ไดโอดเป็นหนึ่งในอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้กันทั่วไปในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในปัจจุบัน
พวกเขายังเป็นหนึ่งในคนที่เข้าใจผิดมากที่สุด
ท้ายที่สุดแล้ว ไดโอดมักถูกเรียกว่า "ประตูทางเดียว" หรือ "ประตูขโมย" เมื่อพูดถึงการทำงานของมัน
เมื่อไดโอดถูกตัดขาดจากแรงดันไฟฟ้าภายนอก อิเล็กตรอนที่อยู่ภายในจะติดอยู่ภายในและไม่สามารถหลบหนีได้อีก
ด้วยเหตุนี้จึงดักจับกระแสที่ไหลผ่านส่วนนั้นของวงจรภายในโดยไม่มีทางออกยกเว้นผ่านขั้วตรงข้ามหรือเส้นทางกลับ (ดังนั้นชื่อจึงเลี่ยงผ่านชื่อ)
อย่างไรก็ตาม เมื่อกล่าวถึงไดโอดร่วมกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ อาจทำให้สับสนได้
นี่เป็นเพราะหลายคนคิดว่าอุปกรณ์เหล่านี้เป็นอุปกรณ์เชิงเส้น ทั้งที่จริงๆ แล้วอุปกรณ์เหล่านี้มีลักษณะการทำงานแบบไม่เชิงเส้น ซึ่งทำให้ใช้งานได้หลากหลายมากกว่าแค่สวิตช์เปิด/ปิดแบบธรรมดา
เช่นเดียวกับที่เครื่องดนตรีมีประโยชน์หลายอย่างนอกเหนือจากการเล่นโน้ต ไดโอดทำหน้าที่หลายอย่างนอกเหนือจากการเปิดและปิดกระแสไฟฟ้า
มาดูกันว่าไดโอดทำงานอย่างไร เพื่อให้คุณเข้าใจวิธีการใช้และคุณสมบัติพิเศษของไดโอดที่ทำให้เป็นชิ้นส่วนที่มีประโยชน์ของวงจรอิเล็กทรอนิกส์
ไดโอดคืออะไร?
ไดโอดเป็นวงจรไฟฟ้าทางเดียว
ไดโอดคือสวิตช์สองทางที่ควบคุมด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ซึ่งยอมให้กระแสไหลในทิศทางเดียวภายใต้เงื่อนไขบางประการเท่านั้น
เมื่อกระแสไหลในทิศทางเดียวผ่านไดโอด สารกึ่งตัวนำ "นิ้ว" สองนิ้วจะเชื่อมต่อเข้าด้วยกัน
เมื่อกระแสไหลไปอีกทาง นิ้วทั้งสองจะแยกออกจากกัน และไม่มีกระแสไหล
ไดโอดทำจากวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ XNUMX ชนิดที่มักจะจัดเรียงในลักษณะ "แซนวิช" เพื่อป้องกันไม่ให้อิเล็กตรอนไหลทั้งสองทิศทาง
กระแสไฟฟ้าจำนวนเล็กน้อยภายใต้สภาวะบางอย่างสามารถกระจายพลังงานส่วนเกินออกไปในรูปของความร้อน ทำให้อิเล็กตรอนสามารถไหลผ่านไดโอดได้ในทิศทางเดียว แม้ว่าแรงดันที่ตกคร่อมไดโอดจะสูงกว่าแรงดันที่จ่ายไปยังอีกฝั่งหนึ่งมากก็ตาม
เนื่องจากบริเวณแอกทีฟของไดโอดยอมให้อิเล็กตรอนไหลในทิศทางเดียวเท่านั้น ในขณะที่บริเวณรอบนอกกั้นไม่ให้พวกมันไหลกลับ จึงถูกอธิบายว่าเป็นการแบ่งทางไฟฟ้าทางเดียว
ไดโอดมีขั้วบวกและขั้วลบ
ปลายทั้งสองด้านของไดโอดจะมีเครื่องหมาย + และ – เพื่อระบุว่าไม่มีขั้วภายใน
เมื่อป้อนแรงดันไฟฟ้าที่ปลายไดโอด จะเรียกว่าการทดสอบการลัดวงจรหรือ "ลบ"
