Kuidas dioodid töötavad
Dioodid on elektroonika põhikomponendid ja mängivad olulist rolli erinevates elektroonikaseadmete rakendustes. Enamik dioode on valmistatud pooljuhtmaterjalidest, näiteks ränist või germaaniumis. Selles artiklis uurime põhjalikult dioodide tööpõhimõtet, tüüpe, rakendusi ja mõningaid põhimõisteid, mis on vajalikud dioodide tööpõhimõtete mõistmiseks.
Dioodide põhitõed
Diood on elektrooniline komponent, mis laseb elektrivoolul voolata ainult ühes suunas. See on kahe klemmiga seade, mis koosneb anoodist ja katoodist. Dioodi peamine ülesanne on suunata voolu ühes suunas ja blokeerida voolu vastassuunas. Dioodi põhiline tööpõhimõte põhineb PN-siirdel, mis on P-tüüpi ja N-tüüpi pooljuhtmaterjalide vaheline ühenduskoht.
Dioodi struktuur
Dioodi toimimise mõistmiseks peame kõigepealt mõistma selle struktuuri. Diood koosneb kahest pooljuhtkihist: üks kiht on legeeritud P-tüüpi lisandiga (lisandiga, mis tekitab rohkelt auke) ja teine kiht on legeeritud N-tüüpi lisandiga (lisandiga, mis tekitab rohkelt elektrone).
1. P-tüüpi kiht: see on kiht, milles on palju auke. Auke peetakse positiivse laengu kandjateks.
2. N-tüüpi kiht: see on kiht, milles on palju elektrone. Elektronid toimivad negatiivsete laengukandjatena.
P-tüüpi ja N-tüüpi materjalide kombineerimisel toimub üleminekukohas elektronide ja aukude vahetus. N-poolelt tulevad elektronid liiguvad P-poolele ja neutraliseerivad auke, samal ajal kui P-poolelt tulevad augud liiguvad N-poolele ja neutraliseerivad elektrone. See protsess loob üleminekukoha ümber ammendumisvööndi, kus vabu laengukandjaid peaaegu pole.
Kuidas dioodid töötavad
Edasine eelarvamus
Kui diood on päripingega, on anood ühendatud pingeallika positiivse klemmiga ja katood pingeallika negatiivse klemmiga. Sellistel tingimustel vähendab allikast tulev pinge tühjenemistsooni laiust ja võimaldab voolul voolata.
Eelpinge peab ületama teatud lävipinge (ränidioodide puhul umbes 0.7 V ja germaaniumdioodide puhul 0.3 V), et vähendada tühjenemistsooni ja võimaldada voolul läbi dioodi voolata. Kui see lävipinge ületatakse, hakkab diood voolu juhtima.
Pöördkalle
Kui diood on vastupingega, on anood ühendatud pingeallika negatiivse klemmiga ja katood pingeallika positiivse klemmiga. Sellistel tingimustel suurendab allikast tulev pinge ammendumisvööndi laiust ja pärsib voolu liikumist.
Vastupinge korral voolab dioodist läbi väga väike vool, tavaliselt väikese ja ebaolulise lekkevoolu kujul. Kui aga vastupinge ületab teatud läbilöögipinge, hakkab diood juhtima suurt voolu, mis võib jätkudes dioodi kahjustada.
Dioodide tüübid
Erinevate rakenduste jaoks kasutatakse erinevat tüüpi dioode, millel kõigil on spetsiifilised omadused ja funktsioonid.
1. Alaldi diood: see diood on loodud vahelduvvoolu (AC) muundamiseks alalisvooluks (DC). Seda kasutatakse tavaliselt elektroonikaseadmete toiteallikates.
2. Zeneri dioodid: Need on loodud töötama läbilöögipingel. Neid kasutatakse pinge reguleerimiseks ja pingeimpulsside eest kaitsmiseks.
3. LED (valgusdiood): see diood muundab elektrienergia valguseks. Seda kasutatakse tavaliselt suunatuledes ja valgustuses.
4. Schottky diood: Madala eelpinge ja kiire taastumisajaga, ideaalne kiirete lülitusrakenduste jaoks.
5. Fotodiood: Kasutatakse valguse tuvastamiseks. Läbi dioodi voolav vool sõltub vastuvõetud valguse hulgast.
Dioodi rakendused
Dioodidel on lai valik rakendusi masinaehituses ja elektroonikas. Mõned peamised rakendused on järgmised:
Parandus
Dioode kasutatakse toiteplokkides sageli vahelduvvoolu alalisvooluks muundamiseks. Poollaine ja täislaine alaldi on kaks peamist dioodide abil alaldimise meetodit.
Pingekaitse
Zeneri dioode kasutatakse elektrooniliste vooluahelate kaitsmiseks pingetõusude eest, piirates vooluahelasse sisenevat pinget.
Elektrooniline lüliti
Schottky dioode kasutatakse kiirete lülitusrakenduste puhul nende kiirete lülitusomaduste ja madala päripinge tõttu.
Valgustus ja näidikud
LED-e kasutatakse laias valikus valgustus- ja indikaatorrakendustes, alates valgusfooridest kuni elektroonikaseadmete võimsusnäidikuteni.
Valguse tuvastamine
Fotodioode kasutatakse andurites ja valguse tuvastamise seadmetes, näiteks kaugjuhtimispultides ja kaamerate valgusdetektorites.
Dioodide kontseptsioonid, mida peate mõistma
Dioodide sügavamaks mõistmiseks on vaja mõista mitmeid mõisteid:
1. Lävipinge: minimaalne pinge, mis on vajalik dioodi juhtivuse tagamiseks päripinge tingimustes.
2. Vaesestamisvöönd: PN-siirde ümbruses asuv ala, kus vabu laengukandjaid peaaegu pole. Selle tsooni laius mõjutab dioodi jõudlust.
3. Edasine ja tagumine eelpinge: dioodi kaks peamist töötingimust, millest igaühel on voolu käsitlemiseks erinev viis.
4. Läbilöögipinge: pinge, mille juures diood hakkab vastupinge tingimustes juhtima suurt voolu.
5. Doping: protsess, mille käigus lisatakse pooljuhile lisandeid elektronide või aukude arvu suurendamiseks, mis määrab, kas pooljuht muutub P-tüüpi või N-tüüpi.
Järeldus
Dioodid on elektroonikas olulised komponendid, mis toimivad voolualalditena. Dioodide tööpõhimõtte mõistmine, alates nende põhistruktuurist kuni tööpõhimõteteni, on ülioluline nende rakendamiseks erinevates elektroonikarakendustes. Päri- ja vastupinge ning erinevat tüüpi dioodide mõistmise abil saame neid erinevates rakendustes tõhusamalt kasutada. Dioodid ei toimi mitte ainult voolu alaldamiseks, vaid ka kaitsmiseks, lülitamiseks, valgustamiseks ja valguse tuvastamiseks. Loodetavasti annab see artikkel selge ja põhjaliku ülevaate dioodide tööpõhimõttest ja nende rakendustest elektroonikas.
