ساده ترین جزء نیمه هادی - دیود - عملکردهای مفید مختلفی را انجام می دهد که مربوط به هدف اصلی آن مدیریت جهت جریان الکتریکی است. دیودها اجازه می‌دهند جریان فقط در یک جهت از آنها عبور کند.
به نظر می رسد دیودهای کاملاً کارآمد مدارهای باز با ولتاژ منفی هستند و در غیر این صورت مانند مدارهای کوتاه به نظر می رسند. اما از آنجایی که دیودها ناکارآمدی را تایید می کنند، رابطه جریان به ولتاژ آنها غیر خطی است. به این ترتیب، شما می‌خواهید برای مشاهده نموداری از منحنی ولتاژ پیشروی هر دیود نسبت به جریان رو به جلو، به برگه اطلاعات دیود مراجعه کنید تا دیود مناسب را برای پروژه خاص خود انتخاب کنید.
کاربرد دیودها
علیرغم اینکه فقط دستگاه های نیمه هادی دو پین ساده هستند، دیودها در الکترونیک مدرن حیاتی هستند. برخی از کاربردهای معمول دیودها عبارتند از:
- تصحیح ولتاژ، مانند تبدیل AC به ولتاژ DC
- جداسازی سیگنال ها از منبع
- کنترل اندازه سیگنال
- سیگنال های اختلاط
تبدیل نیرو
یکی از کاربردهای مهم دیودها تبدیل برق متناوب به برق DC است. یک دیود منفرد یا چهار دیود برق خانگی 110 ولت را با تشکیل یکسو کننده نیمه راه (تک دیود) یا یکسو کننده تمام موج (چهار دیود) به DC تبدیل می کند. دیود تنها به نیمی از شکل موج AC اجازه می دهد تا از آن عبور کند. هنگامی که این پالس ولتاژ یک خازن را شارژ می کند، ولتاژ خروجی به نظر می رسد یک ولتاژ DC ثابت با یک ریپل ولتاژ کوچک باشد. استفاده از یکسو کننده تمام موج این فرآیند را با مسیریابی پالس های AC کارآمدتر می کند به طوری که هر دو نیمه مثبت و منفی موج سینوسی ورودی تنها به عنوان پالس های مثبت دیده می شوند و در واقع فرکانس پالس های ورودی به خازن را دو برابر می کند. به شارژ نگه داشتن آن و ارائه ولتاژ پایدارتر کمک می کند.
دیودها و خازن‌ها ضرب‌کننده‌های ولتاژ متفاوتی ایجاد می‌کنند تا یک ولتاژ متناوب کوچک را بگیرند و آن را ضرب کنند تا خروجی‌های ولتاژ بسیار بالا ایجاد کنند. هر دو خروجی AC و DC با استفاده از پیکربندی مناسب خازن ها و دیودها امکان پذیر است.
دمودولاسیون سیگنالها
رایج ترین استفاده از دیودها حذف مولفه منفی سیگنال AC است. از آنجایی که بخش منفی یک شکل موج AC معمولاً با نیمه مثبت یکسان است، اطلاعات بسیار کمی در این فرآیند حذف آن از بین می رود و منجر به پردازش سیگنال کارآمدتر می شود.
دمودولاسیون سیگنال معمولاً در رادیوها به عنوان بخشی از سیستم فیلتر برای کمک به استخراج سیگنال رادیویی از موج حامل استفاده می شود.
محافظت های بیش از حد ولتاژ
دیودها همچنین به عنوان تجهیزات حفاظتی برای قطعات الکترونیکی حساس عمل می کنند. هنگامی که از دیودها به عنوان وسایل حفاظت ولتاژ استفاده می شود، در شرایط عملیاتی عادی نارسانا هستند، اما فوراً هر سنبله ولتاژ بالا را به زمین که نمی تواند به مدار مجتمع آسیب برساند، کوتاه می کند.دیودهای تخصصی به نام سرکوبگرهای ولتاژ گذرا به طور خاص برای محافظت در برابر ولتاژ بیش از حد طراحی شده اند و می توانند نوک های برق بسیار بزرگ را برای دوره های زمانی کوتاه تحمل کنند، ویژگی های معمول یک افزایش ولتاژ یا شوک الکتریکی، که معمولاً به قطعات آسیب می زند و عمر یک محصول الکترونیکی را کوتاه می کند.
به طور مشابه، یک دیود می تواند ولتاژ را با استفاده به عنوان یک گیره یا یک محدود کننده تنظیم کند - یک هدف تخصصی که ولتاژی را که می تواند در یک نقطه خاص از آن عبور کند، محدود می کند.
فرمان فعلی
کاربرد اصلی دیودها هدایت جریان و اطمینان از جریان آن فقط در جهت مناسب است. یکی از زمینه‌هایی که از قابلیت هدایت فعلی دیودها به خوبی استفاده می‌شود، تغییر برق از منبع تغذیه به برقی است که از باتری استفاده می‌شود. هنگامی که دستگاهی به برق وصل است و در حال شارژ است - به عنوان مثال، تلفن همراه یا منبع تغذیه بدون وقفه - دستگاه باید فقط از منبع تغذیه خارجی و نه باتری تغذیه کند، و در حالی که دستگاه به برق وصل است، باید برق مصرف کند. و شارژ مجددبه محض جدا شدن منبع تغذیه، باتری باید دستگاه را تغذیه کند تا کاربر متوجه وقفه نشود.
یک مثال خوب از فرمان فعلی، حفاظت از جریان معکوس است. به عنوان مثال، ماشین خود را در نظر بگیرید. وقتی باتری شما تمام می شود و یک رهگذر صمیمی پیشنهاد کمک به کابل های جامپر را می دهد، اگر ترتیب کابل های قرمز و مشکی را با هم ترکیب کنید، سیستم الکتریکی ماشین خود را سرخ نمی کنید زیرا دیودهای مجاور باتری جریان جهت نادرست را مسدود می کنند.
خط پایین
کامپیوترها به صورت دودویی کار می کنند - دریایی بی پایان از صفر و یک. درخت‌های تصمیم دودویی در محاسبات مبتنی بر گیت‌های منطقی هستند که توسط دیودهایی فعال می‌شوند که روشن بودن یا خاموش بودن سوئیچ ("1") را کنترل می‌کنند. اگرچه صدها میلیون دیود در پردازنده‌های مدرن ظاهر می‌شوند، اما از نظر عملکردی مشابه دیودهایی هستند که در فروشگاه لوازم الکترونیکی خریداری می‌کنید - بسیار کوچک‌تر.
دیودها و نور
چراغ قوه LED فقط یک چراغ قوه است که نور آن از یک دیود ساطع کننده نور تامین می شود. در حضور ولتاژ مثبت، LED ها می درخشند.
در مقابل، یک فتودیود نور را از طریق یک کلکتور (مانند یک پنل خورشیدی کوچک) می پذیرد و آن نور را به مقدار کمی جریان تبدیل می کند.
