Diody są obecnie jednymi z najpowszechniej stosowanych elementów półprzewodnikowych w sprzęcie elektronicznym.
Są również jednymi z najbardziej niezrozumianych.
W końcu diody są często określane jako „bramki jednokierunkowe” lub „bramki kradnące”, gdy mówimy o ich działaniu.
Kiedy dioda jest odcięta od napięcia zewnętrznego, znajdujące się w niej elektrony zostają uwięzione w środku i nie mogą się ponownie wydostać.
W związku z tym zatrzymuje prąd przepływający przez tę konkretną część obwodu wewnątrz, bez wyjścia poza przeciwległym zaciskiem lub ścieżką powrotną (stąd nazwa omija nazwę).
Jednakże, gdy diody są wymieniane w połączeniu z elektroniką, mogą być mylące.
Dzieje się tak dlatego, że wiele osób myśli o nich jako o urządzeniach liniowych, podczas gdy w rzeczywistości mają nieliniowe zachowanie, co czyni je znacznie bardziej wszechstronnymi niż zwykły włącznik/wyłącznik.
Podobnie jak instrument muzyczny ma wiele zastosowań poza graniem nut, dioda służy do wielu celów, nie tylko do włączania i wyłączania prądu elektrycznego.
Przyjrzyjmy się, jak działają diody, aby zrozumieć, jak można je wykorzystać i jakie unikalne właściwości posiadają, dzięki czemu są tak użytecznymi elementami obwodów elektronicznych.
Co to jest dioda?
Diody to jednokierunkowe boczniki elektryczne.
Dioda to elektronicznie sterowany przełącznik dwukierunkowy, który umożliwia przepływ prądu tylko w jednym kierunku w określonych warunkach.
Kiedy prąd płynie przez diodę tylko w jednym kierunku, jej dwa półprzewodnikowe „palce” są ze sobą połączone.
Kiedy prąd płynie w drugą stronę, oba palce są odizolowane od siebie i prąd nie płynie.
Diody są wykonane z dwóch materiałów półprzewodnikowych, które są zwykle ułożone w sposób „kanapkowy”, aby blokować przepływ elektronów w obu kierunkach.
Niewielka ilość prądu w pewnych warunkach może rozproszyć nadmiar energii w postaci ciepła, umożliwiając przepływ elektronów przez diodę w jednym kierunku — nawet jeśli napięcie na diodzie jest znacznie wyższe niż napięcie przyłożone po drugiej stronie.
Ponieważ obszar aktywny diody pozwala elektronom płynąć tylko w jednym kierunku, podczas gdy obszar zewnętrzny blokuje ich przepływ wsteczny, jest to opisane jako jednokierunkowy bocznik elektryczny.
Diody mają bieguny dodatnie i ujemne
Dwa końce diody są oznaczone + i –, aby wskazać, że nie ma ona wewnętrznej polaryzacji.
Kiedy napięcie jest przykładane do końców diody, nazywa się to testem zwarciowym lub testem „ujemnym”.
Diody nie są spolaryzowane jak normalnie spolaryzowane okablowanie elektryczne – końce służą tylko do testowania, a środek diody jest neutralny („bez polaryzacji”) i jest podłączony do elementów obwodu.
W elektronice biegun dodatni diody jest zwykle anodą, a biegun ujemny katodą.
Jednak konwencja nie jest osadzona w kamieniu.
W niektórych obwodach biegun ujemny jest katodą, a biegun dodatni anodą.
Na przykład w an Obwód LED, biegun ujemny jest katodą, ale w obwodzie akumulatora biegun ujemny jest anodą.
Istnieje wiele rodzajów diod
Istnieje wiele różnych rodzajów diod dostępnych do użytku w elektronice.
Większość diod to półprzewodniki, ale są też prostowniki, fotodiody i tranzystory, które działają jak diody.
Dobór odpowiedniego typu diody do danego obwodu jest ważny dla uzyskania pożądanych rezultatów.
Niektóre ważne typy diod to: – Szybkie prostowniki: Te diody bardzo szybko przewodzą prąd, co pozwala na zastosowanie w zastosowaniach o wysokiej częstotliwości.
– Standardowe prostowniki: Te diody przewodzą prąd wolniej, co pozwala na zastosowanie w zastosowaniach o niskiej częstotliwości.
– Prostowniki barierowe Schottky'ego: Diody te mają wbudowaną diodę Schottky'ego, która zapobiega ich przewodzeniu wstecznemu.
– Fotodiody: urządzenia te przekształcają światło w energię elektryczną, dzięki czemu są przydatne w zastosowaniach związanych z wykrywaniem.
