Els díodes són un dels dispositius semiconductors més comuns utilitzats en equips electrònics actuals.
També són dels més incompresos.
Al cap i a la fi, els díodes sovint s'anomenen "portes unidireccionals" o "portes robades" quan es parla del seu funcionament.
Quan un díode es talla de la tensió exterior, els electrons que hi ha dins queden atrapats dins i no poden tornar a escapar.
Com a tal, això atrapa el corrent que flueix per aquella part concreta del circuit a l'interior sense cap sortida excepte pel terminal oposat o el camí de retorn (per tant, el nom passa per alt el nom).
Tanmateix, quan s'esmenten els díodes juntament amb l'electrònica, poden ser confusos.
Això es deu al fet que molta gent els considera dispositius lineals, quan de fet tenen un comportament no lineal que els fa molt més versàtils que un simple interruptor d'encesa/apagada.
De la mateixa manera que un instrument musical té múltiples usos més enllà de tocar notes, un díode té molts propòsits més enllà d'encendre i apagar el corrent elèctric.
Fem una ullada a com funcionen els díodes perquè entenguis com es poden utilitzar i quines propietats úniques tenen que els converteixen en peces de circuits electrònics tan útils.
Què és un díode?
Els díodes són derivacions elèctriques unidireccionals.
Un díode és un interruptor bidireccional controlat electrònicament que permet que el corrent flueixi en una direcció només en determinades condicions.
Quan el corrent flueix en una sola direcció a través d'un díode, els seus dos "dits" semiconductors estan connectats entre si.
Quan el corrent flueix cap a l'altra direcció, els dos dits estan aïllats l'un de l'altre i no circula cap corrent.
Els díodes estan fets de dos materials semiconductors que solen disposar-se de manera "sandwich" per impedir que els electrons flueixin en ambdues direccions.
Una petita quantitat de corrent en determinades condicions pot dissipar el seu excés d'energia en forma de calor, permetent que els electrons flueixin a través del díode en una direcció, fins i tot si la tensió a través del díode és molt més alta que la tensió aplicada a l'altre costat.
Com que la regió activa del díode només permet que els electrons flueixin en una direcció, mentre que la regió exterior els bloqueja de retornar, es descriu com una derivació elèctrica unidireccional.
Els díodes tenen terminals positius i negatius
Els dos extrems d'un díode s'etiqueten amb + i – per indicar que no té polaritat interna.
Quan s'aplica una tensió als extrems d'un díode, això s'anomena prova de curtcircuit o "negatiu".
Els díodes no estan polaritzats com el cablejat elèctric polaritzat normal; els extrems només s'utilitzen per a la prova i el mig del díode és neutre ("sense polaritat") i està connectat als elements del circuit.
En electrònica, el terminal positiu d'un díode sol ser l'ànode i el terminal negatiu és el càtode.
Tanmateix, la convenció no està escrita en pedra.
En alguns circuits, el terminal negatiu és el càtode i el terminal positiu és l'ànode.
Per exemple, en un Circuit LED, el terminal negatiu és el càtode, però en un circuit de bateria, el terminal negatiu és l'ànode.
Hi ha molts tipus de díodes
Hi ha molts tipus diferents de díodes disponibles per utilitzar-los en electrònica.
La majoria dels díodes són de la varietat de semiconductors, però també hi ha rectificadors, fotodíodes i transistors que funcionen com díodes.
És important seleccionar el tipus de díode adequat per a un circuit en particular per obtenir els resultats desitjats.
Alguns tipus de díodes importants inclouen: – Rectificadors ràpids: aquests díodes condueixen l'electricitat molt ràpidament, permetent aplicacions d'alta freqüència.
– Rectificadors estàndard: aquests díodes condueixen l'electricitat més lentament, permetent aplicacions de baixa freqüència.
– Rectificadors de barrera Schottky: Aquests díodes tenen incorporat un díode Schottky que els impedeix conduir cap enrere.
– Fotodíodes: aquests dispositius converteixen la llum en electricitat, el que els fa útils en aplicacions de detecció.
