Den enklaste halvledarkomponenten - dioden - utför en mängd användbara funktioner relaterade till dess huvudsyfte att hantera riktningen för den elektriska strömmen. Dioder låter ström strömma genom dem endast i en riktning.
Perfekt effektiva dioder verkar vara öppna kretsar med negativ spänning och de ser ut som kortslutningar annars. Men eftersom dioder medger viss ineffektivitet är deras ström-till-spänningsförhållande olinjärt. Som sådan vill du konsultera en diods datablad för att se en kurva över kurvan för en given diod framspänning i förhållande till dess framström, så att du väljer rätt diod för just ditt projekt.
Tim Ridley / Getty Images
Tillämpningar av dioder
Trots att de bara är enkla halvledare, är dioder viktiga i modern elektronik. Några av de typiska tillämpningarna av dioder inkluderar:
- Åtgärda en spänning, till exempel omvandling av växelström till likspänning
- Isolera signaler från en matning
- Kontrollera storleken på en signal
- Blandningssignaler
Power Conversion
En viktig tillämpning av dioder är att omvandla växelström till likström. En enstaka diod eller fyra dioder omvandlar 110V hushållseffekt till DC genom att bilda en halvvägs (enkel diod) eller en fullvågs (fyra dioder) likriktare. Dioden tillåter bara hälften av växelströmsvågformen att röra sig genom den. När denna spänningspuls laddar en kondensator verkar utspänningen vara en jämn likspänning med en liten spänningsriffel. Med hjälp av en fullvågslikriktare 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 för 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 växelströmssignal. Eftersom den negativa delen av en AC-vågform vanligtvis är identisk med den positiva halvan går mycket lite information effektivt förlorad i denna process för att ta bort den, vilket leder till mer effektiv signalbehandling.
Signaldemodulering används ofta i radioapparater som en del av filtreringssystemet för att extrahera radiosignalen från bärvåg.
Överspänningsskydd
Dioder fungerar också bra som skyddsanordningar för känsliga elektroniska komponenter. När de används som spänningsskyddsanordningar är de inte ledande under normala driftsförhållanden, men kortsluter omedelbart högspänning till marken där det inte kan skada en integrerad krets. Specialiserade dioder som kallas transient spänningsdämpare är utformade speciellt för överspänningsskydd och kan hantera mycket stora spikar under korta tidsperioder, typiska egenskaper hos en spänningsspets eller elchock, vilket normalt skulle skada komponenter och förkorta en elektronisk produkts livslängd.
På samma sätt kan en diod reglera spänningen genom att fungera som en klippare eller en begränsare - ett specialiserat syfte som täcker spänningen som kan passera genom den vid en viss punkt.
Nuvarande styrning
Den grundläggande tillämpningen av dioder är att styra strömmen och se till att den bara flyter i rätt riktning. Ett område där den nuvarande styrförmågan hos dioder används med god effekt är att byta från strömmen från en strömförsörjning till ström som går från ett batteri. När en enhet är inkopplad och laddas - till exempel en mobiltelefon eller avbrottsfri strömförsörjning - bör enheten endast dra ström från den externa strömförsörjningen och inte batteriet, och medan enheten är inkopplad bör batteriet dra ström och laddning. Så snart strömkällan har tagits bort ska batteriet driva enheten så att inga avbrott märks av användaren.
Ett bra exempel på strömstyrning är genom backströmsskydd. Tänk till exempel på din bil. När ditt batteri tar slut och en vänlig förbipasserande erbjuder att hjälpa till med bygelkablar, om du blandar ordningen på de röda och svarta kablarna kommer du inte att steka bilens elektriska system eftersom dioder intill batteriet blockerar felriktningsströmmen.
Logiska grindar
Datorer fungerar binärt - ett oändligt hav av nollor och enor. De binära beslutsträdarna i 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 dyker upp i moderna processorer är de funktionellt desamma som dioderna du köper i elektronikbutiken - bara mycket mindre.
Dioder och ljus
En LED-ficklampa är bara en ficklampa vars belysning kommer från en ljusdiod. I närvaro av positiv spänning lyser lysdioder.
En fotodiod däremot accepterar ljus genom en samlare (som en mini solpanel) och omvandlar ljuset till en liten mängd ström.