Diodai yra vienas iš labiausiai paplitusių puslaidininkinių įtaisų, šiandien naudojamų elektroninėje įrangoje.
Jie taip pat yra vieni iš labiausiai nesuprastų.
Juk kalbant apie jų veikimą, diodai dažnai vadinami „vienpusiais vartais“ arba „pavogti vartais“.
Kai diodas atjungiamas nuo išorinės įtampos, jame esantys elektronai įstringa viduje ir nebegali ištrūkti.
Tokiu būdu tai sulaiko srovę, tekančią per tą konkrečią grandinės dalį viduje, be jokios išeities, išskyrus per priešingą gnybtą arba grįžtamąjį kelią (taigi pavadinimas aplenkia pavadinimą).
Tačiau kai diodai minimi kartu su elektronika, jie gali sukelti painiavą.
Taip yra todėl, kad daugelis žmonių juos laiko linijiniais įrenginiais, nors iš tikrųjų jie turi netiesinį elgesį, todėl jie yra daug universalesni nei paprastas įjungimo / išjungimo jungiklis.
Panašiai kaip muzikos instrumentas gali būti naudojamas ne tik natomis, bet ir įvairiais tikslais, o ne tik įjungti ir išjungti elektros srovę.
Pažiūrėkime, kaip veikia diodai, kad suprastumėte, kaip juos galima naudoti ir kokių unikalių savybių jie turi, dėl kurių jie yra tokie naudingi elektroninės grandinės elementai.
Kas yra diodas?
Diodai yra vienpusiai elektriniai šuntai.
Diodas yra elektroniniu būdu valdomas dvipusis jungiklis, leidžiantis srovei tekėti viena kryptimi tik tam tikromis sąlygomis.
Kai srovė teka tik viena kryptimi per diodą, du jo puslaidininkiniai „pirštai“ yra sujungti.
Kai srovė teka į kitą pusę, du pirštai yra izoliuoti vienas nuo kito ir srovė neteka.
Diodai yra pagaminti iš dviejų puslaidininkių medžiagų, kurios paprastai yra išdėstytos "sumuštinio" būdu, kad blokuotų elektronų srautą abiem kryptimis.
Nedidelis srovės kiekis tam tikromis sąlygomis gali išsklaidyti perteklinę energiją kaip šilumą, todėl elektronai gali tekėti per diodą viena kryptimi, net jei įtampa per diodą yra daug didesnė už įtampą, taikomą kitoje pusėje.
Kadangi diodo aktyvioji sritis leidžia elektronams tekėti tik viena kryptimi, o išorinė sritis neleidžia jiems tekėti atgal, ji apibūdinama kaip vienpusis elektrinis šuntas.
Diodai turi teigiamus ir neigiamus gnybtus
Abu diodo galai pažymėti + ir –, kad būtų parodyta, kad jis neturi vidinio poliškumo.
Kai įtampa tiekiama diodo galuose, tai vadinama trumpojo jungimo arba „neigiamu“ testavimu.
Diodai nėra poliarizuoti, kaip įprasta poliarizuota elektros instaliacija – galai naudojami tik testavimui, o diodo vidurys yra neutralus („be poliškumo“) ir yra prijungtas prie grandinės elementų.
Elektronikoje teigiamas diodo gnybtas paprastai yra anodas, o neigiamas - katodas.
Tačiau susitarimas nėra iškaltas akmenyje.
Kai kuriose grandinėse neigiamas gnybtas yra katodas, o teigiamas - anodas.
Pavyzdžiui, an LED grandinė, neigiamas gnybtas yra katodas, bet akumuliatoriaus grandinėje neigiamas gnybtas yra anodas.
Yra daug diodų tipų
Yra daug įvairių tipų diodų, skirtų naudoti elektronikoje.
Dauguma diodų yra puslaidininkiniai, tačiau taip pat yra lygintuvų, fotodiodų ir tranzistorių, kurie veikia kaip diodai.
Norint gauti norimus rezultatus, svarbu pasirinkti tinkamą diodo tipą konkrečiai grandinei.
Kai kurie svarbūs diodų tipai: – Greitieji lygintuvai: šie diodai labai greitai praleidžia elektrą, todėl galima naudoti aukšto dažnio įrenginius.
– Standartiniai lygintuvai: šie diodai lėčiau praleidžia elektros energiją, todėl galima naudoti žemo dažnio įrenginius.
– Schottky barjeriniai lygintuvai: šiuose dioduose yra įmontuotas Schottky diodas, kuris neleidžia jiems laiduoti atgal.
