Простейший полупроводниковый компонент — диод — выполняет множество полезных функций, связанных с его основной целью — управлять направлением потока электрического тока. Диоды позволяют току течь через них только в одном направлении.
Идеально эффективные диоды выглядят как разомкнутые цепи с отрицательным напряжением, а в остальном они выглядят как короткие замыкания. Но поскольку диоды допускают некоторую неэффективность, их отношение тока к напряжению нелинейно. Таким образом, вам нужно обратиться к таблице данных диода, чтобы увидеть график кривой прямого напряжения любого данного диода относительно его прямого тока, чтобы вы могли выбрать правильный диод для вашего конкретного проекта.
:max_bytes(150000):strip_icc()/88563115-5804ec613df78cbc28837eac-0cdc508a3d2340db95036108c674b694.jpg)
Тим Ридли / Getty Images
Применение диодов
Несмотря на то, что это простые двухконтактные полупроводниковые устройства, диоды жизненно важны в современной электронике. Некоторые из типичных применений диодов включают:
- Выпрямление напряжения, например преобразование переменного тока в постоянное.
- Изоляция сигналов от источника питания
- Управление размером сигнала
- Смешивание сигналов
Преобразование мощности
Одним из важных применений диодов является преобразование мощности переменного тока в мощность постоянного тока. Один диод или четыре диода преобразуют бытовую мощность 110 В в постоянный ток, образуя половинный (один диод) или двухполупериодный (четыре диода) выпрямитель. Диод пропускает только половину сигнала переменного тока. Когда этот импульс напряжения заряжает конденсатор, выходное напряжение представляется постоянным напряжением постоянного тока с небольшой пульсацией напряжения. Использование двухполупериодного выпрямителя делает этот процесс еще более эффективным за счет направления импульсов переменного тока таким образом, чтобы как положительная, так и отрицательная половина входной синусоидальной волны рассматривались только как положительные импульсы, эффективно удваивая частоту входных импульсов на конденсатор, что помогает поддерживать его в заряде и обеспечивать более стабильное напряжение.
Диоды и конденсаторы создают разные умножители напряжения, чтобы взять небольшое переменное напряжение и умножить его, чтобы получить очень высокое выходное напряжение. Выходы переменного и постоянного тока возможны при правильной конфигурации конденсаторов и диодов.
Демодуляция сигналов
Чаще всего диоды используются для удаления отрицательной составляющей сигнала переменного тока. Поскольку отрицательная часть сигнала переменного тока обычно идентична положительной половине, очень мало информации теряется в процессе ее удаления, что приводит к более эффективной обработке сигнала.
Демодуляция сигнала обычно используется в радиоприемниках как часть системы фильтрации, чтобы помочь выделить радиосигнал из несущей волны.
Защита от перенапряжения
Диоды также хорошо работают в качестве защитных устройств для чувствительных электронных компонентов. При использовании в качестве устройств защиты по напряжению диоды не проводят ток в нормальных условиях эксплуатации, но немедленно замыкают любые выбросы высокого напряжения на землю, где они не могут повредить интегральную схему. Специализированные диоды, называемые ограничителями переходного напряжения, разработаны специально для защиты от перенапряжения и могут выдерживать очень большие скачки мощности в течение коротких периодов времени, типичные характеристики скачков напряжения или поражения электрическим током, которые обычно могут повредить компоненты и сократить срок службы электронного продукта.
Точно так же диод может регулировать напряжение, выступая в качестве ограничителя или ограничителя — специальной цели, которая ограничивает напряжение, которое может проходить через него в определенной точке.
Текущее рулевое управление
Основное применение диодов — управлять током и следить за тем, чтобы он течет только в нужном направлении. Одна из областей, в которой способность диодов к управлению током используется с хорошим эффектом, — это переключение с мощности, поступающей от источника питания, на питание от батареи. Когда устройство подключено и заряжается — например, сотовый телефон или источник бесперебойного питания — устройство должно потреблять энергию только от внешнего источника питания, а не от батареи, а пока устройство подключено к сети, батарея должна потреблять энергию. и подзарядка. Как только источник питания будет удален, батарея должна запитать устройство, чтобы пользователь не заметил прерывания.
Хороший пример токового управления — защита от обратного тока. Рассмотрим, например, вашу машину. Когда ваша батарея умирает и дружелюбный прохожий предлагает помочь с перемычками, если вы перепутаете порядок красных и черных кабелей, вы не поджарите электрическую систему вашего автомобиля, потому что диоды, расположенные рядом с батареей, блокируют ток в неправильном направлении.
Логические ворота
Компьютеры работают в двоичном формате — это бесконечное море нулей и единиц. Деревья двоичных решений в вычислениях основаны на логических вентилях, включаемых диодами, которые контролируют, включен ли переключатель («1») или выключен («0»). Хотя в современных процессорах используются сотни миллионов диодов, они функционально такие же, как диоды, которые вы покупаете в магазине электроники, только намного меньше по размеру.
Диоды и свет
Светодиодный фонарик — это просто фонарик, свечение которого исходит от светодиода. При наличии положительного напряжения светятся светодиоды.
Фотодиод, напротив, принимает свет через коллектор (например, мини-солнечную панель) и преобразует этот свет в небольшой ток.