Диод в роли резистора RC-таймера

Читая радиолюбительскую литературу, иногда натыкался на схемы (к примеру в [1]) в которых использовались в роли высокоомных резисторов, диоды, включенные в обратном направлении, то есть использовались rобр.д — обратное сопротивления диода по постоянному току.

Предлагаю вашему вниманию мои исследования rобр.д — обратного сопротивления диода по постоянному току. Суть в том, что если делать RC-таймер, то максимальную выдержку можно получить, используя резисторы с очень большим сопротивлением и конденсаторы с очень большой ёмкостью… Я не знаю, какую можно получить выдержку при резисторе, к примеру, в 100 мегоом, и ёмкостью, к примеру, 100000 микрофарад, вообще-то можно прикинуть, но зачем? Дело в том, что в наш век миниатюризации эти две детали имеют довольно таки внушительные размеры. Да и конденсатор я представлял на напряжение в 6,3 вольта (есть у меня такой), да и резистор, ведь, как пол карандаша. Но, ещё не известно, «продавит» ли ток резистора такого номинала, ток утечки изоляции диэлектрика обкладок конденсатора? А если не «продавит», то и наш таймер, никогда не сработает (о сопротивлении входных цепей я не упоминаю, так как применяю КМОП-микросхемы, а его транзисторы ведь полевые с изолированными затворами, и, хотя в этих микросхемах и стоят защитные диоды, но их влияния я не замечал). А что бы, такой резистор смог «продавить», у конденсатора сопротивление утечек диэлектрика, нужно брать последний с большим номинальным напряжением. Но если, это напряжение будет исчисляться в сотнях вольт, то габариты будут расти пропорционально. И если вам понадобиться подобный таймер, то лучше его собрать, к примеру, на таймере C005. Но в некоторых случаях, может из-за отсутствия, или не желания устанавливать подобный таймер, в связи с техническими условиями, проще поставить (нестабильный по температурным и прочим показателям) RdC-таймер. Ведь полупроводниковый диод, если использовать его обратную ветвь вольтамперной характеристики, на напряжениях ниже пробойного, имеет очень высокое сопротивление. Да и знание, подобной схемотехники, может помочь радиолюбителю в его поисках новых схемных решений.

Схема экспериментального таймера с диодом в роли резистора.
Диод в роли резистора. Схема экспериментального таймера

Для реализации исследования rобр.д — обратного сопротивления диодов по постоянному току, собрал проверочную схему (смотрите на рис.1, так же фото 1 собранного на макетке). Питал схему всегда от стабилизированного блока питания +5 вольт. Всё, на мой взгляд и так предельно ясно, посмотрев на схему. И объяснять не чего. Но расскажу об основных узлах. На логических элементах DD1.1 и DD1.2 собран псевдосенсорный переключатель режимов. C1 и R2 – установка переключателя в «Стоп» при включении питания. R2 – уменьшает подгорание контактов кнопки SB2 при разряде C1. Элемент DD1.3 (И-НЕ) – реализована схема таймера с устанавливаемыми на входе проверяемых диодов и эталонных конденсаторов. DD1.4 (НЕ) и другие детали – элементы индикации работы.

Фото проект экспериментального таймера с диодами в роли резистора
Диод в роли резистора. Фото проекта экспериментального таймера

Какие выводы я сделал из этих измерений?

Выяснилось, что практически любые диоды можно использовать в этой роли. Единственное, что нужно соблюсти, так это то, что требуется подобрать нужный. Вначале я считал, что диоды одного номинала все как братья близнецы, но это оказалось не так. Все диоды, даже одного номинала, по rобр.д  разные. Я взял, примерно, по десятку диодов одного номинала и один из эталонных конденсаторов, и с помощью схемы (рис.1) и секундомера стал мерять время срабатывания таймера. Результаты свёл в небольшую таблицу, смотрите ниже:

VDx\Cx      0,01 мк     0,1 мк     1 мк      Примерный разброс в номинале

КД513А       2,5*           38          440                              0,5 — 5

КД510А       2,5*          33           305                                1 — 2,5

КД509А         3*            36          383                             0,5 — 6

2Д503А         33*        335         3595                             20 — 35

КД521В         3*            35           375                                1 — 6

КД103Б         40*         405        4098                             25 — 45

1N4004         7*            75           810                                1 — 33

1N4007         25*         268        2848                                5 — 40

M7 (SMD)   40*         405        4098            2 — 13, 60, 77, 82, 104**

КД522Б,

1N4148…     3*            39           405                                2 — 6

 

VDx\Cx        10 мк     100 мк   1000 мк      Примерный разброс в номинале

1N5817         6*            77           842                                1 — 18

Д9К               13*         163         1956                              6 — 22, 260 **

*- говорит о том, что для проверки, был выбран первый попавшийся диод, и что трудно по секундомеру определять точные значения малых величин времени;

**- показаны аномальные отличия в номинале.

 

Так же, была проверена возможность групповых включений диодов, смотрите в таблице ниже:

VDx\Cx                                    0,01 мк     0,1 мк     1 мк      10 мк

Параллельно 3 шт.                0,9*           12           133       1530

Параллельно 2 шт.                1,6*           19           207       2605

Один первый диод               3,0*           35           364        5150

Один второй диод                3,8*           49           520          **

Один третий диод                3,1*           37            397         **

Последовательно 2 шт.       4,8*           51            509       7760

Последовательно 3 шт.       5,1*           57            654       7740

*- показывает, что трудно по секундомеру определять точные значения малых величин времени;

**- не проверял.

 

Выводы можете сделать сами. При последовательном включении трёх диодов, значения времени таймера оказались даже ниже, чем у двух диодов. С чем это связано, не знаю, но перемерять не стал. Может, кто-то продолжит исследования и объяснит получившиеся данные.

Так же интересным выглядит то, что у SMD диодов M7 (и у германиевого диода Д9К), такие странные разбросы в  rобр.д . У меня нашлось 12 штук, и их я проверил на [2], и это всё, что поведал, мне сей «измерительный прибор», смотрите в таблице ниже:

VDx = SMD M7 + Cx = 0,01 мк

mV            pF            T, сек

661            17           2,5

661            15           5

667            18           6

665            19           8

685            19           9

666            19           11

665            27           12

665            17           13

665            32           60

675            37           77

674            28           82

680            27          104

Что вызвало, столь большие различия – тоже, не понятно.

Каков вывод моих исследований? А такой: rобр.д — обратное сопротивление диодов по постоянному току, можно использовать для построения RC-таймера в роли резистора, но только при индивидуальном подборе, не только самого диода, но и конденсатора.

Для справки – конденсаторы, для измерения параметров диодов подбирал, как можно ближе к заявленным на [2], и вот какие я использовал, смотрите в таблице ниже:

Cномин.         Cизм., мк       ESR, Ω    Vloss, %

0,01 мк 100 В  –  0,0103             17           0,1

0,1 мк 63 В       –  0, 09851         16           0,1

1 мк 63 В          –  1,014              4,1            —

10 мк 100 В      –  9,997              1,2          0,7

100 мк 16 В      –  101,4              1,5          2,4

1000 мк 6,3 В   –  1008               0,08        1,5

Так же, есть фото этих «героев»:

Эталонные конденсаторы для проверки диодов в роли резисторов
Диод в роли резистора. Эталонные конденсаторы

 

Литература:

  1. Автовыключатель телевизора. В. Суров. журнал Радио №4, 1994 г. стр.10
  2. Цифровой тестер транзисторов Mega328, измеритель емкости диода, триода, ЭПС MOS/PNP/NPN LCR 128*64, ЖК-экран V2.68