เหตุใดจึงต้องใช้ไดโอดในวงจร? ไดโอดสารกึ่งตัวนำ วัสดุสำหรับทำไดโอด
เรามักจะใช้ไดโอดในวงจรของเรา แต่คุณรู้หรือไม่ว่ามันทำงานอย่างไรและมันคืออะไร? ปัจจุบัน "ตระกูล" ของไดโอดประกอบด้วยอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์มากกว่าหนึ่งโหลที่เรียกว่า "ไดโอด" ไดโอดเป็นภาชนะขนาดเล็กที่มีอากาศอพยพภายในซึ่งในระยะทางสั้น ๆ จากกันจะมีขั้วบวกและอิเล็กโทรดที่สอง - แคโทดซึ่งหนึ่งในนั้นมีค่าการนำไฟฟ้าประเภท p และอีกอัน - n
เพื่อจินตนาการว่าไดโอดทำงานอย่างไร ลองใช้ตัวอย่างสถานการณ์การพองล้อโดยใช้ปั๊ม เรากำลังทำงานกับปั๊ม โดยอากาศจะถูกสูบเข้าไปในห้องผ่านจุกนม แต่อากาศนี้ไม่สามารถไหลกลับผ่านจุกนมได้ โดยพื้นฐานแล้วอากาศคืออิเล็กตรอนตัวเดียวกันในไดโอด หากหัวนมเสียกะทันหัน ล้อจะยุบตัว และจะทำให้ไดโอดเสียหาย และถ้าเราจินตนาการว่าหัวนมของเราทำงานปกติ และถ้าเรากดหมุดจุกนมเพื่อไล่อากาศออกจากห้อง และกดตามที่เราต้องการและนานเท่าใด นี่จะเป็นการควบคุมการสลายได้ จากนี้เราสามารถสรุปได้ว่าไดโอดส่งผ่านกระแสในทิศทางเดียวเท่านั้น (มันก็ไหลไปในทิศทางตรงกันข้ามเช่นกัน แต่มีขนาดเล็กมาก)
ความต้านทานภายในของไดโอด (เปิด) ไม่ใช่ค่าคงที่ ขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าที่จ่ายให้กับไดโอด ยิ่งแรงดันไฟฟ้านี้สูง กระแสไฟฟ้าข้างหน้าผ่านไดโอดก็จะยิ่งมากขึ้น ความต้านทานทรูพุตก็จะยิ่งต่ำลง คุณสามารถตัดสินความต้านทานของไดโอดได้จากแรงดันตกคร่อมไดโอดและกระแสที่ไหลผ่านไดโอด ตัวอย่างเช่น หาก Ipr กระแสตรงไหลผ่านไดโอด = 100 mA (0.1 A) และในเวลาเดียวกันแรงดันไฟฟ้าตกคร่อม 1V จากนั้น (ตามกฎของโอห์ม) ความต้านทานไปข้างหน้าของไดโอดจะเป็น: R = 1 / 0.1 = 10 โอห์ม
ฉันจะทราบทันทีว่าเราจะไม่ลงรายละเอียดและเจาะลึก วาดกราฟ เขียนสูตร - เราจะดูทุกอย่างอย่างผิวเผิน ในบทความนี้เราจะพิจารณาประเภทของไดโอด ได้แก่ LED, ซีเนอร์ไดโอด, varicap, ไดโอด Schottky เป็นต้น
ไดโอด
มีการระบุไว้ในไดอะแกรมดังนี้:
ส่วนที่เป็นสามเหลี่ยมคือขั้วบวกและเส้นประคือขั้วบวกขั้วบวกคือขั้วลบ ตัวอย่างเช่น ไดโอดถูกใช้ในแหล่งจ่ายไฟเพื่อแก้ไขกระแสสลับโดยใช้สะพานไดโอด กระแสเป็นกระแสตรง ใช้เพื่อป้องกันอุปกรณ์ต่าง ๆ จากขั้วสวิตชิ่งที่ไม่เหมาะสม ฯลฯ
ไดโอดบริดจ์ประกอบด้วยไดโอด 4 ตัวที่เชื่อมต่อแบบอนุกรม และไดโอด 2 ตัวใน 4 ตัวนี้เชื่อมต่อติดกัน ดูภาพด้านล่าง
นี่เป็นวิธีกำหนดไดโอดบริดจ์อย่างแน่นอน แม้ว่าในบางวงจรจะถูกกำหนดให้เป็นเวอร์ชันย่อ:
บทสรุป ~ เชื่อมต่อกับหม้อแปลงไฟฟ้าในแผนภาพจะมีลักษณะดังนี้:
สะพานไดโอดได้รับการออกแบบมาเพื่อแปลงซึ่งมักกล่าวกันว่าเพื่อแก้ไขกระแสสลับเป็นไฟฟ้ากระแสตรง การแก้ไขประเภทนี้เรียกว่าการแก้ไขแบบเต็มคลื่น หลักการทำงานของไดโอดบริดจ์คือการส่งผ่านครึ่งคลื่นบวกของแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับด้วยไดโอดบวก และตัดครึ่งคลื่นลบด้วยไดโอดลบ ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าบวกที่เร้าใจเล็กน้อยที่มีค่าคงที่จึงเกิดขึ้นที่เอาต์พุตของวงจรเรียงกระแส
เพื่อป้องกันการเต้นเป็นจังหวะเหล่านี้ จึงได้ติดตั้งตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้า หลังจากเพิ่มตัวเก็บประจุแล้วแรงดันไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นเล็กน้อย แต่อย่าเสียสมาธิคุณสามารถอ่านเกี่ยวกับตัวเก็บประจุได้
สะพานไดโอดใช้ในการจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์วิทยุและใช้ในอุปกรณ์จ่ายไฟและเครื่องชาร์จ ดังที่ฉันได้กล่าวไปแล้ว สะพานไดโอดสามารถประกอบด้วยไดโอดที่เหมือนกันสี่ตัว แต่ก็มีการขายสะพานไดโอดสำเร็จรูปเช่นกัน โดยมีลักษณะดังนี้:
ไดโอดชอตกีมีแรงดันตกคร่อมต่ำมากและเร็วกว่าไดโอดทั่วไป
ติดตั้งแทนไดโอด Schottky ไดโอดปกติไม่แนะนำ ไดโอดปกติอาจล้มเหลวอย่างรวดเร็ว ไดโอดดังกล่าวถูกกำหนดไว้ในไดอะแกรมดังนี้:
ซีเนอร์ไดโอด
