Diodes is een van die mees algemene halfgeleiertoestelle wat vandag in elektroniese toerusting gebruik word.
Hulle is ook een van die mees misverstaan.
Daar word immers dikwels na diodes verwys as "eenrigtinghekke" of "steelhekke" wanneer oor die werking daarvan gepraat word.
Wanneer 'n diode van buitespanning afgesny word, word elektrone daarin vasgevang en kan dit nie weer ontsnap nie.
As sodanig vang dit stroom vas wat deur daardie spesifieke deel van die stroombaan binne vloei, sonder enige uitweg behalwe deur die teenoorgestelde terminaal of terugweg (dus die naam omseil die naam).
Wanneer diodes egter in samewerking met elektronika genoem word, kan dit verwarrend wees.
Dit is omdat baie mense aan hulle dink as lineêre toestelle - terwyl hulle in werklikheid nie-lineêre gedrag het wat hulle baie meer veelsydig maak as net 'n eenvoudige aan/af-skakelaar.
Baie soos hoe 'n musiekinstrument veelvuldige gebruike het as om note te speel, dien 'n diode baie doeleindes as net om elektriese stroom aan en af te skakel.
Kom ons kyk na hoe diodes werk sodat jy verstaan hoe hulle gebruik kan word en watter unieke eienskappe hulle besit wat hulle sulke nuttige stukke elektroniese stroombane maak.
Wat is 'n diode?
Diodes is eenrigting elektriese shunts.
'n Diode is 'n elektronies beheerde tweerigtingskakelaar wat stroom slegs onder sekere toestande in een rigting laat vloei.
Wanneer stroom net in een rigting deur 'n diode vloei, is sy twee halfgeleier-"vingers" aan mekaar verbind.
Wanneer stroom anderpad vloei, is die twee vingers van mekaar geïsoleer en vloei geen stroom nie.
Diodes word gemaak van twee halfgeleidende materiale wat gewoonlik in 'n "toebroodjie"-wyse gerangskik is om te keer dat elektrone in beide rigtings vloei.
’n Klein hoeveelheid stroom kan onder sekere toestande sy oortollige energie as hitte afvoer, wat elektrone in staat stel om in een rigting deur die diode te vloei—selfs al is die spanning oor die diode baie hoër as die spanning wat aan die ander kant toegepas word.
Omdat die diode se aktiewe gebied net elektrone in een rigting laat vloei terwyl die buitenste gebied hulle keer om terug te vloei, word dit beskryf as 'n eenrigting elektriese shunt.
Diodes het positiewe en negatiewe terminale
'n Diode se twee punte is gemerk met + en – om aan te dui dat dit geen interne polariteit het nie.
Wanneer 'n spanning aan 'n diode se punte toegepas word, word dit kortsluiting of "negatiewe" toetsing genoem.
Diodes is nie gepolariseer soos normale gepolariseerde elektriese bedrading nie - die punte word slegs vir toetsing gebruik en die middel van die diode is neutraal ("geen polariteit") en is aan stroombaanelemente gekoppel.
In elektronika is die positiewe terminaal van 'n diode gewoonlik die anode en die negatiewe terminaal is die katode.
Die konvensie is egter nie in klip gegrawe nie.
In sommige stroombane is die negatiewe terminaal die katode en die positiewe terminaal die anode.
Byvoorbeeld, in 'n LED stroombaan, die negatiewe terminaal is die katode, maar in 'n batterykring is die negatiewe terminaal die anode.
Daar is baie soorte diodes
Daar is baie verskillende tipes diodes beskikbaar vir gebruik in elektronika.
Die meeste diodes is van die halfgeleier verskeidenheid, maar daar is ook gelykrigters, fotodiodes en transistors wat soos diodes funksioneer.
Die keuse van die regte tipe diode vir 'n spesifieke stroombaan is belangrik om die gewenste resultate te kry.
Sommige belangrike diodetipes sluit in: – Vinnige gelykrigters: Hierdie diodes gelei elektrisiteit baie vinnig, wat hoëfrekwensietoepassings moontlik maak.
– Standaardgelykrigters: Hierdie diodes gelei elektrisiteit stadiger, wat lae-frekwensietoepassings moontlik maak.
– Schottky Barrier-gelykrigters: Hierdie diodes het 'n ingeboude Schottky-diode wat verhoed dat hulle agteruit gelei.
– Fotodiodes: Hierdie toestelle skakel lig om in elektrisiteit, wat hulle nuttig maak in waarnemingstoepassings.
