Najprostszy element półprzewodnikowy - dioda - spełnia szereg użytecznych funkcji związanych z jego głównym celem, jakim jest zarządzanie kierunkiem przepływu prądu elektrycznego. Diody umożliwiają przepływ prądu tylko w jednym kierunku.
Doskonale wydajne diody wydają się być obwodami otwartymi z ujemnym napięciem i w przeciwnym razie wyglądają jak zwarcia. Ale ponieważ diody przyznają się do pewnej nieefektywności, ich zależność między prądem a napięciem jest nieliniowa. W związku z tym warto zapoznać się z arkuszem danych diody, aby zobaczyć wykres krzywej napięcia przewodzenia dowolnej diody w stosunku do jej prądu przewodzenia, aby wybrać odpowiednią diodę do konkretnego projektu.
Zastosowania diod
Pomimo tego, że są tylko prostymi dwupinowymi urządzeniami półprzewodnikowymi, diody są niezbędne we współczesnej elektronice. Niektóre z typowych zastosowań diod to:
- Prostowanie napięcia, np. zamiana napięć AC na DC
- Izolowanie sygnałów od zasilania
- Kontrolowanie rozmiaru sygnału
- Mieszanie sygnałów
Konwersja zasilania
Jednym z istotnych zastosowań diod jest konwersja prądu przemiennego na prąd stały. Pojedyncza dioda lub cztery diody przekształcają energię elektryczną 110 V w prąd stały, tworząc prostownik połówkowy (pojedyncza dioda) lub pełnookresowy (cztery diody). Dioda przepuszcza przez nią tylko połowę przebiegu prądu przemiennego. Kiedy ten impuls napięciowy ładuje kondensator, napięcie wyjściowe wydaje się być stałym napięciem stałym z niewielkim tętnieniem napięcia. Zastosowanie prostownika pełnookresowego czyni ten proces jeszcze bardziej wydajnym, kierując impulsy prądu przemiennego tak, że zarówno dodatnia, jak i ujemna połowa wejściowej fali sinusoidalnej są postrzegane jako tylko dodatnie impulsy, skutecznie podwajając częstotliwość impulsów wejściowych do kondensatora, co pomaga utrzymać ładunek i zapewnia bardziej stabilne napięcie.
Diody i kondensatory tworzą różne mnożniki napięcia, aby wziąć małe napięcie prądu przemiennego i pomnożyć je w celu uzyskania bardzo wysokiego napięcia wyjściowego. Przy odpowiedniej konfiguracji kondensatorów i diod możliwe są zarówno wyjścia AC, jak i DC.
Demodulacja sygnałów
Najczęstszym zastosowaniem diod jest usunięcie ujemnej składowej sygnału AC. Ponieważ ujemna część przebiegu prądu przemiennego jest zwykle identyczna z dodatnią połową, bardzo mało informacji jest skutecznie traconych w tym procesie usuwania, co prowadzi do bardziej wydajnego przetwarzania sygnału.
Demodulacja sygnału jest powszechnie stosowana w radiotelefonach jako część systemu filtrowania, aby pomóc wyodrębnić sygnał radiowy z fali nośnej.
Ochrona przed przepięciami
Diody działają również jako urządzenia zabezpieczające dla wrażliwych elementów elektronicznych. Gdy są używane jako urządzenia zabezpieczające napięcie, diody nie przewodzą w normalnych warunkach pracy, ale natychmiast zwierają wszelkie skoki wysokiego napięcia do masy, gdy nie mogą one uszkodzić układu scalonego. Specjalistyczne diody zwane tłumikami napięcia przejściowego są zaprojektowane specjalnie do ochrony przed przepięciami i mogą wytrzymać bardzo duże skoki mocy przez krótkie okresy czasu, typowe charakterystyki skoków napięcia lub porażenia prądem, które normalnie mogłyby uszkodzić komponenty i skrócić żywotność produktu elektronicznego.
Podobnie dioda może regulować napięcie, służąc jako maszynka do strzyżenia lub ogranicznik – specjalny cel, który ogranicza napięcie, które może przez nią przejść w określonym punkcie.
Aktualne sterowanie
Podstawowym zastosowaniem diod jest sterowanie prądem i upewnienie się, że płynie on tylko we właściwym kierunku. Jednym z obszarów, w którym obecne możliwości sterowania diodami są dobrze wykorzystywane, jest przełączanie z zasilania z zasilacza na zasilanie z akumulatora. Gdy urządzenie jest podłączone i ładowane - na przykład telefon komórkowy lub zasilacz awaryjny - urządzenie powinno pobierać energię tylko z zewnętrznego źródła zasilania, a nie z baterii, a gdy urządzenie jest podłączone, bateria powinna pobierać prąd i ładowania. Zaraz po odłączeniu źródła zasilania bateria powinna zasilać urządzenie, aby użytkownik nie zauważył żadnych przerw.
Dobrym przykładem sterowania prądem jest zabezpieczenie przed prądem wstecznym. Weźmy na przykład swój samochód. Kiedy wyczerpie się bateria, a przyjazny przechodzień zaproponuje pomoc z przewodami rozruchowymi, jeśli połączysz kolejność czerwonych i czarnych przewodów, nie usmażysz układu elektrycznego samochodu, ponieważ diody przylegające do akumulatora blokują prąd o niewłaściwym kierunku.
Dolna linia
Komputery działają w systemie binarnym - nieskończone morze zer i jedynek. Binarne drzewa decyzyjne w informatyce oparte są na bramkach logicznych włączanych przez diody, które kontrolują, czy przełącznik jest włączony („1”), czy wyłączony („0”). Chociaż w nowoczesnych procesorach pojawiają się setki milionów diod, są one funkcjonalnie takie same jak diody kupowane w sklepie elektronicznym - tylko znacznie mniejsze.
Diody i światło
Latarka LED to po prostu latarka, której oświetlenie pochodzi z diody elektroluminescencyjnej. W obecności dodatniego napięcia świecą się diody LED.
Z kolei fotodioda przyjmuje światło przez kolektor (jak mini panel słoneczny) i przekształca je w niewielką ilość prądu.