ซีเนอร์ไดโอดป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินเกณฑ์ที่กำหนดในส่วนเฉพาะของวงจร สามารถทำหน้าที่ป้องกันและจำกัดการทำงานได้เฉพาะในวงจรเท่านั้น ดี.ซี- เมื่อเชื่อมต่อจะต้องสังเกตขั้ว ซีเนอร์ไดโอดประเภทเดียวกันสามารถเชื่อมต่อแบบอนุกรมเพื่อเพิ่มแรงดันไฟฟ้าที่เสถียรหรือสร้างตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า
ซีเนอร์ไดโอดในไดอะแกรมถูกกำหนดดังนี้:
พารามิเตอร์หลักของซีเนอร์ไดโอดคือแรงดันไฟฟ้าคงที่ ไดโอดซีเนอร์มีแรงดันไฟฟ้าคงที่ที่แตกต่างกัน เช่น 3V, 5V, 8.2V, 12V, 18V เป็นต้น
วาริแคป (หรือไดโอดแบบคาปาซิทีฟ) จะเปลี่ยนความต้านทานขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ มันถูกใช้เป็นตัวเก็บประจุแปรผันแบบควบคุม เช่น สำหรับการปรับแต่งวงจรออสซิลเลเตอร์ความถี่สูง
ไทริสเตอร์มีสถานะเสถียรสองสถานะ: 1) ปิดนั่นคือสถานะการนำไฟฟ้าต่ำ 2) เปิดนั่นคือสถานะการนำไฟฟ้าสูง กล่าวอีกนัยหนึ่งคือสามารถเปลี่ยนจากสถานะปิดเป็นสถานะเปิดได้ภายใต้อิทธิพลของสัญญาณ
ไทริสเตอร์มีขั้วสามขั้ว นอกเหนือจากแอโนดและแคโทดแล้ว ยังมีอิเล็กโทรดควบคุม - ใช้เพื่อเปลี่ยนไทริสเตอร์เป็นสถานะเปิด ไทริสเตอร์นำเข้าสมัยใหม่ยังผลิตในกรณี TO-220 และ TO-92
ไทริสเตอร์มักใช้ในวงจรควบคุมกำลังเพื่อ เริ่มนุ่มนวลเครื่องยนต์หรือการเปิดหลอดไฟ ไทริสเตอร์ช่วยให้คุณสามารถควบคุมกระแสขนาดใหญ่ได้ สำหรับไทริสเตอร์บางประเภท กระแสไฟไปข้างหน้าสูงสุดถึง 5,000 A หรือมากกว่า และค่าแรงดันไฟฟ้าในสถานะปิดจะสูงถึง 5 kV ไทริสเตอร์กำลังอันทรงพลังประเภท T143 (500-16) ใช้ในตู้ควบคุมสำหรับมอเตอร์ไฟฟ้าและเครื่องแปลงความถี่
ไทรแอก
ไทริแอคถูกใช้ในระบบที่ขับเคลื่อนด้วยแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ มันสามารถคิดได้ว่าเป็นไทริสเตอร์สองตัวที่เชื่อมต่อแบบหลังชนกัน ไทรแอกยอมให้กระแสไหลได้ทั้งสองทิศทาง
นำ
LED จะปล่อยแสงเมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน LED ใช้ในอุปกรณ์แสดงผลแผงหน้าปัด ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ (ออปโตคัปเปลอร์) โทรศัพท์มือถือสำหรับจอแสดงผลและไฟแบ็คไลท์ของคีย์บอร์ด ไฟ LED อันทรงพลังใช้เป็นแหล่งกำเนิดแสงในโคม ฯลฯ ไฟ LED มีหลายสี RGB ฯลฯ
การกำหนดบนไดอะแกรม:
ไดโอดอินฟราเรด
ไฟ LED อินฟราเรด (ไดโอด IR ตัวย่อ) ปล่อยแสงในช่วงอินฟราเรด พื้นที่ใช้งานของ LED อินฟราเรดคือเครื่องมือวัดทางแสงและอุปกรณ์ การควบคุมระยะไกล, อุปกรณ์สวิตชิ่งออปโตคัปเปลอร์, สายสื่อสารไร้สาย ไดโอด IR ถูกกำหนดในลักษณะเดียวกับ LED
ไดโอดอินฟราเรดปล่อยแสงออกนอกขอบเขตที่มองเห็นได้ แสงของไดโอด IR สามารถมองเห็นและดูได้ เช่น ผ่านกล้องโทรศัพท์มือถือ ไดโอดเหล่านี้ยังใช้ในกล้องวงจรปิดโดยเฉพาะในกล้องถนนเพื่อให้เห็นภาพได้ ในเวลากลางคืน
โฟโตไดโอด
โฟโตไดโอดจะแปลงแสงที่ตกบนบริเวณที่ไวต่อแสงเป็น กระแสไฟฟ้าค้นหาการประยุกต์ใช้ในการแปลงแสงเป็นสัญญาณไฟฟ้า
สามารถเปรียบเทียบโฟโตไดโอด (เช่นเดียวกับโฟโตรีซีสเตอร์, โฟโตทรานซิสเตอร์) ได้ แผงเซลล์แสงอาทิตย์- มีการกำหนดไว้ดังต่อไปนี้ในไดอะแกรม
ดีไอโอดีน- การออกแบบที่ง่ายที่สุดในตระกูลอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์อันรุ่งโรจน์ หากคุณนำแผ่นเซมิคอนดักเตอร์ เช่น เจอร์เมเนียม และใส่สารเจือปนของตัวรับเข้าไปในครึ่งซ้ายของมัน และใส่สารเจือปนของผู้บริจาคเข้าไปในครึ่งขวา จากนั้นด้านหนึ่งคุณจะได้สารกึ่งตัวนำประเภท P ตามลำดับ และอีกด้านพิมพ์ N ตรงกลางของคริสตัลคุณจะได้รับสิ่งที่เรียกว่า ทางแยกพี-เอ็นดังแสดงในรูปที่ 1
รูปเดียวกันนี้แสดงการกำหนดกราฟิกทั่วไปของไดโอดในไดอะแกรม: ขั้วแคโทด (อิเล็กโทรดลบ) คล้ายกับเครื่องหมาย "-" มาก มันง่ายกว่าที่จะจำแบบนั้น
โดยรวมแล้วในคริสตัลดังกล่าวมีสองโซนที่มีค่าการนำไฟฟ้าต่างกันซึ่งมีเอาต์พุตสองตัวออกมาดังนั้นอุปกรณ์ผลลัพธ์จึงถูกเรียก ไดโอดเนื่องจากคำนำหน้า "di" หมายถึงสอง
ใน ในกรณีนี้ไดโอดกลายเป็นเซมิคอนดักเตอร์ แต่อุปกรณ์ที่คล้ายกันนี้เคยรู้จักมาก่อน เช่น ในยุคนั้น หลอดสุญญากาศมีไดโอดแบบหลอดที่เรียกว่าคีโนตรอน ในปัจจุบัน ไดโอดดังกล่าวเป็นเรื่องของประวัติศาสตร์ แม้ว่ากลุ่มเสียง "หลอด" จะเชื่อว่าในแอมพลิฟายเออร์แบบหลอด แม้แต่ตัวเรียงกระแสแรงดันแอโนดก็ควรใช้แบบหลอด!
