A diódák ma az egyik legelterjedtebb félvezető eszköz, amelyet az elektronikai berendezésekben használnak.
Ők az egyik legfélreértettebbek is.
Végül is a diódákat gyakran „egyirányú kapuknak” vagy „lopáskapuknak” nevezik, amikor a működésükről beszélünk.
Ha egy diódát lekapcsolnak a külső feszültségről, a benne lévő elektronok bent maradnak, és nem tudnak újra kiszabadulni.
Mint ilyen, ez megfogja az áramkör azon belüli részén átfolyó áramát, és nincs kiút, kivéve az ellenkező terminálon vagy a visszatérési úton (így a név megkerüli a nevet).
Ha azonban a diódákat az elektronikával együtt említik, azok zavaróak lehetnek.
Ennek az az oka, hogy sokan lineáris eszközöknek tekintik őket – pedig valójában nemlineáris viselkedésük van, ami sokkal sokoldalúbbá teszi őket, mint egy egyszerű be-/kikapcsoló.
Hasonlóan ahhoz, ahogy egy hangszernek a hangjegyek lejátszásán túl többféle felhasználása is van, a dióda az elektromos áram be- és kikapcsolásán túl számos más célra is szolgál.
Vessünk egy pillantást a diódák működésére, hogy megértse, hogyan használhatók, és milyen egyedi tulajdonságokkal rendelkeznek, amelyek ilyen hasznos elektronikus áramkörökké teszik őket.
Mi az a dióda?
A diódák egyirányú elektromos söntök.
A dióda egy elektronikusan vezérelt kétirányú kapcsoló, amely csak bizonyos feltételek mellett teszi lehetővé az áram egyirányú áramlását.
Ha az áram csak egy irányba folyik egy diódán keresztül, akkor a két félvezető „ujja” össze van kötve.
Ha az áram a másik irányba folyik, a két ujj el van szigetelve egymástól, és nem folyik áram.
A diódák két félvezető anyagból készülnek, amelyeket általában „szendvics” módon helyeznek el, hogy megakadályozzák az elektronok mindkét irányú áramlását.
Egy kis mennyiségű áram bizonyos körülmények között a felesleges energiáját hőként disszipálja, lehetővé téve az elektronok egyik irányban történő átáramlását a diódán – még akkor is, ha a diódán lévő feszültség sokkal nagyobb, mint a másik oldalon lévő feszültség.
Mivel a dióda aktív tartománya csak egy irányba engedi az elektronokat, míg a külső tartomány blokkolja őket a visszaáramlástól, egyirányú elektromos söntként írják le.
A diódák pozitív és negatív kivezetésekkel rendelkeznek
A dióda két vége + és – jelekkel van ellátva, jelezve, hogy nincs belső polaritása.
Amikor feszültséget kapcsolunk a dióda végeire, ezt rövidzárlati vagy „negatív” tesztelésnek nevezik.
A diódák nem polarizáltak, mint a normál polarizált elektromos vezetékek – a végeit csak tesztelésre használják, a dióda közepe pedig semleges („nincs polaritás”), és az áramkör elemeihez csatlakozik.
Az elektronikában a dióda pozitív pólusa általában az anód, a negatív pedig a katód.
Az egyezmény azonban nincs kőbe vésve.
Egyes áramkörökben a negatív kapocs a katód, a pozitív pedig az anód.
Például egy LED áramkör, a negatív pólus a katód, de akkumulátor áramkörben a negatív pólus az anód.
Sokféle dióda létezik
Sokféle dióda létezik az elektronikában való használatra.
A legtöbb dióda félvezető típusú, de vannak egyenirányítók, fotodiódák és tranzisztorok is, amelyek diódaként működnek.
A kívánt eredmény elérése érdekében fontos, hogy egy adott áramkörhöz megfelelő diódatípust válasszunk.
Néhány fontos diódatípus: – Gyors egyenirányítók: Ezek a diódák nagyon gyorsan vezetik az áramot, ami lehetővé teszi a nagyfrekvenciás alkalmazásokat.
– Szabványos egyenirányítók: Ezek a diódák lassabban vezetik az elektromosságot, ami lehetővé teszi az alacsony frekvenciájú alkalmazásokat.
– Schottky Barrier egyenirányítók: Ezek a diódák beépített Schottky-diódával rendelkeznek, amely megakadályozza, hogy visszafelé vezessenek.
– Fotodiódák: Ezek az eszközök a fényt elektromos árammá alakítják, így hasznosak az érzékelési alkalmazásokban.
