Причины выхода из строя диода

Существуют полупроводники в зависимости от их применения и назначения. Рассмотрим основные виды диодов.

Диоды Шоттки

Эти полупроводниковые диоды имеют незначительное падение напряжения, имеют высокую скорость работы, в отличие от обычных диодов, которые не смогут заменить в действии диод Шоттки и выйдут из строя. Свое название диод имеет по изобретателю из Германии. В конструкции в качестве потенциального барьера используется переход «металл-полупроводник» вместо р-n перехода. Его допустимое напряжение при обратном подключении 1200 В. Практически они применяются в цепях низкого напряжения.

Стабилитроны

Они предотвращают увеличение напряжения свыше допустимого значения на участке схемы, могут защищать и ограничивать схему от повышенных значений тока. Стабилитроны могут работать только на постоянном токе, поэтому при включении их в цепь соблюдение полярности является обязательным. Стабилитроны одного типа можно соединять по последовательной схеме для увеличения напряжения, либо создания делителя напряжения.

Основным свойством таких полупроводников является стабилизирующее напряжение.

Варикапы

Этот полупроводник еще называют емкостным диодом. Он изменяет значение сопротивления при изменении напряжения питания. Используется в качестве управляемого конденсатора с изменяемой емкостью. Может применяться для настраивания контуров колебаний высокой частоты.

Тиристоры

Полупроводники могут находиться в двух устойчивых положениях:

1. Закрытое (низкая проводимость).
2. Открытое (высокая проводимость).

То есть, он может переходить под воздействием сигнала из одного состояния в другое.

У тиристора имеется три электрода. Кроме обычных катода и анода, есть еще и электрод управления, который служит для подачи сигнала управления для перевода полупроводника в состояние включения. Современные тиристоры иностранного производства производятся в различных корпусах.

Такие полупроводники включают в схемы для регулирования мощности, плавного запуска электромоторов, подключения освещения. Тиристоры дают возможность включать большие токи, достигающие наибольшего тока 5 кА, напряжением до 5 киловольт в закрытом виде. Мощные силовые приборы на основе тиристоров используются в управляющих панелях электромоторами и других устройствах.

Симисторы

Эти полупроводники применяются в схемах, подключенных к переменному напряжению. Прибор условно состоит из двух тиристоров, подключенных встречно-параллельно, и пропускающих ток в любую сторону.

Светодиоды

Они испускают световой поток при подключении к ним напряжения, используются для создания индикации параметров, в электронных схемах, различных электронных гаджетах, дисплеях, в качестве источников света, при этом бывают многоцветными и одного цвета.

Инфракрасные диоды

Это светодиоды, выдающие световой поток в инфракрасном спектре. Они используются для измерительных и контрольных приборов оптического вида, в пультах управления, коммутационных устройствах, линиях связи без проводов и т.д. Обозначаются на схемах как обычные светодиоды. Инфракрасные лучи не видны человеку. Их можно увидеть с помощью смартфона в камеру.

Фотодиоды

Они работают при попадании на их чувствительный элемент света, преобразуя его в электрический ток. Используются для преобразования потока света в сигнал электрического тока.

Фотодиоды обычно сравнивают по принципу работы с батареями на солнечных элементах.

Неисправности диодов

Полупроводники иногда могут выходить из строя вследствие естественного старения и амортизации внутренних материалов, либо по другим причинам:

• Пробивание перехода кристалла . Его следствием является то, что по сути полупроводник приобретает свойства обычного проводника, так как он лишен основных качеств полупроводимости и уже пропускает ток практически в любую сторону. Такая неисправность быстро обнаруживается с помощью обычного мультитестера. Измерительный прибор выдает сигнал звука и на дисплее видно значение очень малого сопротивления диода.
• Обрыв . В этом случае действует обратный процесс – полупроводник не пропускает ток ни в каком направлении, так как внутри кристалла нарушена проводимость, вследствие полного обрыва проводника, то есть, диод, по сути, стал диэлектриком. Чтобы точно выяснить обрыв, нужно применять мультиметры с исправными щупами. Иначе можно получить ложную диагностику этой неисправности. У диодов на основе сплавов эта неисправность является редкой.
• Утечка . Эта поломка возникает из-за повреждения корпуса полупроводника, вследствие чего нарушается герметичность корпуса диода, и его нормальное функционирование становится невозможным.

Пробой перехода

При чрезмерном повышении обратного напряжения может возникнуть пробой электронного прибора. Существуют специальные полупроводники, в которых используется это свойство, которые называются стабилитронами.