Diody mają różne progi napięcia, charakterystyki i napięcia przebicia
Chociaż diody pozostają jednokierunkowymi bocznikami elektrycznymi, zwykle mają bardzo wysokie napięcie przebicia (powyżej 1 megawolta) i próg napięcia przebicia (obniżone napięcie wymagane do rozpoczęcia przebicia), co czyni je odpowiednimi do określonych typów zastosowań.
Te parametry progowe zależą od rodzaju używanej diody i można je zmieniać, aby tworzyć różne typy diod.
Na przykład szybka dioda prostownicza ma próg napięcia przebicia około 0.3 wolta.
Oznacza to, że jeśli napięcie na diodzie jest niższe niż 0.3 V, dioda nie będzie przewodzić, a obwód pozostanie w swoim pierwotnym stanie.
Jeśli obwód próbuje pobierać więcej prądu, a napięcie w obwodzie wzrasta, próg napięcia przebicia diody zostaje osiągnięty i dioda zaczyna przewodzić prąd w przeciwnym kierunku.
Diody mogą być stosowane w aplikacjach liniowych lub nieliniowych
Unikalną cechą diod jest to, że mogą być używane w zastosowaniach liniowych lub nieliniowych.
W zastosowaniach liniowych dioda służy jako przełącznik.
Innymi słowy, przewodzi prąd w jednym kierunku w zależności od napięcia przyłożonego do obwodu.
Kiedy napięcie jest przykładane do obwodu, elektrony zaczynają przepływać przez diodę i obwód jest zasilany.
Diodę można traktować jako „przełącznik jednokierunkowy”.
Gdy obwód jest zasilany, dioda przewodzi prąd, włączając obwód.
Gdy do obwodu nie jest przyłożone żadne napięcie, dioda nie przewodzi, a obwód jest wyłączony.
W zastosowaniach nieliniowych dioda służy do wzmacniania lub zwiększania amplitudy lub siły sygnału.
Na przykład, jeśli obwód wykorzystuje sygnał o niskiej częstotliwości do sterowania czymś (np. włączaniem lub wyłączaniem silnika), sam obwód może zostać wyłączony przez ten sygnał.
Ale jeśli sygnał jest wystarczająco wysoki (jak sygnał wybierania telefonicznego lub muzyka ze stacji radiowej), dioda może zostać użyta do wzmocnienia i włączenia zasilania obwodu, umożliwiając sterowanie nim za pomocą sygnału o wyższej częstotliwości.
Jak działają diody wysokiego napięcia?
Kiedy wysokie napięcie zostanie przyłożone do a dioda, zaczyna prowadzić.
Jednakże, ponieważ napięcie jest zbyt wysokie, elektrony uwięzione w diodzie nie mogą uwolnić swojej energii w ilościach wystarczających do uwolnienia się z ich uwięzienia.
W rezultacie dioda trochę przewodzi, ale nie na tyle, aby zasilić obwód.
Gdy niskie napięcie zostanie przyłożone do bramek pary tranzystorów, które kontrolują napięcie przyłożone do obwodu (zwanego obwodem drabinkowym), sygnał może przejść nieregulowany.
Jednak gdy napięcie w obwodzie drabinkowym jest zbyt niskie, a diody nie przewodzą wystarczającej ilości prądu, sygnał nie jest przepuszczany i obwód jest wyłączany.
Można to wykorzystać do zasilania prostych obwodów i może być przydatne w sortownikach, komputerach i timerach.
Jak obliczyć próg napięcia dla diody
Załóżmy, że podłączasz diodę do 12-woltowego źródła zasilania i chcesz wiedzieć, czy będzie ona przewodzić (dostarczać energię) przy niskim napięciu.
Równanie do obliczania napięcia przebicia (VOM) urządzenia półprzewodnikowego jest następujące: W tym równaniu „VOH” to napięcie na urządzeniu w momencie jego uszkodzenia, „VOHSC” to napięcie progowe diody podczas przewodzenia, „I” to prąd płynący przez diodę, „E” to napięcie pola elektrycznego na diodzie, a „n” to liczba elektronów w diodzie.
Aby określić próg napięcia diody, musisz znać napięcie przebicia diody.
Możesz znaleźć tę wartość, korzystając z powyższego równania.
Napięcie przebicia typowej krzemowej diody złącza pn wynosi 1.5 wolta.
Oznacza to, że gdy napięcie na diodzie wynosi 1.5 V, dioda ulegnie uszkodzeniu i zacznie przewodzić prąd.