Den enkleste halvlederkomponent - dioden - udfører en række nyttige funktioner relateret til dens kerneformål med at styre retningen af strømmen af elektrisk strøm. Dioder tillader kun at strømme gennem dem i én retning.
Perfekt effektive dioder ser ud til at være åbne kredsløb med en negativ spænding, og de ligner ellers kortslutninger. Men fordi dioder indrømmer en vis ineffektivitet, er deres strøm-til-spændingsforhold ikke-lineært. Som sådan vil du konsultere en diodes datablad for at se en graf over kurven for en given diodes fremadspænding i forhold til dens fremadgående strøm, så du vælger den rigtige diode til dit specifikke projekt.
Anvendelser af dioder
På trods af at de kun er simple to-bens halvlederenheder, er dioder afgørende i moderne elektronik. Nogle af de typiske anvendelser af dioder inkluderer:
- Retificering af en spænding, såsom at omdanne AC til DC-spændinger
- Isolering af signaler fra en forsyning
- Styring af størrelsen på et signal
- Mixing-signaler
Power Conversion
En væsentlig anvendelse af dioder er at konvertere vekselstrøm til jævnstrøm. En enkelt diode eller fire dioder omdanner 110V husholdningsstrøm til jævnstrøm ved at danne en halvvejs (enkelt diode) eller en fuldbølge (fire dioder) ensretter. Dioden tillader kun halvdelen af AC-bølgeformen at rejse gennem den. Når denne spændingsimpuls oplader en kondensator, ser udgangsspændingen ud til at være en konstant jævnspænding med en lille spændingsrippel. Brugen af en fuldbølge ensretter gør denne proces endnu mere effektiv ved at dirigere AC-impulserne, så både den positive og negative halvdel af inputsinusbølgen kun ses som positive impulser, hvilket effektivt fordobler frekvensen af inputimpulserne til kondensatoren, hvilket hjælper med at holde den opladet og levere en mere stabil spænding.
Dioder og kondensatorer skaber forskellige spændingsmultiplikatorer for at tage en lille vekselspænding og gange den for at skabe meget høje spændingsudgange. Både AC- og DC-udgange er mulige ved at bruge den rigtige konfiguration af kondensatorer og dioder.
Demodulering af signaler
Den mest almindelige brug af dioder er at fjerne den negative komponent af et AC-signal. Fordi den negative del af en AC-bølgeform norm alt er identisk med den positive halvdel, går meget lidt information faktisk tabt i denne proces med at fjerne den, hvilket fører til mere effektiv signalbehandling.
Signaldemodulation bruges almindeligvis i radioer som en del af filtreringssystemet for at hjælpe med at udtrække radiosignalet fra bærebølgen.
Overspændingsbeskyttelse
Dioder fungerer også godt som beskyttelsesanordninger til følsomme elektroniske komponenter. Når de bruges som spændingsbeskyttelsesanordninger, er dioderne ikke-ledende under normale driftsforhold, men kortslutter straks enhver højspændingsspids til jord, hvor den ikke kan skade et integreret kredsløb. Specialiserede dioder kaldet transient spændingsundertrykkere er designet specifikt til overspændingsbeskyttelse og kan håndtere meget store strømspidser i korte tidsperioder, typiske karakteristika for en spændingsspids eller elektrisk stød, som norm alt ville beskadige komponenter og forkorte levetiden for et elektronisk produkt.
På samme måde kan en diode regulere spændingen ved at fungere som en klipper eller en begrænser - et specialiseret formål, der begrænser den spænding, der kan passere gennem den på et bestemt tidspunkt.
Current Steering
Den grundlæggende anvendelse af dioder er at styre strømmen og sikre, at den kun flyder i den rigtige retning. Et område, hvor diodernes nuværende styreevne bruges med god effekt, er ved at skifte fra strømmen fra en strømforsyning til strøm, der kører fra et batteri. Når en enhed er tilsluttet og oplades - for eksempel en mobiltelefon eller uafbrydelig strømforsyning - bør enheden kun trække strøm fra den eksterne strømforsyning og ikke batteriet, og mens enheden er tilsluttet, skal batteriet trække strøm og genopladning. Så snart strømkilden er fjernet, skal batteriet forsyne enheden med strøm, så brugeren ikke bemærker nogen afbrydelse.
Et godt eksempel på strømstyring er gennem omvendt strømbeskyttelse. Overvej for eksempel din bil. Når dit batteri dør, og en venlig forbipasserende tilbyder at hjælpe med startkabler, hvis du blander rækkefølgen af de røde og sorte kabler, vil du ikke stege bilens elektriske system, fordi dioder, der støder op til batteriet, blokerer for den forkerte strøm.
Bundlinje
Computere fungerer binært - et endeløst hav af nuller og et-tal. De binære beslutningstræer i computing er baseret på logiske porte aktiveret af dioder, der styrer, om en switch er tændt ("1") eller slukket ("0"). Selvom der forekommer hundredvis af millioner af dioder i moderne processorer, er de funktionelt de samme som de dioder, du køber i elektronikbutikken - bare meget mindre.
Dioder og lys
En LED-lommelygte er bare en lommelygte, hvis belysning kommer fra en lysemitterende diode. Ved tilstedeværelse af positiv spænding lyser LED'er.
En fotodiode accepterer derimod lys gennem en solfanger (som et mini-solpanel) og konverterer dette lys til en lille mængde strøm.
