Diody jsou dnes jedním z nejběžnějších polovodičových zařízení používaných v elektronických zařízeních.
Jsou také jedním z nejvíce nepochopených.
Koneckonců, diody jsou často označovány jako „jednosměrné brány“ nebo „ukrást brány“, když mluvíme o jejich provozu.
Když je dioda odříznuta od vnějšího napětí, elektrony v ní uvíznou uvnitř a nemohou znovu uniknout.
Jako takové to zachycuje proud protékající tou konkrétní částí obvodu uvnitř bez žádné cesty ven kromě opačného terminálu nebo zpětné cesty (takže název obchází název).
Když jsou však diody zmíněny ve spojení s elektronikou, mohou být matoucí.
Je to proto, že je mnoho lidí považuje za lineární zařízení – i když ve skutečnosti mají nelineární chování, díky kterému jsou mnohem všestrannější než jen jednoduchý vypínač.
Podobně jako hudební nástroj má více použití než hraní not, dioda slouží mnoha účelům, než je pouhé zapínání a vypínání elektrického proudu.
Pojďme se podívat na to, jak diody fungují, abyste pochopili, jak je lze použít a jaké jedinečné vlastnosti mají, díky nimž jsou tak užitečné části elektronických obvodů.
Co je to dioda?
Diody jsou jednosměrné elektrické bočníky.
Dioda je elektronicky řízený dvoucestný spínač, který umožňuje proudění proudu v jednom směru pouze za určitých podmínek.
Když proud teče diodou pouze jedním směrem, její dva polovodičové „prsty“ jsou spojeny dohromady.
Když proud teče opačným směrem, dva prsty jsou od sebe izolovány a neteče žádný proud.
Diody jsou vyrobeny ze dvou polovodičových materiálů, které jsou obvykle uspořádány „sendvičovým“ způsobem, aby blokovaly tok elektronů v obou směrech.
Malé množství proudu za určitých podmínek může rozptýlit svou přebytečnou energii jako teplo, což umožní elektronům protékat diodou v jednom směru – i když napětí na diodě je mnohem vyšší než napětí aplikované na druhou stranu.
Protože aktivní oblast diody umožňuje proudění elektronů pouze v jednom směru, zatímco vnější oblast jim brání v toku zpět, je popsána jako jednosměrný elektrický zkrat.
Diody mají kladné a záporné póly
Dva konce diody jsou označeny + a –, což znamená, že dioda nemá žádnou vnitřní polaritu.
Když se na konce diody přivede napětí, nazývá se to zkratové nebo „negativní“ testování.
Diody nejsou polarizované jako normální polarizované elektrické vedení – konce se používají pouze pro testování a střed diody je neutrální („bez polarity“) a je připojen k obvodovým prvkům.
V elektronice je kladný pól diody obvykle anoda a záporný pól je katoda.
Úmluva však není vytesána do kamene.
V některých obvodech je záporným pólem katoda a kladným pólem je anoda.
Například v an LED obvod, záporný pól je katoda, ale v obvodu baterie je záporný pól anoda.
Existuje mnoho typů diod
Existuje mnoho různých typů diod dostupných pro použití v elektronice.
Většina diod je polovodičové odrůdy, ale existují také usměrňovače, fotodiody a tranzistory, které fungují jako diody.
Výběr správného typu diody pro konkrétní obvod je důležitý pro dosažení požadovaných výsledků.
Některé důležité typy diod zahrnují: – Rychlé usměrňovače: Tyto diody vedou elektřinu velmi rychle, což umožňuje vysokofrekvenční aplikace.
– Standardní usměrňovače: Tyto diody vedou elektřinu pomaleji, což umožňuje nízkofrekvenční aplikace.
– Schottkyho bariérové usměrňovače: Tyto diody mají vestavěnou Schottkyho diodu, která jim brání ve zpětném vedení.
