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Come ingegnere o progettista elettronico, probabilmente avete utilizzato i diodi in modo pratico in quasi tutti i circuiti. Essi costituiscono uno dei componenti più integrali dell'elettronica moderna. A differenza di qualsiasi altro componente elettrico, i diodi possono essere danneggiati e potreste accorgervi che il vostro diodo è difettoso quando è già nel vostro circuito.
Come testare un diodo in un circuito? Seguire ELEpcb per trovare la soluzione!
Che cos'è un diodo?
Un diodo si riferisce a un dispositivo a semiconduttore con due terminali e progettato per il flusso di corrente avviene principalmente in una direzione. Costituiscono la base di quasi tutti i processi di assemblaggio dei PCB.
La natura dei materiali semiconduttori determina la natura del diodo. Nel diodo a semiconduttore più comune, come il diodo al silicio, esiste un elemento importante conosciuto come il giunzione p-n.Un semiconduttore di tipo p ha un numero maggiore di buchi rispetto a un semiconduttore di tipo n.
Una corrente può fluire quando c'è una polarizzazione in avanti, in quanto il diodo/anodo positivo, rispetto al catodo, spinge le buche verso la giunzione e le mescola con gli elettroni. In polarizzazione inversa, i portatori di carica si allontanano dalla giunzione.formando uno strato di impoverimento, una regione priva di carica che ostacola il flusso di corrente.
Aspetto di un diodo
Fig.1 Diodo su pcb
Fig.2 Tutti i tipi di diodi
Tipi di diodo
In base alle sue caratteristiche fisiche e alle sue applicazioni：.
| Tipo di diodo | Principio Breve | Funzione |
| Diodi generici (diodi Si, Ge) | Principio di funzionamento: Basato su giunzione PN. Bordi in avanti: P-positivo, N-negativo, portatori maggioritari diffusi, grande corrente in avanti. Bifasico inverso: deriva di pochi portatori, corrente ridotta. Diodo Si: Vf ≈ 0,7V, diodo Ge: Vf ≈ 0,3V. |
1.Raddrizzamento da CA a CC nei circuiti di potenza. 2. Limitare la tensione per proteggere i componenti. |
| Diodi Zener | Basato sulla ripartizione inversa. Si rompe ad una certa tensione inversa Vz, se la tensione applicata attraverso di esso è invertita, e mantiene le tensioni essenzialmente costanti in alcuni intervalli di corrente. |
1.Alimentatori: per stabilizzare le tensioni di uscita. 2. Ingresso per la tensione di riferimento. |
| LED | Realizzato con semiconduttori. La corrente di andata fa sì che gli elettroni-fori si ricombinino ed emettano luce (materiali diversi, colori diversi). |
1. Illuminazione (luci a LED). 2. Visualizzazione dello stato dei dispositivi. |
| Optoaccoppiatori | Composto da LED e fotodiodo. La luce proveniente dal diodo ad emissione luminosa modifica le proprietà del fotodiodo per il trasferimento del segnale. |
1. Isolare i circuiti 2.Trasferire i segnali per eseguire un controllo logico |
| Diodi varactor | La capacità della giunzione p-n dipende in modo non lineare dalla tensione di polarizzazione inversa. | 1. Sintonia di frequenza nei circuiti HF 2. Filtrare e selezionare i segnali. |
| Diodi a recupero rapido | Struttura speciale, rapida ricombinazione della portatrice minoritaria da avanti a indietro, Piccolo tempo di recupero inverso. |
Alimentatori switching, circuiti HF L'uso di un diodo a recupero rapido riduce le perdite allo spegnimento. |
| Diodi Schottky | Contatto a semiconduttore metallico, bassa caduta di tensione in avanti e commutazione rapida. | 1. Ridurre le perdite di conduzione negli alimentatori switching a bassa tensione. 2. Protezione dei circuiti. |
| Diodi TVS | Quando si verifica un impulso di alta tensione, conduce rapidamente alla tensione di blocco e poi ritorna allo stato off. | 1. Assorbire gli impulsi di sovratensione per proteggere i componenti. 2. Garantire una protezione contro le sovratensioni. |
