогреватель постепенно накаляется, а электрод начинает испускать электроны.
3. Следствием этого становится образование электрического поля между двумя электродами, которое является катализатором процесса притяжения электронов к аноду, обладающему положительным зарядом. Благодаря этому образуется эмиссионный ток.
4. Пространственный отрицательный заряд, который появляется между двумя электродами, препятствует движению электронов к аноду. Из-за этого часть их меняет своё направление, и начинает двигаться к катоду.
5. Попавшие на анод электроны образуют анодный ток, параметры которого соответствуют катодному.
6. Если электрическое поле, возникшее между электродами, препятствует возвращению частиц на катод, то электродиод остаётся в запертом состоянии. Всё это приводит к размыканию цепи.

Разновидности приспособлений

Производители электронных элементов делают несколько типов диодов. Все они немного отличаются друг от друга, имеют различные свойства, а также используются для достижения определённых целей.

Диоды бывают:

1. Выпрямительные. Это наиболее распространённый тип приспособлений, который используется в устройствах, способствующих преобразованию переменного тока промышленной частоты в постоянный.
2. Высокочастотные. Большинство моделей современного оборудования функционируют при рабочей частоте в несколько гигагерц. В таких конструкциях применяются специальные диоды, рассчитанные на высокую частоту.
3. Переключающие. Эти приспособления используются в тех схемах, где диод должен работать в различных режимах. В одном из них он оказывается смещённым в прямом направлении, а в другом — в обратном.
4. Стабилитроны. Такие элементы применяются только в конструкциях, помогающих стабилизировать напряжение, поступающее к оборудованию.
5. Варикапы. Они используются в параметрических усилителях и прочих подобных устройствах. С их помощью происходит коррекция частотной модуляции и автоматическая подстройка частоты.
6. Диоды Шоттки. Назначение этого приспособления — малое падение напряжения при прямом включении. Область их применения ограничивается низковольтными электрическими цепями.
7. Тиристоры (управляемые диоды). Они часто применяются в схемах, которые предназначены для плавного пуска двигателя, регулировки мощности или включения лампочки.
8. Симисторы. Эта разновидность диодов используется для обеспечения работы систем, питающихся от переменного напряжения, так как способна пропускать электричество в обоих направлениях. Они представляют собой 2 тиристора, соединённые между собой.

Область применения

Диоды широко применяются по всему миру и входят в состав различных приспособлений. В большинстве случаев несколько таких элементов объединяются в общую конструкцию. Их количество выбирается исходя из типа и особенностей каждой схемы.

Использование диодов в электротехнике:

1. Диодные мосты. В их составе может находиться от 4 до 12 диодов, которые последовательно соединены друг с другом. Они применяются для однофазных и трёхфазных схем, где выполняют функцию выпрямителей. В большинстве случаев такие диодные мосты устанавливаются на генераторах автомобилей. Благодаря им не только увеличивается надёжность устройства, но и уменьшаются его размеры.
2. Диодные детекторы. Они представляют собой конструкцию, которая сочетает в себе не только несколько диодов, но и конденсаторы. Благодаря этому достигается способность выделять модуляцию с низкими частотами из соответствующих сигналов. Такие детекторы часто используются при изготовлении радиоприёмников и телевизоров.
3. Диодная искрозащита. Для её создания применяются специальные диодные барьеры, которые ограничивают напряжение в имеющейся электрической цепи. Вместе с ними используются специальные токоограничительные резисторы, необходимые для контроля за величиной параметров проходящего электрического тока.
4. Переключатели на основе диодов. Эти устройства дополняются конденсаторами и коммутируют высокочастотные сигналы. При этом контроль за работой осуществляется с помощью подачи управляющего сигнала, разделения высоких частот и применения постоянного тока.

Способы подключения

Существует несколько стандартных вариантов подключения диода в электрическую цепь. Все они используются в определённых схемах и позволяют достичь требуемого результата.

Прямой вариант

Этот способ включения диода в электрическую цепь называют наиболее простым и часто используемым. В его основе лежит подсоединение положительного полюса к области p-типа, а отрицательного — к n-типа.

Описание работы диода при прямом подключении:

1. На устройство подаётся электрический ток, под воздействием которого образуется электрическое поле в области между двумя электродами. Его направление будет противоположным по отношению к внутреннему диффузионному полю.
2. Затем происходит резкое сужение запирающего слоя, которое получается из-за значительного снижения напряжения электрического поля.
3. Следствием этого станет способность большинства электронов свободно перемещаться из одной области (n-типа) в другую (p-типа).
4. Во время этого процесса показатели дрейфового тока не изменятся, так как они зависят только от количества заряженных частиц, находящихся в области p-n перехода.
5. Электроны способны перемещаться из n-области в p-область, что приводит к дисбалансу их концентрации. В одной из областей будет недостаток частиц, а в другой — избыток.
6. Из-за этого часть электронов перемещается вглубь полупроводника, что становится причиной разрушения его электронейтральности.
7. В этом случае полупроводник стремится к восстановлению своей нейтральности и начинает получать заряд от подключённого источника питания. Всё это приводит к образованию тока во внешней электроцепи.

