Η απλούστερη συνιστώσα ημιαγωγών - η δίοδος - επιτελεί μια ποικιλία χρήσιμων λειτουργιών που σχετίζονται με τον κύριο σκοπό της διαχείρισης της κατεύθυνσης της ροής ηλεκτρικού ρεύματος. Οι δίοδοι επιτρέπουν τη ροή ρεύματος μέσω αυτών μόνο προς μία κατεύθυνση.
Τέλεια αποτελεσματικές διόδους φαίνεται να είναι ανοικτά κυκλώματα με αρνητική τάση και μοιάζουν με βραχυκύκλωμα διαφορετικά. Αλλά επειδή οι δίοδοι παραδέχονται κάποια αναποτελεσματικότητα, η σχέση τους προς την τάση είναι μη γραμμική.
Ως εκ τούτου, θα θέλετε να συμβουλευτείτε ένα δελτίο δεδομένων της δίοδος για να δείτε ένα γράφημα της καμπύλης οποιασδήποτε δεδομένης τάσης της δεδομένης διόδου σχετικά με το εμπρόσθιο ρεύμα της, έτσι ώστε να επιλέξετε τη σωστή δίοδο για το συγκεκριμένο έργο σας.
Εφαρμογές των Διόδων
Παρά το γεγονός ότι είναι απλά συσκευές δύο ημιαγωγών ημιαγωγών, οι δίοδοι είναι ζωτικής σημασίας στη σύγχρονη ηλεκτρονική. Μερικές από τις τυπικές εφαρμογές των διόδων περιλαμβάνουν:
- Διόρθωση τάσης, όπως μετατροπή AC σε τάσεις DC
- Απομόνωση σημάτων από μια τροφοδοσία
- Έλεγχος του μεγέθους ενός σήματος
- Ανάμιξη σημάτων
Μετατροπή ισχύος
Μια σημαντική εφαρμογή των διόδων είναι να μετατρέψετε την ισχύ εναλλασσόμενου ρεύματος σε ισχύ DC. Μια ενιαία δίοδος ή τέσσερις δίοδοι μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μετατροπή της οικιακής ισχύος 110V σε DC, σχηματίζοντας ένα μισό διαύλου (μονής διόδου) ή έναν ανορθωτή πλήρους κύματος (τεσσάρων διόδων). Μια δίοδος το κάνει αυτό επιτρέποντας μόνο το ήμισυ της κυματομορφής AC να ταξιδέψει μέσα από αυτό. Όταν αυτός ο παλμός τάσης χρησιμοποιείται για τη φόρτιση ενός πυκνωτή, η τάση εξόδου φαίνεται να είναι μια σταθερή τάση συνεχούς ρεύματος με μικρή κυματισμός τάσης. Η χρήση ενός ανορθωτή πλήρους κύματος καθιστά αυτήν την διαδικασία ακόμη πιο αποτελεσματική με τη δρομολόγηση των παλμών AC έτσι ώστε τόσο τα θετικά όσο και τα αρνητικά μισά του ημιτονοειδούς κύματος εισόδου να θεωρούνται ως μόνο θετικοί παλμοί, πράγματι διπλασιάζοντας τη συχνότητα των παλμών εισόδου στον πυκνωτή, βοηθάει στη διατήρηση της φόρτισης και παρέχει πιο σταθερή τάση.
Οι δίοδοι και οι πυκνωτές μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία ενός αριθμού τύπων πολλαπλασιαστών τάσης για να λάβουν μια μικρή τάση εναλλασσόμενου ρεύματος και να τις πολλαπλασιάσουν για να δημιουργήσουν πολύ υψηλές τάσεις. Τόσο οι εξόδους AC όσο και DC είναι δυνατές χρησιμοποιώντας τη σωστή διαμόρφωση των πυκνωτών και των διόδων.
Αποδιαμόρφωση σημάτων
Η πιο συνηθισμένη χρήση των διόδων είναι η αφαίρεση του αρνητικού στοιχείου ενός σήματος AC. Επειδή το αρνητικό τμήμα μίας κυματομορφής εναλλασσόμενου ρεύματος είναι συνήθως πανομοιότυπο με το θετικό μισό, πολύ λίγες πληροφορίες χάνουν αποτελεσματικά σε αυτή τη διαδικασία απογύμνωσης, οδηγώντας σε πιο αποτελεσματική επεξεργασία σήματος.
Η αποδιαμόρφωση σήματος χρησιμοποιείται συνήθως στα ραδιόφωνα ως μέρος του συστήματος φιλτραρίσματος για να βοηθήσει στην απόσπαση του ραδιοφωνικού σήματος από το φέρον κύμα.
