Diodit ovat nykyään yksi yleisimmistä elektroniikkalaitteissa käytetyistä puolijohdelaiteista.
He ovat myös yksi väärinymmärretyistä.
Loppujen lopuksi diodeja kutsutaan usein "yksisuuntaisiksi porteiksi" tai "varasporteiksi", kun puhutaan niiden toiminnasta.
Kun diodi katkaistaan ulkoisesta jännitteestä, sen sisällä olevat elektronit jäävät loukkuun eivätkä voi paeta uudelleen.
Sellaisenaan tämä vangitsee virran, joka kulkee piirin tietyn osan läpi sisällä ilman ulospääsyä paitsi vastakkaisen liittimen tai paluutien kautta (siten nimi ohittaa nimen).
Kuitenkin, kun diodit mainitaan elektroniikan yhteydessä, ne voivat olla hämmentäviä.
Tämä johtuu siitä, että monet ihmiset pitävät niitä lineaarisina laitteina – vaikka itse asiassa niillä on epälineaarinen käyttäytyminen, mikä tekee niistä paljon monipuolisempia kuin pelkkä päälle/pois-kytkin.
Aivan kuten musiikki-instrumentilla on monia käyttötarkoituksia nuottien soittamisen lisäksi, diodi palvelee monia muitakin tarkoituksia kuin vain sähkövirran kytkeminen päälle ja pois.
Katsotaanpa, miten diodit toimivat, jotta ymmärrät kuinka niitä voidaan käyttää ja mitä ainutlaatuisia ominaisuuksia niillä on, jotka tekevät niistä niin hyödyllisiä elektronisia piirejä.
Mikä on diodi?
Diodit ovat yksisuuntaisia sähköisiä shuntteja.
Diodi on elektronisesti ohjattu kaksisuuntainen kytkin, joka sallii virran kulkea yhteen suuntaan vain tietyissä olosuhteissa.
Kun virta kulkee vain yhteen suuntaan diodin läpi, sen kaksi puolijohteen "sormea" on kytketty yhteen.
Kun virta kulkee toiseen suuntaan, kaksi sormea on eristetty toisistaan eikä virta kulje.
Diodit on valmistettu kahdesta puolijohtavasta materiaalista, jotka on yleensä järjestetty "sandwich"-tyyliin estämään elektroneja virtaamasta molempiin suuntiin.
Pieni määrä virtaa tietyissä olosuhteissa voi haihduttaa ylimääräisen energiansa lämpönä, jolloin elektronit voivat virrata diodin läpi yhteen suuntaan – vaikka diodin yli oleva jännite olisi paljon suurempi kuin toiselle puolelle syötetty jännite.
Koska diodin aktiivinen alue sallii elektronien virtauksen vain yhteen suuntaan, kun taas ulompi alue estää niitä virtaamasta takaisin, sitä kuvataan yksisuuntaiseksi sähköiseksi shunttiksi.
Diodeissa on positiiviset ja negatiiviset liittimet
Diodin kaksi päätä on merkitty + ja – osoittamaan, että sillä ei ole sisäistä napaisuutta.
Kun jännite syötetään diodin päihin, tätä kutsutaan oikosulku- tai "negatiiviseksi" testaukseksi.
Diodit eivät ole polarisoituja kuten tavalliset polarisoidut sähköjohdot – päitä käytetään vain testaukseen ja diodin keskiosa on neutraali ("ei napaisuutta") ja se on kytketty piirielementteihin.
Elektroniikassa diodin positiivinen napa on yleensä anodi ja negatiivinen katodi.
Kokous ei kuitenkaan ole kiveen hakattu.
Joissakin piireissä negatiivinen napa on katodi ja positiivinen napa anodi.
Esimerkiksi an LED-piiri, negatiivinen napa on katodi, mutta akkupiirissä negatiivinen napa on anodi.
Diodeja on monenlaisia
Elektroniikassa käytettäviksi on saatavilla monia erilaisia diodeja.
Useimmat diodit ovat puolijohteita, mutta on myös tasasuuntaajia, valodiodeja ja transistoreita, jotka toimivat diodeina.
Oikean diodityypin valitseminen tietylle piirille on tärkeää haluttujen tulosten saamiseksi.
Joitakin tärkeitä diodityyppejä ovat: – Nopeat tasasuuntaajat: Nämä diodit johtavat sähköä erittäin nopeasti, mikä mahdollistaa korkeataajuiset sovellukset.
– Vakiotasasuuntaajat: Nämä diodit johtavat sähköä hitaammin, mikä mahdollistaa matalataajuiset sovellukset.
– Schottky Barrier Rectifiers: Näissä diodeissa on sisäänrakennettu Schottky-diodi, joka estää niitä johtamasta taaksepäin.