Такие неисправности возникают в случаях, когда величина обратного тока резко возрастает из-за достижения обратного напряжения чрезмерных значений, выше допустимых.

Существует несколько типов пробоя переходов:

• Тепловые пробои . Они вызываются внезапным возрастанием температуры с дальнейшим перегревом.
• Электрические пробои . Появляются от действия большого электрического тока на полупроводниковый переход.

Электрический пробой

Такой вид пробоя не является фатальным, и является обратимым процессом, так как при этом не произошло разрушения кристалла полупроводника. Поэтому при медленном снижении напряжения возможно восстановление характеристик диода и его рабочего состояния.

Такие пробои разделяют на два подвида:

• Туннельные пробои . Они возникают при протекании повышенного напряжения по узким проходам кристалла полупроводника. Это позволяет отдельным электронам проскакивать через него. Чаще всего туннельные пробои образуются в случае наличия в полупроводнике большого числа различных недопустимых примесей. При таком пробое обратный ток внезапно стремится к возрастанию, а напряжение продолжает оставаться на прежнем уровне.
• Лавинные пробои . Они могут возникнуть вследствие действия повышенных значений электрических полей, которые разгоняют электроны выше допустимой границы скорости. Поэтому они выбивают из атомов некоторое количество валентных электронов, вылетающих в область проводимости. Такой процесс происходит с лавинообразной скоростью, поэтому и получил такое название.

Тепловой пробой

Образование теплового пробоя может происходить из-за возникновения различных причин. Это может быть недостаточный отвод тепла от корпуса полупроводника, а также перегрева перехода кристалла, возникающего по причине прохождения электрического тока повышенной величины, выше допустимого.

Исправные полупроводниковые диоды и стабилитроны обладают одно­сторонней проводимостью, а большинство неисправных — двухсторонней проводимостью. Из других дефектов следует назвать утечку тока и обрыв цепи.

Для выявления неполадок диода один из его выводов отпаивают печатной схемы и откусывают бокорезом по возможности ближе к дорожке из фольги, после чего, пользуясь омметром, проверяют наличие односторонней проводимости диода. Если при прямом подключении ом­метра к диоду стрелка в течение нескольких секунд будет медленно перемещаться в сторону уменьшающегося сопро­тивления диода, то он неисправен, так как имеется утечка. При прямом включении омметра положительный полюс внутренней батареи омметра подключают к входу диода. Измерение прямого сопротивления разными омметрами или одним и тем же омметром, но на разных пределах изме­рений может дать различные результаты. Нормальное пря­мое сопротивление для германиевых точечных диодов серий Д1, Д9, Д10. Д14 может составлять 50. 150 Ом, диодов Д2 и кремниевых точечных диодов Д101. Д103 — 150. 500 Ом, плоскостных диодов разных типов — 20. 50 Ом.

При этой проверке учитывают, что у некоторых типов ампервольтметров отрицательный полюс внутренней бата­реи в режиме омметра соединен с плюсовым зажимом на корпусе прибора, а положительный — с минусовым зажимом.

При обратном подключении омметра положительный полюс внутренней батареи омметра подключают к выходу диода.

Прямое сопротивление диода измеряют по шкале ом­метра с пределом х 10 Ом, а обратное – по шкале с пре­делом х 1000 Ом.

У германиевых точечных диодов обратное сопротивление должно превышать 100. 200 кОм, у кремниевых точечных и плоскостных диодов — составлять не менее 1. 2 МОм, у гер­маниевых плоскостных диодов — от 100 кОм до 2 МОм.

Во избежание прогрева диода теплотой пальцев рук при измерениях избегают держать его за корпус.

При пробое диода прямое сопротивление будет почти такое же, как обратное. При обрыве цепи в диоде как прямое, так и обратное сопротивление будет бесконечно боль­шим.

Выявление неполадок стабилитронов выполняют, либо не отделяя стабилитрон от платы, либо отсоединив его. В первом случае включают ток питания платы и измеряют рабочее напряжение на стабилитроне: если оно окажется в пределах нормального значения для данного типа стаби­литрона, то он исправен. Во втором случае, как и при проверке диодов, измеряют сопротивление при прямом и обратном приложении напряжения. При проверке некоторых кремниевых стабилитронов имеют в виду, что если прило­женное обратное напряжение не превышает напряжения стабилизации, то свойства стабилитрона ничем не отлича­ются от свойств любого низкочастотного диода. Прямое сопротивление этих стабилитронов составляет 180. 200 Ом. Обратное сопротивление стабилитрона столь велико (поряд­ка нескольких десятков мегом), что не может быть изме­рено обычным омметром.

