Dioda
Pendahuluan
Setelah Anda lulus dari yang sederhana, komponen pasif yang resistor , kapasitor , dan induktor, saatnya untuk melangkah pada hingga dunia indah semikonduktor. Salah satu komponen semikonduktor yang paling banyak digunakan adalah dioda.
Dalam tutorial ini kita akan membahas:
- Apa itu dioda !?
- Teori operasi dioda
- Sifat dioda penting
- Berbagai jenis dioda
- Dioda apa terlihat seperti
- Aplikasi dioda khas
Dioda Ideal
Fungsi utama dari sebuah dioda ideal adalah untuk mengontrol arah arus-arus. Arus yang melalui dioda hanya dapat pergi dalam satu arah, disebut arah maju. Saat mencoba mengalir arah sebaliknya diblokir. Mereka seperti katup satu arah elektronik.
Jika tegangan dioda negatif, tidak ada arus dapat mengalir * , dan dioda yang ideal terlihat seperti rangkaian terbuka. Dalam situasi seperti ini, dioda dikatakan mati atau reverse bias.
Selama tegangan dioda tidak negatif, itu akan "menghidupkan" dan melakukan saat. Idealnya *dioda akan bertindak seperti sebuah sirkuit pendek (0V di atasnya) jika sedang melakukan saat ini. Ketika dioda sedang melakukan arus itu bias maju (elektronik jargon untuk "on").
Hubungan arus-tegangan dari dioda ideal. Setiap tegangan negatif menghasilkan nol saat - sirkuit terbuka. Selama tegangan non-negatif dioda tampak seperti korsleting.
| Karakteristik Diode Ideal | ||
| Mode Operasi | Pada (Forward bias) | Off (Terbalik bias) |
|---|---|---|
| Saat ini Melalui | I> 0 | I = 0 |
| Tegangan | V = 0 | V <0 |
| Diode terlihat seperti | Sirkuit pendek | Buka sirkuit |
Circuit Symbol
Setiap dioda memiliki dua terminal - koneksi pada setiap ujung komponen - dan orang-orang terminal terpolarisasi, yang berarti dua terminal yang jelas berbeda. Sangat penting untuk tidak mencampur koneksi pada dioda up. Akhir positif dioda disebut anoda, dan ujung negatif disebutkatoda. Arus dapat mengalir dari ujung anoda ke katoda, tetapi tidak ke arah lain. Jika Anda lupa arah mana arus mengalir melalui dioda, cobalah untuk mengingat ACID mnemonic: "anoda saat ini dalam dioda" (juga anoda katoda adalah dioda).
Simbol rangkaian dioda standar segitiga menyeruduk melawan garis. Seperti yang akan kita bahas di kemudian dalam tutorial ini , ada berbagai jenis dioda, tetapi biasanya simbol sirkuit mereka akan terlihat seperti ini:
Terminal memasuki tepi rata segitiga merupakan anoda. Arus mengalir ke arah yang segitiga / panah menunjuk, tetapi tidak dapat pergi ke arah lain.
Di atas adalah beberapa contoh sederhana rangkaian dioda. Di sebelah kiri, dioda D1 adalah bias maju dan memungkinkan arus mengalir melalui rangkaian. Pada dasarnya itu tampak seperti sirkuit pendek. Di sebelah kanan, dioda D2 adalah reverse bias. Saat ini tidak dapat mengalir melalui sirkuit, dan pada dasarnya terlihat seperti rangkaian terbuka.
Karakteristik nyata Diode
Idealnya, dioda akan memblokir setiap dan semua arus yang mengalir ke arah sebaliknya, atau hanya bertindak seperti sirkuit pendek jika aliran arus ke depan. Sayangnya, perilaku dioda sebenarnya tidak cukup ideal. Dioda yang mengkonsumsi beberapa jumlah daya ketika melakukan maju saat ini, dan mereka tidak akan memblokir semua terbalik saat ini. Dioda dunia nyata sedikit lebih rumit, dan mereka semua memiliki karakteristik unik yang menentukan bagaimana mereka benar-benar beroperasi.