Els díodes tenen diferents llindars de tensió, característiques i tensions de ruptura
Tot i que els díodes segueixen sent derivacions elèctriques unidireccionals, normalment tenen una tensió de ruptura molt alta (superior a 1 megavolt) i un llindar de tensió de ruptura (tensió reduïda necessària per iniciar l'avaria) que els fan adequats per a certs tipus d'aplicacions.
Aquests paràmetres de llindar depenen del tipus de díode que s'utilitza i es poden modificar per crear diversos tipus de díodes.
Com a exemple, un díode rectificador ràpid té un llindar de tensió de ruptura d'uns 0.3 volts.
Això vol dir que si la tensió a través del díode és inferior a 0.3 volts, el díode no conduirà i el circuit romandrà en el seu estat original.
Si el circuit intenta extreure més corrent i augmenta la tensió a través del circuit, es compleix el llindar de tensió de ruptura del díode i el díode comença a conduir corrent en sentit contrari.
Els díodes es poden utilitzar en aplicacions lineals o no lineals
Una característica única dels díodes és que es poden utilitzar en aplicacions lineals o no lineals.
Quan s'utilitza en aplicacions lineals, el díode s'utilitza com a interruptor.
En altres paraules, condueix el corrent en una direcció en funció de la tensió aplicada al circuit.
Quan s'aplica una tensió a través d'un circuit, els electrons comencen a fluir pel díode i el circuit s'alimenta.
El díode es pot pensar com un "interruptor unidireccional".
Quan el circuit està alimentat, el díode condueix el corrent, activant el circuit.
Quan no s'aplica cap tensió al circuit, el díode no condueix i el circuit s'apaga.
En aplicacions no lineals, el díode s'utilitza per amplificar o augmentar l'amplitud o la força d'un senyal.
Per exemple, si un circuit utilitza un senyal de baixa freqüència per controlar alguna cosa (com encendre o apagar un motor), el mateix circuit pot ser apagat pel senyal.
Però si el senyal és prou alt (com un to de marcatge telefònic o la música d'una emissora de ràdio), el díode es pot utilitzar per amplificar i encendre el circuit, permetent que sigui controlat pel senyal de freqüència més alta.
Com funcionen els díodes d'alta tensió?
Quan s'aplica una alta tensió a a diode, comença a conduir.
Tanmateix, com que la tensió és massa alta, els electrons atrapats dins del díode no poden alliberar la seva energia en quantitats suficients per alliberar-se del seu confinament.
Com a resultat, el díode condueix una mica, però no prou per alimentar el circuit.
Quan s'aplica una baixa tensió a les portes d'un parell de transistors que controlen la tensió aplicada a través d'un circuit (anomenat circuit d'escala), el senyal es deixa passar sense regulació.
Tanmateix, quan hi ha massa poca tensió al circuit de l'escala i els díodes no condueixen prou corrent, el senyal no es permet i el circuit s'apaga.
Això es pot utilitzar per alimentar circuits senzills i pot ser útil per a classificadors, ordinadors i temporitzadors.
Com calcular el llindar de tensió d'un díode
Suposem que connecteu un díode a una font d'alimentació de 12 volts i voleu saber si conduirà (proporciona energia) a una tensió baixa.
L'equació per calcular la tensió de ruptura (VOM) d'un dispositiu semiconductor és la següent: en aquesta equació, "VOH" és la tensió a través del dispositiu quan es trenca, "VOHSC" és la tensió llindar del díode quan condueix, "I" és el corrent que passa pel díode, "E" és la tensió del camp elèctric a través del díode i "n" és el nombre d'electrons del díode.
Per determinar el llindar de tensió del díode, cal conèixer la tensió de ruptura del díode.
Podeu trobar aquest valor utilitzant l'equació anterior.
La tensió de ruptura d'un díode d'unió pn de silici típic és d'1.5 volts.
Això vol dir que quan la tensió a través del díode és d'1.5 volts, el díode es trencarà i començarà a conduir corrent.