Diodele sunt unul dintre cele mai comune dispozitive semiconductoare utilizate în echipamentele electronice astăzi.
Sunt, de asemenea, unul dintre cei mai neînțeleși.
La urma urmei, diodele sunt adesea denumite „porți unidirecționale” sau „porți furate” atunci când se vorbește despre funcționarea lor.
Când o diodă este întreruptă de tensiunea exterioară, electronii din ea rămân prinși în interior și nu pot scăpa din nou.
Ca atare, aceasta captează curentul care curge prin acea parte particulară a circuitului în interior fără nicio ieșire decât prin terminalul opus sau calea de întoarcere (astfel, numele ocolind numele).
Cu toate acestea, atunci când diodele sunt menționate împreună cu electronicele, acestea pot fi confuze.
Acest lucru se datorează faptului că mulți oameni le consideră dispozitive liniare, când de fapt au un comportament neliniar, ceea ce le face mult mai versatile decât un simplu comutator pornit/oprit.
La fel ca un instrument muzical are mai multe utilizări dincolo de notele, o diodă servește mai multor scopuri dincolo de simpla pornire și oprire a curentului electric.
Să aruncăm o privire la modul în care funcționează diodele, astfel încât să înțelegeți cum pot fi utilizate și ce proprietăți unice posedă, care le fac astfel de piese utile de circuite electronice.
Ce este o diodă?
Diodele sunt șunturi electrice unidirecționale.
O diodă este un comutator cu două căi controlat electronic care permite curentului să circule într-o singură direcție doar în anumite condiții.
Când curentul curge într-o singură direcție printr-o diodă, cele două „degete” semiconductoare ale sale sunt conectate împreună.
Când curentul curge în sens invers, cele două degete sunt izolate unul de celălalt și nu curge nici un curent.
Diodele sunt fabricate din două materiale semiconductoare care sunt de obicei aranjate într-un mod „sandwich” pentru a bloca curgerea electronilor în ambele direcții.
O cantitate mică de curent în anumite condiții își poate disipa excesul de energie sub formă de căldură, permițând electronilor să curgă prin diodă într-o direcție - chiar dacă tensiunea pe diodă este mult mai mare decât tensiunea aplicată pe cealaltă parte.
Deoarece regiunea activă a diodei permite doar electronilor să curgă într-o singură direcție, în timp ce regiunea exterioară îi blochează să curgă înapoi, este descrisă ca un șunt electric unidirecțional.
Diodele au terminale pozitive și negative
Cele două capete ale unei diode sunt etichetate cu + și – pentru a indica faptul că nu are polaritate internă.
Când se aplică o tensiune la capetele unei diode, aceasta se numește test de scurtcircuit sau „negativ”.
Diodele nu sunt polarizate ca cablurile electrice polarizate normale - capetele sunt folosite doar pentru testare, iar mijlocul diodei este neutru („fără polaritate”) și este conectat la elementele circuitului.
În electronică, terminalul pozitiv al unei diode este de obicei anodul, iar terminalul negativ este catodul.
Cu toate acestea, convenția nu este scrisă în piatră.
În unele circuite, terminalul negativ este catodul, iar terminalul pozitiv este anodul.
De exemplu, într-un Circuit LED, borna negativă este catodul, dar într-un circuit de baterie, borna negativă este anodul.
Există multe tipuri de diode
Există multe tipuri diferite de diode disponibile pentru utilizare în electronică.
Majoritatea diodelor sunt de tip semiconductor, dar există și redresoare, fotodiode și tranzistori care funcționează ca diode.
Selectarea tipului adecvat de diodă pentru un anumit circuit este importantă pentru a obține rezultatele dorite.
Unele tipuri de diode importante includ: – Redresoare rapide: Aceste diode conduc electricitatea foarte rapid, permițând aplicații de înaltă frecvență.
– Redresoare standard: Aceste diode conduc electricitatea mai lent, permițând aplicații de joasă frecvență.
– Redresoare de barieră Schottky: Aceste diode au încorporată o diodă Schottky care le împiedică să conducă înapoi.
– Fotodiode: Aceste dispozitive transformă lumina în electricitate, făcându-le utile în aplicațiile de detectare.