Saat-Voltage Hubungan
Karakteristik dioda yang paling penting adalah saat-tegangan (iv) hubungan. Ini mendefinisikan apa yang saat ini berjalan melalui komponen ini, mengingat apa tegangan diukur di atasnya.Resistor, misalnya, memiliki sederhana, linear hubungan iv ... Hukum Ohm . Kurva iv dari dioda, meskipun, sepenuhnya non -Linear. Ini terlihat seperti ini:
Hubungan arus-tegangan dari dioda. Untuk membesar-besarkan beberapa poin penting pada plot, timbangan di kedua belahan positif dan negatif tidak sama.
Tergantung pada tegangan yang diberikan di atasnya, dioda akan beroperasi dalam satu dari tiga wilayah:
- Bias maju: Ketika tegangan dioda positif dioda adalah "on" dan saat ini dapat dijalankan melalui. Tegangan harus lebih besar dari tegangan maju (V F) agar arus menjadi sesuatu yang signifikan.
- Sebaliknya Bias: ini adalah "off" mode dari dioda, dimana tegangan kurang dari V F tetapi lebih besar dari V BR. Dalam mode ini aliran arus (kebanyakan) diblokir, dan dioda tidak aktif. Sebuah jumlah yang sangat kecil saat ini (pada urutan nA) - disebut arus saturasi balik - mampu mengalir secara terbalik melalui dioda.
- Breakdown: Ketika tegangan diterapkan di dioda sangat besar dan negatif, banyak saat ini akan dapat mengalir dalam arah sebaliknya, dari katoda ke anoda.
Teruskan Tegangan
Dalam rangka untuk "menghidupkan" dan melakukan saat dalam arah maju, dioda memerlukan sejumlah tegangan positif untuk diterapkan di atasnya. Tegangan khas yang dibutuhkan untuk mengubah dioda pada disebut tegangan maju (V F). Mungkin juga bisa disebut baik tegangan cut-in atau tegangan.
Seperti yang kita ketahui dari kurva iv, arus melalui dan tegangan dioda saling bergantung. Lebih banyak arus berarti lebih tegangan, tegangan kurang berarti kurang lancar. Setelah tegangan sampai ke tentang rating tegangan maju, meskipun, peningkatan besar pada saat ini harus tetap hanya berarti peningkatan yang sangat kecil dalam tegangan. Jika dioda sepenuhnya melakukan, biasanya dapat diasumsikan bahwa tegangan itu adalah rating tegangan maju.
Sebuah multimeter dengan pengaturan dioda dapat digunakan untuk mengukur (minimal) maju drop tegangan dioda ini.
Sebuah dioda spesifik V F tergantung pada apa semikonduktor bahan itu terbuat dari. Biasanya, dioda silikon akan memiliki V F sekitar 0.6-1V. Sebuah dioda berbasis germanium mungkin lebih rendah, sekitar 0,3 V. Jenis dioda juga memiliki beberapa kepentingan dalam mendefinisikan drop tegangan maju; dioda pemancar cahaya dapat memiliki jauh lebih besar V F, sementara Schottky dioda yang dirancang khusus untuk memiliki tegangan maju jauh lebih rendah dari biasanya.
Breakdown Voltage
Jika tegangan yang cukup negatif yang besar diterapkan pada dioda, itu akan menyerah dan memungkinkan arus mengalir dalam arah sebaliknya. Tegangan negatif yang besar ini disebuttegangan rusaknya. Beberapa dioda sebenarnya dirancang untuk beroperasi di wilayah kerusakan, tetapi bagi kebanyakan dioda biasa itu tidak sangat sehat bagi mereka untuk dikenakan tegangan negatif yang besar.
Untuk dioda yang normal tegangan rusaknya ini sekitar -50V untuk -100V, atau bahkan lebih negatif.
