Introducere: Cum se face: diode

Dacă v-ați angajat în proiecte electronice în trecut, există șanse mari să fi întâlnit deja această componentă comună și să vă lipiți în circuitul dvs. fără să vă gândiți din nou. Diodele sunt valoroase în electronică și au o varietate de scopuri, care vor fi evidențiate în etapele viitoare.

În primul rând, ce este o diodă?

O diodă este un dispozitiv semiconductor, care permite curentului să curgă într-o direcție, dar nu în cealaltă.

Un semiconductor este un fel de material, în acest caz siliciu sau germaniu, ale cărui proprietăți electrice se află între cele ale conductoarelor (metalelor) și ale izolatorilor (sticlă, cauciuc). Luați în considerare conducerea: este o măsură a ușurinței relative a electronilor care se deplasează printr-un material. De exemplu, electronii se mișcă ușor printr-o bucată de sârmă metalică. Puteți schimba comportamentul unui material pur, cum ar fi siliciu, și îl puteți transforma într-un semiconductor prin dopaj. În dopaj, amestecați o cantitate mică de impuritate în structura cristalină pură.

Nu există purtători de încărcare în acest strat de epuizare și nu poate circula curent peste el. Dar când se aplică o tensiune peste joncțiune, astfel încât anodul de tip P să devină pozitiv și catodul de tip N negativ, găurile pozitive sunt atrase de-a lungul stratului de epuizare către catodul negativ, de asemenea, electronii negativi sunt atrași spre anodul pozitiv și fluxurile de curent.

Gândiți-vă la o diodă ca la o stradă cu sens unic pentru electricitate. Când dioda se află în polarizare directă, dioda permite traficului sau curentului să curgă din anod, către piciorul catodului. Într-o polarizare inversă, curentul este blocat, astfel încât nu există flux de energie electrică prin circuit. Când curentul curge printr-o diodă, tensiunea pe piciorul pozitiv este mai mare decât pe piciorul negativ, aceasta se numește căderea de tensiune înainte a diodei. Severitatea căderii de tensiune este o funcție a materialului semiconductor din care este fabricată dioda. Când tensiunea din diodă este pozitivă, poate curge mult curent odată ce tensiunea devine suficient de mare. Când tensiunea pe diodă este negativă, practic nu curge curent.

Pasul 1: utilizări diferite pentru diferite diode.

Există multe tipuri diferite de diode și fiecare are un scop diferit ca componentă electronică.

A Dioda electro luminiscenta sau LED este probabil cel mai cunoscut și cel mai ușor de identificat. LED-ul emite lumină vizibilă atunci când electronii sar peste joncțiunea PN. Lumina rezultată este denumită electroluminiscență.

Fotodiodele conduită numai atunci când sunt expuse la lumină. Acestea pot fi utile în realizarea de proiecte cu un comutator activat prin lumină, astfel încât un circuit să fie activ doar în prezența luminii.

Zenerdiode sunt proiectate să conducă în direcția inversă, numai când se ajunge la ceva numit tensiunea de avarie va conduce circuitul. Acestea sunt formate la toleranțe precise, a se vedea secțiunea despre diode Zener la pasul 3.

Diodele redresoare sunt proiectate pentru a opri curgerea electricității în direcția greșită. Diodele sunt uneori cunoscute sub numele de redresoare pentru utilizarea lor pentru rectificarea curentului alternativ în curent continuu, prin îndepărtarea porțiunii negative a curentului.

Schottkydiode sunt concepute pentru a porni și opri foarte rapid când se atinge tensiunea de avarie, răspunzând rapid în circuitele digitale. Când curentul curge printr-o diodă există o cădere de tensiune foarte mică peste terminale. Diodele de siliciu au o scădere sau o pierdere de tensiune; o cădere de tensiune a diodei Schottky este semnificativ mai mică. Această cădere de tensiune mai mică permite o viteză de comutare mai mare și o eficiență mai bună a sistemului.

