Diode so ena najpogostejših polprevodniških naprav, ki se danes uporabljajo v elektronski opremi.
So tudi eni najbolj napačno razumljenih.
Navsezadnje se diode pogosto imenujejo "enosmerna vrata" ali "ukradena vrata", ko govorimo o njihovem delovanju.
Ko je dioda odrezana od zunanje napetosti, se elektroni v njej ujamejo v notranjost in ne morejo več pobegniti.
Kot taka to zadrži tok, ki teče skozi ta del vezja v notranjosti brez izhoda, razen skozi nasprotni terminal ali povratno pot (tako ime zaobide ime).
Ko pa so diode omenjene v povezavi z elektroniko, so lahko zmedene.
To je zato, ker jih veliko ljudi misli kot linearne naprave, čeprav imajo v resnici nelinearno obnašanje, zaradi česar so veliko bolj vsestranske kot le preprosto stikalo za vklop/izklop.
Podobno kot ima glasbeni inštrument več uporab poleg igranja not, tudi dioda služi številnim namenom, ki presegajo zgolj vklop in izklop električnega toka.
Oglejmo si, kako diode delujejo, da boste razumeli, kako jih je mogoče uporabiti in katere edinstvene lastnosti imajo, zaradi katerih so tako uporabni deli elektronskega vezja.
Kaj je dioda?
Diode so enosmerni električni šantovi.
Dioda je elektronsko krmiljeno dvosmerno stikalo, ki omogoča, da tok teče v eno smer le pod določenimi pogoji.
Ko tok skozi diodo teče samo v eno smer, sta njena dva polprevodniška »prsta« povezana skupaj.
Ko tok teče v drugo smer, sta dva prsta izolirana drug od drugega in tok ne teče.
Diode so narejene iz dveh polprevodniških materialov, ki sta običajno razporejena v obliki "sendviča", da preprečita pretok elektronov v obe smeri.
Majhna količina toka pod določenimi pogoji lahko razprši svojo odvečno energijo kot toploto, kar omogoči, da elektroni tečejo skozi diodo v eni smeri – tudi če je napetost na diodi veliko višja od napetosti na drugi strani.
Ker aktivno območje diode dovoljuje elektronom, da tečejo samo v eno smer, medtem ko jih zunanje območje blokira, da tečejo nazaj, je opisano kot enosmerni električni šant.
Diode imajo pozitivne in negativne priključke
Dva konca diode sta označena z + in –, kar pomeni, da nima notranje polarnosti.
Ko je napetost uporabljena na koncih diode, se to imenuje testiranje kratkega stika ali "negativno" testiranje.
Diode niso polarizirane kot običajna polarizirana električna napeljava - konci se uporabljajo samo za testiranje, sredina diode pa je nevtralna ("brez polarnosti") in je povezana z elementi vezja.
V elektroniki je pozitivni priključek diode običajno anoda, negativni priključek pa katoda.
Vendar pa konvencija ni vklesana v kamen.
V nekaterih vezjih je negativni priključek katoda, pozitivni priključek pa anoda.
Na primer, v an LED vezje, je negativni priključek katoda, toda v akumulatorskem vezju je negativni priključek anoda.
Obstaja veliko vrst diod
Na voljo je veliko različnih vrst diod za uporabo v elektroniki.
Večina diod je polprevodniške sorte, obstajajo pa tudi usmerniki, fotodiode in tranzistorji, ki delujejo kot diode.
Izbira ustrezne vrste diode za določeno vezje je pomembna za doseganje želenih rezultatov.
Nekatere pomembne vrste diod vključujejo: – Hitri usmerniki: te diode zelo hitro prevajajo elektriko, kar omogoča visokofrekvenčne aplikacije.
– Standardni usmerniki: Te diode prevajajo elektriko počasneje, kar omogoča nizkofrekvenčne aplikacije.
– Usmerniki s Schottkyjevo pregrado: Te diode imajo vgrajeno Schottkyjevo diodo, ki jim preprečuje povratno prevajanje.