– Fotodiodai: šie įrenginiai šviesą paverčia elektra, todėl yra naudingi aptikimo programoms.
Diodai turi skirtingus įtampos slenksčius, charakteristikas ir gedimo įtampą
Nors diodai išlieka vienpusiais elektriniais šuntais, jie paprastai turi labai aukštą gedimo įtampą (didesnę nei 1 megavoltas) ir gedimo įtampos slenkstį (sumažėjusią įtampą, reikalingą gedimui pradėti), todėl jie tinka tam tikro tipo programoms.
Šie ribiniai parametrai priklauso nuo naudojamo diodo tipo ir gali būti keičiami, norint sukurti įvairių tipų diodus.
Pavyzdžiui, greitojo lygintuvo diodo gedimo įtampos slenkstis yra apie 0.3 volto.
Tai reiškia, kad jei diodo įtampa yra mažesnė nei 0.3 volto, diodas neveiks ir grandinė išliks pradinė.
Jei grandinė bando panaudoti daugiau srovės ir grandinėje padidėja įtampa, diodo gedimo įtampos slenkstis pasiekiamas ir diodas pradeda vesti srovę priešinga kryptimi.
Diodai gali būti naudojami linijinėse arba netiesinėse srityse
Viena iš išskirtinių diodų savybių yra ta, kad juos galima naudoti tiesinėse arba netiesinėse programose.
Kai naudojamas tiesinėse programose, diodas naudojamas kaip jungiklis.
Kitaip tariant, jis praleidžia srovę viena kryptimi, priklausomai nuo grandinės įtampos.
Kai grandinėje įjungiama įtampa, elektronai pradeda tekėti per diodą ir grandinė yra maitinama.
Diodas gali būti laikomas „vienos krypties jungikliu“.
Kai grandinė įjungiama, diodas praleidžia srovę, įjungiant grandinę.
Kai grandinėje neteikiama įtampa, diodas nelaidus ir grandinė išjungiama.
Netiesinėse programose diodas naudojamas sustiprinti arba padidinti signalo amplitudę arba stiprumą.
Pavyzdžiui, jei grandinė naudoja žemo dažnio signalą, kad galėtų ką nors valdyti (pvz., įjungti arba išjungti variklį), pati grandinė gali būti išjungta signalu.
Bet jei signalas yra pakankamai aukštas (pvz., telefono rinkimo tonas arba radijo stoties muzika), diodas gali būti naudojamas sustiprinti ir įjungti grandinės maitinimą, kad būtų galima valdyti aukštesnio dažnio signalu.
Kaip veikia aukštos įtampos diodai?
Kai aukšta įtampa yra tiekiama per a diodas, jis pradeda vykdyti.
Tačiau, kadangi įtampa yra per aukšta, diodo viduje įstrigę elektronai negali išleisti pakankamai energijos, kad išsivaduotų iš savo uždarumo.
Dėl to diodas šiek tiek praleidžia, bet nepakankamai, kad maitintų grandinę.
Kai ant tranzistorių poros, kuri kontroliuoja grandinėje taikomą įtampą, vartams yra taikoma žema įtampa (vadinama kopėčių grandine), signalas gali praeiti nereguliuojamas.
Tačiau kai kopėčių grandinėje yra per maža įtampa, o diodai praleidžia pakankamai srovės, signalas nepraleidžiamas ir grandinė išjungiama.
Tai gali būti naudojama paprastoms grandinėms maitinti ir gali būti naudinga rūšiavimo įrenginiuose, kompiuteriuose ir laikmačiuose.
Kaip apskaičiuoti diodo įtampos slenkstį
Tarkime, kad prijungiate diodą prie 12 voltų maitinimo šaltinio ir norite sužinoti, ar jis ves (teiks maitinimą) esant žemai įtampai.
Puslaidininkinio įtaiso gedimo įtampos (VOM) apskaičiavimo lygtis yra tokia: Šioje lygtyje „VOH“ yra įtampa per įrenginį, kai jis sugenda, „VOHSC“ yra diodo slenkstinė įtampa, kai jis laidas, „I“ yra srovė per diodą, „E“ yra elektrinio lauko įtampa per diodą, o „n“ yra elektronų skaičius diode.
Norėdami nustatyti diodo įtampos slenkstį, turite žinoti diodo gedimo įtampą.
Šią vertę galite rasti naudodami aukščiau pateiktą lygtį.
Įprasto silicio pn jungties diodo gedimo įtampa yra 1.5 volto.
Tai reiškia, kad kai diodo įtampa yra 1.5 volto, diodas suges ir pradės laiduoti srovę.