| Diodi di protezione ESD | Deve proteggere i componenti sensibili all'elettricità statica. Deve essere in grado di scaricare a terra l'elettricità statica in modo sicuro in caso di impulso statico. | Protezione delle parti sensibili alle cariche elettrostatiche nell'elettronica. |
| Diodi a contatto diretto | Contatto filo sottile-semiconduttore-wafer, area e capacità della giunzione PN ridotte. | Per applicazioni ad alta frequenza e bassa corrente. |
| Diodi a contatto con l'area di giunzione | Grande area di giunzione PN, in grado di sopportare grandi correnti ma con grande capacità. | Utilizzato principalmente per il raddrizzamento di grandi correnti CA. |
| Diodi planari | Diodi Si realizzati con processo speciale, prestazioni stabili. | Si applica nei circuiti di commutazione, a impulsi e ad alta frequenza. |
| Fotodiodo | Un dispositivo a semiconduttore che trasforma la luce in corrente elettrica è chiamato fotodiodo. Si basa sull'effetto fotoelettrico, in cui i fotoni incidenti sul materiale semiconduttore producono coppie elettrone-buco. | I suoi impieghi principali sono il rilevamento della luce per i sistemi di controllo automatizzati e la comunicazione ottica per il rilevamento dell'intensità luminosa. |
| Diodo a corrente costante | Un diodo a corrente costante è un tipo di diodo che funziona a un valore relativamente costante all'interno di un intervallo di tensione specifico. Questo tipo di diodo sfrutta la struttura e le proprietà intrinseche del semiconduttore per limitare il passaggio di corrente. | Viene tipicamente utilizzato nei circuiti che necessitano di una sorgente di corrente fissa e costante, come i circuiti di polarizzazione e i circuiti di pilotaggio dei LED. |
Che cos'è il test dei diodi?
I test sui diodi sono metodi rapidi e semplici per verificare il corretto funzionamento di un diodo, aiutandovi a evitare potenziali problemi di circuito.
Per garantire la qualità e le prestazioni, è possibile utilizzare un multimetro per testare i diodi durante PCB produzione e assemblea. Perché testare i diodi prima dell'assemblaggio è sempre una buona idea per evitare problemi in seguito. Sebbene sia possibile eseguire i test dopo l'assemblaggio, l'identificazione dei componenti difettosi in questa fase può essere molto più difficile. Il metodo più comune è il multimetro, ma esistono altri metodi efficaci per testare i diodi e ottenere risultati accurati.
Passi corretti per il test del diodo
e altri guasti di componenti elettronici
I passaggi seguenti sono generali e mostrano come testare i componenti elettronici, in particolare i diodi, accensione e spegnimento di un circuito.
1. Ispezione visiva
Innanzitutto, eseguire un controllo visivo per verificare se il componente è bruciato, incrinato o altrimenti deformato. In questo modo si individuano immediatamente le possibili cause, senza dover necessariamente effettuare alcuna misurazione elettrica.
2. Il test può essere effettuato sia fuori circuito che in circuito:
Determinare se testare il componente on-circuit (al suo posto sulla scheda) o off-circuit (rimosso dalla scheda). Il test on-circuit può talvolta portare a risultati errati o fuorvianti a causa dell'influenza di altri componenti e dello stato del circuito in generale. I test fuori circuito sono solitamente più affidabili, soprattutto per i componenti sensibili come i diodi.
3. Test funzionali
Test funzionali: Queste hanno lo scopo di garantire che il componente funzioni effettivamente come dovrebbe all'interno dell'intero circuito. Ad esempio, nel caso di un diodo, si dovrebbero verificare le sue proprietà di conduzione e di blocco in base all'applicazione prevista nel circuito.
