Dioodid on tänapäeval elektroonikaseadmetes üks levinumaid pooljuhtseadmeid.
Nad on ka ühed kõige valesti mõistetud.
Lõppude lõpuks nimetatakse dioode nende tööst rääkides sageli "ühesuunalisteks väravateks" või "varaväravateks".
Kui diood on välispingest välja lülitatud, jäävad selle sees olevad elektronid sisemusse kinni ega pääse enam välja.
Sellisena püüab see kinni voolu, mis voolab läbi vooluahela selle konkreetse osa sees, ilma väljapääsuta, välja arvatud vastasklemm või tagasivoolutee (seega nimi läheb nimest mööda).
Kui aga dioode mainitakse koos elektroonikaga, võivad need olla segadusttekitavad.
Seda seetõttu, et paljud inimesed peavad neid lineaarseteks seadmeteks, kuigi tegelikult on neil mittelineaarne käitumine, mis muudab need palju mitmekülgsemaks kui lihtsalt sisse- ja väljalülitamine.
Sarnaselt sellele, kuidas muusikariistal on peale nootide esitamise mitu kasutust, teenib diood paljusid eesmärke peale elektrivoolu sisse- ja väljalülitamise.
Vaatame, kuidas dioodid töötavad, et mõistaksite, kuidas neid saab kasutada ja millised ainulaadsed omadused neil on, mis muudavad need nii kasulikeks elektroonikalülitusteks.
Mis on diood?
Dioodid on ühesuunalised elektrilised šundid.
Diood on elektrooniliselt juhitav kahesuunaline lüliti, mis võimaldab voolul liikuda ühes suunas ainult teatud tingimustel.
Kui vool liigub läbi dioodi ainult ühes suunas, on selle kaks pooljuhi "sõrme" omavahel ühendatud.
Kui vool voolab teistpidi, on kaks sõrme teineteisest isoleeritud ja vool ei voola.
Dioodid on valmistatud kahest pooljuhtmaterjalist, mis on tavaliselt paigutatud "võileiva" viisil, et blokeerida elektronide liikumist mõlemas suunas.
Väike kogus voolu võib teatud tingimustel hajutada oma liigset energiat soojusena, võimaldades elektronidel voolata läbi dioodi ühes suunas – isegi kui pinge dioodil on palju kõrgem kui teisele poolele rakendatav pinge.
Kuna dioodi aktiivne piirkond võimaldab elektronidel voolata ainult ühes suunas, samas kui välimine piirkond blokeerib nende tagasivoolu, kirjeldatakse seda kui ühesuunalist elektrilist šunti.
Dioodidel on positiivsed ja negatiivsed klemmid
Dioodi kaks otsa on tähistatud + ja – märgistega, mis näitavad, et sellel puudub sisemine polaarsus.
Kui dioodi otstele rakendatakse pinget, nimetatakse seda lühise- või "negatiivseks" testimiseks.
Dioodid ei ole polariseeritud nagu tavaline polariseeritud elektrijuhtmestik – otsad on mõeldud ainult testimiseks ja dioodi keskosa on neutraalne (polaarsus puudub) ja ühendatud vooluahela elementidega.
Elektroonikas on dioodi positiivne klemm tavaliselt anood ja negatiivne klemm katood.
Konventsioon pole aga kivisse raiutud.
Mõnes vooluringis on negatiivne klemm katood ja positiivne klemm anood.
Näiteks an LED-ahel, on negatiivne klemm katood, kuid akuahelas on negatiivne klemm anood.
Dioode on mitut tüüpi
Elektroonikas kasutamiseks on saadaval palju erinevat tüüpi dioode.
Enamik dioode on pooljuhtdioodid, kuid on ka alaldeid, fotodioode ja transistore, mis toimivad nagu dioodid.
Soovitud tulemuste saavutamiseks on oluline valida konkreetse vooluringi jaoks õige dioodi tüüp.
Mõned olulised diooditüübid on järgmised: – Kiired alaldid: need dioodid juhivad elektrit väga kiiresti, võimaldades kasutada kõrgsageduslikke rakendusi.
- Standardsed alaldid: need dioodid juhivad elektrit aeglasemalt, võimaldades kasutada madala sagedusega rakendusi.
– Schottky tõkkealaldid: nendel dioodidel on sisseehitatud Schottky diood, mis takistab nende tagasijuhtimist.
