Το απλούστερο εξάρτημα ημιαγωγού - η δίοδος - εκτελεί μια ποικιλία χρήσιμων λειτουργιών που σχετίζονται με τον βασικό σκοπό του να διαχειρίζεται την κατεύθυνση της ροής του ηλεκτρικού ρεύματος. Οι δίοδοι επιτρέπουν στο ρεύμα να ρέει μέσω αυτών προς μία μόνο κατεύθυνση.
Οι απόλυτα αποδοτικές δίοδοι φαίνεται να είναι ανοιχτά κυκλώματα με αρνητική τάση και κατά τα άλλα μοιάζουν με βραχυκυκλώματα. Επειδή όμως οι δίοδοι παραδέχονται κάποια αναποτελεσματικότητα, η σχέση ρεύματος προς τάση είναι μη γραμμική. Ως εκ τούτου, θα θελήσετε να συμβουλευτείτε το φύλλο δεδομένων μιας διόδου για να δείτε ένα γράφημα της καμπύλης της μπροστινής τάσης οποιασδήποτε δεδομένης διόδου σε σχέση με το μπροστινό ρεύμα της, έτσι ώστε να επιλέξετε τη σωστή δίοδο για το συγκεκριμένο έργο σας.
Εφαρμογές Διόδων
Παρόλο που είναι απλές συσκευές ημιαγωγών δύο ακίδων, οι δίοδοι είναι ζωτικής σημασίας στα σύγχρονα ηλεκτρονικά. Μερικές από τις τυπικές εφαρμογές των διόδων περιλαμβάνουν:
- Διόρθωση τάσης, όπως μετατροπή AC σε τάσεις συνεχούς ρεύματος
- Απομόνωση σημάτων από παροχή
- Έλεγχος του μεγέθους ενός σήματος
- Σήματα ανάμειξης
Μετατροπή ισχύος
Μια σημαντική εφαρμογή των διόδων είναι η μετατροπή εναλλασσόμενου ρεύματος σε ισχύ συνεχούς ρεύματος. Μια μονή δίοδος ή τέσσερις δίοδοι μετατρέπουν την οικιακή ισχύ 110 V σε DC σχηματίζοντας έναν ανορθωτή στη μέση (μονή δίοδο) ή έναν ανορθωτή πλήρους κύματος (τέσσερις δίοδοι). Η δίοδος επιτρέπει μόνο στο ήμισυ της κυματομορφής AC να ταξιδεύει μέσα από αυτήν. Όταν αυτός ο παλμός τάσης φορτίζει έναν πυκνωτή, η τάση εξόδου φαίνεται να είναι μια σταθερή τάση συνεχούς ρεύματος με μια μικρή κυματοποίηση τάσης. Η χρήση ενός ανορθωτή πλήρους κύματος καθιστά αυτή τη διαδικασία ακόμη πιο αποτελεσματική δρομολογώντας τους παλμούς εναλλασσόμενου ρεύματος έτσι ώστε τόσο το θετικό όσο και το αρνητικό μισό του ημιτονοειδούς κύματος εισόδου να θεωρούνται μόνο θετικοί παλμοί, διπλασιάζοντας ουσιαστικά τη συχνότητα των παλμών εισόδου στον πυκνωτή. το βοηθά να διατηρείται φορτισμένο και να παρέχει μια πιο σταθερή τάση.
Οι δίοδοι και οι πυκνωτές δημιουργούν διαφορετικούς πολλαπλασιαστές τάσης για να πάρουν μια μικρή τάση AC και να την πολλαπλασιάσουν για να δημιουργήσουν εξόδους πολύ υψηλής τάσης. Και οι δύο έξοδοι AC και DC είναι δυνατές χρησιμοποιώντας τη σωστή διαμόρφωση πυκνωτών και διόδων.
Αποδιαμόρφωση σημάτων
Η πιο κοινή χρήση των διόδων είναι η αφαίρεση του αρνητικού στοιχείου ενός σήματος AC. Επειδή το αρνητικό τμήμα μιας κυματομορφής εναλλασσόμενου ρεύματος είναι συνήθως πανομοιότυπο με το θετικό μισό, πολύ λίγες πληροφορίες χάνονται ουσιαστικά σε αυτή τη διαδικασία αφαίρεσης, οδηγώντας σε πιο αποτελεσματική επεξεργασία σήματος.
Η αποδιαμόρφωση σήματος χρησιμοποιείται συνήθως στα ραδιόφωνα ως μέρος του συστήματος φιλτραρίσματος για να βοηθήσει στην εξαγωγή του ραδιοφωνικού σήματος από το φέρον κύμα.