4. Perdite e Tensione di guasto Test
Test di tensione di dispersione e di rottura per determinare se il diodo è in grado di mantenere un'elevata resistenza in polarizzazione inversa e di resistere fino a determinate quantità di tensione inversa prima di rompersi. In effetti, questi test sono caratteristiche importanti che garantiscono l'affidabilità del diodo quando è sottoposto a varie condizioni operative.
5. Capacità e misure di induttanza
Per le parti capacitive e induttive, rispettivamente, i misuratori LCR misurano la proprietà. Queste costituiscono l'anomalia che può portare al guasto del componente o al suo degrado funzionale.
6. Controlli di continuità e resistenza
Il multimetro controlla la continuità e misura la resistenza attraverso i terminali di resistenze, condensatori e altri componenti. Questa misurazione rispetto alle specifiche note dei vari componenti aiuta a rivelare i loro valori di scostamento.
7. Diagnostica avanzata
Le tecniche diagnostiche avanzate sono necessarie per i componenti complicati o quando i test standard di cui sopra non sono indicativi. Per accertare la causa del guasto entrano in gioco tecniche come l'ispezione a raggi X, la termografia o i tester progettati per questo scopo.
8. Precauzioni di sicurezza
Adottare tutte le precauzioni di sicurezza durante le procedure di test, utilizzando dispositivi di protezione individuale, una messa a terra adeguata e maneggiando con cura i componenti ad alta tensione per evitare lesioni o danni all'apparecchiatura.
Praticare sempre la sicurezza per evitare lesioni a se stessi o all'attrezzatura!!!
Soluzioni per il montaggio errato
Richiede il test dei diodi in seguito
Ecco i suggerimenti:
1 Diagnosi iniziale senza dissaldatura
Metodi di test senza contatto
- Alcuni oscilloscopi avanzati dispongono di una funzione di induzione del campo elettrico e possono rilevare la variazione del campo elettrico intorno al diodo senza contatto diretto.
- Attraverso l'analisi delle caratteristiche del segnale di campo elettrico, è possibile determinare in via preliminare il malfunzionamento del diodo. Ad esempio, per un determinato circuito, un diodo normalmente funzionante avrà una fluttuazione di campo elettrico normale, mentre quelli difettosi mostreranno una fluttuazione di campo elettrico anomala.
- Il rilevamento senza contatto del diodo può essere effettuato anche con la tecnologia di imaging termico a infrarossi. Un diodo funzionante mostra calore a causa della corrente che lo attraversa e, di norma, la distribuzione della temperatura è caratterizzata da un modello di imaging termico a infrarossi. Se il diodo è assemblato in modo improprio o presenta un malfunzionamento, mostra una distribuzione della temperatura diversa rispetto a una condizione normale.
Controllo degli indizi visivi
- Controllare attentamente i segni di aspetto sul diodo, oltre ai segni di polarità e ai segni del modello.
- A volte, durante il montaggio, si può posizionare il diodo nella direzione opposta. Le apposite marcature possono identificare questo tipo di errore. Esempio: Su un'estremità, il diodo presenta una chiara striscia bianca che costituisce il polo negativo.
- Se la posizione di questo segno intorno al diodo assemblato non soddisfa i requisiti del progetto del circuito, si deve trattare di un errore di assemblaggio. Osservare la relazione di posizione relativa dei componenti intorno al diodo. Nella progettazione dei circuiti stampati, ogni componente è solitamente disposto in modo regolare per soddisfare i requisiti di prestazione elettrica del circuito.
- Se la distanza e la disposizione del diodo e degli altri componenti intorno non corrispondono a quelle del disegno di progetto, è possibile che si verifichi un errore nel processo di assemblaggio. Ad esempio, alcuni condensatori devono avere una distanza dal diodo per evitare interferenze. Se questa distanza non rientra nei requisiti, il diodo potrebbe essere stato assemblato in modo errato.
2 Test con interruzioni minime
Utilizzo Punti di prova Indicare i punti di test relativi al diodo sul modulo. PCB consiglio di amministrazione.