Diode Datasheets
Semua karakteristik di atas harus rinci dalam datasheet untuk setiap diode. Sebagai contoh, inidatasheet untuk dioda 1N4148 daftar tegangan maksimum maju (1V) dan tegangan rusaknya (100V) (di antara banyak informasi lainnya):
Datasheet bahkan mungkin hadir Anda dengan sangat akrab mencari grafik arus-tegangan, untuk lebih detail bagaimana dioda berperilaku. Grafik ini dari datasheet dioda memperbesar melengkung, maju-wilayah bagian dari kurva iv. Perhatikan bagaimana lebih saat ini membutuhkan lebih tegangan:
Bagan yang menunjukkan karakteristik dioda penting lain - ke depan arus maksimum. Sama seperti komponen apapun, dioda hanya dapat menghilang begitu banyak kekuasaan sebelum mereka meniup. Semua dioda harus daftar arus maksimum, tegangan balik, dan disipasi daya.Jika dioda dikenakan tegangan lebih atau arus daripada dapat menangani, berharap untuk memanaskan (atau lebih buruk; meleleh, asap, ...).
Beberapa dioda cocok untuk arus tinggi - 1A atau lebih - lain seperti 1N4148 dioda sinyal kecil ditampilkan di atas hanya dapat cocok untuk sekitar 200mA.
1N4148 yang hanya contoh kecil dari semua jenis dioda ada di luar sana. Selanjutnya kita akan mengeksplorasi apa berbagai menakjubkan dioda ada dan apa tujuan masing-masing jenis melayani.
Jenis Dioda
Dioda biasa
Dioda sinyal standar adalah salah satu yang paling dasar, rata-rata, tanpa embel-embel anggota keluarga dioda. Mereka biasanya memiliki drop tegangan maju menengah-tinggi dan rating arus maksimum yang rendah. Sebuah contoh umum dari dioda sinyal adalah 1N4148 .Tujuan yang sangat umum, itu punya drop tegangan maju khas 0.72V dan nilai sekarang 300mA maksimum ke depan.
Sebuah dioda sinyal kecil, yang 1N4148. Perhatikan lingkaran hitam di sekitar dioda, bahwa tanda yang dari terminal adalah katoda.
Sebuah penyearah atau kekuasaan dioda adalah dioda standar dengan rating arus maksimum jauh lebih tinggi. Peringkat yang lebih tinggi saat ini biasanya datang pada biaya tegangan maju yang lebih besar. The 1N4001 , misalnya, memiliki nilai arus 1A dan tegangan maju dari 1.1V.
Sebuah dioda 1N4001 PTH. Kali ini band abu-abu menunjukkan mana pin katoda.
Dan, tentu saja, sebagian besar jenis dioda datang dalam varietas permukaan-mount juga. Anda akan melihat bahwa setiap dioda memiliki beberapa cara (tidak peduli seberapa kecil atau sulit untuk melihat) untuk menunjukkan yang mana dari dua pin adalah katoda.
Light-Emitting Diodes (LED!)
Anggota flashiest dari keluarga dioda harus dioda pemancar cahaya (LED) . Dioda ini secara harfiah menyala ketika tegangan positif diterapkan.
Sejumlah melalui lubang LED. Dari kiri ke kanan: a 3mm kuning , biru 5mm , 10mm hijau , 5mm merah super-terang , sebuah 5mm RGB dan biru 7-segmen LED .
Seperti dioda normal, LED hanya memungkinkan arus melalui satu arah. Mereka juga memiliki rating tegangan maju, yang merupakan tegangan yang diperlukan bagi mereka untuk menyala. V wisatawan F dari LED biasanya lebih besar dari dioda normal (1,2 ~ 3V), dan itu tergantung pada warna LED memancarkan. Misalnya, tegangan maju dari Super Bright LED biru adalah sekitar 3.3V, sedangkan ukuran yang sama Super Bright Red LED hanya 2.2V.
Anda akan jelas paling-sering menemukan LED dalam aplikasi pencahayaan. Mereka blinky dan menyenangkan! Tapi lebih dari itu, efisiensi tinggi mereka telah menyebabkan penggunaan luas di lampu jalan, menampilkan, backlighting, dan banyak lagi. LED lainnya memancarkan cahaya yang tidak terlihat oleh mata manusia, seperti LED inframerah, yang merupakan tulang punggung dari sebagian besar remote kontrol. Penggunaan lain yang umum dari LED adalah optik mengisolasi sistem tegangan tinggi yang berbahaya dari rangkaian tegangan rendah. Opto-isolator pasangan inframerah LED dengan photosensor, yang memungkinkan arus mengalir ketika mendeteksi cahaya dari LED. Di bawah ini adalah contoh rangkaian OPTO-isolator.Perhatikan bagaimana simbol skematik untuk dioda bervariasi dari dioda normal. Simbol LED menambahkan beberapa panah memperpanjang keluar dari simbol.