– Fotodiode: Te naprave pretvarjajo svetlobo v elektriko, zaradi česar so uporabne pri aplikacijah zaznavanja.
Diode imajo različne napetostne pragove, značilnosti in prebojne napetosti
Čeprav diode ostajajo enosmerni električni šant, imajo običajno zelo visoko prebojno napetost (več kot 1 megavolt) in prag prebojne napetosti (zmanjšana napetost, potrebna za začetek okvare), zaradi česar so primerne za določene vrste aplikacij.
Ti parametri praga so odvisni od vrste uporabljene diode in jih je mogoče spremeniti, da se ustvarijo različne vrste diod.
Na primer, hitra usmerniška dioda ima prag prebojne napetosti približno 0.3 volta.
To pomeni, da če je napetost na diodi nižja od 0.3 volta, dioda ne bo prevajala in bo vezje ostalo v prvotnem stanju.
Če vezje poskuša črpati več toka in se napetost v vezju poveča, je prag prebojne napetosti diode dosežen in dioda začne prevajati tok v nasprotni smeri.
Diode se lahko uporabljajo v linearnih ali nelinearnih aplikacijah
Edinstvena lastnost diod je, da jih je mogoče uporabiti v linearnih ali nelinearnih aplikacijah.
Pri uporabi v linearnih aplikacijah se dioda uporablja kot stikalo.
Z drugimi besedami, prevaja tok v eno smer, odvisno od napetosti, ki se uporablja v vezju.
Ko je v vezju uporabljena napetost, začnejo elektroni teči skozi diodo in vezje se napaja.
Diodo si lahko predstavljamo kot "enosmerno stikalo".
Ko je vezje napajano, dioda prevaja tok in vklopi vezje.
Ko v vezju ni napetosti, dioda ne prevaja in vezje je izklopljeno.
V nelinearnih aplikacijah se dioda uporablja za ojačanje ali povečanje amplitude ali jakosti signala.
Na primer, če vezje uporablja nizkofrekvenčni signal za nadzor nečesa (kot je vklop ali izklop motorja), se lahko vezje samo izklopi s signalom.
Toda če je signal dovolj visok (na primer znak telefonske centrale ali glasba iz radijske postaje), se lahko dioda uporabi za ojačanje in vklop vezja, kar omogoča, da ga krmili signal višje frekvence.
Kako delujejo visokonapetostne diode?
Ko se na a dioda, se začne izvajati.
Ker pa je napetost previsoka, elektroni, ujeti v diodi, ne morejo sprostiti svoje energije v zadostnih količinah, da bi se osvobodili svoje omejitve.
Kot rezultat, dioda malo prevaja, vendar ne dovolj za napajanje vezja.
Ko je nizka napetost uporabljena na vratih para tranzistorjev, ki nadzorujejo napetost, uporabljeno v vezju (imenovano lestveno vezje), lahko signal prehaja neregulirano.
Če pa je v lestvičnem vezju premajhna napetost in diode ne prevajajo dovolj toka, signal ni dovoljen skozi in vezje je izklopljeno.
To se lahko uporablja za napajanje preprostih vezij in je lahko uporabno za sortirnike, računalnike in časovnike.
Kako izračunati napetostni prag za diodo
Recimo, da priključite diodo na 12-voltni vir energije in želite vedeti, ali bo prevajala (zagotavljala moč) pri nizki napetosti.
Enačba za izračun prebojne napetosti (VOM) polprevodniške naprave je naslednja: V tej enačbi je "VOH" napetost na napravi, ko se pokvari, "VOHSC" je mejna napetost diode, ko prevaja, "I" je tok skozi diodo, "E" je napetost električnega polja na diodi in "n" je število elektronov v diodi.
Če želite določiti napetostni prag diode, morate poznati prebojno napetost diode.
To vrednost lahko najdete z uporabo zgornje enačbe.
Prebojna napetost tipične silicijeve pn spojne diode je 1.5 volta.
To pomeni, da ko je napetost na diodi 1.5 volta, se dioda pokvari in začne prevajati tok.