- Di solito è necessario fare riferimento a un disegno del circuito stampato o analizzarlo con un software del layout del circuito stampato. Questi punti di prova sono stati impostati per comodità durante il test del circuito senza distruggere la saldatura.
- Durante il processo di collegamento dell'apparecchiatura di prova ai punti di prova, è necessario prestare attenzione all'accuratezza del collegamento. È necessario scegliere una sonda di buona qualità, stabilire un buon contatto tra le sonde e i punti di prova ed evitare connessioni virtuali. Le sonde con teste a molla possono essere utilizzate per bloccare meglio i punti di prova e garantire una connessione elettrica stabile.
- Le impostazioni devono essere corrette in base al tipo di diodo e alle caratteristiche del circuito in esame. In genere, per i diodi al silicio, la tensione e la corrente di prova possono rientrare in un intervallo predefinito. In caso contrario, un'impostazione errata può portare a risultati non corretti o addirittura al danneggiamento del diodo.
- Come nel caso del test della caduta di tensione in avanti, ad esempio, la corrente di prova applicata deve essere impostata entro un intervallo proporzionale alla normale corrente di lavoro del diodo e normalmente è impostata entro 1 ~ 10 mA.
Attivazione del Test incorporato Meccanismo o circuito diagnostico Cercare qualsiasi documento o istruzione.
- Per quanto riguarda i meccanismi di test o i circuiti diagnostici incorporati nella scheda PCB, questi possono essere desunti dal manuale dell'utente o dal documento delle specifiche tecniche fornito dal produttore della scheda. Per attivare questi meccanismi o circuiti, è necessario procedere esattamente come indicato nelle istruzioni.
- Alcuni di essi necessitano di segnali di ingresso o processi operativi specifici. Ad esempio, può essere necessario inserire un segnale a impulsi con una certa frequenza e ampiezza su un pin specifico della scheda PCB per avviare la funzione di autotest del diodo.
- Analisi dettagliata del risultato del test: I meccanismi di test integrati o i circuiti diagnostici possono restituire alcuni codici o segnali per rappresentare lo stato del diodo; pertanto, questi risultati devono essere confrontati con le informazioni di riferimento note sugli stati normali e difettosi, al fine di determinare se esiste un problema con il diodo e di che tipo.
3 Quando la dissaldatura è inevitabile
- Sarà sicuramente necessario dissaldare se non è possibile ottenere risultati definitivi con i metodi senza dissaldare. Segnare con cura la posizione e la direzione del diodo, poiché in seguito dovrà essere installato correttamente.
- Per la dissaldatura, è necessario utilizzare un'apparecchiatura di dissaldatura adeguata per ridurre al minimo ulteriori danni alla scheda PCB e ad altri componenti. componenticome una pompa dissaldante o uno stoppino per saldare.
Applicazione del diodo nei circuiti stampati
-Prendendo come esempio un impianto fotovoltaico
Questo paragrafo si concentra sull'applicazione dei diodi negli impianti fotovoltaici; tuttavia, ecco una sintesi di ELEpcb di alcuni punti generali che possono aiutarvi a risolvere il vostro problema.
Cella solare completamente in ombra - Disadattamento di tensione
- Quando una cella solare è in ombra e si verifica un disallineamento di tensione, lo stato dell'inverter è irrilevante. La corrente inversa tra le stringhe fotovoltaiche non si verifica. Nel diodo di bypass si verifica un leggero aumento della temperatura.
- Per la progettazione dei circuiti stampati, il suo posizionamento sulla scheda è fondamentale. Le connessioni elettriche corte sul PCB riducono la resistenza. Un buon materiale termoconduttivo per PCB favorisce la dissipazione del calore.
Guasto del cortocircuito del diodo di bypass
- Un diodo di bypass cortocircuito produce problemi elettrici e termici. Inverter acceso senza corrente inversa, inverter spento con grande corrente inversa, il diodo si deforma, le celle si surriscaldano.