Обратный метод

Этот способ подключения диода к общей схеме используется гораздо реже. В его основе лежит изменение полярности внешнего источника питания, который участвует в процессе передачи напряжения.

Особенности функционирования диода при обратном включении:

1. После включения источника питания в области p-n перехода образуется электрическое поле. Его направление будет одинаковым с внутренним диффузионным полем.
2. Из-за этого будет происходить расширение запирающего слоя.
3. Находящееся в области p-n перехода поле будет ускорять движение электронов, но оставлять неизменными показатели дрейфующего тока.
4. Из-за всех этих действий будет постепенно нарастать обратное напряжение, которое поспособствует стремлению электрического тока к максимальным значениям.

Возможные неисправности

Во время работы устройств с диодами могут возникать различные поломки. Это происходит из-за старения элементов или их амортизации.

Специалисты по ремонту различают 4 вида неисправностей.

Среди них такие:

1. Электрический пробой. Это одна из наиболее распространённых поломок, которые встречаются у диодов. Она является обратимой, так как не приводит к разрушению диодного кристалла. Исправить её можно путём постепенного снижения подаваемого напряжения.
2. Тепловой пробой. Такая неисправность более губительна для диода. Она возникает из-за плохого теплоотвода или перегрева в области p-n перехода. Последний образуется только в том случае, если устройство питается от тока с чрезмерно высокими показателями. Без проведения ремонтных мероприятий проблема только усугубится. При этом произойдёт рост колебания атомов диодного кристалла, что приведёт к его деформации и разрушению.
3. Обрыв. При возникновении этой неисправности устройство прекращает пропуск электрического тока в обоих направлениях. Таким образом, он становится изолятором, блокирующим всю систему. Для устранения поломки нужно точно определить её местонахождение. Для этого следует применять специальные высокочувствительные тестеры, которые повысят шанс обнаружить обрыв.
4. Утечка. Под этой поломкой понимают нарушение целостности корпуса, вызванного физическим или иным воздействием на прибор.

Диод — важный элемент конструкции, который обеспечивает исправную и бесперебойную работу устройства. При правильном выборе этого элемента и обеспечении оптимальных условий работы можно избежать каких-либо неисправностей.

Диоды. For dummies

Введение

Диод — двухэлектродный электронный прибор, обладает различной проводимостью в зависимости от направления электрического тока. Электрод диода, подключённый к положительному полюсу источника тока, когда диод открыт (то есть имеет маленькое сопротивление), называют анодом, подключённый к отрицательному полюсу — катодом. (wikipedia)

Все диоды можно разделить на две большие группы: полупроводниковые и неполупроводниковые. Здесь я буду рассматривать только первую из них.

В основе полупроводникового диода лежит такая известная штука, как p-n переход. Думаю, что большинству читателей о нем рассказывали на уроках физики в школе, а кому-то более подробно еще и в институте. Однако, на всякий случай приведу общий принцип его работы.

Два слова о зонной теории проводимости твердых тел

Прежде, чем начать разговор о p-n переходе, стоит обговорить некоторые теоретические моменты.

Считается, что электроны в атоме расположены на различном расстоянии от ядра. Соответственно, чем ближе электрон к ядру, тем сильнее связь между ними и тем большую энергию надо приложить, чтобы отправить его «в свободное плаванье». Говорят, что электроны расположены на различных энергетических уровнях. Заполнение этих уровней электронами происходит снизу вверх и на каждом из них может находиться не больше строго определенного числа электронов (атом Бора). Таким образом, если уровень заполнен, то новый электрон не может на него попасть, пока для него не освободится место. Чтобы электрон мог перейти на уровень выше, ему нужно сообщить дополнительную энергию. А если электрон «падает» вниз, то излишек энергии освобождается в виде излучения. Электроны могут занимать в атоме только сторого определенные орбиты с определенными энергиями. Орбиты эти называются разрешенными. Соответственно, запрещенными называют те орбиты (зоны), в которых электрон находиться не может. Подробнее об этом можно почитать по ссылке на атом Бора выше, здесь же примем это как аксиому.

Самый верхний энергетический уровень называется валентным. У большинства веществ он заполнен только частично, поэтому электроны внешних подуровней других атомов всегда могут найти на нем себе место. И они действительно хаотично мигрируют от атома к атому, осуществляя таким образом связь между ними. Нижний слой, в котором могут перемещаться свободные электроны, называют зоной проводимости. Если валентная зона частично заполнена и электроны в ней могут перемещаться от атома к атому, то она совпадает с зоной проводимости. Такая картина наблюдается у проводников. У полупроводников валентная зона заполнена целиком, но разница энергий между валентным и проводящим уровнями у них мала. Поэтому электроны могут преодолевать ее просто за счет теплового движения. А у изоляторов эта разница велика, и чтобы получить пробой, нужно приложить значительную энергию.

