Τι είναι οι δίοδοι και σε τι χρησιμεύουν;

Το πιο απλό ημιαγωγός συστατικό — το δίοδος — εκτελεί μια ποικιλία χρήσιμων λειτουργιών που σχετίζονται με τον βασικό σκοπό της διαχείρισης της κατεύθυνσης της ροής του ηλεκτρικού ρεύματος. Οι δίοδοι επιτρέπουν στο ρεύμα να ρέει μέσω αυτών προς μία μόνο κατεύθυνση.

Οι απόλυτα αποδοτικές δίοδοι φαίνεται να είναι ανοιχτά κυκλώματα με αρνητική τάση και κατά τα άλλα μοιάζουν με βραχυκυκλώματα. Επειδή όμως οι δίοδοι παραδέχονται κάποια αναποτελεσματικότητα, η σχέση ρεύματος προς τάση είναι μη γραμμική. Ως εκ τούτου, θα θελήσετε να συμβουλευτείτε το φύλλο δεδομένων μιας διόδου για να δείτε ένα γράφημα της καμπύλης οποιασδήποτε συγκεκριμένης διόδου τάση προς τα εμπρός σε σχέση με το μπροστινό ρεύμα της, έτσι ώστε να επιλέξετε τη σωστή δίοδο για το δικό σας έργο.

Εφαρμογές Διόδων

Παρά το γεγονός ότι είναι απλές συσκευές ημιαγωγών δύο ακίδων, οι δίοδοι είναι ζωτικής σημασίας στη σύγχρονη ηλεκτρονική. Μερικές από τις τυπικές εφαρμογές των διόδων περιλαμβάνουν:

• Διόρθωση τάσης, όπως μετατροπή εναλλασσόμενου ρεύματος σε τάσεις συνεχούς ρεύματος
• Απομόνωση σημάτων από παροχή
• Έλεγχος του μεγέθους ενός σήματος
• Σήματα ανάμειξης

Μετατροπή ισχύος

Μια σημαντική εφαρμογή των διόδων είναι η μετατροπή εναλλασσόμενου ρεύματος σε ισχύ συνεχούς ρεύματος. Μια μονή δίοδος ή τέσσερις δίοδοι μετατρέπουν την οικιακή ισχύ 110 V σε DC σχηματίζοντας μια μισή δίοδο (μονή δίοδο) ή ένα πλήρες κύμα (τέσσερις δίοδοι) ανορθωτής. Η δίοδος επιτρέπει μόνο στο ήμισυ της κυματομορφής AC να ταξιδεύει μέσα από αυτήν. Όταν αυτός ο παλμός τάσης φορτίζει έναν πυκνωτή, η τάση εξόδου φαίνεται να είναι μια σταθερή τάση συνεχούς ρεύματος με μια μικρή κυματοποίηση τάσης. Η χρήση ενός ανορθωτή πλήρους κύματος καθιστά αυτή τη διαδικασία ακόμη πιο αποτελεσματική δρομολογώντας τους παλμούς AC έτσι ώστε τόσο το θετικό όσο και το αρνητικό μισό του ημιτονοειδούς κύματος εισόδου να είναι θεωρούνται μόνο θετικοί παλμοί, διπλασιάζοντας ουσιαστικά τη συχνότητα των παλμών εισόδου στον πυκνωτή, γεγονός που τον βοηθά να διατηρείται φορτισμένος και να παρέχει μια πιο σταθερή τάση.

Οι δίοδοι και οι πυκνωτές δημιουργούν διαφορετικούς πολλαπλασιαστές τάσης για να πάρουν μια μικρή τάση AC και να την πολλαπλασιάσουν για να δημιουργήσουν εξόδους πολύ υψηλής τάσης. Και οι δύο έξοδοι AC και DC είναι δυνατές χρησιμοποιώντας τη σωστή διαμόρφωση πυκνωτών και διόδων.

Αποδιαμόρφωση σημάτων

Η πιο κοινή χρήση των διόδων είναι η αφαίρεση του αρνητικού στοιχείου ενός σήματος AC. Επειδή το αρνητικό τμήμα μιας κυματομορφής AC είναι συνήθως πανομοιότυπο με το θετικό μισό, πολύ λίγο Οι πληροφορίες χάνονται ουσιαστικά σε αυτή τη διαδικασία απογύμνωσης, οδηγώντας σε πιο αποτελεσματικό σήμα επεξεργασία.

Η αποδιαμόρφωση σήματος χρησιμοποιείται συνήθως σε ραδιόφωνα ως μέρος του συστήματος φιλτραρίσματος για να βοηθήσει στην εξαγωγή του ραδιοφωνικού σήματος από το φέρον κύμα.