รูปที่ 1 โครงสร้างไดโอดและการกำหนดไดโอดบนแผนภาพ
ที่ทางแยกของเซมิคอนดักเตอร์ที่มีค่าการนำไฟฟ้า P และ N ปรากฎ ทางแยกพี-เอ็นซึ่งเป็นพื้นฐานของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ทั้งหมด แต่ต่างจากไดโอดซึ่งมีจุดเปลี่ยนเพียงจุดเดียว เนื่องจากมีจุดเชื่อมต่อ P-N สองจุด และตัวอย่างเช่น ประกอบด้วยจุดเชื่อมต่อสี่จุดในคราวเดียว
ทางแยก P-N ที่เหลือ
แม้ว่าจุดเชื่อมต่อ P-N ในกรณีนี้คือไดโอด จะไม่ได้เชื่อมต่ออยู่ที่ใด กระบวนการทางกายภาพที่น่าสนใจยังคงเกิดขึ้นภายใน ดังแสดงในรูปที่ 2
รูปที่ 2. ไดโอดที่เหลือ
ในบริเวณ N มีอิเล็กตรอนมากเกินไป โดยมีประจุลบ และในบริเวณ P ประจุจะเป็นบวก แบบฟอร์มการเรียกเก็บเงินเหล่านี้รวมกัน สนามไฟฟ้า- เนื่องจากประจุที่ต่างกันมักจะดึงดูดกัน อิเล็กตรอนจากโซน N จะทะลุเข้าไปในโซน P ที่มีประจุบวก เพื่อเติมเต็มรูบางส่วน จากผลของการเคลื่อนไหวดังกล่าว กระแสไฟฟ้า แม้ว่าจะมีขนาดเล็กมาก (หลายนาโนแอมแปร์) ปรากฏขึ้นภายในเซมิคอนดักเตอร์
จากผลของการเคลื่อนไหวนี้ ความหนาแน่นของสสารในด้าน P จะเพิ่มขึ้น แต่จนถึงขีดจำกัดที่แน่นอน อนุภาคมักจะมีแนวโน้มที่จะกระจายเท่าๆ กันตลอดปริมาตรของสาร เช่นเดียวกับกลิ่นน้ำหอมที่ฟุ้งไปทั่วห้อง (การแพร่กระจาย) ไม่ช้าก็เร็วอิเล็กตรอนก็จะกลับสู่โซน N ไม่ช้าก็เร็ว
หากทิศทางของกระแสไฟฟ้าไม่สำคัญสำหรับผู้ใช้ไฟฟ้าส่วนใหญ่ - หลอดไฟสว่างขึ้นกระเบื้องจะร้อนขึ้นจากนั้นสำหรับไดโอดทิศทางของกระแสไฟฟ้าจะมีบทบาทอย่างมาก หน้าที่หลักของไดโอดคือการนำกระแสไฟฟ้าไปในทิศทางเดียว เป็นคุณสมบัตินี้ที่ได้รับจากทางแยก P-N
หมุนไดโอดกลับด้าน
หากแหล่งจ่ายไฟเชื่อมต่อกับไดโอดเซมิคอนดักเตอร์ ดังแสดงในรูปที่ 3 จะไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านจุดเชื่อมต่อ P-N
รูปที่ 3 การเชื่อมต่อแบบย้อนกลับของไดโอด
ดังที่เห็นในรูป ขั้วบวกของแหล่งจ่ายไฟเชื่อมต่อกับพื้นที่ N และขั้วลบเชื่อมต่อกับพื้นที่ P เป็นผลให้อิเล็กตรอนจากบริเวณ N วิ่งไปที่ขั้วบวกของแหล่งกำเนิด ในทางกลับกัน ประจุบวก (รู) ในบริเวณ P จะถูกดึงดูดโดยขั้วลบของแหล่งพลังงาน ดังนั้นใน พื้นที่ P-Nการเปลี่ยนแปลงดังที่เห็นในรูป เกิดโมฆะ ไม่มีอะไรจะนำกระแสไฟฟ้าได้ ไม่มีพาหะประจุ
เมื่อแรงดันไฟฟ้าของแหล่งพลังงานเพิ่มขึ้น สนามไฟฟ้าของแบตเตอรี่จะดึงดูดอิเล็กตรอนและรูมากขึ้น ขณะที่ในบริเวณรอยต่อ P-N จะมีพาหะประจุน้อยลงเรื่อยๆ ดังนั้นในการสลับกลับจะไม่มีกระแสไหลผ่านไดโอด ในกรณีเช่นนี้เป็นธรรมเนียมที่จะกล่าวเช่นนั้น ไดโอดเซมิคอนดักเตอร์ถูกล็อคด้วยแรงดันย้อนกลับ
ความหนาแน่นของสสารที่เพิ่มขึ้นใกล้กับขั้วแบตเตอรี่ทำให้เกิด การเกิดการแพร่กระจาย, - ความปรารถนาที่จะกระจายสสารอย่างสม่ำเสมอตลอดทั้งเล่ม นี่คือสิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อถอดแบตเตอรี่ออก
เซมิคอนดักเตอร์ไดโอดกระแสย้อนกลับ
นี่คือจุดที่ถึงเวลาที่จะต้องจดจำสื่อที่ไม่ใช่กระแสหลักซึ่งถูกลืมไปตามปกติ ความจริงก็คือแม้ในสถานะปิดกระแสไฟฟ้าขนาดเล็กก็ไหลผ่านไดโอดเรียกว่าย้อนกลับ นี้ กระแสย้อนกลับและถูกสร้างขึ้นโดยผู้ให้บริการรายย่อยซึ่งสามารถเคลื่อนที่ในลักษณะเดียวกับผู้ให้บริการหลักได้เฉพาะในทิศทางตรงกันข้ามเท่านั้น โดยธรรมชาติแล้วการเคลื่อนไหวดังกล่าวเกิดขึ้นภายใต้แรงดันย้อนกลับ กระแสย้อนกลับมักจะมีปริมาณน้อย เนื่องจากมีพาหะส่วนน้อยจำนวนน้อย
เมื่ออุณหภูมิของผลึกเพิ่มขึ้น จำนวนพาหะส่วนน้อยก็จะเพิ่มขึ้น ซึ่งนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของกระแสย้อนกลับซึ่งอาจนำไปสู่ การทำลาย P-Nการเปลี่ยนแปลง ดังนั้นอุณหภูมิในการทำงานของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ - ไดโอด, ทรานซิสเตอร์, ไมโครวงจรจึงมีจำกัด เพื่อป้องกันความร้อนสูงเกินไป จึงมีการติดตั้งไดโอดและทรานซิสเตอร์อันทรงพลังบนแผงระบายความร้อน - หม้อน้ำ.
การเปิดไดโอดในทิศทางไปข้างหน้า
แสดงในรูปที่ 4
รูปที่ 4 การเชื่อมต่อโดยตรงของไดโอด
ทีนี้มาเปลี่ยนขั้วของแหล่งกำเนิดกัน: เชื่อมต่อเครื่องหมายลบกับพื้นที่ N (แคโทด) และขั้วบวกกับพื้นที่ P (ขั้วบวก) เมื่อรวมไว้ในบริเวณ N แล้ว อิเล็กตรอนจะถูกผลักออกจากขั้วลบของแบตเตอรี่และเคลื่อนที่เข้าหา ฝั่ง P-Nการเปลี่ยนแปลง ในภูมิภาค P รูที่มีประจุบวกจะถูกผลักออกจากขั้วบวกของแบตเตอรี่ อิเล็กตรอนและหลุมพุ่งเข้าหากัน
อนุภาคที่มีประจุซึ่งมีขั้วต่างกันจะมารวมตัวกันใกล้กับทางแยก P-N และมีสนามไฟฟ้าเกิดขึ้นระหว่างพวกมัน ดังนั้นอิเล็กตรอนจะเอาชนะทางแยก P-N และเคลื่อนที่ต่อไปผ่านโซน P ในกรณีนี้ บางส่วนจะรวมตัวกันอีกครั้งโดยมีรู แต่ส่วนใหญ่จะวิ่งไปที่ขั้วบวกของแบตเตอรี่ Id ปัจจุบันจะไหลผ่านไดโอด
กระแสนี้เรียกว่า กระแสตรง- มันถูกจำกัดโดยข้อมูลทางเทคนิคของไดโอด ซึ่งเป็นค่าสูงสุดที่แน่นอน หากเกินค่านี้ อาจมีความเสี่ยงที่ไดโอดจะเสียหาย อย่างไรก็ตามควรสังเกตว่าทิศทางของกระแสไปข้างหน้าในรูปนั้นสอดคล้องกับทิศทางที่ยอมรับโดยทั่วไปซึ่งตรงกันข้ามกับการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน
นอกจากนี้ยังอาจกล่าวได้ว่ามีทิศทางการเปิดเครื่องไปข้างหน้า ความต้านทานไฟฟ้าไดโอดมีขนาดค่อนข้างเล็ก เมื่อเปิดแบบย้อนกลับ ความต้านทานนี้จะเพิ่มขึ้นหลายเท่า ไม่มีกระแสไหลผ่านไดโอดเซมิคอนดักเตอร์ (ที่นี่ไม่คำนึงถึงกระแสย้อนกลับที่ไม่มีนัยสำคัญ) จากที่กล่าวมาทั้งหมดเราสามารถสรุปได้ว่าไดโอดมีพฤติกรรมเหมือนวาล์วเชิงกลทั่วไป: หมุนไปในทิศทางเดียว - น้ำไหล, หมุนไปในทิศทางอื่น - การไหลหยุด สำหรับคุณสมบัตินี้ ไดโอดได้รับชื่อ ประตูเซมิคอนดักเตอร์.