Diodes het verskillende spanningsdrempels, kenmerke en afbreekspannings
Alhoewel diodes eenrigting elektriese shunts bly, het hulle tipies 'n baie hoë afbreekspanning (meer as 1 megavolt) en 'n deurbreekspanningsdrempel (verlaagde spanning wat nodig is om die afbreek te begin) wat hulle geskik maak vir sekere tipes toepassings.
Hierdie drempelparameters is afhanklik van die tipe diode wat gebruik word en kan verander word om verskeie tipes diodes te skep.
As 'n voorbeeld, 'n vinnige gelykrigterdiode het 'n afbreekspanningsdrempel van ongeveer 0.3 volt.
Dit beteken dat as die spanning oor die diode laer as 0.3 volt is, die diode nie sal gelei nie en die stroombaan in sy oorspronklike toestand sal bly.
As die stroombaan meer stroom probeer trek en die spanning oor die stroombaan word verhoog, word die diode se afbreekspanningsdrempel bereik en begin die diode stroom in die teenoorgestelde rigting gelei.
Diodes kan in lineêre of nie-lineêre toepassings gebruik word
Een unieke kenmerk van diodes is dat hulle in lineêre of nie-lineêre toepassings gebruik kan word.
Wanneer dit in lineêre toepassings gebruik word, word die diode as 'n skakelaar gebruik.
Met ander woorde, dit gelei stroom in een rigting afhangende van die spanning wat op die stroombaan toegepas word.
Wanneer 'n spanning oor 'n stroombaan aangelê word, begin die elektrone deur die diode vloei en die stroombaan word aangedryf.
Die diode kan beskou word as 'n "eenrigtingskakelaar".
Wanneer die stroombaan aangedryf word, gelei die diode stroom, wat die stroombaan aanskakel.
Wanneer geen spanning oor die stroombaan toegepas word nie, gelei die diode nie en word die stroombaan afgeskakel.
In nie-lineêre toepassings word die diode gebruik om die amplitude of sterkte van 'n sein te versterk of te verhoog.
Byvoorbeeld, as 'n stroombaan 'n lae-frekwensie sein gebruik om iets te beheer (soos om 'n motor aan of af te skakel), kan die stroombaan self deur die sein afgeskakel word.
Maar as die sein hoog genoeg is (soos 'n telefoonkiestoon of musiek van 'n radiostasie), kan die diode gebruik word om die stroombaankrag te versterk en aan te skakel, sodat dit deur die hoërfrekwensiesein beheer kan word.
Hoe werk hoogspanningdiodes?
Wanneer 'n hoë spanning oor a diode, dit begin uitvoer.
Maar omdat die spanning te hoog is, kan die elektrone wat in die diode vasgevang is, nie hul energie in genoeg hoeveelhede vrystel om uit hul inperking te breek nie.
Gevolglik gelei die diode 'n bietjie, maar nie genoeg om die stroombaan aan te dryf nie.
Wanneer 'n lae spanning aan die hekke van 'n paar transistors toegepas word wat die spanning beheer wat oor 'n stroombaan toegepas word (genoem 'n leerkring), word die sein toegelaat om ongereguleerd deur te gaan.
Wanneer daar egter te min spanning oor die leerkring is en die diodes nie genoeg stroom gelei nie, word die sein nie deurgelaat nie en word die stroombaan afgeskakel.
Dit kan gebruik word om eenvoudige stroombane aan te dryf en kan nuttig wees vir sorteerders, rekenaars en timers.
Hoe om die spanningsdrempel vir 'n diode te bereken
Gestel jy koppel 'n diode aan 'n 12-volt kragbron en wil weet of dit teen 'n lae spanning sal gelei (krag verskaf).
Die vergelyking vir die berekening van die afbreekspanning (VOM) van 'n halfgeleiertoestel is soos volg: In hierdie vergelyking is "VOH" die spanning oor die toestel wanneer dit breek, "VOHSC" is die drempelspanning van die diode wanneer dit gelei, "I" is die stroom deur die diode, "E" is die spanning van die elektriese veld oor die diode en "n" is die aantal elektrone in die diode.
Om die spanningsdrempel van die diode te bepaal, moet jy die afbreekspanning van die diode ken.
Jy kan hierdie waarde vind deur die vergelyking hierbo te gebruik.
Die afbreekspanning van 'n tipiese silikon pn-aansluitingsdiode is 1.5 volt.
Dit beteken dat wanneer die spanning oor die diode 1.5 volt is, die diode sal afbreek en begin stroom lei.