- L'instradamento delle tracce e il layout sono importanti nella progettazione del PCB. La protezione contro le sovracorrenti per i diodi deve essere prevista sulla scheda. Sul PCB occorre tenere conto della dissipazione del calore e della distanza tra i componenti.
Fusibili nei sistemi fotovoltaici
- I fusibili negli impianti fotovoltaici bloccano le sovracorrenti. La sovracorrente aziona la stringa fotovoltaica aperta dal fusibile e perde l'uscita. Una corrente inversa inferiore al valore nominale può causare problemi.
- Nel caso di un Progettazione di PCBIl circuito del fusibile deve essere tenuto separato. Il dimensionamento delle tracce per i fusibili è molto importante. Il circuito stampato deve gestire le modifiche relative ai fusibili senza subire danni.
Volete saperne di più? Contatto!
Cose da tenere a mente - Suggerimenti
Gli utenti di questa apparecchiatura devono essere consapevoli del fatto che non è destinata all'uso generale e quindi devono essere consapevoli dei possibili rischi.
Sicurezza
- L'involucro deve essere dotato di conduttori di sicurezza, poiché i conduttori esposti possono essere pericolosi per le tensioni e le correnti specificate nel presente documento.
- L'involucro metallico deve essere collegato a terra e dotato di un fusibile per alta tensione.
Modifiche al circuito
- Inserire un potenziometro trimmer da 20 giri nel circuito appropriato per un controllo più preciso del riferimento di tensione.
- Utilizzate reti etichettate e dividete lo schema in sezioni per maggiore chiarezza.
- Utilizzare i simboli dei potenziometri/interruttori nello schema e designare i connettori come footprint.
Nota: un carico capacitivo da 1uF che pilota direttamente il riferimento analogico dell'ADC può rendere instabile l'LM358.
Varie
- Per controllare la tensione e la corrente di uscita, l'amplificatore operazionale legge il valore di uscita e lo confronta con un riferimento di tensione che pilota ulteriormente il transistor.
La tecnica di utilizzo del potenziometro
Forse è necessario sapere che la tecnica di utilizzo del potenziometro è la seguente:
I. Materiali e ambiente
- I resistori della maggior parte dei potenziometri sono realizzati in resina sintetica di policarbonato. Evitare il contatto con ammoniaca, ammine, soluzioni acquose alcaline, idrocarburi aromatici, chetoni, idrocarburi alifatici e sostanze chimiche ad alto valore acido. Inoltre, evitare la formazione di condensa o di gocce d'acqua sulla superficie del potenziometro e non collocarlo in un luogo umido per evitare il degrado delle prestazioni o un cortocircuito.
- La pellicola di carbonio del potenziometro può resistere a temperature fino a 70°C. Temperature superiori possono causare la perdita di funzionalità del potenziometro.
II. Saldatura
- Evitare l'uso di flussanti solubili in acqua sui terminali di cablaggio. Non utilizzare disossidanti di qualità inferiore, poiché una saldatura inadeguata può causare contatti non corretti o circuiti aperti.
- Quando si saldano i terminali del potenziometro, è necessario controllare la temperatura e la distanza. Per i terminali di tipo pin, la temperatura di saldatura è 235°C ± 5°CLa distanza tra le saldature e il corpo del potenziometro deve essere pari a oltre 1,5 mm. Fare in modo che la saldatura non passi attraverso il circuito stampato. Per i terminali a filo di saldatura, la temperatura dovrà essere 350°C ± 10°C. Durante questa operazione, il flusso viene tenuto fuori dal potenziometro per evitare un cattivo contatto tra la spazzola e il resistore, che potrebbe causare disturbi. Si deve inoltre evitare una forte pressione sui terminali.
III. Legato alla temperatura
La forza di spostamento del potenziometro - rotante o scorrevole - varia con la temperatura. Se il potenziometro viene utilizzato in un ambiente a bassa temperatura, è necessario tenerne conto per poter utilizzare un grasso speciale per basse temperature.