เพื่อทำความเข้าใจรายละเอียดความสามารถและคุณสมบัติทั้งหมดของไดโอดเซมิคอนดักเตอร์คุณควรทำความคุ้นเคยกับมัน ลักษณะเฉพาะของโวลต์-แอมแปร์- ยังเป็นเรื่องดีที่จะรู้เกี่ยวกับ การออกแบบต่างๆคุณสมบัติของไดโอดและความถี่ ข้อดีและข้อเสีย เราจะพิจารณาเรื่องนี้ในบทความถัดไป
ไดโอดคืออะไร? ซึ่งเป็นธาตุที่ได้รับค่าการนำไฟฟ้าต่างกัน ขึ้นอยู่กับว่ากระแสไฟฟ้าไหลอย่างไร การใช้งานอุปกรณ์ขึ้นอยู่กับวงจรที่ต้องจำกัด ขององค์ประกอบนี้- ในบทความนี้เราจะพูดถึงการออกแบบไดโอดรวมถึงประเภทใดบ้าง ลองดูแผนภาพและตำแหน่งที่ใช้องค์ประกอบเหล่านี้
ประวัติความเป็นมาของการปรากฏตัว
บังเอิญว่านักวิทยาศาสตร์สองคนเริ่มทำงานเกี่ยวกับการสร้างไดโอดพร้อมกัน: ชาวอังกฤษและชาวเยอรมัน ควรสังเกตว่าการค้นพบของพวกเขาแตกต่างกันเล็กน้อย ครั้งแรกมีพื้นฐานมาจากการประดิษฐ์หลอดไตรโอด และครั้งที่สองเกี่ยวกับโซลิดสเตต
น่าเสียดายที่ในเวลานั้นวิทยาศาสตร์ไม่สามารถสร้างความก้าวหน้าในด้านนี้ได้ แต่มีเหตุผลหลายประการในการไตร่ตรอง
ไม่กี่ปีต่อมา ไดโอดก็ถูกค้นพบอีกครั้ง (อย่างเป็นทางการ) โทมัส เอดิสัน จดสิทธิบัตรสิ่งประดิษฐ์นี้ น่าเสียดายที่สิ่งนี้ไม่มีประโยชน์สำหรับเขาในงานทั้งหมดของเขาในช่วงชีวิตของเขา ดังนั้นเทคโนโลยีที่คล้ายกันจึงได้รับการพัฒนาโดยนักวิทยาศาสตร์คนอื่น ๆ ใน ปีที่แตกต่างกัน- จนถึงต้นศตวรรษที่ 20 สิ่งประดิษฐ์เหล่านี้ถูกเรียกว่าวงจรเรียงกระแส และหลังจากนั้นไม่นาน William Eakles ก็ใช้คำสองคำ: di และ odos คำแรกแปลว่าสอง และคำที่สองคือเส้นทาง ภาษาที่ใช้ตั้งชื่อคือภาษากรีก และถ้าเราแปลนิพจน์ทั้งหมด "ไดโอด" ก็หมายถึง "สองเส้นทาง"
หลักการทำงานและข้อมูลพื้นฐานเกี่ยวกับไดโอด
ไดโอดมีอิเล็กโทรดอยู่ในโครงสร้าง เรากำลังพูดถึงขั้วบวกและแคโทด หากอันแรกมีศักยภาพเป็นบวก ไดโอดนั้นจะถูกเรียกว่าเปิด ดังนั้นความต้านทานจึงมีน้อยและกระแสจะไหล ถ้าศักย์ไฟฟ้าเป็นบวกที่แคโทด แสดงว่าไดโอดไม่เปิด ไม่ให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านและมีค่าความต้านทานสูง
ไดโอดทำงานอย่างไร?
โดยหลักการแล้ว เราหาได้ว่าไดโอดคืออะไร ตอนนี้คุณต้องเข้าใจวิธีการทำงานแล้ว
ตัวเครื่องมักทำจากแก้ว โลหะ หรือเซรามิค ส่วนใหญ่มักจะใช้สารประกอบบางชนิดแทนอย่างหลัง ใต้ตัวเรือนคุณจะเห็นอิเล็กโทรดสองตัว สิ่งที่ง่ายที่สุดคือด้ายที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็ก
มีสายไฟอยู่ภายในแคโทด ถือเป็นเครื่องทำความร้อนเนื่องจากหน้าที่ของมันรวมถึงการทำความร้อนซึ่งเกิดขึ้นตามกฎของฟิสิกส์ ไดโอดจะร้อนขึ้นเนื่องจากการทำงานของกระแสไฟฟ้า
ซิลิคอนหรือเจอร์เมเนียมก็ใช้ในการผลิตเช่นกัน ด้านหนึ่งของอุปกรณ์ขาดอิเล็กโทรดส่วนอีกด้านมีส่วนเกิน ด้วยเหตุนี้จึงมีการสร้างขอบเขตพิเศษขึ้นเพื่อให้แน่ใจว่ามีการเปลี่ยนแปลง ประเภท พี-เอ็น- ด้วยเหตุนี้กระแสจึงดำเนินไปในทิศทางที่จำเป็น
ลักษณะไดโอด
ไดโอดแสดงอยู่ในแผนภาพแล้วตอนนี้คุณควรค้นหาสิ่งที่คุณต้องใส่ใจเมื่อซื้ออุปกรณ์
ตามกฎแล้วผู้ซื้อจะได้รับคำแนะนำจากความแตกต่างเพียงสองประการเท่านั้น เรากำลังพูดถึงกระแสสูงสุดตลอดจนแรงดันย้อนกลับที่ระดับสูงสุด
การใช้ไดโอดในชีวิตประจำวัน
บ่อยครั้งที่ไดโอดถูกใช้ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้ารถยนต์ คุณควรตัดสินใจด้วยตัวเองว่าจะเลือกไดโอดตัวไหน ควรสังเกตว่าเครื่องจักรใช้คอมเพล็กซ์ของอุปกรณ์หลายชนิดซึ่งได้รับการยอมรับว่าเป็นสะพานไดโอด บ่อยครั้งที่อุปกรณ์ดังกล่าวติดตั้งอยู่ในโทรทัศน์และเครื่องรับ หากคุณใช้ร่วมกับตัวเก็บประจุ คุณสามารถแยกความถี่และสัญญาณได้
เพื่อปกป้องผู้บริโภคจากกระแสไฟฟ้า จึงมักมีการฝังไดโอดที่ซับซ้อนไว้ในอุปกรณ์ ระบบป้องกันนี้ถือว่ามีประสิทธิผลค่อนข้างมาก ต้องบอกว่าอุปกรณ์ดังกล่าวใช้แหล่งจ่ายไฟบ่อยที่สุดสำหรับอุปกรณ์ใด ๆ ดังนั้นไดโอด LED จึงค่อนข้างธรรมดา
ประเภทของไดโอด
เมื่อพิจารณาว่าไดโอดคืออะไรจึงจำเป็นต้องเน้นย้ำว่ามีประเภทใดบ้าง ตามกฎแล้วอุปกรณ์จะแบ่งออกเป็นสองกลุ่ม อันแรกถือเป็นเซมิคอนดักเตอร์ และอันที่สองไม่ใช่เซมิคอนดักเตอร์
ขณะนี้กลุ่มแรกกำลังได้รับความนิยม ชื่อนี้เกี่ยวข้องกับวัสดุที่ใช้ทำอุปกรณ์ดังกล่าว: จากเซมิคอนดักเตอร์สองตัวหรือจากโลหะธรรมดาที่มีเซมิคอนดักเตอร์
ในขณะนี้ มีการพัฒนาไดโอดชนิดพิเศษจำนวนหนึ่งที่ใช้ในวงจรและอุปกรณ์เฉพาะ
ซีเนอร์ไดโอดหรือซีเนอร์ไดโอด
ประเภทนี้ใช้ในการรักษาเสถียรภาพแรงดันไฟฟ้า ความจริงก็คือว่าเมื่อเกิดการพังทลายของไดโอดกระแสจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วในขณะที่ความแม่นยำจะสูงที่สุด ดังนั้นลักษณะของไดโอดประเภทนี้จึงค่อนข้างน่าทึ่ง
อุโมงค์
ถ้า ด้วยคำพูดง่ายๆอธิบายว่านี่คือไดโอดชนิดใดจึงควรกล่าวว่าประเภทนี้สร้างความต้านทานเชิงลบในลักษณะแรงดันกระแส บ่อยครั้งที่อุปกรณ์ดังกล่าวใช้ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและเครื่องขยายเสียง
ไดโอดกลับด้าน
