Diódy sú dnes jedným z najbežnejších polovodičových zariadení používaných v elektronických zariadeniach.
Sú tiež jedným z najviac nepochopených.
Koniec koncov, diódy sa často označujú ako „jednosmerné brány“ alebo „ukradnúť brány“, keď hovoríme o ich činnosti.
Keď je dióda odpojená od vonkajšieho napätia, elektróny v nej sa zachytia vo vnútri a nemôžu znova uniknúť.
Ako taký to zachytáva prúd pretekajúci cez túto konkrétnu časť obvodu vo vnútri bez žiadnej cesty von, s výnimkou opačného terminálu alebo spätnej cesty (takže názov obchádza názov).
Keď sa však diódy spomínajú v súvislosti s elektronikou, môžu byť mätúce.
Je to preto, že ich mnohí ľudia považujú za lineárne zariadenia – pričom v skutočnosti majú nelineárne správanie, vďaka čomu sú oveľa všestrannejšie než len jednoduchý vypínač.
Podobne ako hudobný nástroj má viacero použití okrem hrania nôt, dióda slúži na mnohé účely, okrem zapínania a vypínania elektrického prúdu.
Poďme sa pozrieť na to, ako diódy fungujú, aby ste pochopili, ako sa dajú použiť a aké jedinečné vlastnosti majú, vďaka ktorým sú také užitočné časti elektronických obvodov.
Čo je to dióda?
Diódy sú jednosmerné elektrické skraty.
Dióda je elektronicky riadený dvojcestný spínač, ktorý umožňuje prúdenie prúdu v jednom smere len za určitých podmienok.
Keď prúd tečie cez diódu iba jedným smerom, jej dva polovodičové „prsty“ sú spojené.
Keď prúd tečie opačným smerom, dva prsty sú od seba izolované a netečie žiadny prúd.
Diódy sú vyrobené z dvoch polovodičových materiálov, ktoré sú zvyčajne usporiadané „sendvičovým“ spôsobom, aby blokovali tok elektrónov v oboch smeroch.
Malé množstvo prúdu za určitých podmienok môže rozptýliť svoju prebytočnú energiu ako teplo, čo umožňuje elektrónom prúdiť cez diódu v jednom smere - aj keď napätie na dióde je oveľa vyššie ako napätie aplikované na druhú stranu.
Pretože aktívna oblasť diódy umožňuje elektrónom prúdiť iba jedným smerom, zatiaľ čo vonkajšia oblasť blokuje ich spätný tok, je opísaná ako jednosmerný elektrický skrat.
Diódy majú kladný a záporný pól
Dva konce diódy sú označené + a –, čo znamená, že dióda nemá žiadnu vnútornú polaritu.
Keď sa na konce diódy privedie napätie, nazýva sa to skratové alebo „negatívne“ testovanie.
Diódy nie sú polarizované ako normálne polarizované elektrické vedenie – konce sa používajú len na testovanie a stred diódy je neutrálny („bez polarity“) a je pripojený k prvkom obvodu.
V elektronike je kladný pól diódy zvyčajne anóda a záporný pól je katóda.
Dohovor však nie je vytesaný do kameňa.
V niektorých obvodoch je záporným pólom katóda a kladným pólom je anóda.
Napríklad v an LED obvodzáporný pól je katóda, ale v batériovom obvode je záporný pól anóda.
Existuje mnoho typov diód
Existuje mnoho rôznych typov diód dostupných na použitie v elektronike.
Väčšina diód je polovodičového druhu, ale existujú aj usmerňovače, fotodiódy a tranzistory, ktoré fungujú ako diódy.
Výber správneho typu diódy pre konkrétny obvod je dôležitý pre dosiahnutie požadovaných výsledkov.
Niektoré dôležité typy diód zahŕňajú: – Rýchle usmerňovače: Tieto diódy vedú elektrinu veľmi rýchlo, čo umožňuje vysokofrekvenčné aplikácie.
– Štandardné usmerňovače: Tieto diódy vedú elektrinu pomalšie, čo umožňuje nízkofrekvenčné aplikácie.
– Schottkyho bariérové usmerňovače: Tieto diódy majú zabudovanú Schottkyho diódu, ktorá im bráni v spätnom vedení.
