Das einfachste Halbleiterbauelement – die Diode – erfüllt eine Vielzahl nützlicher Funktionen im Zusammenhang mit seinem Hauptzweck, der Steuerung der Richtung des elektrischen Stromflusses. Dioden lassen Strom nur in einer Richtung durch sie fließen.
Perfekt effiziente Dioden scheinen offene Stromkreise mit einer negativen Spannung zu sein und sehen ansonsten wie Kurzschlüsse aus. Da Dioden jedoch eine gewisse Ineffizienz zugeben, ist ihre Strom-Spannungs-Beziehung nichtlinear. Daher sollten Sie das Datenblatt einer Diode konsultieren, um ein Diagramm der Kurve der Durchlassspannung einer bestimmten Diode im Verhältnis zu ihrem Durchlassstrom zu sehen, damit Sie die richtige Diode für Ihr spezielles Projekt auswählen können.
Anwendungen von Dioden
Obwohl Dioden nur einfache zweipolige Halbleiterbauelemente sind, sind sie in der modernen Elektronik von entscheidender Bedeutung. Einige der typischen Anwendungen von Dioden sind:
- Gleichrichtung einer Spannung, z. B. Umwandlung von Wechselspannung in Gleichspannung
- Signale von einer Versorgung trennen
- Steuern der Größe eines Signals
- Signale mischen
Leistungsumwandlung
Eine wichtige Anwendung von Dioden ist die Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom. Eine einzelne Diode oder vier Dioden wandeln 110-V-Haush altsstrom in Gleichstrom um, indem sie einen Halbweg- (Einzeldiode) oder Vollwellengleichrichter (vier Dioden) bilden. Die Diode lässt nur die Hälfte der Wechselstromwellenform durch. Wenn dieser Spannungsimpuls einen Kondensator auflädt, scheint die Ausgangsspannung eine konstante Gleichspannung mit einer kleinen Spannungswelligkeit zu sein. Die Verwendung eines Vollwellengleichrichters macht diesen Prozess noch effizienter, indem die Wechselstromimpulse so geleitet werden, dass sowohl die positive als auch die negative Hälfte der Eingangssinuswelle nur als positive Impulse angesehen werden, wodurch die Frequenz der Eingangsimpulse zum Kondensator effektiv verdoppelt wird hilft, es aufgeladen zu h alten und eine stabilere Spannung zu liefern.
Dioden und Kondensatoren erzeugen verschiedene Spannungsvervielfacher, um eine kleine Wechselspannung aufzunehmen und zu multiplizieren, um sehr hohe Ausgangsspannungen zu erzeugen. Mit der richtigen Konfiguration von Kondensatoren und Dioden sind sowohl AC- als auch DC-Ausgänge möglich.
Demodulation von Signalen
Die häufigste Verwendung von Dioden besteht darin, die negative Komponente eines Wechselstromsignals zu entfernen. Da der negative Teil einer AC-Wellenform normalerweise mit der positiven Hälfte identisch ist, gehen bei diesem Vorgang des Abstreifens nur sehr wenige Informationen verloren, was zu einer effizienteren Signalverarbeitung führt.
Signaldemodulation wird üblicherweise in Funkgeräten als Teil des Filtersystems verwendet, um das Funksignal aus der Trägerwelle zu extrahieren.
Überspannungsschutz
Dioden funktionieren auch gut als Schutzvorrichtungen für empfindliche elektronische Komponenten. Wenn sie als Spannungsschutzvorrichtungen verwendet werden, sind die Dioden unter normalen Betriebsbedingungen nicht leitend, schließen jedoch jede Hochspannungsspitze sofort gegen Masse kurz, wo sie einen integrierten Sch altkreis nicht beschädigen kann. Spezielle Dioden, sogenannte Transient Voltage Suppressoren, wurden speziell für den Überspannungsschutz entwickelt und können sehr große Stromspitzen für kurze Zeiträume bewältigen, typische Merkmale einer Spannungsspitze oder eines elektrischen Schlags, die normalerweise Komponenten beschädigen und die Lebensdauer eines elektronischen Produkts verkürzen würden.
In ähnlicher Weise kann eine Diode die Spannung regulieren, indem sie als Clipper oder Limiter dient - ein Spezialzweck, der die Spannung begrenzt, die an einem bestimmten Punkt durch sie hindurchgehen kann.
Aktuelle Lenkung
Die grundlegende Anwendung von Dioden besteht darin, Strom zu lenken und sicherzustellen, dass er nur in die richtige Richtung fließt. Ein Bereich, in dem die Stromsteuerfähigkeit von Dioden effektiv genutzt wird, ist das Umsch alten von der Leistung, die von einer Stromversorgung kommt, auf Leistung, die von einer Batterie läuft. Wenn ein Gerät angeschlossen ist und aufgeladen wird – beispielsweise ein Mobiltelefon oder eine unterbrechungsfreie Stromversorgung – sollte das Gerät nur von der externen Stromversorgung und nicht vom Akku mit Strom versorgt werden, und während das Gerät angeschlossen ist, sollte der Akku Strom ziehen und aufladen. Sobald die Stromquelle entfernt wird, sollte der Akku das Gerät mit Strom versorgen, sodass der Benutzer keine Unterbrechung bemerkt.
Ein gutes Beispiel für Stromsteuerung ist der Rückstromschutz. Denken Sie zum Beispiel an Ihr Auto. Wenn Ihre Batterie leer ist und ein freundlicher Passant anbietet, mit Überbrückungskabeln zu helfen, braten Sie das elektrische System Ihres Autos nicht, wenn Sie die Reihenfolge der roten und schwarzen Kabel mischen, da Dioden neben der Batterie den Strom in die falsche Richtung blockieren.
Bottom Line
Computer arbeiten binär - ein endloses Meer aus Nullen und Einsen. Die binären Entscheidungsbäume beim Rechnen basieren auf logischen Gattern, die durch Dioden aktiviert werden, die steuern, ob ein Sch alter eingesch altet ("1") oder ausgesch altet ("0") ist. Obwohl Hunderte Millionen Dioden in modernen Prozessoren vorkommen, sind sie funktionell die gleichen wie die Dioden, die Sie im Elektronikladen kaufen – nur viel kleiner.
Dioden und Licht
Eine LED-Taschenlampe ist nur eine Taschenlampe, deren Beleuchtung von einer Leuchtdiode stammt. Bei positiver Spannung leuchten LEDs.
Im Gegensatz dazu empfängt eine Fotodiode Licht durch einen Kollektor (wie ein Mini-Solarpanel) und wandelt dieses Licht in eine kleine Menge Strom um.
