Диодите са едни от най-разпространените полупроводникови устройства, използвани в електронното оборудване днес.
Те са и едни от най-неразбраните.
В края на краищата диодите често се наричат „еднопосочни порти“ или „врати за кражба“, когато говорим за тяхната работа.
Когато един диод бъде прекъснат от външното напрежение, електроните в него се улавят вътре и не могат да избягат отново.
Като такова, това улавя тока, протичащ през тази конкретна част от веригата вътре без изход освен през противоположния терминал или обратния път (по този начин името заобикаля името).
Въпреки това, когато диодите се споменават във връзка с електрониката, те могат да бъдат объркващи.
Това е така, защото много хора ги смятат за линейни устройства, докато всъщност притежават нелинейно поведение, което ги прави много по-гъвкави от просто превключвател за включване/изключване.
Подобно на начина, по който музикалният инструмент има множество приложения извън свиренето на ноти, диодът служи за много цели извън просто включване и изключване на електрически ток.
Нека да разгледаме как работят диодите, за да разберете как могат да се използват и какви уникални свойства притежават, които ги правят толкова полезни части от електронни схеми.
Какво е диод?
Диодите са еднопосочни електрически шунтове.
Диодът е електронно управляван двупосочен превключвател, който позволява на тока да тече в една посока само при определени условия.
Когато токът тече само в една посока през диод, неговите два полупроводникови „пръста“ са свързани заедно.
Когато токът тече в обратната посока, двата пръста са изолирани един от друг и не тече ток.
Диодите са направени от два полупроводникови материала, които обикновено са подредени в "сандвич", за да блокират електроните да текат в двете посоки.
Малко количество ток при определени условия може да разсее излишната си енергия като топлина, позволявайки на електроните да текат през диода в една посока - дори ако напрежението в диода е много по-високо от напрежението, приложено към другата страна.
Тъй като активната област на диода позволява на електроните да текат само в една посока, докато външната област ги блокира да текат обратно, той се описва като еднопосочен електрически шунт.
Диодите имат положителни и отрицателни клеми
Двата края на диода са обозначени с + и –, за да покажат, че той няма вътрешна полярност.
Когато към краищата на диода се приложи напрежение, това се нарича тест за късо съединение или „отрицателен“.
Диодите не са поляризирани като нормалното поляризирано електрическо окабеляване - краищата се използват само за тестване, а средата на диода е неутрална („без полярност“) и е свързана към елементи на веригата.
В електрониката положителният извод на диод обикновено е анодът, а отрицателният извод е катодът.
Конвенцията обаче не е всичана в камък.
В някои вериги отрицателният извод е катод, а положителният извод е анод.
Например, в един LED верига, отрицателният извод е катодът, но във веригата на батерията отрицателният извод е анодът.
Има много видове диоди
Има много различни видове диоди, налични за използване в електрониката.
Повечето диоди са от сорта на полупроводниците, но има и токоизправители, фотодиоди и транзистори, които функционират като диоди.
Избирането на правилния тип диод за конкретна верига е важно, за да получите желаните резултати.
Някои важни типове диоди включват: – Бързи токоизправители: Тези диоди провеждат електричество много бързо, което позволява приложения с висока честота.
– Стандартни токоизправители: Тези диоди провеждат електричество по-бавно, което позволява нискочестотни приложения.
– Токоизправители с бариера на Шотки: Тези диоди имат вграден диод на Шотки, който им пречи да провеждат обратно.
– Фотодиоди: Тези устройства преобразуват светлината в електричество, което ги прави полезни в сензорни приложения.
Диодите имат различни прагове на напрежение, характеристики и напрежения на пробив
Въпреки че диодите остават еднопосочни електрически шунтове, те обикновено имат много високо напрежение на пробив (по-голямо от 1 мегаволт) и праг на напрежение на пробив (намалено напрежение, необходимо за започване на разрушаването), което ги прави подходящи за определени видове приложения.
Тези прагови параметри зависят от вида на използвания диод и могат да бъдат променени, за да се създадат различни типове диоди.
Като пример, бърз изправителен диод има праг на пробивно напрежение от около 0.3 волта.
Това означава, че ако напрежението на диода е по-ниско от 0.3 волта, диодът няма да провежда и веригата ще остане в първоначалното си състояние.
Ако веригата се опита да изтегли повече ток и напрежението във веригата се увеличи, прагът на пробивното напрежение на диода е достигнат и диодът започва да провежда ток в обратна посока.
Диодите могат да се използват в линейни или нелинейни приложения
Една уникална характеристика на диодите е, че те могат да се използват в линейни или нелинейни приложения.
Когато се използва в линейни приложения, диодът се използва като превключвател.
С други думи, той провежда ток в една посока в зависимост от напрежението, приложено към веригата.
Когато се приложи напрежение към верига, електроните започват да текат през диода и веригата се захранва.
Диодът може да се разглежда като "еднопосочен превключвател".
Когато веригата е захранвана, диодът провежда ток, включвайки веригата.
Когато във веригата не се прилага напрежение, диодът не провежда и веригата се изключва.
В нелинейни приложения диодът се използва за усилване или увеличаване на амплитудата или силата на сигнала.
Например, ако верига използва нискочестотен сигнал, за да контролира нещо (като включване или изключване на двигател), самата верига може да бъде изключена от сигнала.
Но ако сигналът е достатъчно висок (като телефонен тон или музика от радиостанция), диодът може да се използва за усилване и включване на захранването на веригата, позволявайки тя да бъде контролирана от сигнала с по-висока честота.
Как работят високоволтовите диоди?
Когато се приложи високо напрежение към a диод, започва да провежда.
Въпреки това, тъй като напрежението е твърде високо, електроните, уловени в диода, не могат да освободят енергията си в достатъчно количество, за да се освободят от затвора.
В резултат на това диодът провежда малко, но не достатъчно, за да захранва веригата.
Когато се приложи ниско напрежение към портите на двойка транзистори, които контролират напрежението, приложено през верига (наречена стълбищна верига), сигналът може да премине през нерегулирано.
Въпреки това, когато има твърде малко напрежение в стълбовата верига и диодите не провеждат достатъчно ток, сигналът не се пропуска и веригата се изключва.
Това може да се използва за захранване на прости вериги и може да бъде полезно за сортери, компютри и таймери.
Как да изчислим прага на напрежението за диод
Да предположим, че свържете диод към 12-волтов източник на захранване и искате да знаете дали той ще провежда (осигурява захранване) при ниско напрежение.
Уравнението за изчисляване на напрежението на пробив (VOM) на полупроводниково устройство е както следва: В това уравнение "VOH" е напрежението в устройството, когато то се разпадне, "VOHSC" е праговото напрежение на диода, когато провежда, "I" е токът през диода, "E" е напрежението на електрическото поле в диода и "n" е броят на електроните в диода.
За да определите прага на напрежението на диода, трябва да знаете напрежението на пробив на диода.
Можете да намерите тази стойност, като използвате уравнението по-горе.
Напрежението на пробив на типичен силициев pn диод е 1.5 волта.
Това означава, че когато напрежението на диода е 1.5 волта, диодът ще се разпадне и ще започне да провежда ток.