– Valodiodit: Nämä laitteet muuttavat valon sähköksi, mikä tekee niistä hyödyllisiä tunnistussovelluksissa.
Diodilla on erilaiset jännitekynnykset, ominaisuudet ja läpilyöntijännitteet
Vaikka diodit ovat edelleen yksisuuntaisia sähköisiä shunteja, niillä on tyypillisesti erittäin korkea läpilyöntijännite (yli 1 megavoltti) ja läpilyöntijännitteen kynnys (alennettu jännite, joka vaaditaan rikkoutumisen aloittamiseen), mikä tekee niistä sopivia tietyntyyppisiin sovelluksiin.
Nämä kynnysparametrit riippuvat käytetyn diodin tyypistä ja niitä voidaan muuttaa erityyppisten diodien luomiseksi.
Esimerkiksi nopealla tasasuuntaajadiodilla on läpilyöntijännitteen kynnys noin 0.3 volttia.
Tämä tarkoittaa, että jos diodin yli oleva jännite on alle 0.3 volttia, diodi ei johda ja piiri pysyy alkuperäisessä tilassaan.
Jos piiri yrittää ottaa lisää virtaa ja jännite piirissä kasvaa, diodin läpilyöntijännitteen kynnys täyttyy ja diodi alkaa johtaa virtaa vastakkaiseen suuntaan.
Diodeja voidaan käyttää lineaarisissa tai epälineaarisissa sovelluksissa
Yksi diodien ainutlaatuinen ominaisuus on, että niitä voidaan käyttää lineaarisissa tai epälineaarisissa sovelluksissa.
Lineaarisissa sovelluksissa käytettäessä diodia käytetään kytkimenä.
Toisin sanoen se johtaa virtaa yhteen suuntaan riippuen piiriin syötetystä jännitteestä.
Kun piiriin syötetään jännite, elektronit alkavat virrata diodin läpi ja piiri saa virtansa.
Diodia voidaan pitää "yksisuuntaisena kytkimenä".
Kun piiri saa virtaa, diodi johtaa virtaa ja kytkee piirin päälle.
Kun piiriin ei syötetä jännitettä, diodi ei johda ja virta katkeaa.
Epälineaarisissa sovelluksissa diodia käytetään vahvistamaan tai lisäämään signaalin amplitudia tai voimakkuutta.
Jos piiri esimerkiksi käyttää matalataajuista signaalia ohjaamaan jotain (kuten moottorin käynnistämistä tai sammuttamista), signaali voi sammuttaa itse piirin.
Mutta jos signaali on riittävän korkea (kuten puhelimen valintaääni tai musiikki radioasemalta), diodia voidaan käyttää vahvistamaan ja kytkemään piirin virta päälle, jolloin sitä voidaan ohjata korkeataajuisella signaalilla.
Kuinka korkeajännitediodit toimivat?
Kun a:n yli syötetään korkea jännite diodi, se alkaa toimia.
Kuitenkin, koska jännite on liian korkea, diodiin loukkuun jääneet elektronit eivät voi vapauttaa energiaansa riittävässä määrin päästäkseen irti rajoituksestaan.
Tämän seurauksena diodi johtaa vähän, mutta ei tarpeeksi virtaa piiriin.
Kun alhainen jännite syötetään transistoriparin hilaihin, jotka ohjaavat piirin yli syötettyä jännitettä (kutsutaan tikapuupiiriksi), signaalin annetaan kulkea säätelemättömästi.
Kuitenkin, kun tikkaiden piirissä on liian pieni jännite ja diodit eivät johda tarpeeksi virtaa, signaalia ei päästetä läpi ja virta katkeaa.
Tätä voidaan käyttää yksinkertaisten piirien virtalähteenä ja siitä voi olla hyötyä lajittelijoille, tietokoneille ja ajastimille.
Kuinka laskea diodin jännitekynnys
Oletetaan, että liität diodin 12 voltin virtalähteeseen ja haluat tietää, johtaako se (antaa tehoa) matalalla jännitteellä.
Puolijohdelaitteen läpilyöntijännitteen (VOM) laskemiseen käytettävä yhtälö on seuraava: Tässä yhtälössä "VOH" on jännite laitteen yli, kun se hajoaa, "VOHSC" on diodin kynnysjännite, kun se johtaa, "I" on virta diodin läpi, "E" on sähkökentän jännite diodin yli ja "n" on elektronien lukumäärä diodissa.
Diodin jännitekynnyksen määrittämiseksi sinun on tiedettävä diodin läpilyöntijännite.
Löydät tämän arvon käyttämällä yllä olevaa yhtälöä.
Tyypillisen pii-pn-liitosdiodin läpilyöntijännite on 1.5 volttia.
Tämä tarkoittaa, että kun jännite diodin yli on 1.5 volttia, diodi hajoaa ja alkaa johtaa virtaa.