Простейший полупроводниковый компонент - диод - выполняет множество полезных функций, связанных с его основной целью управления направлением потока электрического тока. Диоды пропускают через себя ток только в одном направлении.
Идеально эффективные диоды кажутся разомкнутыми цепями с отрицательным напряжением, а в остальном они выглядят как короткие замыкания. Но поскольку диоды допускают некоторую неэффективность, их зависимость тока от напряжения нелинейна. Таким образом, вы захотите обратиться к техническому описанию диода, чтобы увидеть график кривой зависимости прямого напряжения любого заданного диода от его прямого тока, чтобы выбрать правильный диод для вашего конкретного проекта.
Применение диодов
Несмотря на то, что это всего лишь простые полупроводниковые устройства с двумя выводами, диоды имеют жизненно важное значение в современной электронике. Некоторые из типичных применений диодов включают:
- Выпрямление напряжения, например преобразование переменного тока в постоянный
- 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 электроэнергию 110 В в постоянный ток, образуя промежуточный (один диод) или двухполупериодный (четыре диода) выпрямитель. Диод пропускает только половину волны переменного тока. Когда этот импульс напряжения заряжает конденсатор, выходное напряжение представляет собой устойчивое постоянное напряжение с небольшими пульсациями напряжения. Использование двухполупериодного выпрямителя делает этот процесс еще более эффективным за счет маршрутизации импульсов переменного тока таким образом, что как положительная, так и отрицательная половина входной синусоиды воспринимаются как только положительные импульсы, эффективно удваивая частоту входных импульсов на конденсатор, что помогает держать его заряженным и обеспечивает более стабильное напряжение.
Диоды и конденсаторы создают различные умножители напряжения, чтобы взять небольшое переменное напряжение и умножить его для создания очень высокого выходного напряжения. Выходы как переменного, так и постоянного тока возможны при правильной конфигурации конденсаторов и диодов.
Демодуляция сигналов
Диоды чаще всего используются для удаления отрицательной составляющей сигнала переменного тока. Поскольку отрицательная часть сигнала переменного тока обычно идентична положительной половине, в процессе ее удаления фактически теряется очень мало информации, что приводит к более эффективной обработке сигнала.
Демодуляция сигнала обычно используется в радиостанциях как часть системы фильтрации, помогающей извлечь 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 от напряжения диоды не проводят ток в нормальных условиях эксплуатации, но немедленно замыкают любой высоковольтный всплеск на землю, где он не может повредить интегральную схему. Специализированные диоды, называемые ограничителями переходного напряжения, разработаны специально для защиты от перенапряжения и могут выдерживать очень большие скачки напряжения в течение коротких периодов времени, типичные характеристики скачка напряжения или поражения электрическим током, которые обычно повреждают компоненты и сокращают срок службы электронного изделия.
Аналогичным образом диод может регулировать напряжение, выступая в качестве ограничителя или ограничителя – специального назначения, ограничивающего напряжение, которое может пройти через него в определенной точке.
Текущее управление
Основное применение диодов - управлять током и следить за тем, чтобы он протекал только в правильном направлении. Одной из областей, где способность диодов к управлению током используется с пользой, является переключение с питания, поступающего от источника питания, на питание от батареи. Когда устройство подключено к сети и заряжается, например, сотовый телефон или источник бесперебойного питания, устройство должно получать питание только от внешнего источника питания, а не от аккумулятора, а пока устройство подключено к сети, питание должно подаваться от аккумулятора. и подзарядка. Как только источник питания будет удален, батарея должна питать устройство, чтобы пользователь не заметил перебоев.
Хорошим примером управления током является защита от обратного тока. Возьмем, к примеру, свою машину. Когда ваша батарея садится, и дружелюбный прохожий предлагает помочь с соединительными кабелями, если вы перепутаете порядок красных и черных кабелей, вы не сожжете электрическую систему вашего автомобиля, потому что диоды, расположенные рядом с батареей, блокируют ток неправильного направления.
Итог
Компьютеры работают в двоичном формате - бесконечное море нулей и единиц. Двоичные деревья решений в вычислениях основаны на логических элементах, включенных диодами, которые контролируют, включен ли переключатель («1») или выключен («0»). Хотя в современных процессорах используются сотни миллионов диодов, функционально они ничем не отличаются от диодов, которые вы покупаете в магазине электроники, только намного меньше.
Диоды и свет
Светодиодный фонарик - это просто фонарик, источник света которого - светодиод. При наличии положительного напряжения светодиоды светятся.
Фотодиод, напротив, принимает свет через коллектор (например, мини-солнечную панель) и преобразует этот свет в небольшой ток.