Schottky Dioda
Dioda sangat umum lainnya adalah dioda Schottky. Komposisi semikonduktor dioda Schottky sedikit berbeda dari dioda normal, dan ini menghasilkan penurunan tegangan maju yang lebih kecil, yang biasanya antara 0.15V dan 0.45V. Mereka masih akan memiliki tegangan tembus yang sangat besar sekalipun.
Dioda Schottky sangat berguna dalam membatasi kerugian, ketika setiap bit terakhir dari tegangan harus terhindar. Mereka cukup unik untuk mendapatkan simbol sirkuit mereka sendiri, dengan beberapa tikungan di ujung katoda-line.
Zener Dioda
Dioda Zener adalah buangan aneh dari keluarga dioda. Mereka biasanya digunakan untuk sengaja melakukan arus balik. Zener yang dirancang untuk memiliki tegangan tembus yang sangat tepat, disebut breakdown zener atau tegangan zener. Ketika cukup berjalan saat ini secara terbalik melalui zener, jatuh tegangan itu akan terus stabil pada tegangan breakdown.
Mengambil keuntungan dari properti kerusakan mereka, Zener dioda sering digunakan untuk membuat tegangan referensi yang dikenal di persis tegangan Zener mereka. Mereka dapat digunakan sebagai regulator tegangan untuk beban kecil, tapi mereka tidak benar-benar dibuat untuk mengatur tegangan ke sirkuit yang akan menarik sejumlah besar saat ini.
Zeners cukup khusus untuk mendapatkan simbol sirkuit mereka sendiri, dengan ujung bergelombang pada katoda-line. Simbol bahkan mungkin mendefinisikan apa, tepatnya, tegangan zener dioda adalah. Berikut adalah dioda zener 3.3V bertindak untuk membuat tegangan referensi 3.3V padat:
Dioda
Dioda secara khusus dibangun dioda, yang menangkap energi dari foton cahaya (lihat Fisika, quantum) untuk menghasilkan arus listrik. Jenis beroperasi sebagai anti-LED.
Sebuah fotodioda BPW34 (tidak kuartal, hal kecil di atas itu). Dapatkan bawah matahari dan dapat menghasilkan sekitar beberapa μW murah dari kekuasaan !.
Sel surya adalah dermawan utama dari teknologi fotodioda. Tetapi dioda ini juga dapat digunakan untuk mendeteksi cahaya, atau bahkan berkomunikasi optik.
Aplikasi Diode
Untuk seperti komponen sederhana, dioda memiliki sejumlah besar kegunaan. Anda akan menemukan dioda dari beberapa jenis di hampir setiap sirkuit. Mereka bisa ditampilkan dalam apa pun dari-sinyal kecil logika digital ke tegangan tinggi sirkuit konversi daya. Mari kita menjelajahi beberapa aplikasi ini.
Rectifier
Sebuah penyearah adalah sirkuit yang mengkonversi alternating current (AC) ke arus searah (DC) . Konversi ini sangat penting untuk segala macam elektronik rumah tangga. Sinyal AC keluar dari rumah Anda outlet dinding, tapi DC adalah apa kekuatan kebanyakan komputer dan mikroelektronika lainnya.
Saat di AC sirkuit harfiah bergantian - cepat beralih di antara berjalan di arah positif dan negatif - namun saat ini di sinyal DC hanya berjalan satu arah. Jadi untuk mengkonversi dari AC ke DC Anda hanya perlu memastikan saat ini tidak dapat berjalan dalam arah negatif. Kedengarannya seperti pekerjaan untuk dioda!
Sebuah penyearah setengah gelombang dapat dibuat dari hanya dioda tunggal. Jika sinyal AC, seperti gelombang sinus misalnya, dikirim melalui dioda komponen negatif untuk sinyal digunting.
