Den enklaste halvledarkomponenten - dioden - utför en mängd användbara funktioner relaterade till dess kärnsyfte att hantera riktningen för flödet av elektrisk ström. Dioder tillåter endast ström att flöda genom dem i en riktning.
Perfekt effektiva dioder verkar vara öppna kretsar med negativ spänning och annars ser de ut som kortslutningar. Men eftersom dioder erkänner viss ineffektivitet är deras ström-till-spänningsförhållande olinjärt. Som sådan vill du konsultera en diods datablad för att se en graf över kurvan för en given diods framspänning i förhållande till dess framåtström, så att du väljer rätt diod för ditt specifika projekt.
Applikationer av dioder
Trots att de bara är enkla halvledarenheter med två stift är dioder viktiga i modern elektronik. Några av de typiska tillämpningarna för dioder inkluderar:
- Rätta en spänning, till exempel att omvandla AC till DC-spänningar
- Isolera signaler från en källa
- Kontrollera storleken på en signal
- Blandningssignaler
Power Conversion
En viktig tillämpning av dioder är att konvertera växelström till likström. En enda diod eller fyra dioder omvandlar 110V hushållsström till DC genom att bilda en halvvägs (enkel diod) eller en helvågslikriktare (fyra dioder). Dioden tillåter bara hälften av AC-vågformen att färdas genom den. När denna spänningspuls laddar en kondensator, verkar utspänningen vara en jämn likspänning med en liten spänningsrippel. Att använda en helvågslikriktare gör denna process ännu mer effektiv genom att dirigera AC-pulserna så att både de positiva och negativa halvorna av ingångssinusvågen ses som endast positiva pulser, vilket effektivt fördubblar frekvensen av ingångspulserna till kondensatorn, vilket hjälper till att hålla den laddad och leverera en mer stabil spänning.
Dioder och kondensatorer skapar olika spänningsmultiplikatorer för att ta en liten växelspänning och multiplicera den för att skapa mycket höga spänningsutgångar. Både AC- och DC-utgångar är möjliga med rätt konfiguration av kondensatorer och dioder.
Demodulering av signaler
Den vanligaste användningen av dioder är att ta bort den negativa komponenten i en AC-signal. Eftersom den negativa delen av en växelströmsvågform vanligtvis är identisk med den positiva halvan, förloras mycket lite information i själva verket i processen att ta bort den, vilket leder till effektivare signalbehandling.
Signaldemodulering används vanligtvis i radioapparater som en del av filtreringssystemet för att hjälpa till att extrahera radiosignalen från bärvågen.
Överspänningsskydd
Dioder fungerar också bra som skyddsanordningar för känsliga elektroniska komponenter. När de används som spänningsskyddsanordningar är dioderna icke-ledande under normala driftsförhållanden men kortsluter omedelbart alla högspänningsspetsar till jord där de inte kan skada en integrerad krets. Specialiserade dioder som kallas transientspänningsdämpare är designade specifikt för överspänningsskydd och kan hantera mycket stora effektspikar under korta tidsperioder, typiska egenskaper hos en spänningsspets eller elektrisk stöt, vilket norm alt skulle skada komponenter och förkorta livslängden på en elektronisk produkt.
På liknande sätt kan en diod reglera spänningen genom att fungera som en klippare eller en limiter - ett speciellt ändamål som begränsar spänningen som kan passera genom den vid en viss punkt.
Current Steering
Den grundläggande tillämpningen av dioder är att styra strömmen och se till att den bara flyter i rätt riktning. Ett område där diodernas nuvarande styrförmåga används med god effekt är att byta från ström från en strömkälla till ström från ett batteri. När en enhet är ansluten och laddas - till exempel en mobiltelefon eller avbrottsfri strömförsörjning - ska enheten bara dra ström från den externa strömkällan och inte batteriet, och medan enheten är ansluten ska batteriet dra ström och laddning. Så snart strömkällan tas bort ska batteriet driva enheten så att inga avbrott uppmärksammas av användaren.
Ett bra exempel på strömstyrning är genom backströmsskydd. Tänk till exempel på din bil. När ditt batteri dör och en vänlig förbipasserande erbjuder sig att hjälpa till med startkablar, om du blandar ordningen på de röda och svarta kablarna kommer du inte att steka bilens elsystem eftersom dioder intill batteriet blockerar strömmen i fel riktning.
Bottom Line
Datorer fungerar binärt - ett oändligt hav av nollor och ettor. De binära beslutsträden vid beräkning är baserade på logiska grindar aktiverade av dioder som styr om en omkopplare är på ("1") eller av ("0"). Även om hundratals miljoner dioder förekommer i moderna processorer, är de funktionellt desamma som dioderna du köper i elektronikaffären - bara mycket mindre.
Dioder och ljus
En LED-ficklampa är bara en ficklampa vars belysning kommer från en lysdiod. I närvaro av positiv spänning lyser lysdioderna.
En fotodiod, däremot, accepterar ljus genom en kollektor (som en mini-solpanel) och omvandlar det ljuset till en liten mängd ström.
