Diodes ir viena no visbiežāk izmantotajām pusvadītāju ierīcēm mūsdienās elektroniskajās iekārtās.
Viņi ir arī vieni no visvairāk pārprastajiem.
Galu galā diodes, runājot par to darbību, bieži tiek sauktas par "vienvirziena vārtiem" vai "zagt vārtiem".
Kad diode tiek atslēgta no ārējā sprieguma, tajā esošie elektroni tiek iesprostoti iekšā un nevar atkal izkļūt.
Tādējādi tas aiztur strāvu, kas plūst caur konkrēto ķēdes daļu iekšpusē, bez izejas, izņemot pa pretējo spaili vai atgriešanās ceļu (tādējādi nosaukums apejot nosaukumu).
Tomēr, ja diodes tiek minētas kopā ar elektroniku, tās var radīt neskaidrības.
Tas ir tāpēc, ka daudzi cilvēki tās uzskata par lineārām ierīcēm, lai gan patiesībā tām piemīt nelineāra darbība, kas padara tās daudz daudzpusīgākas par vienkāršu ieslēgšanas/izslēgšanas slēdzi.
Līdzīgi kā mūzikas instrumentam ir vairākas izmantošanas iespējas, izņemot nošu atskaņošanu, diode kalpo daudziem mērķiem, ne tikai ieslēdzot un izslēdzot elektrisko strāvu.
Apskatīsim, kā darbojas diodes, lai jūs saprastu, kā tās var izmantot un kādas unikālas īpašības tām piemīt, kas padara tās par tik noderīgām elektroniskām shēmām.
Kas ir diode?
Diodes ir vienvirziena elektriskie šunti.
Diode ir elektroniski vadāms divvirzienu slēdzis, kas ļauj strāvai plūst vienā virzienā tikai noteiktos apstākļos.
Kad strāva caur diodi plūst tikai vienā virzienā, tās divi pusvadītāju “pirksti” ir savienoti kopā.
Kad strāva plūst pretējā virzienā, abi pirksti ir izolēti viens no otra un strāva neplūst.
Diodes ir izgatavotas no diviem pusvadītājiem, kas parasti ir sakārtoti “sviestmaižu” veidā, lai bloķētu elektronu plūsmu abos virzienos.
Neliels strāvas daudzums noteiktos apstākļos var izkliedēt lieko enerģiju kā siltumu, ļaujot elektroniem plūst cauri diodei vienā virzienā, pat ja spriegums pāri diodei ir daudz augstāks nekā spriegums, kas tiek pievadīts otrai pusei.
Tā kā diodes aktīvais apgabals ļauj elektroniem plūst tikai vienā virzienā, bet ārējais apgabals neļauj tiem plūst atpakaļ, to raksturo kā vienvirziena elektrisko šuntu.
Diodēm ir pozitīvi un negatīvi spailes
Diodes divi gali ir apzīmēti ar + un –, lai norādītu, ka tai nav iekšējās polaritātes.
Ja diodes galiem tiek pielikts spriegums, to sauc par īssavienojumu vai “negatīvu” testēšanu.
Diodes nav polarizētas kā parastās polarizētās elektroinstalācijas — galus izmanto tikai testēšanai, un diodes vidus ir neitrāls (“bez polaritātes”) un ir savienots ar ķēdes elementiem.
Elektronikā diodes pozitīvais spailes parasti ir anods, bet negatīvais ir katods.
Tomēr konvencija nav iecirsta akmenī.
Dažās shēmās negatīvais spaile ir katods un pozitīvais ir anods.
Piemēram, in LED ķēde, negatīvais spaile ir katods, bet akumulatora ķēdē negatīvais spaile ir anods.
Ir daudz veidu diodes
Ir pieejami daudz dažādu veidu diodes izmantošanai elektronikā.
Lielākā daļa diožu ir pusvadītāju tipa, taču ir arī taisngrieži, fotodiodes un tranzistori, kas darbojas kā diodes.
Lai iegūtu vēlamos rezultātus, ir svarīgi izvēlēties pareizo diodes veidu konkrētai ķēdei.
Daži svarīgi diožu veidi ir šādi: – Ātrie taisngrieži: šīs diodes ļoti ātri vada elektrību, ļaujot izmantot augstfrekvences lietojumus.
- Standarta taisngrieži: šīs diodes vada elektrību lēnāk, ļaujot izmantot zemas frekvences lietojumus.
– Šotkija barjeras taisngrieži: šīm diodēm ir iebūvēta Šotkija diode, kas neļauj tām vadīt atpakaļ.
– Fotodiodes: šīs ierīces pārvērš gaismu elektrībā, padarot tās noderīgas uztveršanas lietojumprogrammās.