Такова общая картина энергетического строения атома. Можно переходить непосредственно к p-n переходу.

p-n переход

Начнем с того, что полупроводники бывают n-типа и p-типа. Первые получают легированием четырехвалентного полупроводника (чаще всего кремния) пятивалентным полупроводником (например, мышьяком). Эту пятивалентную примесь называют донором. Ее атомы образуют четыре химических связи с атомами кремния, а пятый валентный электрон остается свободным и может выйти из валентной зоны в зону проводимости, если, например, незначительно повысить температуру вещества. Таким образом, в проводнике n-типа возникает избыток электронов.

Полупроводники p-типа тоже получаются путем легирования кремния, но уже трехвалентной примесью (например, бором). Эта примесь носит название акцептора. Он может образовывать только три из четырех возможных химических связей. А оставшуюся незаполненной валентную связь принято называть дыркой. Т.е. дырка — это не реальная частица, а абстракция, принятая для более удобного описания процессов, происходящих в полупроводнике. Ее заряд полагают положительным и равным заряду электрона. Итак, в полупроводнике p-типа у нас получается избыток положительных зарядов.

В полупроводниках обоих типов кроме основных носителей заряда (электроны для n-типа, дырки для p-типа) в наибольшом количестве присутствуют неосновные носители заряда: дырки для n-области и электроны для p-области.

Если расположить рядом p- и n-полупроводники, то на границе между ними возникнет диффузный ток. Произойдет это потому, что с одной стороны у нас чересчур много отрицательных зарядов (электронов), а с другой — положительных (дырок). Соответственно, электроны будут перетекать в приграничную область p-полупроводника. А поскольку дырка — место отсутствия электрона, то возникнет ощущение, будто дырки перемещаются в противоположную сторону — к границе n-полупроводника. Попадая в p- и n-области, электроны и дырки рекомбинируют, что приводит к снижению количества подвижных носителей заряда. На этом фоне становятся ясно видны неподвижные положительно и отрицательно заряженные ионы на границах полупроводников (от которых «ушли» рекомбинировавшие дырки и электроны). В итоге получим две узкие заряженные области на границе веществ. Это и есть p-n переход, который также называют обедненным слоем из-за малой концентрации в нем подвижных носителей заряда. Естественно, что здесь возникнет электрическое поле, направление которого препятствует дальнейшей диффузии электронов и дырок. Возникает потенциальный барьер, преодолеть который основные носители заряда смогут только обладая достаточной для этого энергией. А вот неосновным носителям возникшее электрическое поле наоборот помогает. Соответственно, через переход потечет ток, в противоположном диффузному направлении. Этот ток называют дрейфовым. При отсутствии внешнего воздействия диффузный и дрейфовый ток уравновешивают друг друга и перетекание зарядов прекращается.

Ширина обедненной области и контактная разность потенциалов границ перехода (потенциальный барьер) являются важными характеристиками p-n перехода.

Если приложить внешнее напряжение так, чтобы его электрическое поле «поддерживало» диффузный ток, то произойдет снижение потенциального барьера и сужение обедненной области. Соответственно, ток будет легче течь через переход. Такое подключение внешнего напряжения называют прямым смещением.

Но можно подключиться и наоборот, чтобы внешнее электрическое поле поддерживало дрейфовый ток. Однако, в этом случае ширина обедненной зоны увеличится, а потенциальный барьер возрастет. Переход «закроется». Такое подключение называют обратным смещением. Если величина приложенного напряжения превысит некоторое предельное значение, то произойдет пробой перехода, и через него потечет ток (электроны разгонятся до такой степени, что смогут проскочить через потенциальный барьер). Эта граничная величина называется напряжением пробоя.

Все, конец теории, пора перейти к ее практическому применению.

Диоды, наконец-то

Диод, по сути, одиночный p-n переход. Если он подключен с прямым смещением, то ток через него течет, а если с обратным — не течет (на самом деле, небольшой дрейфовый ток все равно остается, но этим можно пренебречь). Этот принцип показан в условном обозначении диода: если ток направлен по стрелке треугольника, то ему ничего не мешает, а если наоборот — то он «натыкается» на вертикальную линию. Эта вертикальная линия на диодах-радиоэлементах обозначается широкой полосой у края.

Помню, когда я была глупой студенткой и впервые пришла работать в цех набивки печатных плат, то сначала ставила диоды как бог на душу положит. Только потом я узнала, что правильное расположение этого элемента играет весьма и весьма значительную роль. Но это так, лирическое отступление.

Диоды имеют нелинейную вольт-амперную характеристику.

Области применения диодов

1. Выпрямление пременного тока. Основано оно именно на свойстве диода «запираться» при обратном смещении. Диод как бы «срезает» отрицательные полуволны.
2. В качестве переменной емкости. Эти диоды называются варикапами.
   