Diodele pot fi utilizate în mai multe moduri, cum ar fi protejarea unui circuit sensibil la curent. Un dispozitiv care utilizează baterii va conține probabil o diodă care îl protejează atunci când bateria este introdusă necorespunzător. Dioda va opri curentul inversat din deplasarea de la baterie la restul circuitului - astfel, dioda protejează componentele electronice sensibile din circuitul dvs.

În următorii pași, veți găsi informații despre unele dintre cele mai utilizate tipuri de diode.

Pasul 2: diodă emițătoare de lumină

O diodă emitentă de lumină sau un LED se aprind atunci când sunt polarizate electric în direcția înainte. Acest efect este o formă de electroluminiscență.

Un LED este un tip special de diodă semiconductoare. Purtătorii de încărcare sunt creați de un curent electric care trece prin joncțiunea pn și eliberează energie sub formă de fotoni pe măsură ce se recombină. Lungimea de undă a luminii și, prin urmare, culoarea ei, este dictată de materialele care formează joncțiunea pn, care elemente au dopat materialul pur. O diodă normală, emite lumină invizibilă în infraroșu îndepărtat, dar materialele utilizate pentru un LED au energii bandgap corespunzătoare luminii aproape infraroșii, vizibile sau aproape ultraviolete.

Spre deosebire de becurile cu incandescență, care pot funcționa fie cu curent alternativ, fie cu curent continuu, LED-urile necesită o alimentare DC de polaritate corectă. Când tensiunea pe joncțiunea pn este în direcția corectă, curge un curent semnificativ și se spune că dispozitivul este polarizat înainte. Tensiunea pe LED în acest caz este fixă ​​pentru un LED dat și este proporțională cu energia fotonilor emiși. Dacă tensiunea este de polaritate greșită, se spune că dispozitivul este polarizat invers, curge foarte puțin curent și nu se emite lumină.

Dioda semiconductoare este încastrată într-o lentilă solidă din plastic. Uneori, plasticul este colorat și puteți găsi LED-uri în aproape fiecare nuanță. În afară de evaluarea actuală a LED-ului dvs., dimensiunea și forma carcasei din plastic vor dicta cum și cât de multă lumină LED-ul este capabil să arunce.

Pasul 3: Zener Diodes

Diodele Zener sunt dopate cu o concentrație mai mare de impurități pentru a le oferi un strat de subțire foarte subțire. În timpul utilizării, acestea sunt polarizate invers. Aceasta înseamnă că curentul nu se poate deplasa pe o diodă zener până nu se atinge tensiunea de avarie. În orice diodă, vine un punct în care, dacă se aplică o tensiune inversă suficientă, curentul invers va curge de la catod la anod. Electronii strâns legați din stratul de epuizare sunt rupți de atomii lor și există o creștere bruscă a curentului. Dacă acest curent este permis să se acumuleze până la o valoare prea mare, pot apărea daune. Cu toate acestea, dacă curentul invers este limitat la o valoare sigură, dioda nu va fi afectată și, odată ce tensiunea inversă este redusă, dioda încetează să conducă din nou.

Alegeți o diodă zener dacă trebuie să aveți un comutator sensibil la tensiune în circuit. Defectarea tensiunii disponibile variază de la aproximativ 2 volți la 200 volți.

Pasul 4: diode Schottky

Spre deosebire de o diodă de joncțiune PN, o diodă Schottky are o joncțiune metal - semiconductor (M - S) este un tip de joncțiune în care un metal vine în contact strâns cu un material semiconductor. Sunt diode semiconductoare cu o cădere redusă de tensiune înainte și o acțiune de comutare foarte rapidă.

Pentru joncțiune se utilizează molibden, platină, crom sau tungsten; și un silicon semiconductor de tip N. Partea metalică acționează ca anod, iar semiconductorul de tip N acționează ca catod. Aceasta se numește bariera Schottky. Există avantaje în ceea ce privește viteza, deoarece diodele Schottky nu se bazează pe găuri sau electroni recombinați atunci când intră în tipul opus de regiune ca în cazul unei diode convenționale. Aceste tipuri de diode, prin proiectare, au o tensiune de avarie foarte precisă și sunt capabile să răspundă sau să comute rapid datorită unei joncțiuni parțial metalice.

