ダイオードは、今日の電子機器で使用される最も一般的な半導体デバイスの XNUMX つです。
彼らはまた、最も誤解されているもののXNUMXつです。
結局、ダイオードの動作について話すとき、ダイオードはしばしば「一方向ゲート」または「スチールゲート」と呼ばれます。
ダイオードが外部電圧から切り離されると、ダイオード内の電子が内部に閉じ込められ、再び逃げることができなくなります。
そのため、これは回路の特定の部分を流れる電流を内部に閉じ込め、反対側の端子またはリターン パスを経由する以外に出口はありません (したがって、名前は名前をバイパスします)。
ただし、ダイオードが電子機器と関連して言及されると、混乱を招く可能性があります。
これは、多くの人がそれらを線形デバイスと考えているためです。実際には非線形動作を備えているため、単純なオン/オフ スイッチよりもはるかに汎用性があります。
楽器が音符を演奏する以外に複数の用途があるのと同じように、ダイオードは電流のオンとオフを切り替えるだけでなく、多くの目的を果たします。
ダイオードがどのように機能するかを見てみましょう。ダイオードがどのように使用され、どのようなユニークな特性がダイオードを非常に有用な電子回路にするのかを理解できます。
ダイオードとは？
ダイオードは一方向の電気シャントです。
ダイオードは、特定の条件下でのみ電流が一方向に流れるようにする電子制御の双方向スイッチです。
電流がダイオードを一方向にしか流れない場合、その XNUMX つの半導体の「指」が互いに接続されます。
電流が逆方向に流れている場合、XNUMX 本の指は互いに絶縁されており、電流は流れません。
ダイオードは、電子が両方向に流れるのを防ぐために、通常は「サンドイッチ」方式で配置された XNUMX つの半導体材料でできています。
特定の条件下での少量の電流は、余分なエネルギーを熱として放散し、ダイオードの両端の電圧が反対側に印加される電圧よりもはるかに高い場合でも、電子がダイオードを通って一方向に流れることができます。
ダイオードの活性領域は電子が一方向に流れることのみを許可し、外側の領域は電子が逆流するのをブロックするため、一方向電気シャントと呼ばれます。
ダイオードにはプラス端子とマイナス端子があります
ダイオードの両端には + と – のラベルが付いており、内部極性がないことを示しています。
電圧がダイオードの両端に印加されると、これは短絡または「負」テストと呼ばれます。
ダイオードは、通常の分極電気配線のように分極されていません。両端はテストのみに使用され、ダイオードの中央はニュートラル (「無極性」) であり、回路要素に接続されています。
電子機器では、ダイオードの正端子は通常アノードであり、負端子はカソードです。
ただし、慣習は決まったものではありません。
一部の回路では、マイナス端子がカソードで、プラス端子がアノードです。
たとえば、 LED回路、マイナス端子はカソードですが、バッテリー回路では、マイナス端子はアノードです。
ダイオードにはたくさんの種類があります
電子機器で使用できるさまざまな種類のダイオードがあります。
ほとんどのダイオードは半導体の種類ですが、ダイオードのように機能する整流器、フォトダイオード、およびトランジスタもあります。
特定の回路に適したタイプのダイオードを選択することは、目的の結果を得るために重要です。
いくつかの重要なダイオードの種類は次のとおりです。 – 高速整流器: これらのダイオードは非常に高速に電気を伝導するため、高周波アプリケーションが可能になります。
– 標準整流器: これらのダイオードはよりゆっくりと電気を伝導し、低周波アプリケーションを可能にします。
– ショットキー バリア整流器: これらのダイオードには、逆方向の導通を防ぐショットキー ダイオードが組み込まれています。
– フォトダイオード: これらのデバイスは光を電気に変換するため、センシング アプリケーションに役立ちます。
ダイオードには、さまざまな電圧しきい値、特性、およびブレークダウン電圧があります
ダイオードは一方向電気シャントのままですが、通常、非常に高いブレークダウン電圧 (1 メガボルトを超える) とブレークダウン電圧しきい値 (ブレークダウンを開始するために必要な電圧の低下) を備えているため、特定のタイプのアプリケーションに適しています。
これらのしきい値パラメータは、使用されているダイオードのタイプに依存しており、変更してさまざまなタイプのダイオードを作成できます。
一例として、高速整流ダイオードの降伏電圧閾値は約 0.3 ボルトです。
これは、ダイオード両端の電圧が 0.3 ボルトより低い場合、ダイオードは導通せず、回路は元の状態のままであることを意味します。
回路がより多くの電流を引き出そうとし、回路全体の電圧が上昇すると、ダイオードのブレークダウン電圧しきい値が満たされ、ダイオードは反対方向に電流を流し始めます。
ダイオードは線形または非線形アプリケーションで使用可能
ダイオードのユニークな機能の XNUMX つは、線形または非線形のアプリケーションで使用できることです。
線形アプリケーションで使用する場合、ダイオードはスイッチとして使用されます。
つまり、回路に印加される電圧に応じて一方向に電流が流れます。
回路に電圧が印加されると、電子がダイオードを通って流れ始め、回路に電力が供給されます。
ダイオードは「一方向スイッチ」と考えることができます。
回路に電力が供給されると、ダイオードに電流が流れ、回路がオンになります。
回路に電圧が印加されていない場合、ダイオードは導通せず、回路の電源がオフになります。
非線形アプリケーションでは、ダイオードは信号の振幅または強度を増幅または増加させるために使用されます。
たとえば、回路が低周波信号を使用して何かを制御する場合 (モーターのオン/オフなど)、回路自体の電源がその信号によってオフになることがあります。
しかし、信号が十分に高い場合 (電話のダイヤル トーンやラジオ局からの音楽など)、ダイオードを使用して増幅し、回路の電源をオンにして、より高い周波数の信号によって回路を制御できるようにします。
高電圧ダイオードはどのように機能しますか?
両端に高電圧がかかると ダイオード、それは実行を開始します。
ただし、電圧が高すぎるため、ダイオード内に閉じ込められた電子は、閉じ込められた状態から抜け出すのに十分な量のエネルギーを放出できません。
その結果、ダイオードは少し導通しますが、回路に電力を供給するには十分ではありません。
回路 (ラダー回路と呼ばれる) に印加される電圧を制御する一対のトランジスタのゲートに低電圧が印加されると、信号は調整されずに通過します。
ただし、ラダー回路の電圧が低すぎてダイオードが十分な電流を流していない場合、信号は通過できず、回路の電源がオフになります。
これは単純な回路に電力を供給するために使用でき、ソーター、コンピューター、およびタイマーに役立ちます。
ダイオードの電圧しきい値を計算する方法
ダイオードを 12 ボルトの電源に接続し、それが低電圧で導通する (電力を供給する) かどうかを知りたいとします。
半導体デバイスのブレークダウン電圧 (VOM) を計算するための式は次のとおりです。 「I」はダイオードを流れる電流、「E」はダイオードにかかる電界の電圧、「n」はダイオード内の電子の数です。
ダイオードの電圧しきい値を決定するには、ダイオードのブレークダウン電圧を知る必要があります。
この値は、上記の式を使用して見つけることができます。
典型的なシリコン pn 接合ダイオードのブレークダウン電圧は 1.5 ボルトです。
これは、ダイオード両端の電圧が 1.5 ボルトになると、ダイオードがブレークダウンして電流を流し始めることを意味します。