ไดโอดไม่มีขั้วเหมือนสายไฟโพลาไรซ์ทั่วไป ปลายใช้สำหรับการทดสอบเท่านั้น และตรงกลางของไดโอดเป็นกลาง (“ไม่มีขั้ว”) และเชื่อมต่อกับส่วนประกอบของวงจร
ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ขั้วบวกของไดโอดมักจะเป็นขั้วบวก และขั้วลบเป็นขั้วลบ
อย่างไรก็ตาม การประชุมไม่ได้ถูกกำหนดให้เป็นหิน
ในบางวงจร ขั้วลบคือแคโทด และขั้วบวกคือแอโนด
ตัวอย่างเช่น ใน an วงจร LEDขั้วลบคือแคโทด แต่ในวงจรแบตเตอรี่ ขั้วลบคือแอโนด
ไดโอดมีหลายประเภท
มีไดโอดหลายประเภทสำหรับใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์
ไดโอดส่วนใหญ่เป็นเซมิคอนดักเตอร์หลากหลายชนิด แต่ก็ยังมีวงจรเรียงกระแส โฟโตไดโอด และทรานซิสเตอร์ที่ทำหน้าที่เหมือนไดโอด
การเลือกประเภทไดโอดที่เหมาะสมสำหรับวงจรเฉพาะเป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ต้องการ
ไดโอดบางประเภทที่สำคัญได้แก่: – วงจรเรียงกระแสแบบเร็ว: ไดโอดเหล่านี้นำไฟฟ้าได้เร็วมาก ทำให้สามารถใช้งานความถี่สูงได้
– วงจรเรียงกระแสมาตรฐาน: ไดโอดเหล่านี้นำไฟฟ้าได้ช้ากว่า ทำให้สามารถใช้งานได้ในความถี่ต่ำ
– Schottky Barrier Rectifiers: ไดโอดเหล่านี้มีไดโอด Schottky ในตัวที่ป้องกันไม่ให้วงจรย้อนกลับ
– โฟโตไดโอด: อุปกรณ์เหล่านี้เปลี่ยนแสงเป็นไฟฟ้า ทำให้มีประโยชน์ในการใช้งานด้านการตรวจจับ
ไดโอดมีเกณฑ์แรงดันไฟฟ้า คุณลักษณะ และแรงดันพังทลายที่แตกต่างกัน
แม้ว่าไดโอดจะยังคงเป็นวงจรสับเปลี่ยนทางไฟฟ้าแบบทางเดียว แต่โดยทั่วไปแล้วไดโอดจะมีแรงดันพังทลายสูงมาก (มากกว่า 1 เมกะโวลต์) และเกณฑ์แรงดันพังทลาย (ต้องใช้แรงดันไฟลดลงเพื่อเริ่มสลาย) ซึ่งทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานบางประเภท
พารามิเตอร์เกณฑ์เหล่านี้ขึ้นอยู่กับประเภทของไดโอดที่ใช้และสามารถเปลี่ยนแปลงเพื่อสร้างไดโอดประเภทต่างๆ
ตัวอย่างเช่น ไดโอดเร็กติไฟเออร์แบบเร็วมีเกณฑ์แรงดันพังทลายที่ประมาณ 0.3 โวลต์
ซึ่งหมายความว่าหากแรงดันคร่อมไดโอดต่ำกว่า 0.3 โวลต์ ไดโอดจะไม่นำไฟฟ้าและวงจรจะยังคงอยู่ในสถานะเดิม
หากวงจรพยายามดึงกระแสมากขึ้นและแรงดันคร่อมวงจรเพิ่มขึ้น เกณฑ์แรงดันพังทลายของไดโอดจะเป็นไปตามเกณฑ์และไดโอดจะเริ่มนำกระแสในทิศทางตรงกันข้าม
สามารถใช้ไดโอดในการใช้งานแบบเชิงเส้นหรือไม่เชิงเส้นก็ได้
คุณลักษณะเฉพาะอย่างหนึ่งของไดโอดคือสามารถใช้กับงานเชิงเส้นหรือไม่เชิงเส้นก็ได้
เมื่อใช้งานเชิงเส้น ไดโอดจะถูกใช้เป็นสวิตช์