A diódák különböző feszültségküszöbökkel, jellemzőkkel és áttörési feszültségekkel rendelkeznek
Bár a diódák egyirányú elektromos sönt maradnak, jellemzően nagyon magas áttörési feszültségük (nagyobb, mint 1 megavolt) és áttörési feszültségküszöbük (csökkent feszültség szükséges a leállás megkezdéséhez), ami bizonyos típusú alkalmazásokhoz alkalmassá teszi őket.
Ezek a küszöbparaméterek a használt dióda típusától függenek, és különféle típusú diódák létrehozásához módosíthatók.
Például egy gyors egyenirányító dióda áttörési feszültségküszöbe körülbelül 0.3 volt.
Ez azt jelenti, hogy ha a feszültség a diódán kisebb, mint 0.3 volt, a dióda nem vezet, és az áramkör az eredeti állapotában marad.
Ha az áramkör megpróbál több áramot felvenni, és az áramkörön lévő feszültség megnő, akkor a dióda áttörési feszültségének küszöbértéke teljesül, és a dióda az ellenkező irányba kezd áramot vezetni.
A diódák lineáris vagy nemlineáris alkalmazásokban használhatók
A diódák egyik egyedülálló tulajdonsága, hogy lineáris és nemlineáris alkalmazásokban is használhatók.
Lineáris alkalmazásokban a diódát kapcsolóként használják.
Más szóval, az áramkörre adott feszültségtől függően egy irányba vezeti az áramot.
Ha egy áramkörre feszültséget kapcsolunk, az elektronok elkezdenek átfolyni a diódán, és az áramkör áram alá kerül.
A diódát „egyirányú kapcsolónak” tekinthetjük.
Amikor az áramkör áram alatt van, a dióda áramot vezet, bekapcsolja az áramkört.
Ha nincs feszültség az áramkörben, a dióda nem vezet, és az áramkör kikapcsol.
A nemlineáris alkalmazásokban a diódát a jel amplitúdójának vagy erősségének erősítésére vagy növelésére használják.
Például, ha egy áramkör alacsony frekvenciájú jelet használ valami vezérlésére (például egy motor be- vagy kikapcsolására), akkor magát az áramkört is kikapcsolhatja a jel.
De ha a jel elég magas (például egy telefon tárcsahangja vagy egy rádióállomás zene), a dióda felhasználható az áramkör erősítésére és bekapcsolására, lehetővé téve a magasabb frekvenciájú jel általi vezérlését.
Hogyan működnek a nagyfeszültségű diódák?
Ha nagy feszültséget kapcsolunk a dióda, elkezdi vezetni.
Mivel azonban a feszültség túl magas, a diódában rekedt elektronok nem tudják elegendő mennyiségben felszabadítani energiájukat ahhoz, hogy kiszabaduljanak bezártságukból.
Ennek eredményeként a dióda vezet egy kicsit, de nem elég ahhoz, hogy táplálja az áramkört.
Ha alacsony feszültséget kapcsolnak egy tranzisztorpár kapujára, amelyek az áramkörön keresztül vezérelt feszültséget szabályozzák (úgynevezett létraáramkör), a jel szabályozatlanul áthaladhat.
Ha azonban túl kicsi a feszültség a létraáramkörben, és a diódák nem vezetnek elegendő áramot, a jel nem jut át, és az áramkör kikapcsol.
Ez egyszerű áramkörök táplálására használható, és hasznos lehet válogatóknál, számítógépeknél és időzítőknél.
Hogyan számítsuk ki a dióda feszültségküszöbét
Tegyük fel, hogy csatlakoztat egy diódát egy 12 voltos áramforráshoz, és szeretné tudni, hogy vezet-e (áramot biztosít-e) alacsony feszültségen.
A félvezető eszköz áttörési feszültségének (VOM) kiszámításának egyenlete a következő: Ebben az egyenletben a „VOH” a feszültség az eszközön, amikor az meghibásodik, a „VOHSC” a dióda küszöbfeszültsége, amikor az vezet, Az „I” a diódán áthaladó áram, az „E” a diódán áthaladó elektromos tér feszültsége, az „n” pedig a diódában lévő elektronok száma.
A dióda feszültségküszöbének meghatározásához ismernie kell a dióda áttörési feszültségét.
Ezt az értéket a fenti egyenlet segítségével találhatja meg.
Egy tipikus szilícium pn átmenet dióda áttörési feszültsége 1.5 volt.
Ez azt jelenti, hogy amikor a feszültség a diódán 1.5 volt, a dióda meghibásodik és áramot kezd vezetni.