Выявление неполадок стабилитронов, определение прямо­го и обратного токов производят также с помощью испытателя Л2-54.

Выявление неполадок биполярных транзисторов. Перехо­ды биполярного транзистора являются аналогами перехо­дов обычных диодов. В транзисторе типа р—п—р имеются как бы два последовательно соединенных диода, у кото­рых катоды, т. е. n-области переходов, соединены вместе и подключены к выводу базы, а аноды подключены к выводам эмиттера и коллектора. В транзисторах типа п—р—п с базой соединены аноды диодов.

Если в исправном транзисторе типа р—п—р к базе под­ключают положительный полюс внутренней батареи ом­метра, то переходы запираются и омметр показывает боль­шое сопротивление между базой и коллектором или эмит­тером. Если же к базе подключают отрицательный полюс внутренней батареи омметра, то он показывает малое со­противление относительно эмиттера или коллектора. Для транзисторов типа п—р—п создают обратные вышеуказан­ным полярности подключаемого напряжения.

Измеряя сопротивление, не допускают перегрузки пере­ходов р—п током, так как она приводит к возрастанию температуры и выходу из строя транзистора. Наиболее безопасно применять омметры с внутренним источником напряжения 1,5 В или меньше, а в многопредельных ом­метрах использовать шкалы с пределами 1 х 100 или 1 х 1000 Ом.

Сопротивление между коллектором и эмиттером в прямом и обратном направлениях должно быть не менее 10 кОм. При меньшем сопротивлении транзистор будет иметь боль­шие токи утечки и должен быть заменен. Сопротивление между выводами базы и эмиттера и выводами базы и кол­лектора должно составлять в одном направлении меньше 150 Ом, в другом — более нескольких тысяч Ом.

Выявление неполадок транзисторов может быть осуще­ствлено также измерением напряжения на их выводах, что требует особой осторожности, так как даже кратковремен­ные замыкания между коллектором и базой выводят тран­зистор из строя. При обрыве вывода базы на ней сохра­няется нормальное напряжение, в то время как транзистор находится в режиме отсечки, на что указывает отсутствие тока в цепях коллектора и эмиттера. Если вольтметр по­казывает одинаковые напряжения на коллекторе и эмиттере, то наиболее вероятной причиной неисправности является пробой в коллекторном или эмиттерном переходах. Вместе с тем это явление может возникнуть из-за изменения напря­жения смещения, вследствие которого транзистор оказыва­ется чрезмерно открытым. В этом случае напряжение на эмиттере будет примерно равным напряжению на коллек­торе. Для проверки исправности такого каскада подключа­ют вольтметр параллельно резистору в эмиттерной цепи, после чего замыкают выводы эмиттера и базы. Если тран­зистор исправен, то показания вольтметра должны умень­шиться, поскольку прямое напряжение смещения при этом упадет до нуля.

Выявление неполадок полевых транзисторов. Полевые транзисторы по сравнению с биполярными обладают боль­шим входным сопротивлением и наличием термостабиль­ной точки, вследствие чего предпочтительны для примене­ния в усилителях постоянного тока, используемых в раз­личных контрольно-измерительных приборах и регуляторах теплоэнергетических процессов. Полевые транзисторы также обладают лучшими шумовыми свойствами на низких и инфранизких частотах и хорошей стабильностью электри­ческих параметров.

Наиболее часто повреждения полевых транзисторов воз­никают в результате разряда на них статического электри­чества, накопленного на производственном оборудовании или на одежде и обуви обслуживающего, например ремонт­ного, персонала.

Для снятия статического электричества используют за­земленные браслеты.

Повреждения полевых транзисторов в результате воз­действия статического электричества могут вызвать полный отказ (короткое замыкание между затвором и электродами стока и истока, обрыв цепи любого электрода) или частич­ную утрату их работоспособности в виде ухудшения элек­трических параметров (возрастание тока затвора на один-три порядка, уменьшение тока стока и крутизны характеристики, увеличение порогового напряжения). Последняя группа по­вреждений проявляется как результат нарушения структуры прибора: образование локальных областей пробоя, перего­рание дорожек металлизации.

Для пайки используют специальный паяльник мощ­ностью не более 40 Вт и напряжением питания 12 В, с температурой жала не выше 200 °С и диаметром жала 1,5. 2,0 мм. Длина подпаиваемого вывода должна состав­лять не менее 10 мм, причем для отвода теплоты вывод следует обжимать пинцетом, круглогубцами или плоско­губцами. Время пайки должно быть минимальным.