Προστασία υπέρτασης

Οι δίοδοι λειτουργούν επίσης καλά ως συσκευές προστασίας για ευαίσθητα ηλεκτρονικά εξαρτήματα. Όταν χρησιμοποιείται ως συσκευές προστασίας από τάση, οι δίοδοι είναι μη αγώγιμες υπό κανονικές συνθήκες λειτουργίας, αλλά βραχυκυκλώνουν αμέσως κάθε αιχμή υψηλής τάσης στη γείωση όπου δεν μπορεί να βλάψει ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα. Καλούνται εξειδικευμένες δίοδοι μεταβατικοί καταστολείς τάσης έχουν σχεδιαστεί ειδικά για προστασία από υπερβολική τάση και μπορούν να χειριστούν πολύ μεγάλες αιχμές ισχύος για μικρά χρονικά διαστήματα, τυπικά χαρακτηριστικά μιας αιχμής τάσης ή ηλεκτροπληξίας, που κανονικά θα προκαλούσε ζημιά στα εξαρτήματα και θα μείωνε τη διάρκεια ζωής ενός ηλεκτρονικού προϊόν.

Ομοίως, μια δίοδος μπορεί να ρυθμίσει την τάση χρησιμεύοντας ως α ψαλίδι ή α περιοριστής — ένας εξειδικευμένος σκοπός που περιορίζει την τάση που μπορεί να περάσει μέσα από αυτό σε ένα ορισμένο σημείο.

Τρέχον τιμόνι

Η βασική εφαρμογή των διόδων είναι να κατευθύνουν το ρεύμα και να διασφαλίζουν ότι ρέει μόνο προς τη σωστή κατεύθυνση. Μια περιοχή όπου η τρέχουσα ικανότητα διεύθυνσης των διόδων χρησιμοποιείται με καλό αποτέλεσμα στη μετάβαση από την τροφοδοσία που προέρχεται από ένα τροφοδοτικό σε ρεύμα που λειτουργεί από μια μπαταρία. Όταν μια συσκευή είναι συνδεδεμένη στην πρίζα και φορτίζει — για παράδειγμα, ένα κινητό τηλέφωνο ή αδιάλειπτη παροχή ρεύματος — η συσκευή θα πρέπει να αντλεί ρεύμα μόνο από το εξωτερικό τροφοδοτικό και όχι από την μπαταρία, και ενώ η συσκευή είναι συνδεδεμένη στην πρίζα, η μπαταρία πρέπει να τροφοδοτεί και επαναφόρτιση. Μόλις αφαιρεθεί η πηγή τροφοδοσίας, η μπαταρία πρέπει να τροφοδοτεί τη συσκευή έτσι ώστε να μην γίνεται αντιληπτή διακοπή από τον χρήστη.

Ένα καλό παράδειγμα τρέχοντος συστήματος διεύθυνσης είναι μέσω προστασία αντίστροφου ρεύματος. Σκεφτείτε, για παράδειγμα, το αυτοκίνητό σας. Όταν η μπαταρία σας τελειώνει και ένας φιλικός περαστικός προσφέρεται να σας βοηθήσει με τα καλώδια, αν ανακατέψετε τη σειρά του κόκκινου και μαύρα καλώδια δεν θα τηγανίσετε το ηλεκτρικό σύστημα του αυτοκινήτου σας επειδή οι δίοδοι δίπλα στην μπαταρία εμποδίζουν τη λάθος κατεύθυνση ρεύμα.

Λογικές Πύλες

Οι υπολογιστές λειτουργούν δυαδικά — μια ατελείωτη θάλασσα μηδενικών και μονάδων. Τα δυαδικά δέντρα απόφασης στον υπολογισμό βασίζονται σε λογικές πύλες που ενεργοποιούνται από διόδους που ελέγχουν εάν ένας διακόπτης είναι ενεργοποιημένος ("1") ή απενεργοποιημένος ("0"). Αν και εκατοντάδες εκατομμύρια δίοδοι εμφανίζονται σε σύγχρονους επεξεργαστές, λειτουργικά είναι ίδιες με τις διόδους που αγοράζετε από το κατάστημα ηλεκτρονικών ειδών — πολύ μικρότερες.

Δίοδοι και Φως

Ένας φακός LED είναι απλώς ένας φακός του οποίου ο φωτισμός προέρχεται από μια δίοδο εκπομπής φωτός. Παρουσία θετικής τάσης, Τα LED ανάβουν.

Μια φωτοδίοδος, αντίθετα, δέχεται φως μέσω ενός συλλέκτη (όπως ένα μίνι ηλιακό πάνελ) και μετατρέπει αυτό το φως σε μικρή ποσότητα ρεύματος.