   Здесь используется зависимость барьерной емкости перехода от обратного смещения. Чем больше его значение, тем шире обедненная область p-n перехода. Ее можно представить себе как плоский конденсатор, обкладками которого явялются границы области, а сама она выступает в качестве диэлектрика. Соответственно, чем толще «слой диэлеткрика», тем ниже барьерная емкость. Следовательно, изменяя приложенное напряжение можно электрически менять емкость варикапа.
3. Для стабилизации напряжения. Принцип работы таких диодов заключается в том, что даже при значительном увеличении внешнего падения напряжения, падение напряжения на диоде увеличится незначительно. Это справедливо и для прямого, и для обратного смещений. Однако напряжение пробоя при обратном смещении намного выше, чем прямое напряжение диода. Таким образом, если нужно поддерживать стабильным большое напряжение, то диод лучше включать обратно. А чтобы он сохранял работоспособность, несмотря на пробой, нужно использовать диод особого типа — стабилитрон.
   
   В прямосмещенном режиме он будет работать подобно обычному выпрямляющему диоду. А вот в обратносмещенном не будет проводить ток до тех пор, пока приложенное напряжение не достигнет так называемого напряжения стабилитрона, при котором диод сможет проводить значительный ток, а напряжение будет ограничено уровнем напряжения стабилитрона.
4. В качестве «ключа» (коммутирующего устройства). Такие диоды должны уметь очень быстро открываться и закрываться в зависимости от приложенного напряжения.
5. В качестве детекторов излучения (фотодиоды).
   
   Кванты света передают атомам в n-области дополнительную энергию, что приводит к появлению большого числа новых пар электрон-дырка. Когда они доходят до p-n перехода, то дырки уходят в p-область, а электроны скапливаются у края перехода. Таким образом, происходит возрастание дрейфового тока, а между p- и n-областями возникает разность потенциалов, называемая фотоЭДС. Величина ее тем больше, чем больше световой поток.
6. Для создания оптического излучения (светодиоды).
   
   При рекомбинации дырок и электронов (прямое смещение) происходит переход последних на более низкий энергетический уровень. «Излишек» энергии выделяется в виде кванта энергии. И в зависимости от химического состава и свойств того или иного полупроводника, он излучает волны того или иного диапазона. От состава же зависит и эффективность излучения.

Немного экзотики

Не стоит забывать о том, что p-n переход — одно из явлений микромира, где правит балом квантовая физика и становятся возможными странные вещи. Например, туннельный эффект — когда частица может пройти через потенциальный барьер, обладая меньшей энергией. Это становится возможным благодаря неопределенности соотношения между импульсом и координатами частицы (привет, Гейзенберг!). Этот эффект лежит в основе туннельных диодов.

Чтобы обеспечить возможность «просачивания» зарядов, их делают из вырожденных полупроводников (содержащих высокую концентрацию примесей). В результате получают резкий p-n переход с тонким запирающим слоем. Такие диоды маломощные и низкоинерционные, поэтому их можно применять в СВЧ-диапазоне.

Есть еще одна необычная разновидность полупроводниковых диодов — диоды Шоттки.

В них используется не традиционный p-n переход, а переход металл-полупроводник в качестве барьера Шоттки. Барьер этот возникает в том случае, когда разнятся величины работы выхода электронов из металла и полупроводника. Если n-полупроводник имеет работу выхода меньше, чем контактирующий с ним металл, то приграничный слой металла будет заряжен отрицательно, а полупроводника — положительно (электронам проще перейти из полупроводника в металл, чем наоборот). Если же у нас контакт металл/p-полупроводник, причем работа выхода для второго выше, чем для первого, то получим положительно заряженный приграничный слой металла и отрицательно заряженный слой полупроводника. В любом случае, у нас возникнет разность потенциалов, с помощью которой работы выхода из обоих контактирующих веществ сравняются. Это приведет к возникновению равновесного состояния и формированию потенциального барьера между металлом и полупроводником. И так же, как и в случае p-n перехода, к переходу металл/полупроводник можно прикладывать прямое и обратное смещение с аналогичным результатом.

Диоды Шоттки отличаются от p-n собратьев низким падением напряжения при прямом включении и меньшей электрической емкостью перехода. Таким образом, повышается их рабочая частота и понижается уровень помех.

Заключение

Само собой, здесь рассмотрены далеко не все существующие виды диодов. Но надеюсь, что по написанному выше можно составить достаточно полное суждение об этих электронных компонетах.

Диоды (часть 1). Устройство и работа. Характеристики и особенности

Самым простым по конструкции в семействе полупроводников являются диоды, имеющие в конструкции всего два электрода, между которыми существует проводимость электрического тока в одну сторону. Такой вид проводимости в полупроводниках создается благодаря их внутреннему устройству.

Особенности устройства

Не зная конструктивных особенностей диода, нельзя понять его принципа действия. Структура диода состоит из двух слоев с проводимостью различного вида.