หากเราพูดถึงไดโอดประเภทนี้อุปกรณ์นี้สามารถเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าเป็นด้านต่ำสุดขณะทำงานในโหมดเปิดได้ อุปกรณ์นี้เป็นอะนาล็อกของไดโอดแบบอุโมงค์ แม้ว่ามันจะทำงานในลักษณะที่แตกต่างกันเล็กน้อย แต่ก็ขึ้นอยู่กับเอฟเฟกต์ที่อธิบายไว้ข้างต้นอย่างแม่นยำ
วาริแคป
อุปกรณ์นี้เป็นสารกึ่งตัวนำ มีลักษณะพิเศษคือมีความจุเพิ่มขึ้นซึ่งสามารถควบคุมได้ ขึ้นอยู่กับตัวบ่งชี้แรงดันย้อนกลับ บ่อยครั้งที่ไดโอดดังกล่าวถูกใช้เมื่อตั้งค่าและปรับเทียบวงจรประเภทออสซิลเลเตอร์
นำ
ไดโอดประเภทนี้จะปล่อยแสงออกมาก็ต่อเมื่อกระแสไหลไปในทิศทางไปข้างหน้าเท่านั้น โดยส่วนใหญ่ อุปกรณ์นี้จะใช้ทุกที่ที่ต้องการสร้างแสงสว่างโดยใช้พลังงานน้อยที่สุด
โฟโตไดโอด
อุปกรณ์นี้มีลักษณะตรงกันข้ามโดยสิ้นเชิงหากเราพูดถึงตัวเลือกที่อธิบายไว้ก่อนหน้านี้ ดังนั้นจึงสร้างประจุเฉพาะเมื่อแสงตกกระทบเท่านั้น
การทำเครื่องหมาย
ควรสังเกตว่าคุณลักษณะของอุปกรณ์ทั้งหมดคือแต่ละองค์ประกอบมีการกำหนดพิเศษ ต้องขอบคุณพวกเขาที่ทำให้คุณสามารถค้นหาคุณสมบัติของไดโอดได้หากเป็นประเภทเซมิคอนดักเตอร์ ร่างกายประกอบด้วยสี่ ส่วนประกอบ- ตอนนี้เราควรพิจารณาเครื่องหมาย
ในตอนแรกจะต้องมีตัวอักษรหรือตัวเลขที่ระบุถึงวัสดุที่ใช้สร้างไดโอดเสมอ ดังนั้นพารามิเตอร์ของไดโอดจึงง่ายต่อการค้นหา หากมีการระบุตัวอักษร G, K, A หรือ I แสดงว่าเจอร์เมเนียม, ซิลิคอน, แกลเลียมอาร์เซไนด์และอินเดียม บางครั้งอาจระบุตัวเลขตั้งแต่ 1 ถึง 4 แทน
ตำแหน่งที่สองจะระบุประเภท เขาก็มี ความหมายที่แตกต่างกันและลักษณะของมัน อาจมีหน่วยเรียงกระแส (C), วาริแคป (V), ไดโอดอุโมงค์ (I) และซีเนอร์ไดโอด (C), วงจรเรียงกระแส (D), ไมโครเวฟ (A)
ตำแหน่งสุดท้ายจะถูกครอบครองโดยตัวเลขที่จะระบุพื้นที่ที่ใช้ไดโอด
อันดับที่ 4 จะเป็นตัวเลขตั้งแต่ 01 ถึง 99 โดยจะระบุหมายเลขการพัฒนา นอกจากนี้ผู้ผลิตยังสามารถใช้เครื่องหมายต่างๆกับร่างกายได้ อย่างไรก็ตามตามกฎแล้วจะใช้กับอุปกรณ์ที่สร้างขึ้นสำหรับวงจรเฉพาะเท่านั้น
เพื่อความสะดวกสามารถทำเครื่องหมายไดโอดด้วยภาพกราฟิกได้ เรากำลังพูดถึงจุดและลายเส้น ไม่มีเหตุผลในภาพวาดเหล่านี้ ดังนั้นเพื่อที่จะเข้าใจสิ่งที่ผู้ผลิตคิดไว้ คุณจะต้องอ่านคำแนะนำ
ไตรโอด
อิเล็กโทรดประเภทนี้เป็นแบบอะนาล็อกของไดโอด ไตรโอดคืออะไร? มันค่อนข้างซับซ้อนคล้ายกับอุปกรณ์ที่อธิบายไว้ข้างต้น แต่มีฟังก์ชั่นและการออกแบบที่แตกต่างกัน ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างไดโอดและไตรโอดคือมีขั้วต่อสามขั้วและส่วนใหญ่มักเรียกกันว่าทรานซิสเตอร์นั่นเอง
หลักการทำงานคือใช้สัญญาณขนาดเล็กกระแสไฟฟ้าจะส่งออกเข้าสู่วงจร ไดโอดและทรานซิสเตอร์ถูกใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เกือบทุกชนิด เรากำลังพูดถึงโปรเซสเซอร์ด้วย
ข้อดีและข้อเสีย
เลเซอร์ไดโอดก็มีข้อดีและข้อเสียเหมือนกัน เพื่อเน้นถึงข้อดีของอุปกรณ์เหล่านี้จำเป็นต้องระบุให้ชัดเจน นอกจากนี้เราจะจัดทำรายการข้อเสียเล็กน้อย
ข้อดี ได้แก่ ไดโอดราคาถูก อายุการใช้งานดีเยี่ยม อายุการใช้งานสูง และคุณยังสามารถใช้อุปกรณ์เหล่านี้เมื่อทำงานกับไฟฟ้ากระแสสลับได้ ควรสังเกตว่าอุปกรณ์มีขนาดเล็กทำให้สามารถวางบนวงจรใดก็ได้
ส่วนข้อเสียก็ขอเน้นย้ำว่าขณะนี้ยังไม่มีอุปกรณ์ประเภทเซมิคอนดักเตอร์ที่สามารถใช้กับอุปกรณ์ที่มี ไฟฟ้าแรงสูง- นั่นคือเหตุผลที่คุณจะต้องสร้างอะนาล็อกเก่าขึ้นมา ควรสังเกตว่าอุณหภูมิสูงมีผลเสียต่อไดโอดอย่างมาก มันทำให้อายุการใช้งานสั้นลง
สำเนาแรกมีความแม่นยำน้อยมาก นี่คือสาเหตุที่ประสิทธิภาพของอุปกรณ์ค่อนข้างต่ำ ต้องแกะหลอด LED ออก สิ่งนี้หมายความว่าอย่างไร? อุปกรณ์บางอย่างอาจได้รับคุณสมบัติที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง แม้จะผลิตในชุดเดียวกันก็ตาม หลังจากคัดกรองอุปกรณ์ที่ไม่เหมาะสมออกแล้ว องค์ประกอบต่างๆ จะถูกทำเครื่องหมายซึ่งอธิบายลักษณะที่แท้จริงของอุปกรณ์เหล่านั้น
ไดโอดทั้งหมดที่ทำจากแก้วมีคุณสมบัติพิเศษ: มีความไวต่อแสง ดังนั้นหากสามารถเปิดอุปกรณ์ได้นั่นคือมีฝาปิดวงจรทั้งหมดจะทำงานแตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิงขึ้นอยู่กับว่าช่องแสงเปิดหรือปิด
นี่คือไดโอด- อุปกรณ์กึ่งตัวนำที่ให้กระแสไฟฟ้าไหลไปในทิศทางเดียวเท่านั้นนี้เป็นอย่างมาก คำอธิบายสั้น ๆคุณสมบัติของไดโอดและการทำงานที่แม่นยำที่สุด ทีนี้มาดูรายละเอียดกันดีกว่าโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อคุณเริ่มคุ้นเคยกับกลุ่มเซมิคอนดักเตอร์ขนาดใหญ่ที่มีไดโอดเซมิคอนดักเตอร์คืออะไร?จากชื่อนั้น สารกึ่งตัวนำก็ชัดเจนว่าเป็นสื่อกระแสไฟฟ้าเพียงครึ่งเดียว ในบางกรณี ไดโอดยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านในทิศทางเดียวเท่านั้น และไม่อนุญาตให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านในทิศทางตรงกันข้าม มันทำงานเหมือนระบบจุกนมหรือแกนม้วนเก็บในห้องของรถยนต์หรือจักรยาน อากาศที่ปั๊มบังคับผ่านแกนม้วนสายหรือจุกนมจะเข้าไปในห้องของรถ และไม่ไหลกลับออกมาเนื่องจากการถูกแกนม้วนล็อค รูปภาพแสดงไดโอดตามที่กำหนดไว้ ไดอะแกรมไฟฟ้า.
