Dioder er en av de vanligste halvlederenhetene som brukes i elektronisk utstyr i dag.
De er også en av de mest misforståtte.
Tross alt blir dioder ofte referert til som "enveisporter" eller "stjele porter" når man snakker om driften.
Når en diode er avskåret fra ytre spenning, blir elektronene inne i den fanget inne og kan ikke unnslippe igjen.
Som sådan fanger dette strømmen som flyter gjennom den spesielle delen av kretsen inne uten noen vei ut bortsett fra gjennom motsatt terminal eller returvei (dermed navnet går forbi navnet).
Men når dioder er nevnt i forbindelse med elektronikk, kan de være forvirrende.
Dette er fordi mange mennesker tenker på dem som lineære enheter - når de faktisk har ikke-lineær oppførsel som gjør dem mye mer allsidige enn bare en enkel på/av-bryter.
Akkurat som hvordan et musikkinstrument har flere bruksområder utover å spille noter, tjener en diode mange formål utover bare å slå elektrisk strøm av og på.
La oss ta en titt på hvordan dioder fungerer slik at du forstår hvordan de kan brukes og hvilke unike egenskaper de har som gjør dem til slike nyttige elektroniske kretser.
Hva er en diode?
Dioder er enveis elektriske shunter.
En diode er en elektronisk styrt toveisbryter som lar strømmen flyte i én retning bare under visse forhold.
Når strømmen flyter i bare én retning gjennom en diode, er dens to halvleder-"fingre" koblet sammen.
Når strømmen flyter den andre veien, er de to fingrene isolert fra hverandre og ingen strøm flyter.
Dioder er laget av to halvledende materialer som vanligvis er arrangert på en "sandwich"-måte for å blokkere elektroner fra å strømme i begge retninger.
En liten mengde strøm under visse forhold kan spre overskuddsenergien som varme, slik at elektroner kan strømme gjennom dioden i én retning - selv om spenningen over dioden er mye høyere enn spenningen på den andre siden.
Fordi diodens aktive område bare lar elektroner strømme i én retning mens det ytre området blokkerer dem fra å strømme tilbake, beskrives det som en enveis elektrisk shunt.
Dioder har positive og negative terminaler
En diodes to ender er merket med + og – for å indikere at den ikke har noen intern polaritet.
Når en spenning påføres endene til en diode, kalles dette kortslutning eller "negativ" testing.
Dioder er ikke polariserte som vanlige polariserte elektriske ledninger - endene brukes kun til testing og midten av dioden er nøytral ("ingen polaritet") og er koblet til kretselementer.
I elektronikk er den positive terminalen til en diode vanligvis anoden og den negative terminalen er katoden.
Konvensjonen er imidlertid ikke hugget i stein.
I noen kretser er den negative terminalen katoden og den positive terminalen er anoden.
For eksempel i en LED-krets, den negative terminalen er katoden, men i en batterikrets er den negative terminalen anoden.
Det finnes mange typer dioder
Det finnes mange forskjellige typer dioder tilgjengelig for bruk i elektronikk.
De fleste dioder er av halvledervarianten, men det finnes også likerettere, fotodioder og transistorer som fungerer som dioder.
Å velge riktig type diode for en bestemt krets er viktig for å få de ønskede resultatene.
Noen viktige diodetyper inkluderer: – Raske likerettere: Disse diodene leder elektrisitet veldig raskt, noe som muliggjør høyfrekvente applikasjoner.
– Standard likerettere: Disse diodene leder elektrisitet langsommere, noe som muliggjør lavfrekvente applikasjoner.
– Schottky Barrier Rectifiers: Disse diodene har en innebygd Schottky-diode som hindrer dem i å lede bakover.
– Fotodioder: Disse enhetene konverterer lys til elektrisitet, noe som gjør dem nyttige i sanseapplikasjoner.
Dioder har forskjellige spenningsterskler, egenskaper og sammenbruddsspenninger
Selv om dioder forblir enveis elektriske shunter, har de vanligvis en veldig høy sammenbruddsspenning (større enn 1 megavolt) og en sammenbruddsspenningsterskel (redusert spenning som kreves for å starte sammenbruddet) som gjør dem egnet for visse typer bruksområder.
Disse terskelparametrene er avhengige av typen diode som brukes og kan endres for å lage ulike typer dioder.
Som et eksempel har en hurtig likeretterdiode en terskel for brytespenning på ca. 0.3 volt.
Dette betyr at hvis spenningen over dioden er lavere enn 0.3 volt, vil dioden ikke lede og kretsen vil forbli i sin opprinnelige tilstand.
Hvis kretsen prøver å trekke mer strøm og spenningen over kretsen økes, nås diodens gjennombruddsspenningsterskel og dioden begynner å lede strøm i motsatt retning.
Dioder kan brukes i lineære eller ikke-lineære applikasjoner
En unik egenskap ved dioder er at de kan brukes i lineære eller ikke-lineære applikasjoner.
Når den brukes i lineære applikasjoner, brukes dioden som en bryter.
Med andre ord leder den strøm i én retning avhengig av spenningen som påføres kretsen.
Når en spenning påføres over en krets, begynner elektronene å strømme gjennom dioden og kretsen får strøm.
Dioden kan betraktes som en "enveis bryter".
Når kretsen er slått på, leder dioden strøm, og slår på kretsen.
Når det ikke tilføres spenning over kretsen, leder ikke dioden, og kretsen slås av.
I ikke-lineære applikasjoner brukes dioden til å forsterke eller øke amplituden eller styrken til et signal.
For eksempel, hvis en krets bruker et lavfrekvent signal for å kontrollere noe (som å slå en motor på eller av), kan selve kretsen bli slått av av signalet.
Men hvis signalet er høyt nok (som en summetone eller musikk fra en radiostasjon), kan dioden brukes til å forsterke og slå på kretsstrømmen, slik at den kan kontrolleres av det høyere frekvenssignalet.
Hvordan fungerer høyspentdioder?
Når en høy spenning påføres over a diode, begynner den å lede.
Men fordi spenningen er for høy, kan ikke elektronene som er fanget inne i dioden frigjøre energien sin i nok mengder til å bryte fri av innesperringen.
Som et resultat leder dioden litt, men ikke nok til å drive kretsen.
Når en lav spenning påføres portene til et par transistorer som kontrollerer spenningen som påføres over en krets (kalt en stigekrets), tillates signalet å passere gjennom uregulert.
Men når det er for lite spenning over stigekretsen og diodene ikke leder nok strøm, slippes ikke signalet gjennom og kretsen er slått av.
Dette kan brukes til å drive enkle kretsløp og kan være nyttig for sorterere, datamaskiner og tidtakere.
Hvordan beregne spenningsterskelen for en diode
Anta at du kobler en diode til en 12-volts strømkilde og vil vite om den vil lede (gi strøm) ved lav spenning.
Ligningen for å beregne nedbrytningsspenningen (VOM) til en halvlederenhet er som følger: I denne ligningen er "VOH" spenningen over enheten når den bryter sammen, "VOHSC" er terskelspenningen til dioden når den leder, "I" er strømmen gjennom dioden, "E" er spenningen til det elektriske feltet over dioden og "n" er antall elektroner i dioden.
For å bestemme spenningsterskelen til dioden, må du kjenne sammenbruddsspenningen til dioden.
Du kan finne denne verdien ved å bruke ligningen ovenfor.
Nedbrytningsspenningen til en typisk silisium-pn-junction-diode er 1.5 volt.
Dette betyr at når spenningen over dioden er 1.5 volt, vil dioden brytes ned og begynne å lede strøm.