Диод состоит из следующих основных элементов:

• Корпус . Выполняется в виде вакуумного баллона, материалом которого может быть керамика, металл, стекло и другие прочные материалы.
• Катод . Он расположен внутри баллона, служит для образования эмиссии электронов. Наиболее простым устройством катода является тонкая нить, раскаляющаяся в процессе действия. Современные диоды оснащены косвенно накаляющимися электродами, которые выполнены в виде металлических цилиндров со свойством активного слоя, имеющего возможность испускать электроны.
• Подогреватель . Это особый элемент в виде нити, раскаляющейся от электрического тока. Подогреватель расположен внутри косвенно накаляющегося катода.
• Анод . Это второй электрод диода, служащий для приема электронов, вылетевших от катода. Анод имеет положительный потенциал, по сравнению с катодом. Форма анода чаще всего так же, как и катода, цилиндрическая. Оба электрода аналогичны эмиттеру и базе полупроводников.
• Кристалл . Его материалом изготовления является германий или кремний. Одна часть кристалла имеет р-тип с недостатком электронов. Другая часть кристалла имеет n-тип проводимости с избытком электронов. Граница, расположенная между этими двумя частями кристалла, называется р-n переходом.

Эти особенности конструкции диода позволяют ему проводить ток в одном направлении.

Принцип действия

Работа диода характеризуется его различными состояниями, и свойствами полупроводника при нахождении в этих состояниях. Рассмотрим подробнее основные виды подключений диодов, и какие процессы происходят внутри полупроводника.

Диоды в состоянии покоя

Если диод не подключен к цепи, то внутри него все равно происходят своеобразные процессы. В районе «n» есть излишек электронов, что создает отрицательный потенциал. В области «р» сконцентрирован положительный заряд. Совместно такие заряды создают электрическое поле.

Так как заряды с разными знаками притягиваются, то электроны из «n» проходят в «р», при этом заполняют дырки. В итоге таких процессов в полупроводнике появляется очень слабый ток, увеличивается плотность вещества в области «р» до определенного значения. При этом частицы расходятся по объему пространства равномерно, то есть, происходит медленная диффузия. Вследствие этого электроны возвращаются в область «n».

Для многих электрических устройств направление тока не имеет особого значения, все работает нормально. Для диода же, большое значение имеет направление протекания тока. Основной задачей диода является пропускание тока в одном направлении, чему благоприятствует переход р-n.

Обратное включение

Если диоды подсоединять к питанию по изображенной схеме, то ток не будет проходить через р-n переход. К области «n» подсоединен положительный полюс питания, а к «р» — минусовой. В итоге электроны от области «n» переходят к плюсовому полюсу питания. Дырки притягиваются минусовым полюсом. На переходе возникает пустота, носители заряда отсутствуют.

При повышении напряжения дырки и электроны осуществляют притягивание сильнее, и на переходе нет носителей заряда. При обратной схеме включения диода ток не проходит.

Повышение плотности вещества возле полюсов создает диффузию, то есть, стремление к распределению вещества по объему. Это возникает при выключении питания.

Обратный ток

Вспомним о работе неосновных переносчиков заряда. При запертом диоде, через него проходит малая величина обратного тока. Он и образуется от неосновных носителей, двигающихся в обратном направлении. Такое движение возникает при обратной полярности питания. Обратный ток обычно незначительный, так как число неосновных носителей очень мало.

При возрастании температуры кристалла их число повышается и обуславливает повышение обратного тока, что обычно приводит к повреждению перехода. Для того, чтобы ограничить температуру работы полупроводников, их корпус монтируют на теплоотводящие радиаторы охлаждения.

Прямое включение

Поменяем местами полюса питания между катодом и анодом. На стороне «n» электроны будут отходить от отрицательного полюса, и проходить к переходу. На стороне «р» дырки, имеющие положительный заряд, оттолкнутся от положительного вывода питания. Поэтому электроны и дырки начнут стремительное движение друг к другу.

Частицы с разными зарядами скапливаются возле перехода, и между ними образуется электрическое поле. Электроны проходят через р-n переход и двигаются в область «р». Часть электронов рекомбинирует с дырками, а остальные проходят к положительному полюсу питания. Возникает прямой ток диода, который имеет ограничения его свойствами. При превышении этой величины диод может выйти из строя.

При прямой схеме диода, его сопротивление незначительное, в отличие от обратной схемы. Считается, что обратно ток по диоду не проходит. В результате мы выяснили, что диоды работают по принципу вентиля: повернул ручку влево – вода течет, вправо – нет воды. Поэтому их еще называют полупроводниковыми вентилями.

Прямое и обратное напряжение

Во время открытия диода, на нем имеется прямое напряжение. Обратным напряжением считается величина во время закрытия диода и прохождения через него обратного тока. Сопротивление диода при прямом напряжении очень мало, в отличие от обратного напряжения, возрастающего до тысяч кОм. В этом можно убедиться путем измерения мультиметром.

Сопротивление полупроводникового кристалла может изменяться в зависимости от напряжения. При увеличении этого значения сопротивление снижается, и наоборот.

Если диоды использовать в работе с переменным током, то при плюсовой полуволне синуса напряжения он будет открыт, а при минусовой – закрыт. Такое свойство диодов применяют для выпрямления напряжения. Поэтому такие устройства называются выпрямителями.

Характеристика диодов

Характеристика диода выражается графиком, на котором видна зависимость тока, напряжения и его полярности. Вертикальная ось координат в верхней части определяет прямой ток, в нижней части – обратный.