– Fotodioodid: need seadmed muudavad valguse elektriks, muutes need tuvastusrakendustes kasulikuks.
Dioodidel on erinevad pingeläved, omadused ja läbilöögipinged
Kuigi dioodid jäävad ühesuunalisteks elektrilisteks šuntideks, on neil tavaliselt väga kõrge läbilöögipinge (suurem kui 1 megavolt) ja läbilöögipinge lävi (rike käivitamiseks vajalik pinge on vähenenud), mis muudab need teatud tüüpi rakenduste jaoks sobivaks.
Need läviparameetrid sõltuvad kasutatava dioodi tüübist ja neid saab muuta erinevat tüüpi dioodide loomiseks.
Näiteks kiiralaldi dioodi läbilöögipinge lävi on umbes 0.3 volti.
See tähendab, et kui dioodi pinge on madalam kui 0.3 volti, siis diood ei juhi ja vooluahel jääb algsesse olekusse.
Kui vooluahel püüab tõmmata rohkem voolu ja vooluringi pinget suurendatakse, on dioodi läbilöögipinge lävi täidetud ja diood hakkab voolu juhtima vastupidises suunas.
Dioode saab kasutada lineaarsetes või mittelineaarsetes rakendustes
Dioodide ainulaadne omadus on see, et neid saab kasutada lineaarsetes või mittelineaarsetes rakendustes.
Lineaarsetes rakendustes kasutamisel kasutatakse dioodi lülitina.
Teisisõnu juhib see voolu ühes suunas sõltuvalt ahelale rakendatavast pingest.
Kui vooluahelale rakendatakse pinget, hakkavad elektronid läbi dioodi voolama ja vooluahel saab toite.
Dioodi võib pidada "ühesuunaliseks lülitiks".
Kui vooluring on sisse lülitatud, juhib diood voolu, lülitades vooluahela sisse.
Kui vooluahelale ei rakendata pinget, siis diood ei juhi ja vooluahel lülitatakse välja.
Mittelineaarsetes rakendustes kasutatakse dioodi signaali amplituudi või tugevuse võimendamiseks või suurendamiseks.
Näiteks kui vooluahel kasutab millegi juhtimiseks (nt mootori sisse- või väljalülitamiseks) madala sagedusega signaali, võib vooluahel ise olla signaaliga välja lülitatud.
Kuid kui signaal on piisavalt kõrge (nagu telefoni valimistoon või raadiojaama muusika), saab dioodi kasutada vooluahela võimendamiseks ja sisselülitamiseks, võimaldades seda juhtida kõrgema sagedusega signaaliga.
Kuidas kõrgepinge dioodid töötavad?
Kui a-le rakendatakse kõrgepinge diood, hakkab see läbi viima.
Kuid kuna pinge on liiga kõrge, ei suuda dioodis lõksus olevad elektronid vabastada oma energiat piisavas koguses, et oma kinnisusest vabaneda.
Selle tulemusena juhib diood veidi, kuid mitte piisavalt vooluahela toiteks.
Kui madalpinge rakendatakse transistoripaari väravatele, mis juhivad ahelale rakendatavat pinget (nimetatakse redeliahelaks), lastakse signaalil läbida reguleerimata.
Kui aga redeli vooluringis on liiga väike pinge ja dioodid ei juhi piisavalt voolu, ei lase signaal läbi ja vooluahel lülitatakse välja.
Seda saab kasutada lihtsate vooluahelate toiteks ja see võib olla kasulik sorteerijate, arvutite ja taimerite jaoks.
Kuidas arvutada dioodi pingelävi
Oletame, et ühendate dioodi 12-voldise toiteallikaga ja soovite teada, kas see juhib (annab toidet) madalal pingel.
Pooljuhtseadme läbilöögipinge (VOM) arvutamise võrrand on järgmine: selles võrrandis on "VOH" pinge seadmel selle purunemisel, "VOHSC" on dioodi lävipinge, kui see juhib, "I" on dioodi läbiv vool, "E" on dioodil oleva elektrivälja pinge ja "n" on elektronide arv dioodis.
Dioodi pingeläve määramiseks peate teadma dioodi läbilöögipinget.
Selle väärtuse leiate ülaltoodud võrrandi abil.
Tüüpilise räni pn-siirdedioodi läbilöögipinge on 1.5 volti.
See tähendab, et kui dioodi pinge on 1.5 volti, siis diood laguneb ja hakkab voolu juhtima.