– Fotodiódy: Tieto zariadenia premieňajú svetlo na elektrinu, vďaka čomu sú užitočné pri snímacích aplikáciách.
Diódy majú rôzne prahové hodnoty napätia, charakteristiky a prierazné napätia
Hoci diódy zostávajú jednosmernými elektrickými skratmi, zvyčajne majú veľmi vysoké prierazné napätie (vyššie ako 1 megavolt) a prah prierazného napätia (znížené napätie potrebné na spustenie prierazu), vďaka čomu sú vhodné pre určité typy aplikácií.
Tieto prahové parametre závisia od typu použitej diódy a možno ich zmeniť, aby sa vytvorili rôzne typy diód.
Napríklad rýchla usmerňovacia dióda má prahovú hodnotu prierazného napätia približne 0.3 voltu.
To znamená, že ak je napätie na dióde nižšie ako 0.3 voltu, dióda nebude viesť a obvod zostane v pôvodnom stave.
Ak sa obvod pokúsi odobrať viac prúdu a napätie v obvode sa zvýši, prahová hodnota prierazného napätia diódy je splnená a dióda začne viesť prúd v opačnom smere.
Diódy môžu byť použité v lineárnych alebo nelineárnych aplikáciách
Jednou z unikátnych vlastností diód je, že môžu byť použité v lineárnych alebo nelineárnych aplikáciách.
Pri použití v lineárnych aplikáciách sa dióda používa ako spínač.
Inými slovami, vedie prúd v jednom smere v závislosti od napätia aplikovaného na obvod.
Keď je na obvod privedené napätie, elektróny začnú prúdiť cez diódu a obvod je napájaný.
Diódu si možno predstaviť ako „jednosmerný spínač“.
Keď je obvod napájaný, dióda vedie prúd, čím sa obvod zapne.
Keď v obvode nie je aplikované žiadne napätie, dióda nevedie a obvod je vypnutý.
V nelineárnych aplikáciách sa dióda používa na zosilnenie alebo zvýšenie amplitúdy alebo sily signálu.
Napríklad, ak obvod používa nízkofrekvenčný signál na ovládanie niečoho (napríklad zapnutie alebo vypnutie motora), samotný obvod môže byť signálom vypnutý.
Ak je však signál dostatočne vysoký (napríklad telefónny oznamovací tón alebo hudba z rozhlasovej stanice), dióda sa môže použiť na zosilnenie a zapnutie napájania obvodu, čo umožňuje jeho ovládanie signálom vyššej frekvencie.
Ako fungujú vysokonapäťové diódy?
Keď je aplikované vysoké napätie cez a dióda, začína dirigovať.
Avšak, pretože napätie je príliš vysoké, elektróny zachytené v dióde nemôžu uvoľniť svoju energiu v dostatočnom množstve, aby sa uvoľnili zo svojho zadržania.
Výsledkom je, že dióda vedie trochu, ale nie dosť na napájanie obvodu.
Keď sa na brány páru tranzistorov, ktoré riadia napätie aplikované cez obvod (nazývaný rebríkový obvod), privedie nízke napätie, signál môže prechádzať neregulovane.
Ak je však v rebríkovom obvode príliš nízke napätie a diódy nevedú dostatočný prúd, signál nie je povolený a obvod sa vypne.
Toto môže byť použité na napájanie jednoduchých obvodov a môže byť užitočné pre triediče, počítače a časovače.
Ako vypočítať prah napätia pre diódu
Predpokladajme, že pripojíte diódu k 12-voltovému zdroju energie a chcete vedieť, či bude viesť (poskytovať energiu) pri nízkom napätí.
Rovnica na výpočet prierazného napätia (VOM) polovodičového zariadenia je nasledovná: V tejto rovnici je „VOH“ napätie na zariadení, keď sa pokazí, „VOHSC“ je prahové napätie diódy, keď vedie, „I“ je prúd cez diódu, „E“ je napätie elektrického poľa cez diódu a „n“ je počet elektrónov v dióde.
Na určenie prahu napätia diódy potrebujete poznať prierazné napätie diódy.
Túto hodnotu môžete zistiť pomocou vyššie uvedenej rovnice.
Prierazné napätie typickej kremíkovej diódy pn je 1.5 voltu.
To znamená, že keď je napätie na dióde 1.5 voltu, dióda sa rozpadne a začne viesť prúd.