Горизонтальная ось справа обозначает прямое напряжение, слева – обратное. Прямая ветка графика выражает ток пропускания диода, проходит рядом с вертикальной осью, так как выражает повышение прямого тока.

Вторая ветка графика показывает ток при закрытом диоде, и проходит параллельно горизонтальной оси. Чем круче график, тем лучше диод выпрямляет ток. После возрастания прямого напряжения, медленно повышается ток. Достигнув области скачка, его величина резко нарастает.

На обратной ветви графика видно, что при повышении обратного напряжения, величина тока практически не возрастает. Но, при достижении границ допустимых норм происходит резкий скачок обратного тока. Вследствие этого диод перегреется и выйдет из строя.

Принцип работы диода и сфера его применения

Диод – это прибор, состоящий из двух электродов с односторонней проводимостью. Их используют в выпрямителях электрического тока, в различной радиоаппаратуре, блоках питания и прочих электрооборудовании. В основе его работы лежит такое физическое явление, как полупроводимость. Они имеют самую различную мощность, а также могут быть объединены в диодные мосты, что повышает их эффективность.

Любой диод имеет катод и анод. На схемах эта радиодеталь обозначается в форме треугольника со стрелкой на катод. В данной статье будет рассмотрен принцип работы диода, как он работает, для чего служит и какую структуру он имеет. В качестве дополнения, статье имеет в себе два видеоролика и одну научно-популярную статья о диодах.

Что такое полупроводниковый диод – выпрямитель переменного тока

Диодами называют двухэлектродные приборы, обладающие односторонней проводимостью электрического тока. Это их основное свойство используют, например, в выпрямителях, где диоды преобразуют переменный ток электросети в ток постоянный для питания радиоаппаратуры, в приемниках — для детектирования модулированных колебаний высокой частоты, то есть преобразования их в колебания низкой (звуковой) частоты.

Наглядной иллюстрацией этого свойства диода может быть такой опыт. В цепь, составленную из батареи 3336Л и лампочки от карманного фонаря (3,5 В X 0,26 А), включи любой плоскостной диод, например, из серии Д226 или Д7, но так, чтобы анод диода, обозначаемый условно треугольником, был бы соединен непосредственно или через лампочку с положительным полюсом батареи, а катод, обозначаемый черточкой, к которой примыкает угол треугольника, с отрицательным полюсом батареи. Лампочка должна гореть.

Измени полярность включения батареи на обратную — лампочка гореть не будет. Если сопротивление диода измерять омметром, го в зависимости от того, как подключить его к зажимам прибора, омметр покажет различное сопротивление: в одном случае малое (единицы или десятки ом), в другом — очень большое (десятки и сотни килоом). Этим и подтверждается односторонняя проводимость диода.

У диода два электрода: катод — отрицательный и анод — положительный (рис. 13). Катодом служит пластинка германия, кремния или какого-либо другого полупроводника, обладающего электронной проводимостью, или сокращенно полупроводник n-типа (n — начальная буква латинского слова negativus — «отрицательный»), а анодом – часть объема этой же пластинки, но- с так называемой дырочной про-водимостью, или сокращенно полупроводник р-типа (р — начальная буква латинского слова positivus — «положительный»).

Между электродами образуется так называемый р-n переход — пограничная зона, хорошо проводящая ток от анода к катоду и плохо в обратном направлении (за направление тока принято направление, противоположное движению электронов). Диод может находиться в одном из двух состояний: открытом, то есть пропускном, либо закрытом, то есть непропускном. Диод бывает открыт, когда к нему приложено прямое напряжение Uпр, иначе, его анод соединен с плюсом источника напряжения, а катод — с минусом.

В этом случае сопротивление р-n перехода диода мало и через него течет прямой ток IПр, сила которого зависит от сопротивления нагрузки (в нашем опыте — лам-почка от карманного фонаря). При другой полярности питающего напряжения на р-n переход диода прикладывается обратное напряжение Uобр. В этом случае диод закрыт, его сопротивление велико и в цепи течет лишь незначительный обратный ток диода Iобр. О зависимости тока, проходящего через диод, от значения и полярности напряжения на его электродах лучше всего судить по вольтамперной характеристике диода, которую можно снять опытным путем.

Как работает диод

Можно физически сами диоды не видеть, но результат их действия окружает нас повсюду. Эти устройства позволяют управлять потоком тока в указанном направлении. Существует много различных вариантов исполнения диодов. В каких случаях это бывает необходимо? Ниже будут рассмотрены примеры и в некоторой степени принцип работы полупроводниковых диодов. Если добавить две металлические обкладки к P и N рабочим областям материала, то получатся электроды анод и катод. Схема подключения электродов к источнику может работать следующим образом:

Таким образом, центральный участок материала становится диэлектриком. В таком направлении устройство не пропускает ток. Слово происходит от di (double) + -ode. Определение терминов катод и анод диода, относящихся к контактам, известно каждому человеку. Катод – отрицательный электрод, анод – положительный. Если подать на анод плюс, а на катод – минус, то диод откроется, и электроток по нему потечет. Таким образом, диод – это устройство, которое имеет два электрода: катод и анод. Простое нелинейное электронное устройство, состоящее из двух разных полупроводников. Как устроен диод, хорошо видно на изображении.