ตามรูป สามเหลี่ยม (แอโนด) แสดงทิศทางที่กระแสไฟฟ้าไหลจากบวกไปลบ ไดโอดจะ "เปิด"ตามลำดับ ที่ด้านข้างของแถบแนวตั้ง (แคโทด) ไดโอดจะ "ล็อค"
คุณสมบัติของไดโอดนี้ใช้ในการแปลงกระแสสลับเป็นกระแสตรง ด้วยเหตุนี้จึงประกอบไดโอด สะพานไดโอด.
สะพานไดโอด
สะพานไดโอดทำงานอย่างไร?รูปต่อไปนี้แสดงให้เห็น แผนภาพวงจรสะพานไดโอด โปรดทราบว่ามีการจ่ายอินพุตของไดโอดบริดจ์มาให้ เครื่องปรับอากาศ ที่เอาต์พุตที่เราได้รับแล้ว ดี.ซี.ตอนนี้เรามาดูกันว่า AC แปลงเป็น DC ได้อย่างไร
ถ้าคุณอ่านบทความของฉัน “กระแสสลับคืออะไร” คุณต้องจำไว้ เครื่องปรับอากาศเปลี่ยนทิศทางด้วยความถี่ที่แน่นอน พูดง่ายๆ ที่ขั้วอินพุตของสะพานไดโอด เครื่องหมายบวกและลบจะเปลี่ยนสถานที่ด้วยความถี่เครือข่าย (ในรัสเซียความถี่นี้คือ 50 เฮิรตซ์) ซึ่งหมายถึง (+) และ (-) เปลี่ยนสถานที่ 50 ครั้งต่อวินาที สมมติว่าในรอบแรกจะมีศักย์เชิงบวก (+) ที่เทอร์มินัล “A” และศักย์ไฟฟ้าลบ (-) ที่เทอร์มินัล “B” เครื่องหมายบวกจากขั้วต่อ “A” สามารถผ่านไปในทิศทางเดียวตามลูกศรสีแดง ผ่านไดโอด “D1” ไปยังขั้วต่อเอาต์พุตที่มีเครื่องหมาย (+) แล้วผ่าน ตัวต้านทาน (R1) ผ่านไดโอด “D3” ไปยังขั้วลบ “B” ในรอบถัดไป เมื่อเครื่องหมายบวกและลบสลับตำแหน่ง ทุกอย่างจะเกิดขึ้นตรงกันข้ามทุกประการ เครื่องหมายบวกจากขั้วต่อ “B” จะผ่านไดโอด “D2” ไปยังขั้วต่อเอาต์พุตที่มีเครื่องหมาย (+) แล้วจึงผ่าน ตัวต้านทาน (R1) ผ่านไดโอด “D4” ไปยังขั้วลบ “A” ดังนั้นที่อินพุตของวงจรเรียงกระแสเราได้รับกระแสไฟฟ้าคงที่ซึ่งเคลื่อนที่ไปในทิศทางเดียวจากบวกถึงลบ (เช่นเดียวกับแบตเตอรี่ทั่วไป) วิธีการแปลง AC เป็น DC นี้ใช้กันทั้งหมด อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ซึ่งขับเคลื่อนโดย เครือข่ายไฟฟ้า 220โวลต์. นอกจากสะพานไดโอดที่ประกอบจากไดโอดแต่ละตัวแล้วยังใช้อีกด้วย ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์เพื่อความสะดวกในการติดตั้ง ไดโอดเรียงกระแสจะถูกรวมไว้ในตัวเครื่องขนาดกะทัดรัดอันเดียว อุปกรณ์ดังกล่าวเรียกว่า “การประกอบไดโอด”.
ไม่ได้มีเฉพาะไดโอดเรียงกระแสเท่านั้น มีไดโอดหลายตัวที่มีค่าการนำไฟฟ้าขึ้นอยู่กับการส่องสว่างซึ่งเรียกว่า “โฟโตไดโอด”มีการกำหนดดังนี้:
อาจมีลักษณะเช่นนี้:
ไฟ LED เป็นที่รู้จักกันดีสำหรับคุณ พวงมาลัยต้นคริสต์มาสและในไฟสปอร์ตไลท์อันทรงพลังและไฟหน้ารถ ในแผนภาพจะมีการกำหนดดังนี้ -
ไฟ LED มีลักษณะดังนี้: 
วิธีการทดสอบไดโอด
ตรวจสอบ ไดโอดคุณสามารถใช้มัลติมิเตอร์ปกติ - วิธีใช้มัลติมิเตอร์ในบทความนี้หากต้องการตรวจสอบ ให้สลับผู้ทดสอบไปที่โหมดการโทร เราเชื่อมต่อโพรบของอุปกรณ์เข้ากับอิเล็กโทรดของไดโอด โพรบสีดำเข้ากับแคโทด
(ในกรณีไดโอดสมัยใหม่ แคโทดจะมีเครื่องหมายวงแหวน)เชื่อมต่อโพรบสีแดงเข้ากับขั้วบวก (ดังที่คุณทราบแล้วว่าไดโอดส่งผ่านแรงดันไฟฟ้าในทิศทางเดียวเท่านั้น)ความต้านทานของไดโอดจะมีน้อยเช่น ตัวเลขบนมิเตอร์จะสร้างความแตกต่างอย่างมาก
เราสลับโพรบของอุปกรณ์ไปทางอื่น -
แนวต้านจะมีขนาดใหญ่มากจนแทบจะไม่มีที่สิ้นสุด หากทุกอย่างเป็นไปตามที่ฉันเขียนไว้ไดโอดจะทำงานหากในทั้งสองกรณีความต้านทานสูงมากแสดงว่า "ไดโอดแบบเปิด" มีข้อผิดพลาดและไม่ผ่านแรงดันไฟฟ้าเลยหากความต้านทานมีขนาดเล็กมากแสดงว่าไดโอดนั้น ขาดและผ่านแรงดันไฟฟ้าทั้งสองทิศทาง
วิธีตรวจสอบไดโอดบริดจ์
ถ้าไดโอดบริดจ์ประกอบจากไดโอดแต่ละตัว ไดโอดแต่ละตัวจะถูกตรวจสอบแยกกัน ตามที่อธิบายไว้ข้างต้น ไม่จำเป็นต้องแยกไดโอดแต่ละตัวออกจากวงจร แต่จะเป็นการดีกว่าถ้าถอดขั้วบวกหรือขั้วลบของวงจรเรียงกระแสออกจากวงจร
หากคุณต้องการตรวจสอบชุดไดโอดโดยที่ไดโอดอยู่ในตัวเรือนเดียวและไม่สามารถเข้าถึงได้ ให้ดำเนินการดังนี้:
เราเชื่อมต่อหนึ่งโพรบ มัลติเมอร์ตาไปที่เครื่องหมายบวกของชุดไดโอดและวินาทีที่เราแตะขั้วของชุดประกอบที่มีการจ่ายกระแสสลับ ในทิศทางเดียวอุปกรณ์ควรแสดงความต้านทานต่ำเมื่อเปลี่ยนโพรบไปในทิศทางตรงกันข้ามซึ่งมีความต้านทานสูงมาก จากนั้นเรายังตรวจสอบวงจรเรียงกระแสกับเอาต์พุตลบด้วย หากระหว่างการวัดค่าที่อ่านได้ทั้งสองทิศทางมีขนาดเล็กหรือใหญ่ แสดงว่าชุดไดโอดมีข้อผิดพลาด วิธีการทดสอบนี้ใช้เมื่อมีการซ่อมแซมอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์
ไดโอดความถี่สูง, พัลส์ไดโอด, อุโมงค์ไดโอด, วาริแคป - ไดโอดเหล่านี้ทั้งหมดใช้กันอย่างแพร่หลายในครัวเรือนและอุปกรณ์พิเศษ เพื่อที่จะเข้าใจและหาวิธีใช้อย่างถูกต้องและควรใช้ไดโอดตัวใดคุณต้องพัฒนาความรู้ศึกษาวรรณกรรมเฉพาะทางและแน่นอนอย่าลังเลที่จะถามคำถาม
ที่เราไม่สามารถจินตนาการถึงชีวิตของเราหากไม่มีพวกเขา กล่องหมุนวนบนโต๊ะของเราประกอบจากฮาร์ดแวร์หลายชิ้น เป็นเรื่องน่าสนใจที่จะทราบว่าไม่มี Building Block เหล่านี้เพียงตัวเดียวที่มีคุณสมบัติเหมือนกับคอมพิวเตอร์
และเมื่อรวมเข้าด้วยกันแล้ว พวกมันก็เป็นสิ่งที่มีเอกลักษณ์เฉพาะตัวโดยสิ้นเชิง!
