ไดโอดคืออะไรและใช้ทำอะไร?

ส่วนประกอบเซมิคอนดักเตอร์ที่ง่ายที่สุด - ไดโอด - ทำหน้าที่ที่มีประโยชน์หลากหลายซึ่งเกี่ยวข้องกับวัตถุประสงค์หลักในการจัดการทิศทางการไหลของกระแสไฟฟ้า ไดโอดอนุญาตให้กระแสไหลผ่านในทิศทางเดียวเท่านั้น

ไดโอดที่มีประสิทธิภาพสมบูรณ์แบบดูเหมือนจะเป็นวงจรเปิดที่มีแรงดันไฟฟ้าติดลบและดูเหมือนว่าจะลัดวงจร แต่เนื่องจากไดโอดยอมรับว่าไม่มีประสิทธิภาพความสัมพันธ์ระหว่างกระแสกับแรงดันไฟฟ้าจึงไม่เป็นเชิงเส้น ดังนั้นคุณจะต้องปรึกษาแผ่นข้อมูลของไดโอดเพื่อดูกราฟของเส้นโค้งของแรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าของไดโอดที่ระบุเทียบกับกระแสไฟฟ้าไปข้างหน้าเพื่อให้คุณเลือกไดโอดที่เหมาะสมสำหรับโครงการเฉพาะของคุณ

รูปภาพของ Tim Ridley / Getty

การใช้งานไดโอด

แม้จะเป็นเพียงอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์สองพินธรรมดา แต่ไดโอดก็มีความสำคัญในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ แอพพลิเคชั่นทั่วไปของไดโอด ได้แก่ :

• การแก้ไขแรงดันไฟฟ้าเช่นการเปลี่ยน AC เป็นแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง
• การแยกสัญญาณจากแหล่งจ่าย
• การควบคุมขนาดของสัญญาณ
• การผสมสัญญาณ

การแปลงพลังงาน

การประยุกต์ใช้ไดโอดที่สำคัญอย่างหนึ่งคือการแปลงไฟฟ้ากระแสสลับเป็นไฟฟ้ากระแสตรง ไดโอดเดี่ยวหรือไดโอดสี่ตัวเปลี่ยนกำลังไฟฟ้า 110V ในครัวเรือนเป็น DC โดยการสร้างวงจรเรียงกระแสครึ่งทาง (ไดโอดเดี่ยว) หรือไดโอดเต็มคลื่น (ไดโอดสี่ตัว) ไดโอดอนุญาตให้รูปคลื่น AC เพียงครึ่งเดียวเท่านั้นที่จะเดินทางผ่านได้ เมื่อพัลส์แรงดันไฟฟ้านี้ชาร์จตัวเก็บประจุแรงดันไฟฟ้าขาออกจะดูเหมือนเป็นแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงคงที่โดยมีการกระเพื่อมของแรงดันไฟฟ้าขนาดเล็ก การใช้วงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่นทำให้กระบวนการนี้มีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้นโดยการกำหนดเส้นทางพัลส์ AC เพื่อให้ทั้งครึ่งบวกและลบของคลื่นไซน์อินพุตถูกมองว่าเป็นเพียงพัลส์บวกเท่านั้นซึ่งสามารถเพิ่มความถี่ของพัลส์อินพุตไปยังตัวเก็บประจุได้อย่างมีประสิทธิภาพ ช่วยให้ชาร์จไฟและส่งแรงดันไฟฟ้าที่มีเสถียรภาพมากขึ้น

ไดโอดและตัวเก็บประจุสร้างตัวคูณแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกันเพื่อรับแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับขนาดเล็กและคูณเพื่อสร้างเอาต์พุตแรงดันไฟฟ้าที่สูงมาก ทั้งเอาต์พุต AC และ DC เป็นไปได้โดยใช้การกำหนดค่าตัวเก็บประจุและไดโอดที่เหมาะสม

Demodulation ของสัญญาณ

การใช้ไดโอดโดยทั่วไปคือการลบส่วนประกอบเชิงลบของสัญญาณ AC เนื่องจากส่วนที่เป็นลบของรูปคลื่นกระแสสลับมักจะเหมือนกันกับครึ่งบวกข้อมูลเพียงเล็กน้อยจึงหายไปอย่างมีประสิทธิภาพในกระบวนการลอกออกไปซึ่งนำไปสู่การประมวลผลสัญญาณที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น

สัญญาณ demodulation มักใช้ในวิทยุเป็นส่วนหนึ่งของระบบกรองเพื่อช่วยดึงสัญญาณวิทยุจากคลื่นพาหะ

