Najprostszy element półprzewodnikowy - dioda - pełni różnorodne użyteczne funkcje związane z jego podstawowym celem, jakim jest sterowanie kierunkiem przepływu prądu elektrycznego. Diody pozwalają na przepływ prądu przez nie tylko w jednym kierunku.
Idealnie wydajne diody wydają się być otwartymi obwodami z ujemnym napięciem i inaczej wyglądają jak zwarcia. Ale ponieważ diody przyznają się do pewnej nieefektywności, ich stosunek prądu do napięcia jest nieliniowy. W związku z tym będziesz chciał zapoznać się z arkuszem danych diody, aby zobaczyć wykres krzywej napięcia przewodzenia dowolnej danej diody w stosunku do jej prądu przewodzenia, aby wybrać odpowiednią diodę dla swojego konkretnego projektu.
Tim Ridley / Getty Images
Zastosowania diod
Pomimo tego, że są to zwykłe dwubiegunowe urządzenia półprzewodnikowe, diody są niezbędne w nowoczesnej elektronice. Niektóre z typowych zastosowań diod obejmują:
- Prostowanie napięcia, na przykład zamiana prądu przemiennego na napięcie stałe
- Izolowanie sygnałów z zasilania
- Kontrolowanie wielkości sygnału
- Mieszanie sygnałów
Konwersja mocy
Jednym ze znaczących zastosowań diod jest zamiana prądu zmiennego na prąd stały. Pojedyncza dioda lub cztery diody przekształcają energię elektryczną 110 V w prąd stały, tworząc prostownik półprzewodnikowy (pojedyncza dioda) lub pełnookresowy (cztery diody). Dioda przepuszcza przez nią tylko połowę przebiegu prądu przemiennego. Kiedy ten impuls napięciowy ładuje kondensator, napięcie wyjściowe wydaje się być stałym napięciem stałym z niewielkimi tętnieniami. Zastosowanie prostownika pełnookresowego czyni ten proces jeszcze bardziej wydajnym, kierując impulsy prądu przemiennego w taki sposób, że zarówno dodatnia, jak i ujemna połowa wejściowej fali sinusoidalnej są postrzegane jako tylko dodatnie impulsy, skutecznie podwajając częstotliwość impulsów wejściowych do kondensatora, co pomaga utrzymać ładunek i zapewnia bardziej stabilne napięcie.
Diody i kondensatory tworzą różne mnożniki napięcia, aby pobrać małe napięcie AC i zwielokrotnić je w celu uzyskania bardzo wysokiego napięcia wyjściowego. Możliwe są wyjścia zarówno AC, jak i DC przy zastosowaniu odpowiedniej konfiguracji kondensatorów i diod.
Demodulacja sygnałów
Najczęstszym zastosowaniem diod jest usuwanie składowej ujemnej sygnału AC. Ponieważ ujemna część przebiegu prądu przemiennego jest zwykle identyczna z dodatnią połową, bardzo niewiele informacji jest skutecznie traconych w procesie usuwania ich, co prowadzi do bardziej wydajnego przetwarzania sygnału.
Demodulacja sygnału jest powszechnie stosowana w radiach jako część systemu filtrującego, aby pomóc wyodrębnić sygnał radiowy z fali nośnej.
Zabezpieczenia przeciwprzepięciowe
Diody działają również dobrze jako urządzenia zabezpieczające wrażliwe elementy elektroniczne. Diody używane jako urządzenia zabezpieczające przed napięciem nie przewodzą w normalnych warunkach pracy, ale natychmiast zwierają wszelkie impulsy wysokiego napięcia do masy, jeśli nie mogą uszkodzić obwodu scalonego. Specjalistyczne diody zwane tłumikami napięcia przejściowego są zaprojektowane specjalnie do ochrony przed przepięciami i mogą obsługiwać bardzo duże skoki napięcia przez krótkie okresy, typową charakterystykę skoków napięcia lub porażenia prądem, które normalnie uszkadzają komponenty i skracają żywotność produktu elektronicznego.
Podobnie dioda może regulować napięcie, służąc jako obcinacz lub ogranicznik - wyspecjalizowany cel, który ogranicza napięcie, które może przez nią przejść w określonym punkcie.
Bieżące sterowanie
Podstawowym zastosowaniem diod jest sterowanie prądem i upewnianie się, że płynie on tylko we właściwym kierunku. Jednym z obszarów, w którym obecne możliwości sterowania diodami są wykorzystywane z dobrym skutkiem, jest przełączanie zasilania pochodzącego z zasilacza na zasilanie z akumulatora. Gdy urządzenie jest podłączone i ładuje się - na przykład telefon komórkowy lub zasilacz awaryjny - urządzenie powinno pobierać energię tylko z zewnętrznego zasilacza, a nie z baterii, a gdy urządzenie jest podłączone, bateria powinna pobierać energię i ładowanie. Po odłączeniu źródła zasilania bateria powinna zasilać urządzenie tak, aby żadna przerwa nie została zauważona przez użytkownika.
Dobrym przykładem sterowania prądem jest zabezpieczenie przed prądem wstecznym. Weźmy na przykład pod uwagę swój samochód. Kiedy bateria wyczerpie się, a przyjazny przechodzień zaoferuje pomoc przy kablach rozruchowych, jeśli pomieszasz kolejność przewodów czerwonego i czarnego, nie będziesz smażyć układu elektrycznego samochodu, ponieważ diody sąsiadujące z akumulatorem blokują prąd o złym kierunku.
Bramki logiczne
Komputery działają w systemie binarnym - nieskończonym morzu zer i jedynek. Binarne drzewa decyzyjne w obliczeniach są oparte na bramkach logicznych włączanych przez diody, które kontrolują, czy przełącznik jest włączony („1”), czy wyłączony („0”). Chociaż w nowoczesnych procesorach pojawiają się setki milionów diod, funkcjonalnie są one takie same jak diody, które kupujesz w sklepie elektronicznym - tylko znacznie mniejsze.
Diody i światło
Latarka LED to po prostu latarka, której oświetlenie pochodzi z diody elektroluminescencyjnej. W obecności dodatniego napięcia diody LED świecą.
Z kolei fotodioda przyjmuje światło przez kolektor (jak mini panel słoneczny) i przekształca to światło w niewielką ilość prądu.