Când curentul curge printr-o diodă există o cădere de tensiune foarte mică peste terminale. Această cădere de tensiune mai mică favorizează o viteză de comutare mai mare și o eficiență mai bună a sistemului. Reduce pierderile de putere suportate în mod normal în redresor și alte diode utilizate în sursa de alimentare. Cu diodele standard de siliciu care oferă principala alternativă, tensiunea de pornire a acestora este de aproximativ 0,6 până la 0,7 volți. Cu redresoarele cu diode Schottky cu o tensiune de pornire de aproximativ 0,2 până la 0,3 volți, există o economie semnificativă de energie de câștigat.

Pasul 5: Circuitul redresorului

Un redresor este un dispozitiv electric care convertește curent alternativ (AC), care inversează periodic direcția, în curent continuu (DC), care curge într-o singură direcție.

Cea mai populară aplicație a diodei este utilizată pentru rectificarea curentă. Aceasta implică un dispozitiv care permite fluxul de electroni într-un singur sens. Exact asta face o diodă semiconductoare.

Există un design numit redresor de punte cu undă completă, este construit în jurul unei configurații de pod cu patru diode. (vezi imaginea) Curentul alternativ este alimentat în partea de jos și de sus a redresorului de pod, pe care diodele îl filtrează în curent continuu direcționând curentul către punctele pozitive și negative corecte.

Acest circuit produce o ieșire de curent continuu de la o intrare de curent alternativ, precum și protecție de polaritate inversă. Adică, permite funcționarea normală a echipamentelor alimentate cu curent continuu atunci când bateriile au fost instalate înapoi sau când firele de la o sursă de curent continuu au fost inversate și vă protejează circuitul de daunele cauzate de polaritatea inversă.

Pasul 6: Faceți o rețea LED!

O modalitate foarte simplă de a obține o experiență cu diodele este prin intermediul circuitelor LED. Pentru a face o matrice de LED-uri, am folosit o baterie de 9V, o placă de măsurare, LED-uri de 3V și câteva rezistențe de 1K.

Le-am legat cu pozitivul din dreapta, mutându-mă la sol în stânga. Am creat șase rânduri distincte și două coloane de LED-uri. Cablare în serie, trece de la V (+) la cablul pozitiv al LED-ului, apoi un alt LED, apoi un rezistor de 1K la masă. Aruncați o privire la schema din acest pas.

Curentul se deplasează de la anod la catodul fiecărui LED și, dacă oricare dintre bornele LED-urilor sunt inversate - nu se va aprinde.

Fii primul care trimite

Ai realizat acest proiect? Împărtășiți-l cu noi!

Recomandări

Concurs Orice Merge

Concurs Block Code

Faceți-o adevărată provocare de proiectare a elevilor

imagini

61 Discuții

Întrebare acum 11 zile

Am o aplicație simplă care, din ceea ce citesc, arată că un redresor este metoda potrivită. Am 3 zone pe HVAC. Zona 3 nu are conducte adecvate și va fi o vreme (dacă vreodată) că voi putea corecta acest lucru. Așadar, pentru a preveni prea multă presiune inversă, vreau să deschid Zona 2 când este apelată Zona 3. Cu toate acestea, nu vreau să apară Zona 3 când este apelată doar Zona 2. Amortizoarele sunt în mod normal deschise cu 24 de fire cu 3 fire astfel:

Cred că o configurare a diodei rectificatoare între comenzile celor două amortizoare care permite o direcție într-o direcție de la Zone/Damper 3 la Z/D2 ar face acest lucru. Recomandări/sugestii?

EDITARE: Regândind acest lucru, cred că ceea ce am nevoie este ceva pentru a întrerupe tensiunea (rupe circuitul) de pe puterea Z/D2 atunci când puterea este prezentă pe liniile Z/D3. Acest lucru ar împiedica controlerul să închidă clapeta Z/D2. Cred că este o operațiune de releu. Voi lăsa întrebarea aici pentru a vedea dacă există și alte idei.