Диоды и их разновидности

Мы очень часто применяем в своих схемах диоды, а знаете ли вы как он работает и что из себя представляет? Сегодня в “семейство” диодов входит не один десяток полупроводниковых приборов, носящих название “диод”. Диод представляет собой небольшую емкость с откачанным воздухом, внутри которой на небольшом расстоянии друг от друга находится анод и второй электрод – катод, один из которых обладает электропроводностью типа р, а другой – n.

Чтобы представить как работает диод, возьмем для примера ситуацию с накачиванием колеса при помощи насоса. Вот мы работаем насосом, воздух закачивается в камеру через ниппель, а обратно этот воздух выйти через ниппель не может. По сути воздух, это тот же электрон в диоде, вошел электрончик, а обратно выйти уже нельзя. Если вдруг ниппель выйдет из строя то колесо сдуется, будет пробой диода. А если представить что ниппель у нас исправный, и если мы будем нажимая на пипку ниппеля выпускать воздух из камеры, причем нажимая как нам хочется и с какой длительностью – это будет управляемый пробой. Из этого можно сделать вывод что диод пропускает ток только в одном направлении (в обратном направлении тоже пропускает, но совсем маленький).

Внутреннее сопротивление диода (открытого) – величина непостоянная, она зависит от прямого напряжения приложенного к диоду. Чем больше это напряжение, тем больше прямой ток через диод, тем меньше его пропускное сопротивление. Судить о сопротивлении диода можно по падению напряжения на нем и току через него. Так, например, если через диод идет прямой ток Iпр. = 100 мА (0,1 А) и при этом на нем падает напряжение 1В, то (по закону Ома) прямое сопротивление диода будет: R = 1 / 0,1 = 10 Ом.

Отмечу сразу, что вдаваться в подробности и сильно углубляться, строить графики, писать формулы мы не будем – рассмотрим все поверхностно. В данной статье рассмотрим разновидности диодов, а именно светодиоды, стабилитроны, варикапы, диоды Шоттки и др. Треугольная часть является АНОД’ом, а черточка это КАТОД. Анод это плюс, катод – минус. Диоды например, используют в блоках питания для выпрямления переменного тока, при помощи диодного моста можно превратить переменной ток в постоянный, применяются для защиты разных устройств от неправильной полярности включения и т. п.

Существует несколько основных видов диодов:

• Диод Шоттки. Диоды Шоттки имеют очень малое падение напряжения и обладают повышенным быстродействием по сравнению с обычными диодами. Ставить вместо диода Шоттки обычный диод не рекомендуется, обычный диод может быстро выйти из строя. Обозначается на схемах такой диод так:
• Стабилитрон. Стабилитрон препятствует превышению напряжения выше определённого порога на конкретном участке схемы. Может выполнять как защитные так и ограничительные функции, работают они только в цепях постоянного тока. При подключении следует соблюдать полярность. Однотипные стабилитроны можно соединять последовательно для повышения стабилизируемого напряжения или образования делителя напряжений. Основным параметром стабилитронов является напряжение стабилизации, стабилитроны имеют различные напряжения стабилизации, например 3в, 5в, 8.2в, 12в, 18в и т.п.
• Варикап. Варикап (по другому емкостной диод) меняет своё сопротивление в зависимости от поданного на него напряжения. Применяется как управляемый конденсатор переменной емкости, например, для настройки высокочастотных колебательных контуров.
• Тиристор. Тиристор имеет два устойчивых состояния: 1) закрытое, то есть состояние низкой проводимости, 2) открытое, то есть состояние высокой проводимости. Другими словами он способен под действием сигнала переходить из закрытого состояния в открытое. Тиристор имеет три вывода, кроме Анода и Катода еще и управляющий электрод – используется для перевода тиристора во включенное состояние. Современные импортные тиристоры выпускаются и в корпусах ТО-220 и ТО-92. Тиристоры часто используются в схемах для регулировки мощностей, для плавного пуска двигателей или включения лампочек. Тиристоры позволяют управлять большими токами. У некоторых типов тиристоров максимальный прямой ток достигает 5000 А и более, а значение напряжений в закрытом состоянии до 5 кВ. Мощные силовые тиристоры вида Т143(500-16) применяются в шкафах управления эл.двигателями, частотниках.
• Симистор. Симистор используется в системах, питающихся переменным напряжением, его можно представить как два тиристора, которые включены встречно-параллельно. Симистор пропускает ток в обоих направлениях. Светодиод. Светодиод излучает свет при пропускании через него электрического тока. Светодиоды применяются в устройствах индикации приборов, в электронных компонентах (оптронах), сотовых телефонах для подсветки дисплея и клавиатуры, мощные светодиоды используют как источник света в фонарях и т.д. Светодиоды бывают разного цвета свечения, RGB и т.д.
• Инфракрасный диод. Инфракрасные светодиоды (сокращенно ИК диоды) излучают свет в инфракрасном диапазоне . Области применения инфракрасных светодиодов это оптические контрольно-измерительные приборы, устройства дистанционного управления, оптронные коммутационные устройства, беспроводные линии связи. Ик диоды обозначаются так же как и светодиоды. Инфракрасные диоды излучают свет вне видимого диапазона, свечение ИК диода можно увидеть и посмотреть например через камеру сотового телефона, данные диоды так же применяют в камерах видеонаблюдения, особенно на уличных камерах чтобы в темное время суток была видна картинка.
• Фотодиод. Фотодиод преобразует свет попавший на его фоточувствительную область, в электрический ток, находит применение в преобразовании света в электрический сигнал.