Προστασία υπερ-τάσης
Οι δίοδοι λειτουργούν επίσης καλά ως συσκευές προστασίας για ευαίσθητα ηλεκτρονικά εξαρτήματα. Όταν χρησιμοποιούνται ως διατάξεις προστασίας από τάση, οι διόδους δεν είναι αγώγιμες υπό κανονικές συνθήκες λειτουργίας, αλλά αμέσως βραχυκυκλώνουν οποιαδήποτε ακίδα υψηλής τάσης στη γη, όπου δεν μπορούν να βλάψουν ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα. Οι εξειδικευμένες δίοδοι που ονομάζονται αναστολείς τάσης είναι σχεδιασμένοι ειδικά για προστασία υπερφόρτισης και μπορούν να χειριστούν πολύ μεγάλες αιχμές ισχύος για σύντομες χρονικές περιόδους, τυπικά χαρακτηριστικά ακίδων τάσης ή ηλεκτροπληξίας, οι οποίες κανονικά θα βλάψουν τα εξαρτήματα και θα μειώσουν τη διάρκεια ζωής ενός ηλεκτρονικού προϊόντος.
Ομοίως, μια δίοδος μπορεί να ρυθμίζει την τάση εξυπηρετώντας ως κλιπ ή περιοριστή - έναν εξειδικευμένο σκοπό που καλύπτει την τάση που μπορεί να περάσει μέσα από αυτό σε ένα ορισμένο σημείο.
Τρέχον σύστημα διεύθυνσης
Η βασική εφαρμογή των διόδων είναι να κατευθύνετε το ρεύμα και να βεβαιωθείτε ότι ρέει μόνο προς τη σωστή κατεύθυνση. Ένας τομέας όπου χρησιμοποιείται η τρέχουσα ικανότητα διεύθυνσης των διόδων είναι η μετάβαση από την τροφοδοσία ρεύματος από την τροφοδοσία ρεύματος στην τροφοδοσία από μια μπαταρία. Όταν μια συσκευή συνδέεται και φορτίζεται - για παράδειγμα, ένα κινητό τηλέφωνο ή μια αδιάλειπτη τροφοδοσία ρεύματος - η συσκευή πρέπει να αντλεί ενέργεια μόνο από την εξωτερική τροφοδοσία ρεύματος και όχι από την μπαταρία και ενώ η συσκευή είναι συνδεδεμένη στην μπαταρία θα πρέπει να αντλεί ισχύ και επαναφόρτιση. Μόλις αφαιρεθεί η πηγή ενέργειας, η μπαταρία θα πρέπει να τροφοδοτεί τη συσκευή έτσι ώστε να μην παρατηρείται καμία διακοπή από τον χρήστη.
Ένα καλό παράδειγμα τρέχουσας διεύθυνσης είναι η προστασία από αντίστροφη ροή. Εξετάστε, για παράδειγμα, το αυτοκίνητό σας. Όταν η μπαταρία σας πεθαίνει και ένας φιλικός περαστικός προσφέρει βοήθεια για καλώδια βραχυκυκλωτήρα, εάν αναμίξετε τη σειρά των κόκκινων και μαύρων καλωδίων, δεν θα τηγανίζετε το ηλεκτρικό σύστημα του αυτοκινήτου σας επειδή οι διόδους δίπλα στην μπαταρία μπλοκάρουν το ρεύμα λανθασμένης κατεύθυνσης.
Logic Gates
Οι υπολογιστές λειτουργούν σε δυαδική μορφή - μια ατέλειωτη θάλασσα μηδέν και μία. Τα δυαδικά δέντρα αποφάσεων στον υπολογισμό βασίζονται σε λογικές πύλες ενεργοποιημένες από διόδους που ελέγχουν αν ένας διακόπτης είναι ενεργοποιημένος ("1") ή απενεργοποιημένος ("0"). Αν και εκατοντάδες εκατομμύρια δίοδοι εμφανίζονται σε σύγχρονους επεξεργαστές, είναι λειτουργικά οι ίδιες με τις δίοδοι που αγοράζετε στο ηλεκτρονικό κατάστημα - πολύ μικρότερες.
Δίοδοι και Φως
Ένας φακός LED είναι απλά ένας φακός του οποίου ο φωτισμός προέρχεται από μια δίοδο εκπομπής φωτός. Σε περίπτωση θετικής τάσης, οι λυχνίες LED ανάβουν.
Μια φωτοδίοδος, αντιθέτως, δέχεται το φως μέσω ενός συλλέκτη (όπως ένα ηλιακό πάνελ μίνι) και μετατρέπει αυτό το φως σε ένα μικρό ποσό ρεύματος.