กล่าวอีกนัยหนึ่ง มันนำกระแสในทิศทางเดียวขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับวงจร
เมื่อมีการใช้แรงดันไฟฟ้าในวงจร อิเล็กตรอนจะเริ่มไหลผ่านไดโอดและวงจรจะได้รับพลังงาน
ไดโอดอาจถูกมองว่าเป็น "สวิตช์ทางเดียว"
เมื่อวงจรถูกจ่ายไฟ ไดโอดจะนำกระแสไปเปิดวงจร
เมื่อไม่มีการจ่ายแรงดันไฟฟ้าข้ามวงจร ไดโอดจะไม่นำไฟฟ้า และวงจรจะปิด
ในการใช้งานแบบไม่เชิงเส้น ไดโอดจะถูกใช้เพื่อขยายหรือเพิ่มแอมพลิจูดหรือความแรงของสัญญาณ
ตัวอย่างเช่น หากวงจรใช้สัญญาณความถี่ต่ำเพื่อควบคุมบางอย่าง (เช่น การเปิดหรือปิดมอเตอร์) วงจรอาจถูกปิดโดยสัญญาณ
แต่ถ้าสัญญาณสูงเพียงพอ (เช่น เสียงสัญญาณโทรศัพท์หรือเพลงจากสถานีวิทยุ) สามารถใช้ไดโอดเพื่อขยายและเปิดวงจรได้ ทำให้สามารถควบคุมโดยสัญญาณความถี่สูงกว่าได้
ไดโอดไฟฟ้าแรงสูงทำงานอย่างไร?
เมื่อมีการจ่ายไฟฟ้าแรงสูงผ่านก ไดโอดก็เริ่มดำเนินการ
อย่างไรก็ตาม เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าสูงเกินไป อิเล็กตรอนที่ติดอยู่ภายในไดโอดจึงไม่สามารถปลดปล่อยพลังงานออกมาในปริมาณมากพอที่จะหลุดออกจากการกักขังได้
เป็นผลให้ไดโอดนำไฟฟ้าได้เล็กน้อย แต่ไม่เพียงพอที่จะจ่ายไฟให้กับวงจร
เมื่อแรงดันไฟต่ำถูกนำไปใช้กับเกตของทรานซิสเตอร์คู่หนึ่งซึ่งควบคุมแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายผ่านวงจร (เรียกว่าวงจรแลดเดอร์) สัญญาณจะได้รับอนุญาตให้ผ่านไปโดยไม่มีการควบคุม
อย่างไรก็ตาม เมื่อมีแรงดันคร่อมวงจรแลดเดอร์น้อยเกินไป และไดโอดนำกระแสไฟฟ้าไม่เพียงพอ สัญญาณจะไม่ผ่านและวงจรจะปิด
สามารถใช้จ่ายไฟให้กับวงจรอย่างง่ายและมีประโยชน์สำหรับเครื่องคัดแยก คอมพิวเตอร์ และเครื่องจับเวลา
วิธีการคำนวณเกณฑ์แรงดันไฟฟ้าสำหรับไดโอด
สมมติว่าคุณเชื่อมต่อไดโอดกับแหล่งจ่ายไฟ 12 โวลต์และต้องการทราบว่าไดโอดจะนำไฟฟ้า (ให้พลังงาน) ที่แรงดันไฟฟ้าต่ำหรือไม่
สมการสำหรับการคำนวณแรงดันพังทลาย (VOM) ของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์มีดังนี้ ในสมการนี้ “VOH” คือแรงดันคร่อมอุปกรณ์เมื่อเกิดการพังทลาย “VOHSC” คือแรงดันเกณฑ์ของไดโอดเมื่อนำไฟฟ้า “I” คือกระแสที่ไหลผ่านไดโอด “E” คือแรงดันของสนามไฟฟ้าที่ตกคร่อมไดโอด และ “n” คือจำนวนอิเล็กตรอนในไดโอด
ในการกำหนดเกณฑ์แรงดันไฟฟ้าของไดโอด คุณจำเป็นต้องทราบค่าแรงดันพังทลายของไดโอด
คุณสามารถหาค่านี้ได้โดยใช้สมการด้านบน
แรงดันพังทลายของไดโอดจุดต่อซิลิคอน pn ทั่วไปคือ 1.5 โวลต์
ซึ่งหมายความว่าเมื่อแรงดันคร่อมไดโอดเท่ากับ 1.5 โวลต์ ไดโอดจะพังและเริ่มนำกระแส