ไม่ว่าคุณจะเอาอิฐอะไรมา มันก็เป็นแค่ดินเหนียวชิ้นหนึ่ง ยังไม่ชัดเจนในทันทีว่าจุดประสงค์ใดที่สามารถปรับเปลี่ยนได้
มันเหมือนกับบ้านที่สร้างจากอิฐ
แต่ดินเหนียวหลายพันชิ้นที่เก็บรวบรวมในลักษณะใดลักษณะหนึ่งเป็นที่อยู่อาศัยที่ปกป้องจากสภาพอากาศเลวร้ายและเป็นหลังคาเหนือศีรษะของคุณ
แน่นอน คุณสามารถใช้คอมพิวเตอร์ได้ (และอาศัยอยู่ในบ้าน) โดยไม่รู้ว่าสิ่งเหล่านี้ทำงานอย่างไร
แต่ถ้าคุณต้องการเรียนรู้วิธี "รักษา" คอมพิวเตอร์ของคุณ คุณจะต้องเข้าใจว่าส่วนประกอบต่างๆ ทำงานอย่างไร
ดังนั้นวันนี้เราจะมาพูดถึงรายละเอียดเพิ่มเติมอีกเล็กน้อยเกี่ยวกับหนึ่งใน "ส่วนประกอบ" ของคอมพิวเตอร์ เราจะพยายามทำความคุ้นเคยกับมันโดยย่อ ไดโอดเซมิคอนดักเตอร์และเหตุใดจึงมีความจำเป็น
ไดโอดคืออะไร?
ไดโอดถูกใช้ในคอมพิวเตอร์เพื่อแก้ไขกระแสสลับ
วงจรเรียงกระแสไดโอดเป็นส่วนที่ประกอบด้วยสารกึ่งตัวนำสองประเภทที่เชื่อมต่อเข้าด้วยกัน - ชนิด p (ค่าบวก) และชนิด n (ค่าลบ)
เมื่อนำมารวมกัน (หลอมรวม) สิ่งที่เรียกว่า ทางแยกพีเอ็น- ทางแยกนี้มีความต้านทานที่แตกต่างกันสำหรับขั้วที่แตกต่างกันของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้
หากใช้แรงดันไฟฟ้าในทิศทางไปข้างหน้า (ขั้วบวกของแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าเชื่อมต่อกับ p-เซมิคอนดักเตอร์ - ขั้วบวกและขั้วลบเชื่อมต่อกับ n-เซมิคอนดักเตอร์ - แคโทด) ดังนั้นความต้านทานของไดโอด มีขนาดเล็ก
ในกรณีนี้ ไดโอดบอกว่าเปิดอยู่ หากขั้วของการเชื่อมต่อกลับกัน ความต้านทานของไดโอดจะสูงมาก ในกรณีนี้พวกเขาบอกว่าไดโอดปิด (ล็อค)
เมื่อไดโอดเปิดอยู่ แรงดันไฟฟ้าบางส่วนจะตกคร่อมไดโอด
แรงดันตกคร่อมนี้ถูกสร้างขึ้นโดยสิ่งที่เรียกว่ากระแสไปข้างหน้าที่ไหลผ่านไดโอดและขึ้นอยู่กับขนาดของกระแสนี้
นอกจากนี้การพึ่งพาอาศัยกันนี้ ไม่เชิงเส้น.
ค่าเฉพาะของแรงดันตกคร่อมขึ้นอยู่กับกระแสไหลสามารถกำหนดได้จากลักษณะเฉพาะของแรงดันกระแส
ลักษณะนี้จะต้องให้ครบถ้วน คำอธิบายทางเทคนิค(เอกสารข้อมูล เอกสารอ้างอิง)
ตัวอย่างเช่น สำหรับไดโอด 1N5408 ทั่วไปที่ใช้ในแหล่งจ่ายไฟของคอมพิวเตอร์ เมื่อกระแสเปลี่ยนจาก 0.2 เป็น 3 A แรงดันตกคร่อมจะเปลี่ยนจาก 0.6 เป็น 0.9 V ยิ่งกระแสไหลผ่านไดโอดมากเท่าใด แรงดันตกคร่อมก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น มัน และ ตามลำดับ กำลังที่กระจายไป (P = U * I) ยิ่งไดโอดกระจายพลังงานมากเท่าไรก็ยิ่งร้อนมากขึ้นเท่านั้น
ในระบบคอมพิวเตอร์เมื่อทำการแก้ไขแรงดันไฟหลักมักจะใช้วงจรแก้ไขสะพาน - ไดโอด 4 ตัวเชื่อมต่อในลักษณะใดลักษณะหนึ่ง
หากเทอร์มินัล 1 มีศักยภาพเป็นบวกเมื่อเทียบกับเทอร์มินัล 2 กระแสจะไหลผ่านไดโอด VD1, โหลด และไดโอด VD3
หากเทอร์มินัล 1 มีศักยภาพเป็นลบจากเทอร์มินัล 2 กระแสจะไหลผ่านไดโอด VD2, โหลดและไดโอด VD4 ดังนั้นแม้ว่ากระแสไฟฟ้าที่ผ่านโหลดจะมีขนาดแตกต่างกันไป (ที่แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ) แต่กระแสจะไหลไปในทิศทางเดียวเสมอ - จากเทอร์มินัล 3 ถึงเทอร์มินัล 4
นี่คือเอฟเฟกต์การยืดผม หากไม่มีไดโอดบริดจ์ กระแสโหลดจะไหลไปในทิศทางที่ต่างกัน ไหลไปในทิศทางเดียวกับสะพาน กระแสนี้เรียกว่าการเต้นเป็นจังหวะ
ในหลักสูตรคณิตศาสตร์ขั้นสูง ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าแรงดันไฟฟ้าแบบพัลซิ่งมีองค์ประกอบคงที่และผลรวมของฮาร์โมนิก (ความถี่ที่คูณกับความถี่พื้นฐานของแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ 50 เฮิรตซ์) ส่วนประกอบ DC ถูกแยกโดยตัวกรอง (ตัวเก็บประจุความจุสูง) ซึ่งไม่อนุญาตให้ฮาร์โมนิกผ่าน
ไดโอดเรียงกระแสยังมีอยู่ในส่วนแรงดันต่ำของแหล่งจ่ายไฟ เฉพาะวงจรสวิตชิ่งเท่านั้นที่ประกอบด้วยไดโอดไม่ 4 ตัว แต่มีสองตัว
ผู้อ่านที่เอาใจใส่อาจถามว่า: “เหตุใดจึงใช้? แผนการที่แตกต่างกันรวม? สามารถใช้ไดโอดบริดจ์กับชิ้นส่วนแรงดันต่ำได้หรือไม่”
เป็นไปได้แต่มันจะไม่เป็นเช่นนั้น ทางออกที่ดีที่สุด- ในกรณีของไดโอดบริดจ์ กระแสจะไหลผ่านโหลดและมีไดโอดสองตัวต่ออนุกรมกัน
หากใช้ไดโอด 1N5408 แรงดันไฟฟ้าตกคร่อมทั้งหมดอาจเป็น 1.8 V ซึ่งน้อยมากเมื่อเทียบกับ แรงดันไฟหลัก 220 โวลต์
แต่ถ้าใช้วงจรดังกล่าวในส่วนแรงดันต่ำ การลดลงนี้จะเห็นได้ชัดเจนมากเมื่อเทียบกับแรงดันไฟฟ้าที่ +3.3, +5 และ +12 V การใช้วงจรของไดโอดสองตัวช่วยลดการสูญเสียลงครึ่งหนึ่งเนื่องจากหนึ่ง ไดโอดต่อแบบอนุกรมกับโหลด ไม่ใช่ 2