Προστασία υπέρτασης
Οι δίοδοι λειτουργούν επίσης καλά ως συσκευές προστασίας για ευαίσθητα ηλεκτρονικά εξαρτήματα. Όταν χρησιμοποιούνται ως συσκευές προστασίας τάσης, οι δίοδοι είναι μη αγώγιμες υπό κανονικές συνθήκες λειτουργίας, αλλά βραχυκυκλώνουν αμέσως κάθε αιχμή υψηλής τάσης στη γείωση όπου δεν μπορεί να βλάψει ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα. Οι εξειδικευμένες δίοδοι που ονομάζονται μεταβατικοί καταστολείς τάσης έχουν σχεδιαστεί ειδικά για προστασία από υπέρταση και μπορούν να χειριστούν πολύ μεγάλες αιχμές ισχύος για σύντομες χρονικές περιόδους, τυπικά χαρακτηριστικά αιχμής τάσης ή ηλεκτροπληξίας, που κανονικά θα προκαλούσαν ζημιά στα εξαρτήματα και θα μείωναν τη διάρκεια ζωής ενός ηλεκτρονικού προϊόντος.
Ομοίως, μια δίοδος μπορεί να ρυθμίζει την τάση χρησιμεύοντας ως κουρευτική μηχανή ή ως περιοριστής - ένας εξειδικευμένος σκοπός που περιορίζει την τάση που μπορεί να περάσει από αυτήν σε ένα συγκεκριμένο σημείο.
Τρέχον τιμόνι
Η βασική εφαρμογή των διόδων είναι να κατευθύνουν το ρεύμα και να διασφαλίζουν ότι ρέει μόνο προς τη σωστή κατεύθυνση. Ένας τομέας όπου η τρέχουσα ικανότητα διεύθυνσης των διόδων χρησιμοποιείται με καλό αποτέλεσμα είναι η μετάβαση από την ισχύ που προέρχεται από τροφοδοτικό σε τροφοδοσία που λειτουργεί από μπαταρία. Όταν μια συσκευή είναι συνδεδεμένη στην πρίζα και φορτίζει - για παράδειγμα, ένα κινητό τηλέφωνο ή αδιάλειπτη παροχή ρεύματος - η συσκευή πρέπει να τροφοδοτείται μόνο από το εξωτερικό τροφοδοτικό και όχι από την μπαταρία και ενώ η συσκευή είναι συνδεδεμένη στην πρίζα, η μπαταρία θα πρέπει να τροφοδοτεί με ρεύμα και επαναφόρτιση. Μόλις αφαιρεθεί η πηγή τροφοδοσίας, η μπαταρία πρέπει να τροφοδοτεί τη συσκευή έτσι ώστε να μην γίνεται αντιληπτή διακοπή από τον χρήστη.
Ένα καλό παράδειγμα τρέχοντος συστήματος διεύθυνσης είναι η προστασία αντίστροφου ρεύματος. Σκεφτείτε, για παράδειγμα, το αυτοκίνητό σας. Όταν τελειώσει η μπαταρία σας και ένας φιλικός περαστικός προσφέρεται να σας βοηθήσει με τα καλώδια άλτης, αν αναμίξετε τη σειρά των κόκκινων και μαύρων καλωδίων, δεν θα τηγανίσετε το ηλεκτρικό σύστημα του αυτοκινήτου σας επειδή οι δίοδοι δίπλα στην μπαταρία μπλοκάρουν το ρεύμα λάθος κατεύθυνσης.
Κατώτατη γραμμή
Οι υπολογιστές λειτουργούν δυαδικά - μια ατελείωτη θάλασσα μηδενικών και μονάδων. Τα δυαδικά δέντρα απόφασης στον υπολογισμό βασίζονται σε λογικές πύλες που ενεργοποιούνται από διόδους που ελέγχουν εάν ένας διακόπτης είναι ενεργοποιημένος ("1") ή απενεργοποιημένος ("0"). Αν και εκατοντάδες εκατομμύρια δίοδοι εμφανίζονται σε σύγχρονους επεξεργαστές, λειτουργικά είναι ίδιες με τις διόδους που αγοράζετε από το κατάστημα ηλεκτρονικών ειδών - πολύ μικρότερες.
Δίοδοι και φως
Ο φακός LED είναι απλώς ένας φακός του οποίου ο φωτισμός προέρχεται από μια δίοδο εκπομπής φωτός. Παρουσία θετικής τάσης, τα LED ανάβουν.
Μια φωτοδίοδος, αντίθετα, δέχεται φως μέσω ενός συλλέκτη (όπως ένα μίνι ηλιακό πάνελ) και μετατρέπει αυτό το φως σε μικρή ποσότητα ρεύματος.
