Nejjednodušší polovodičová součástka - dioda - vykonává řadu užitečných funkcí souvisejících s jejím hlavním účelem řízení směru toku elektrického proudu. Diody umožňují, aby nimi proud protékal pouze jedním směrem.
Dokonale účinné diody vypadají jako otevřené obvody se záporným napětím a jinak vypadají jako zkraty. Ale protože diody připouštějí určitou neúčinnost, jejich vztah mezi proudem a napětím je nelineární. Jako takový budete chtít nahlédnout do datového listu diody, abyste viděli graf křivky dopředného napětí dané diody vzhledem k jejímu dopřednému proudu, abyste vybrali správnou diodu pro váš konkrétní projekt.
Tim Ridley / Getty Images
Aplikace diod
Přestože jsou diody pouze jednoduchá dvoukolíková polovodičová zařízení, jsou v moderní elektronice životně důležité. Mezi typické aplikace diod patří:
- Usměrnění napětí, například přeměna střídavého napětí na stejnosměrné
- Izolační signály ze zdroje
- Ovládání velikosti signálu
- Míchání signálů
Převod energie
Jednou významnou aplikací diod je převod střídavého proudu na stejnosměrný. Jedna dioda nebo čtyři diody transformují napájení domácnosti 110 V na stejnosměrný proud vytvořením usměrňovače do poloviny (jedna dioda) nebo plné vlny (čtyři diody). Dioda umožňuje průchod pouze polovinou křivky střídavého proudu. Když tento napěťový impuls nabije kondenzátor, výstupní napětí se jeví jako stálé stejnosměrné napětí s malým zvlněním napětí. Díky použití plného vlnového usměrňovače je tento proces ještě efektivnější směrováním střídavých pulzů tak, že kladná i záporná polovina vstupní sinusové vlny jsou považovány pouze za kladné pulsy, což účinně zdvojnásobuje frekvenci vstupních pulzů na kondenzátor, což pomáhá udržovat nabití a dodávat stabilnější napětí.
Diody a kondenzátory vytvářejí různé multiplikátory napětí, které berou malé střídavé napětí a násobí je a vytvářejí velmi vysoké napěťové výstupy. Výstupy AC i DC jsou možné při správné konfiguraci kondenzátorů a diod.
Demodulace signálů
Nejběžnějším použitím diod je odstranění záporné složky střídavého signálu. Protože záporná část křivky střídavého proudu je obvykle identická s kladnou polovinou, v tomto procesu jeho odizolování se efektivně ztratí velmi málo informací, což vede k efektivnějšímu zpracování signálu.
Demodulace signálu se běžně používá v rádiích jako součást filtračního systému, který pomáhá extrahovat rádiový signál z nosné vlny.
Přepěťové ochrany
Diody také fungují jako ochranné zařízení pro citlivé elektronické součástky. Pokud jsou diody použity jako zařízení na ochranu napětí, jsou za normálních provozních podmínek nevodivé, ale okamžitě zkratují vysokonapěťový hrot na zem, kde nemohou poškodit integrovaný obvod. Specializované diody zvané potlačení přechodného napětí jsou navrženy speciálně pro ochranu před přepětím a dokáží zvládat velmi velké energetické špičky po krátkou dobu, typické charakteristiky napěťové špičky nebo úrazu elektrickým proudem, které by normálně poškodily součásti a zkrátily životnost elektronického výrobku.
Podobně může dioda regulovat napětí tím, že slouží jako zastřihovač nebo omezovač - speciální účel, který omezuje napětí, které jím může procházet v určitém bodě.
Aktuální řízení
Základní aplikací diod je řídit proud a zajistit, aby proudil pouze správným směrem. Jednou z oblastí, kde se současná schopnost řízení diod dobře využívá, je přechod z napájení pocházejícího z napájecího zdroje na napájení z baterie. Když je zařízení připojeno a nabíjí se - například mobilní telefon nebo nepřerušitelný zdroj napájení - zařízení by mělo odebírat energii pouze z externího zdroje napájení, nikoli z baterie, a zatímco je zařízení připojeno k baterii, mělo by odebírat energii a dobíjení. Jakmile je zdroj energie odpojen, baterie by měla napájet zařízení tak, aby uživatel nezaznamenal žádné přerušení.
Dobrým příkladem současného řízení je ochrana proti zpětnému proudu. Vezměme si například vaše auto. Když vaše baterie zemře a přátelský kolemjdoucí nabídne pomoc s propojovacími kabely, smícháte-li pořadí červených a černých kabelů, nebudete smažit elektrický systém vašeho vozu, protože diody sousedící s baterií blokují proud ve špatném směru.
Logické brány
Počítače fungují binárně - nekonečné moře nul a jedniček. Binární rozhodovací stromy ve výpočtech jsou založeny na logických hradlech povolených diodami, které řídí, zda je přepínač zapnutý („1“) nebo vypnutý („0“). Ačkoli se v moderních procesorech objevují stovky milionů diod, jsou funkčně stejné jako diody, které si koupíte v obchodě s elektronikou - jen mnohem menší.
Diody a světlo
LED svítilna je jen svítilna, jejíž osvětlení pochází ze světelné diody. V případě kladného napětí svítí LED diody.
Fotodioda naopak přijímá světlo přes kolektor (jako mini solární panel) a převádí toto světlo na malé množství proudu.