Выявление неполадок интегральных микросхем. Наиболее часто интегральные микросхемы отказывают в работе по причине обрыва в соединениях микроэлементов и выводов. Диаметр соединительных проводов микроэлементов состав­ляет всего сотые доли миллиметра, и провода легко раз­рушаются при ничтожном перегреве. Отпаянная микросхе­ма не может быть установлена вновь, даже если прове­денная проверка показала, что она исправна, так как заводы-изготовители микросхем не гарантируют их без­отказной работы в результате повторного нагрева про­водов.

Единственно бесспорным критерием, указывающим на не­обходимость замены интегральной микросхемы, является отсутствие импульсных напряжений хотя бы на одном из ее выводов при полном соответствии номинальным напряже­ний на остальных выводах. Отсюда следует, что выявление неполадок микросхем осуществляют, измеряя осциллогра­фом постоянные и импульсные напряжения на их выводах. Отсчет выводов микросхемы производят со стороны монта­жа в направлении против часовой стрелки от имеющейся точки на корпусе микросхемы. На печатной плате отсчет ведут по часовой стрелке от маркировки, помеченной циф­рой «1».

Исправность аналоговых интегральных микросхем опре­деляют по коэффициенту усиления, входному току и напря­жению смещения нуля при помощи испытателя интеграль­ных микросхем Л2-47.

Для выявления неполадок микросхем нельзя применять ампервольтомметр.

Выявление неполадок электролитических конденсаторов.К отказам электролитических конденсаторов относят про­бой, потерю емкости (уменьшение емкости более чем на 50%), увеличение тока утечки.

Электролитический конденсатор считают исправным, ес­ли при подключении к нему омметра стрелка вначале резко отклонится до конца шкалы, а спустя 2. 5 с начнет возвра­щаться обратно и остановится на числовой отметке шкалы, соответствующей значению не менее 100 кОм. Если после начального отклонения стрелка не пойдет в обратную сто­рону, конденсатор неисправен.

Пробой происходит из-за перенапряжения, некачественно­го изготовления, перегрева, получающегося вследствие боль­ших токов утечки при работе в среде с повышенной тем­пературой. При выявлении неполадок с помощью омметра неисправный конденсатор показывает короткое замыкание.

При работе в усилителе электролитический конденсатор должен оставаться холодным. Нагревание конденсатора ука­зывает на наличие большого тока утечки.

Для определения отсутствия большого тока утечки кон­денсатор проверяют «на искру». Для этого его удаляют из усилителя и на 1. 2с присоединяют с соблюдением полярности к источнику постоянного тока. Напряжение источника тока не должно при этом превышать рабочее напряжение конденсатора. Через 10. 15с обкладки конден­сатора замыкают накоротко отрезком провода. Если конден­сатор не имеет больших токов утечки, то при таком раз­ряде должна получиться искра, сопровождаемая сухим трес­ком. При наличии большого тока утечки искра будет по­лучаться только при малых промежутках времени между зарядкой и разрядкой. Потеря емкости наблюдается у давно работающих в уси­лителе конденсаторах и вызывается в основном высыханием электролита. Проверку такого конденсатора производят также «на искру». Высохший конденсатор при разряде не дает искры даже и в том случае, если разрядку производят сразу же после зарядки.

Студенческий блог для электромеханика. Обучение и практика, новости науки и техники. В помощь студентам и специалистам

01.02.2013

1. Обрыв выводов

а) Некачественный резистор
б) Неудачное крепление или повышенная вибрация

а) Заменить
б) Заменить, изменив крепление или устранив повышенную вибрацию

а) Перегрузка по току
б) Напряжение, прикладываемое к резистору, выше допустимого
в) Недостаточное охлаждение

а) Заменить на резистор большей номинальной мощности
б) Заменить на более высоковольтный резистор или включить при замене два (или более) резистора последовательно с сохранением общего сопротивления прежним
в) Заменить, улучшив условия охлаждения

3. Нарушение контакта в переменном резисторе

а) Износ подвижного контакта или проводящего слоя

4. Изменение сопротивления сверх допустимого

а) Некачественный резистор
б) Перегрузка по току

а) Заменить
б) Заменить на резистор большей номинальной мощности

5. Потеря или уменьшение чувствительности фоторезистора

а) Некачественный фоторезистор
б) Старение при большом сроке службы
в) Систематический перегрев тепловым излучением

а) Заменить
б) Заменить
в) Заменить, улучшив вентиляцию фоторезистора или защитив его от перегрева