Diodēm ir dažādi sprieguma sliekšņi, raksturlielumi un pārrāvuma spriegumi
Lai gan diodes joprojām ir vienvirziena elektriskie šunti, tām parasti ir ļoti augsts pārrāvuma spriegums (vairāk nekā 1 megavolts) un pārrāvuma sprieguma slieksnis (samazināts spriegums, kas nepieciešams, lai sāktu bojājumu), kas padara tās piemērotas noteikta veida lietojumiem.
Šie sliekšņa parametri ir atkarīgi no izmantotās diodes veida, un tos var mainīt, lai izveidotu dažāda veida diodes.
Piemēram, ātras taisngrieža diodes pārrāvuma sprieguma slieksnis ir aptuveni 0.3 volti.
Tas nozīmē, ka, ja spriegums pāri diodei ir zemāks par 0.3 voltiem, diode nevadīs un ķēde paliks sākotnējā stāvoklī.
Ja ķēde mēģina uzņemt vairāk strāvas un tiek palielināts spriegums ķēdē, tiek sasniegts diodes pārrāvuma sprieguma slieksnis un diode sāk vadīt strāvu pretējā virzienā.
Diodes var izmantot lineāros vai nelineāros lietojumos
Viena unikāla diožu iezīme ir tā, ka tās var izmantot lineāros vai nelineāros lietojumos.
Lietojot lineāros lietojumos, diode tiek izmantota kā slēdzis.
Citiem vārdiem sakot, tas vada strāvu vienā virzienā atkarībā no ķēdei pievienotā sprieguma.
Kad ķēdei tiek pielikts spriegums, elektroni sāk plūst cauri diodi un ķēde tiek darbināta.
Diodi var uzskatīt par "vienvirziena slēdzi".
Kad ķēde ir barota, diode vada strāvu, ieslēdzot ķēdi.
Ja ķēdē netiek pieslēgts spriegums, diode nevada, un ķēde tiek izslēgta.
Nelineāros lietojumos diode tiek izmantota, lai pastiprinātu vai palielinātu signāla amplitūdu vai stiprumu.
Piemēram, ja ķēde izmanto zemas frekvences signālu, lai kontrolētu kaut ko (piemēram, lai ieslēgtu vai izslēgtu motoru), pati ķēde var tikt izslēgta ar signālu.
Bet, ja signāls ir pietiekami augsts (piemēram, tālruņa numura izsaukšanas signāls vai mūzika no radiostacijas), diode var tikt izmantota, lai pastiprinātu un ieslēgtu ķēdes jaudu, ļaujot to kontrolēt ar augstākas frekvences signālu.
Kā darbojas augstsprieguma diodes?
Kad tiek pielikts augsts spriegums pāri a diode, tas sāk vadīt.
Tomēr, tā kā spriegums ir pārāk augsts, diodē iesprostotie elektroni nevar atbrīvot savu enerģiju pietiekamā daudzumā, lai atbrīvotos no ieslodzījuma.
Tā rezultātā diode nedaudz vada, bet ne pietiekami, lai nodrošinātu ķēdes barošanu.
Ja tranzistoru pāra vārtiem tiek pielikts zems spriegums, kas kontrolē ķēdē pievadīto spriegumu (ko sauc par kāpņu ķēdi), signālam ir atļauts iziet cauri neregulēti.
Tomēr, ja kāpņu ķēdē ir pārāk mazs spriegums un diodes nevada pietiekami daudz strāvas, signāls netiek cauri un ķēde tiek izslēgta.
To var izmantot, lai darbinātu vienkāršas shēmas, un tas var būt noderīgi šķirotājiem, datoriem un taimeriem.
Kā aprēķināt diodes sprieguma slieksni
Pieņemsim, ka pievienojat diodi 12 voltu barošanas avotam un vēlaties uzzināt, vai tā vadīs (nodrošina jaudu) ar zemu spriegumu.
Vienādojums pusvadītāju ierīces pārrāvuma sprieguma (VOM) aprēķināšanai ir šāds: šajā vienādojumā “VOH” ir spriegums pāri ierīcei, kad tā sabojājas, “VOHSC” ir diodes sliekšņa spriegums, kad tā vada, “I” ir strāva caur diodi, “E” ir elektriskā lauka spriegums pāri diodei un “n” ir elektronu skaits diodē.
Lai noteiktu diodes sprieguma slieksni, jums jāzina diodes pārrāvuma spriegums.
Šo vērtību var atrast, izmantojot iepriekš minēto vienādojumu.
Tipiskas silīcija pn savienojuma diodes pārrāvuma spriegums ir 1.5 volti.
Tas nozīmē, ka tad, kad spriegums pāri diodei ir 1.5 volti, diode sabojājas un sāks vadīt strāvu.