IV. Selezione e montaggio della struttura
- I potenziometri possono essere applicati a strutture di regolazione della tensione; tuttavia, le strutture di regolazione della corrente dovrebbero essere evitate perché la resistenza di contatto tra la resistenza e il braccio di scorrimento non favorisce il passaggio di grandi correnti.
- Durante l'installazione, un potenziometro rotativo non deve essere avvitato troppo stretto, mentre per l'installazione di un potenziometro scorrevole non si devono usare viti molto lunghe.
- Quando si fissa il potenziometro su una manopola, si deve evitare di forzare troppo la spinta.
- Gli alberi o i cursori dei potenziometri possono essere troppo grandi e provocare un'oscillazione; più lunga è l'oscillazione, maggiore è l'interferenza.
Conclusione
I diodi hanno dimensioni ridotte ma sono una parte fondamentale di qualsiasi circuito. Se si guasta, il problema è enorme. È quindi molto importante controllare i diodi prima di inserirli in qualsiasi circuito. Per testare i diodi, si usa spesso un multimetro.
Questo articolo, ELEpcbIl presente documento non solo introduce il metodo specifico per testare un diodo in un circuito, ma condivide anche alcuni strumenti e apparecchiature utili in questo processo. Ci auguriamo che possa fornire una risposta soddisfacente alla soluzione.
Siamo perfettamente consapevoli di come una scheda PCB produttore dipende dalle parti dipendenti nel processo di produzione di un circuito stampato, e inoltre abbiamo una guida di Assemblaggio di PCB per verificare. Naturalmente, se tutto questo non vi è chiaro, non esitate a contattarci per qualsiasi richiesta in merito. <Contatto>
Domande frequenti
A1: Se si sonda un componente su un PCB, in realtà si stanno testando tutti i componenti che sono collegati elettricamente ad esso, non il componente stesso.
A2: Per testare un componente singolarmente, è necessario scollegarlo elettricamente dal resto del PCB, solitamente rimuovendolo.
A3: Fuori dal circuito, un componente può essere testato correttamente perché quando è nel circuito la misura è il risultato combinato di tutti i componenti collegati.
A4: Naturalmente, si può facilmente immaginare che i ricercatori dell'industria moderna che vorrebbero superare le prestazioni del diodo stiano studiando soprattutto i materiali e la geometria per fare un passo avanti.
1 ELE vi propone alcuni strumenti di modellazione professionale molto diffusi sul mercato:
Comsol, Ansys, SimScale e OpenFoam (non open source)
Struttura Heatrapy, TCC Builder (open source)
2 Informazioni sul materiale:
È possibile leggere i documenti pertinenti in base al riferimento-2, che il team di ricerca ha fornito una descrizione dettagliata del dispositivo 2D e lo ha modellato per le simulazioni SPICE. (fonte aperta)
Riferimenti
- Vozel, K., Klinar, K., Petelin, N., Kitanovski, A., TCCbuilder: uno strumento open-source per l'analisi di interruttori termici, diodi termici, regolatori termici e circuiti di controllo termico, ISCIENCE (2024), doi:https://doi.org/10.1016/j.isci.2024.111263.
- Matthus, C.D., Chava, P., Watanabe, K., Taniguchi, T., Mikolajick, T., Erbe, A., 2D BDiode - Un diodo bidirezionale commutabile per la gestione del traffico di rifiuti. analogico circuiti elettronici fabbricati interamente con materiali 2D, Micro and Nano Engineering (2024), doi: https://doi.org/10.1016/j.mne.2024.100246.
- Lee, C.G., Shin, W.G., Lim, J.R., Kang, G.H., Ju, Y.C., Hwang, H.M., Chang, H.S., Ko, S.W., Analisi delle caratteristiche elettriche e termiche di PV in condizioni di disadattamento causate da ombreggiature parziali e da cortocircuito guasto dei diodi di bypass, Energia (2021), doi:https://doi.org/10.1016/j.energy.2020.119480.
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