นอกจากนี้กระแสไฟฟ้าในวงจรทุติยภูมิของแหล่งจ่ายไฟยังมากกว่าในวงจรหลักมาก (หลายเท่า)
ควรสังเกตว่าสำหรับวงจรนี้หม้อแปลงจะต้องมีขดลวดที่เหมือนกันสองเส้นและไม่ใช่หนึ่งขดลวด วงจรเรียงกระแสแบบสองไดโอดใช้แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับทั้งครึ่งรอบ เช่นเดียวกับวงจรบริดจ์
หากศักยภาพของปลายด้านบนของขดลวดทุติยภูมิของหม้อแปลง (ดูแผนภาพ) เป็นบวกสัมพันธ์กับขดลวดทุติยภูมิจากนั้นกระแสจะไหลผ่านเทอร์มินัล 1, ไดโอด VD1, เทอร์มินัล 3, โหลด, เทอร์มินัล 4 และ จุดกึ่งกลางขดลวด ขณะนี้ไดโอด VD2 ถูกล็อคอยู่
ถ้าศักยภาพของปลายล่างของขดลวดทุติยภูมิเป็นบวกเมื่อเทียบกับปลายบน กระแสจะไหลผ่านขั้วต่อ 2, ไดโอด VD2, ขั้วต่อ 3, โหลด, ขั้วต่อ 4 และจุดกึ่งกลางของขดลวด ขณะนี้ไดโอด VD1 ถูกล็อคอยู่ ผลลัพธ์ที่ได้คือกระแสพัลซิ่งเช่นเดียวกับวงจรบริดจ์
ตอนนี้เรามายุติทฤษฎีที่น่าเบื่อแล้วไปยังสิ่งที่น่าสนใจที่สุดนั่นคือการฝึกฝน
ขั้นแรก สมมติว่าก่อนที่คุณจะเริ่มตรวจสอบไดโอด คุณควรทำความคุ้นเคยกับวิธีการทำงานด้วย เครื่องทดสอบดิจิตอล.
จะมีการกล่าวถึงในบทความที่เกี่ยวข้องและ
ไดโอดบนวงจรไฟฟ้าแสดงเป็นสัญลักษณ์ในรูปสามเหลี่ยม (ลูกศร) และแท่งไม้
แท่งคือแคโทด ลูกศร (ระบุทิศทางของกระแส เช่น การเคลื่อนที่ของประจุบวก) คือขั้วบวก
คุณสามารถตรวจสอบไดโอดบริดจ์ด้วยเครื่องทดสอบดิจิทัลได้โดยการตั้งค่าสวิตช์การทำงานในตำแหน่งทดสอบไดโอด (ตัวชี้สวิตช์ช่วงเครื่องทดสอบควรอยู่ตรงข้ามกับภาพสัญลักษณ์ของไดโอด)
หากคุณเชื่อมต่อโพรบสีแดงของเครื่องทดสอบเข้ากับขั้วบวกและโพรบสีดำเข้ากับแคโทดของไดโอดที่แยกจากกัน แรงดันไฟฟ้าจากเครื่องทดสอบจะเปิดไดโอด
จอแสดงผลจะแสดงค่า 0.5 - 0.6 V.
หากคุณเปลี่ยนขั้วของโพรบ ไดโอดจะถูกบล็อก
จอแสดงผลจะแสดงหนึ่งในหลักซ้ายสุด
สะพานไดโอดมักจะมีการกำหนดสัญลักษณ์ประเภทของแรงดันไฟฟ้าบนตัวเครื่อง (~ แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ, +, - แรงดันไฟฟ้าตรง)
สามารถตรวจสอบสะพานไดโอดได้โดยการติดตั้งโพรบหนึ่งอันบนเทอร์มินัล "~" อันใดอันหนึ่งและอันที่สอง - สลับกันบนเทอร์มินัล "+" และ "-"
ในกรณีนี้ ไดโอดตัวหนึ่งจะเปิดอยู่ และอีกไดโอดหนึ่งจะปิด
หากคุณเปลี่ยนขั้วของโพรบ ไดโอดที่ถูกปิดจะเปิดขึ้นและอีกอันจะปิด
ควรสังเกตว่าแคโทดเป็นขั้วบวกของสะพาน
หากไดโอดตัวใดลัดวงจร ผู้ทดสอบจะแสดงแรงดันไฟฟ้าเป็นศูนย์ (หรือน้อยมาก)
สะพานดังกล่าวไม่เหมาะกับการทำงานโดยธรรมชาติ
คุณสามารถตรวจสอบว่าไดโอดลัดวงจรได้หากคุณทดสอบไดโอดในโหมดการวัดความต้านทาน
เมื่อใช้ไดโอดลัดวงจร ผู้ทดสอบจะแสดงความต้านทานเล็กน้อยในทั้งสองทิศทาง
ดังที่ได้กล่าวไปแล้วในวงจรทุติยภูมิจะใช้วงจรเรียงกระแสของไดโอดสองตัว
แต่ถึงแม้ในไดโอดตัวเดียวแรงดันไฟฟ้าก็ลดลงค่อนข้างมากเมื่อเทียบกับแรงดันเอาต์พุต +12 V, +5 V, +3.3 V
กระแสการบริโภคสามารถเข้าถึง 20 A หรือมากกว่า และพลังงานจำนวนมากจะกระจายไปบนไดโอด
ส่งผลให้พวกมันร้อนมาก
การกระจายพลังงานจะลดลงหากแรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าข้ามไดโอดลดลง
ดังนั้นในกรณีเช่นนี้จึงใช้สิ่งที่เรียกว่าไดโอด Schottky ซึ่งมีแรงดันตกคร่อมไปข้างหน้าต่ำกว่า.
ไดโอดชอตกี
ไดโอดชอตกีไม่ได้ประกอบด้วยสารกึ่งตัวนำที่แตกต่างกันสองตัว แต่เป็นโลหะและสารกึ่งตัวนำ
ผลลัพธ์ที่เรียกว่าสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้นจะมีขนาดเล็กลง
ใน หน่วยคอมพิวเตอร์แหล่งจ่ายไฟใช้ไดโอด Schottky คู่ในแพ็คเกจสามเทอร์มินัล
ตัวแทนทั่วไปของชุดประกอบดังกล่าวคือ SBL2040 แรงดันไฟฟ้าตกคร่อมไดโอดแต่ละตัวที่กระแสสูงสุดจะไม่เกิน (ตามเอกสารข้อมูล) 0.55 V หากตรวจสอบกับเครื่องทดสอบ (ในโหมดทดสอบไดโอด) จะแสดงค่าประมาณ 0.17 V
แรงดันไฟฟ้าที่ต่ำกว่านั้นเกิดจากการที่กระแสไฟขนาดเล็กมากไหลผ่านไดโอดซึ่งอยู่ไกลจากค่าสูงสุด
โดยสรุป สมมติว่าไดโอดมีพารามิเตอร์เช่นแรงดันย้อนกลับสูงสุดที่อนุญาต หากไดโอดถูกล็อค จะมีการใช้แรงดันย้อนกลับ เมื่อเปลี่ยนไดโอดจะต้องคำนึงถึงค่านี้ด้วย
หากในวงจรจริง แรงดันย้อนกลับเกินค่าสูงสุดที่อนุญาต ไดโอดจะล้มเหลว!
ไดโอดเป็นฮาร์ดแวร์ชิ้นสำคัญในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เราจะคลายความตึงเครียดได้อย่างไร?
คุณสามารถซื้อไดโอดสำหรับการทดลองได้
เจอกันในบล็อก!