– Fotodiody: Tato zařízení přeměňují světlo na elektřinu, díky čemuž jsou užitečná při aplikacích snímání.
Diody mají různé prahové hodnoty napětí, charakteristiky a průrazná napětí
Přestože diody zůstávají jednosměrnými elektrickými bočníky, mají obvykle velmi vysoké průrazné napětí (větší než 1 megavolt) a práh průrazného napětí (snížené napětí potřebné k zahájení průrazu), díky čemuž jsou vhodné pro určité typy aplikací.
Tyto prahové parametry jsou závislé na typu použité diody a lze je změnit za účelem vytvoření různých typů diod.
Například rychlá usměrňovací dioda má práh průrazného napětí asi 0.3 voltu.
To znamená, že pokud je napětí na diodě nižší než 0.3 voltu, dioda nevede a obvod zůstane v původním stavu.
Pokud se obvod pokusí odebírat více proudu a napětí v obvodu se zvýší, je prahová hodnota průrazného napětí diody splněna a dioda začne vést proud v opačném směru.
Diody lze použít v lineárních nebo nelineárních aplikacích
Jednou z unikátních vlastností diod je, že mohou být použity v lineárních nebo nelineárních aplikacích.
Při použití v lineárních aplikacích se dioda používá jako spínač.
Jinými slovy, vede proud v jednom směru v závislosti na napětí aplikovaném na obvod.
Když je na obvod přivedeno napětí, elektrony začnou procházet diodou a obvod je napájen.
Diodu lze považovat za „jednosměrný spínač“.
Když je obvod napájen, dioda vede proud, čímž se obvod zapne.
Když není v obvodu přivedeno žádné napětí, dioda nevede a obvod je vypnutý.
V nelineárních aplikacích se dioda používá k zesílení nebo zvýšení amplitudy nebo síly signálu.
Pokud například obvod používá k ovládání něčeho (jako je zapínání nebo vypínání motoru) nízkofrekvenční signál, může být samotný obvod signálem vypnut.
Je-li však signál dostatečně vysoký (např. telefonní oznamovací tón nebo hudba z rozhlasové stanice), lze diodu použít k zesílení a zapnutí napájení obvodu, což umožňuje jeho ovládání signálem vyšší frekvence.
Jak fungují vysokonapěťové diody?
Při použití vysokého napětí přes a dioda, začíná se řídit.
Protože je však napětí příliš vysoké, elektrony zachycené v diodě nemohou uvolnit svou energii v dostatečném množství, aby se uvolnily ze svého zadržení.
Výsledkem je, že dioda vede trochu, ale ne natolik, aby napájela obvod.
Když je na hradla páru tranzistorů, které řídí napětí aplikované přes obvod (nazývaný žebříkový obvod), přivedeno nízké napětí, signál může procházet neregulovaně.
Pokud je však v žebříkovém obvodu příliš malé napětí a diody nevedou dostatečný proud, signál nebude propuštěn a obvod se vypne.
To lze použít k napájení jednoduchých obvodů a může být užitečné pro třídiče, počítače a časovače.
Jak vypočítat prahovou hodnotu napětí pro diodu
Předpokládejme, že připojíte diodu k 12voltovému zdroji energie a chcete vědět, zda bude vést (poskytovat energii) při nízkém napětí.
Rovnice pro výpočet průrazného napětí (VOM) polovodičového zařízení je následující: V této rovnici je „VOH“ napětí na zařízení, když se porouchá, „VOHSC“ je prahové napětí diody, když vede, „I“ je proud procházející diodou, „E“ je napětí elektrického pole na diodě a „n“ je počet elektronů v diodě.
K určení prahu napětí diody potřebujete znát průrazné napětí diody.
Tuto hodnotu zjistíte pomocí výše uvedené rovnice.
Průrazné napětí typické křemíkové PN přechodové diody je 1.5 voltu.
To znamená, že když je napětí na diodě 1.5 voltu, dioda se rozpadne a začne vést proud.