Diodele au praguri de tensiune, caracteristici și tensiuni de defalcare diferite
Deși diodele rămân șunturi electrice unidirecționale, ele au, de obicei, o tensiune de avarie foarte mare (mai mare de 1 megavolt) și un prag de tensiune de avarie (tensiune scăzută necesară pentru a începe defecțiunea) care le fac potrivite pentru anumite tipuri de aplicații.
Acești parametri de prag depind de tipul de diodă utilizat și pot fi modificați pentru a crea diferite tipuri de diode.
De exemplu, o diodă redresoare rapidă are un prag de tensiune de avarie de aproximativ 0.3 volți.
Aceasta înseamnă că dacă tensiunea pe diodă este mai mică de 0.3 volți, dioda nu va conduce și circuitul va rămâne în starea sa inițială.
Dacă circuitul încearcă să atragă mai mult curent și tensiunea pe circuit este crescută, pragul de tensiune de defalcare al diodei este îndeplinit și dioda începe să conducă curentul în direcția opusă.
Diodele pot fi utilizate în aplicații liniare sau neliniare
O caracteristică unică a diodelor este că pot fi utilizate în aplicații liniare sau neliniare.
Când este utilizată în aplicații liniare, dioda este folosită ca comutator.
Cu alte cuvinte, conduce curentul într-o singură direcție, în funcție de tensiunea aplicată circuitului.
Când se aplică o tensiune pe un circuit, electronii încep să curgă prin diodă și circuitul este alimentat.
Dioda poate fi considerată un „comutator unidirecțional”.
Când circuitul este alimentat, dioda conduce curentul, pornind circuitul.
Când nu este aplicată tensiune pe circuit, dioda nu conduce, iar circuitul este oprit.
În aplicațiile neliniare, dioda este folosită pentru a amplifica sau crește amplitudinea sau puterea unui semnal.
De exemplu, dacă un circuit folosește un semnal de joasă frecvență pentru a controla ceva (cum ar fi pornirea sau oprirea unui motor), circuitul în sine poate fi oprit de semnal.
Dar dacă semnalul este suficient de mare (cum ar fi un ton de apel telefonic sau muzică de la un post de radio), dioda poate fi folosită pentru a amplifica și a porni circuitul, permițându-i să fie controlat de semnalul de frecvență mai mare.
Cum funcționează diodele de înaltă tensiune?
Când se aplică o tensiune înaltă pe a diodă, începe să conducă.
Cu toate acestea, pentru că tensiunea este prea mare, electronii prinși în diodă nu își pot elibera energia în cantități suficiente pentru a se elibera de limita lor.
Ca rezultat, dioda conduce puțin, dar nu suficient pentru a alimenta circuitul.
Când o tensiune joasă este aplicată la porțile unei perechi de tranzistoare care controlează tensiunea aplicată pe un circuit (numit circuit ladder), semnalul este lăsat să treacă prin nereglat.
Cu toate acestea, când există prea puțină tensiune pe circuitul scarii și diodele nu conduc suficient curent, semnalul nu este permis și circuitul este oprit.
Acesta poate fi folosit pentru a alimenta circuite simple și poate fi util pentru sortare, computere și cronometre.
Cum se calculează pragul de tensiune pentru o diodă
Să presupunem că conectați o diodă la o sursă de alimentare de 12 volți și doriți să știți dacă va conduce (furniza energie) la o tensiune scăzută.
Ecuația pentru calcularea tensiunii de defalcare (VOM) a unui dispozitiv semiconductor este următoarea: în această ecuație, „VOH” este tensiunea pe dispozitiv atunci când se defectează, „VOHSC” este tensiunea de prag a diodei când conduce, „I” este curentul prin diodă, „E” este tensiunea câmpului electric peste diodă și „n” este numărul de electroni din diodă.
Pentru a determina pragul de tensiune al diodei, trebuie să cunoașteți tensiunea de defalcare a diodei.
Puteți găsi această valoare folosind ecuația de mai sus.
Tensiunea de defalcare a unei diode de joncțiune tip siliciu pn este de 1.5 volți.
Aceasta înseamnă că atunci când tensiunea pe diodă este de 1.5 volți, dioda se va rupe și va începe să conducă curentul.