Схема выпрямления

Выпрямительные диоды присутствуют и в низковольтной части блока питания. Только схема включения состоит там не из 4-х диодов, а из двух. Внимательный читатель может спросить: «А почему это используются разные схемы включения? Нельзя ли применить диодный мост и в низковольтной части?» Можно, но это будет не лучшее решение. В случае диодного моста ток проходит через нагрузку и два последовательно включенных диода.

В случае использования диодов 1N5408 общее падение напряжения на них может составить величину 1,8 В. Это очень немного по сравнению с сетевым напряжением 220 В. А вот если такая схема будет применена в низковольтной части, то это падение будет весьма заметным по сравнению с напряжениями +3,3, +5 и +12 В. Применение схемы из двух диодов уменьшает потери вдвое, так как последовательно с нагрузкой включен один диод, а не два.

К тому же, ток во вторичных цепях блока питания гораздо больше (в разы), чем в первичной. Следует отметить, для этой схемы трансформатор должен иметь две одинаковые обмотки, а не одну. Схема выпрямления из двух диодов использует оба полупериода переменного напряжения, также как и мостовая.

Если потенциал верхнего конца вторичной обмотки трансформатора положителен по отношению к нижнему, то ток протекает через клемму 1, диод VD1, клемму 3, нагрузку, клемму 4 и среднюю точку обмотки. Диод VD2 в это время заперт. Если потенциал нижнего конца вторичной обмотки положителен по отношению к верхнему, то ток протекает через клемму 2, диод VD2, клемму 3, нагрузку, клемму 4 и среднюю точку обмотки. Диод VD1 в это время заперт. Получается тот же пульсирующий ток, что и при мостовой схеме.

Что означает ВАХ диода?

ВАХ диода это просто напросто вольтамперная характеристика диода. Она описывает зависимость тока от напряжения прикладываемого к диоду. Давайте рассмотрим это обстоятельство чуток подробнее. Слева у нас показан вольтамперной характеристики для резистора. Как видите, зависимость тока от напряжения линейная, чем больше напряжение приложенное к резистору тем больше ток.

Для диода кривая зависимости явно отличается. Если мы подключим к аноду положительный потенциал, а к катоду отрицательный и будем плавно повышать напряжение то будет происходить следующее. Ток в начальный момент времени будет очень мал поэтому диод еще не будет открыт по полной. Но если мы будем прибавлять напряжение то это приведет к полному открытию диода.

Хорошо, а что же случится если мы подключим диод иначе? Положительный потенциал приложим к катоду, а отрицательный к аноду. В этом случае график ВАХ диода у нас буквально перевернется и картина будет следующая. При плавном повышении напряжения ток будет повышаться, но величина тока будет настолько незначительной, что им зачастую пренебрегают. Этот ток при обратном подключении называют еще током утечки.

Как видите всю эту информацию мы получили лишь используя график ВАХ, но будет полезно все это проверить своими руками на практике. Действительно, соберите несложную схему и сделайте несколько замеров мультиметром, это пойдет на пользу. Вот только диод нужно уметь правильно подключать, ато ведь его легко можно пожечь, так что читайте дальше -поведаю обо всем.

Для чего используют диоды и как включать в цепь?

О том как функционирует диод мы поговорили, вот только пока непонятно как его можно применять и вообще для чего все это. Для начала рассмотрим простейший пример включения диода в электрическую цеп, причем в переменке. И для начала простой вопрос, зачем здесь резистор? Внимательный читатель посмотрит вольтамперную характеристику диода и все станет ясно. Ток в диоде без дополнительной нагрузке начнет очень быстро расти, возникнет подобие короткого замыкания от чего диоду может не поздоровиться. Дабы не произошло подобного конфуза применяют токоограничивающий резистор.

Свойство односторонней проводимости диода применяется не просто широко а повсеместно. В состав любого блока питания входят диоды как сами по себе так и в составе диодного моста. Ведь в любом блоке питания происходит один очень важный момент, а именно происходит превращение переменного тока в постоянный. А вот эту ответственную миссию берут на себя именно диоды. Полное превращение мы рассмотрим когда будем обсуждать диодные мосты, но как ведет себя диод в переменном токе мы сейчас увидим. Схема все та же что и была, диод и резистор включенные в цепь переменного тока.