1. Короткое замыкание внутри конденсатора

а) Некачественный конденсатор
б) Перенапряжение
в) Велика пульсация напряжения

а) Заменить
б) Заменить на конденсатор с более высоким допускаемым напряжением
в) Заменить на конденсатор с более высоким допускаемым напряжением или принять меры к уменьшению пульсации напряжения

2. Обрыв цепи внутри конденсатора

а) Некачественный конденсатор
б) Неудачное крепление или повышенная вибрация

а) Заменить
б) Заменить, изменив крепление или устранив повышенную вибрацию

3. Увеличение тока утечки

а) Некачественный конденсатор

4. Уменьшение величины емкости

а) Разгерметизация конденсатора
б) Уменьшение содержания электролита вследствие длительного срока службы

а) Заменить
б) Заменить

а) Перенапряжения при коммутировании напряжения питания (тока нагрузки)
б) Установлен диод более низкого класса, чем это требуется
в) Перегрузка по току
г) Ухудшились условия охлаждения

а) При замене:

• установить на входе (выходе) защитные RC-цепочки;
• установить на входе (выходе) стабилитрон с балластным резистором;
• применить однотипный диод, но более высокого класса;
• включить несколько диодов последовательно

б) При замене установить однотипный диод более высокого класса
в) При замене выяснить и устранить причину перегрузки
г) При замене:

• выяснить и устранить причину ухудшения условий охлаждения;
• увеличить площадь радиаторов охлаждения;
• применить принудительное охлаждение диодов;
• применить диод с большим значением номинального тока

2. Сгорание диода

а) Короткое замыкание в цепи нагрузки или емкостного фильтра

а) При замене выяснить в устранить причину короткого замыкания

3. Обрыв выводов

а) Недостаточно жесткое закрепление выводов или повышенная вибрация

а) При замене улучшить крепление или устранить причину повышенной вибрации

1. Произвольное включение (без сигнала управления)

а) Большая скорость нарастания напряжения питания
б) В сети питания существуют перенапряжения, включающие прибор
в) Ухудшились условия охлаждения

а) На входе устройства поставить интегрирующую RC-цепочку
б) Отфильтровать напряжение питания
в) Улучшить условия охлаждения или восстановить нормальное функционирование системы принудительного охлаждения

2. Пробой в прямом направлении

а) Перегрузка по току
б) Большая скорость нарастания прямого тока

а) При замене выяснить и устранить причину перегрузки; при невозможности устранения заменить прибором с большим значением номинального тока
б) При замене уменьшить скорость нарастания; для этого последовательно с прибором включить индуктивность

3. Пробой в обратном направлении

а) Перенапряжения при коммутировании напряжения питания (тока нагрузки)
б) Установлен прибор более низкого класса, чем это требуется

а) При замене:

• установить на входе (выходе) устройства защитные цепочки или стабилитроны с балластными резисторами;
• применить однотипный прибор, но более высокого класса

б) При замене установить прибор однотипный, но более высокого класса

4. Сгорание прибора

а) Короткое замыкание в цепи нагрузки или емкостного фильтра

а) При замене выяснить и устранить причину короткого замыкания

5. Тиристор не управляется

а) Не подаются управляющие импульсы на управляющий переход прибора
б) Разрушен управляющий переход тиристора вследствие перегрузки по току

а) Проверить схему управления тиристором и восстановить ее нормальное функционирование
б) При замене выяснить причину перегрузки управляющего перехода и устранить ее

6. Обрыв выводов

а) Недостаточно жесткое закрепление выводов или повышенная вибрация

а) При замене улучшить крепление или устранить причину повышенной вибрации

1. Пробой или сгорание одного или нескольких переходов

а) Значения обратных напряжений, прикладываемых к переходам, превышают максимально допустимые для данного транзистора
б) Перенапряжения во входных (выходных) цепях транзистора, вызванные коммутированием тока в индуктивностях нагрузки
в) Перегрузка по току
г) Ухудшились условия охлаждения

а) При замене уменьшить значения обратных напряжений, зашунтировав соответствующие переходы (резисторами, диодами, стабилитронами)
б) При замене снизить перенапряжения с помощью защитных цепочек, стабилитронов, обратных шунтирующих диодов
в) При замене выяснить и устранить причины перегрузки и при необходимости последовательно с нагрузкой включить резистор, контролируя достаточность уровня выходного сигнала транзистора
г) При замене:

• восстановить нормальное функционирование штатной системы охлаждения;
• увеличить площадь радиатора;
• применить принудительное охлаждение

2. Обрыв выводов

а) Недостаточно жесткое закрепление или повышенная вибрация

а) При замене улучшить крепление или устранить причину повышенной вибрации