Input (red / kiri) dan output (biru / kanan) bentuk gelombang tegangan, setelah melewati rangkaian penyearah setengah gelombang (tengah).
Sebuah gelombang penuh penyearah jembatan menggunakan empat dioda untuk mengkonversi gundukan negatif dalam sinyal AC menjadi gundukan positif.
Rangkaian jembatan penyearah (tengah), dan gelombang output bentuk menciptakan (biru / kanan).
Sirkuit ini adalah komponen penting dalam pasokan listrik AC-to-DC, yang mengubah sinyal 120 / 240VAC stopkontak ke dalam 3.3V, 5V, 12V, dll sinyal DC. Jika Anda mencabik-cabik sebuahdinding-kutil , Anda akan kemungkinan besar melihat beberapa dioda di sana, meluruskan itu.
Dapatkah Anda melihat empat dioda membuat penyearah jembatan dalam dinding-kutil?
Terbalik Perlindungan Current
Pernah menempel baterai dengan cara yang salah? Atau beralih ke kabel listrik merah dan hitam? Jika demikian, dioda mungkin untuk berterima kasih untuk rangkaian Anda masih hidup.Sebuah dioda ditempatkan secara seri dengan sisi positif dari catu daya disebut perlindungan dioda terbalik. Hal ini memastikan bahwa saat ini hanya dapat mengalir ke arah yang positif, dan catu daya hanya berlaku tegangan positif ke sirkuit.
Aplikasi dioda ini berguna ketika konektor power supply tidak terpolarisasi, sehingga mudah untuk mengacaukan dan sengaja menghubungkan pasokan negatif ke positif dari rangkaian input.
Kelemahan dari perlindungan dioda terbalik adalah bahwa hal itu akan menyebabkan beberapa kerugian tegangan karena drop tegangan maju. Hal ini membuat Schottky dioda yang sempurna untuk perlindungan dioda terbalik.
Logika Gates
Lupakan transistor! Sederhana gerbang logika digital , seperti AND atau OR, dapat dibangun dari dioda.
Sebagai contoh, sebuah dioda dua-input gerbang OR dapat dibangun dari dua dioda dengan berbagi node katoda. Output dari rangkaian logika juga terletak pada simpul tersebut. Setiap kali salah satu masukan (atau keduanya) adalah logika 1 (high / 5V) output menjadi logika 1 juga.Ketika kedua input adalah logika 0 (low / 0V), output ditarik rendah melalui resistor.
Sebuah gerbang AND dibangun dengan cara yang sama. Anoda dari kedua dioda terhubung bersama-sama, yang mana output dari rangkaian berada. Kedua input harus logika 1 memaksa saat berlari ke output pin dan tarik tinggi juga. Jika salah satu dari input rendah, arus dari suplai 5V berjalan melalui dioda.
Untuk kedua gerbang logika, input dapat ditambahkan dengan menambahkan hanya dioda tunggal.
Flyback Dioda dan Tegangan Spike Supresi
Dioda sangat sering digunakan untuk membatasi potensi kerusakan dari lonjakan besar tak terduga dalam tegangan. Transien tegangan-penekanan (TVS) dioda dioda khusus, jenis seperti zener dioda - tegangan breakdown lowish (sering sekitar 20V) - tetapi dengan peringkat daya yang sangat besar (sering dalam kisaran kilowatt). Mereka dirancang untuk shunt arus dan menyerap energi ketika tegangan melebihi tegangan rusaknya mereka.
Dioda flyback melakukan pekerjaan yang sama menekan lonjakan tegangan, khususnya yang disebabkan oleh komponen induktif, seperti motor. Ketika arus yang melalui induktor tiba-tiba berubah, tegangan lonjakan dibuat, mungkin sangat besar, negatif lonjakan. Sebuah dioda flyback ditempatkan di seluruh beban induktif, akan memberikan sinyal tegangan negatif jalur yang aman untuk debit, sebenarnya perulangan over-dan-over melalui induktor dan dioda sampai akhirnya padam.
Itu hanya beberapa aplikasi untuk menakjubkan komponen semikonduktor kecil ini.
0 komentar:
Posting Komentar