การป้องกันแรงดันเกิน

ไดโอดยังทำงานเช่นเดียวกับอุปกรณ์ป้องกันชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่ละเอียดอ่อน เมื่อใช้เป็นอุปกรณ์ป้องกันแรงดันไฟฟ้าไดโอดจะไม่เป็นตัวนำไฟฟ้าภายใต้สภาวะการทำงานปกติ แต่จะลัดวงจรแรงดันไฟฟ้าสูงลงกราวด์ทันทีซึ่งไม่สามารถทำอันตรายต่อวงจรรวมได้ ไดโอดเฉพาะที่เรียกว่าตัวป้องกันแรงดันไฟฟ้าชั่วคราวได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับการป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินและสามารถจัดการกับกระแสไฟที่พุ่งสูงมากในช่วงเวลาสั้น ๆ ลักษณะทั่วไปของแรงดันไฟฟ้าขัดขวางหรือไฟฟ้าช็อตซึ่งโดยปกติจะทำให้ชิ้นส่วนเสียหายและทำให้อายุการใช้งานของผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์สั้นลง

ในทำนองเดียวกันไดโอดสามารถควบคุมแรงดันไฟฟ้าได้โดยทำหน้าที่เป็นปัตตาเลี่ยนหรือลิมิตเตอร์ซึ่งเป็นจุดประสงค์เฉพาะที่ปิดแรงดันไฟฟ้าที่สามารถส่งผ่านไปยังจุดหนึ่ง

พวงมาลัยปัจจุบัน

การใช้งานพื้นฐานของไดโอดคือการควบคุมกระแสและตรวจสอบให้แน่ใจว่าไดโอดไหลไปในทิศทางที่เหมาะสมเท่านั้น พื้นที่หนึ่งที่ใช้ความสามารถในการบังคับเลี้ยวของไดโอดในปัจจุบันเพื่อให้เกิดผลดีคือการเปลี่ยนจากพลังงานที่มาจากแหล่งจ่ายไฟเป็นพลังงานที่ทำงานจากแบตเตอรี่ เมื่อเสียบอุปกรณ์และชาร์จ - ตัวอย่างเช่นโทรศัพท์มือถือหรือแหล่งจ่ายไฟสำรอง - อุปกรณ์ควรดึงพลังงานจากแหล่งจ่ายไฟภายนอกเท่านั้นไม่ใช่แบตเตอรี่และในขณะที่เสียบอุปกรณ์แบตเตอรี่ควรดึงพลังงาน และชาร์จใหม่ ทันทีที่ถอดแหล่งจ่ายไฟแบตเตอรี่ควรจ่ายไฟให้อุปกรณ์เพื่อไม่ให้ผู้ใช้สังเกตเห็นการหยุดชะงัก

ตัวอย่างที่ดีของการบังคับเลี้ยวในปัจจุบันคือการป้องกันกระแสย้อนกลับ ตัวอย่างเช่นพิจารณารถของคุณ เมื่อแบตเตอรี่ของคุณตายและผู้สัญจรที่เป็นมิตรจะเสนอตัวช่วยเกี่ยวกับสายจัมเปอร์หากคุณผสมสายสีแดงและสีดำเข้าด้วยกันคุณจะไม่ทอดระบบไฟฟ้าของรถเพราะไดโอดที่อยู่ติดกับแบตเตอรี่จะขัดขวางกระแสไฟฟ้าผิด

ลอจิกเกตส์

คอมพิวเตอร์ทำงานในรูปแบบไบนารี - ทะเลที่ไม่มีที่สิ้นสุดของศูนย์และตัว ต้นไม้การตัดสินใจแบบไบนารีในการคำนวณขึ้นอยู่กับลอจิกเกตที่เปิดใช้งานโดยไดโอดที่ควบคุมว่าสวิตช์เปิดอยู่ ("1") หรือปิด ("0") แม้ว่าไดโอดหลายร้อยล้านตัวจะปรากฏในโปรเซสเซอร์สมัยใหม่ แต่ก็มีลักษณะการใช้งานเหมือนกับไดโอดที่คุณซื้อจากร้านขายเครื่องใช้ไฟฟ้า - มีขนาดเล็กกว่ามาก

ไดโอดและแสง

ไฟฉาย LED เป็นเพียงไฟฉายที่มีการส่องสว่างมาจากไดโอดเปล่งแสง เมื่อมีแรงดันไฟฟ้าบวกไฟ LED จะติดสว่าง

ในทางตรงกันข้ามโฟโตไดโอดจะรับแสงผ่านตัวสะสม (เช่นแผงโซลาร์เซลล์ขนาดเล็ก) และแปลงแสงนั้นให้เป็นกระแสไฟฟ้าจำนวนเล็กน้อย