ส่วนประกอบเซมิคอนดักเตอร์ที่ง่ายที่สุด - ไดโอด - ทำหน้าที่ที่มีประโยชน์มากมายที่เกี่ยวข้องกับจุดประสงค์หลักในการจัดการทิศทางการไหลของกระแสไฟฟ้า ไดโอดยอมให้กระแสไหลผ่านในทิศทางเดียวเท่านั้น
ไดโอดที่มีประสิทธิภาพสมบูรณ์แบบดูเหมือนจะเป็นวงจรเปิดที่มีแรงดันลบและดูเหมือนไฟฟ้าลัดวงจร แต่เนื่องจากไดโอดยอมรับว่าไร้ประสิทธิภาพ ความสัมพันธ์ระหว่างกระแสกับแรงดันจึงไม่เป็นเชิงเส้น ดังนั้น คุณจะต้องศึกษาแผ่นข้อมูลของไดโอดเพื่อดูกราฟของเส้นโค้งของแรงดันไปข้างหน้าของไดโอดที่ระบุซึ่งสัมพันธ์กับกระแสไฟตรง เพื่อให้คุณเลือกไดโอดที่เหมาะสมสำหรับโครงการของคุณโดยเฉพาะ
แอพพลิเคชั่นของไดโอด
แม้จะเป็นเพียงอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์แบบสองพินธรรมดา ไดโอดก็มีความสำคัญในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ แอปพลิเคชั่นทั่วไปของไดโอดรวมถึง:
- กำลังแก้ไขแรงดันไฟฟ้า เช่น เปลี่ยนไฟฟ้ากระแสสลับให้เป็นแรงดันไฟตรง
- แยกสัญญาณจากอุปทาน
- ควบคุมขนาดของสัญญาณ
- สัญญาณผสม
การแปลงกำลัง
แอปพลิเคชั่นที่สำคัญอย่างหนึ่งของไดโอดคือการแปลงไฟ AC เป็นไฟ DC ไดโอดตัวเดียวหรือสี่ไดโอดแปลงพลังงานในครัวเรือน 110V เป็น DC โดยสร้างวงจรเรียงกระแสครึ่งทาง (ไดโอดเดี่ยว) หรือวงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่น (สี่ไดโอด) ไดโอดยอมให้รูปคลื่นไฟฟ้ากระแสสลับเพียงครึ่งเดียวเดินทางผ่านได้ เมื่อพัลส์แรงดันไฟฟ้านี้ชาร์จตัวเก็บประจุ แรงดันเอาต์พุตจะดูเหมือนแรงดัน DC คงที่และมีการกระเพื่อมของแรงดันไฟฟ้าเล็กน้อย การใช้วงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่นทำให้กระบวนการนี้มีประสิทธิภาพมากขึ้นโดยการกำหนดเส้นทางพัลส์ AC เพื่อให้ทั้งครึ่งบวกและลบของคลื่นไซน์อินพุตถูกมองว่าเป็นพัลส์บวกเท่านั้น ซึ่งเพิ่มความถี่ของพัลส์อินพุตไปยังตัวเก็บประจุได้อย่างมีประสิทธิภาพเป็นสองเท่า ช่วยให้มีประจุและให้แรงดันไฟฟ้าที่เสถียรยิ่งขึ้น
ไดโอดและตัวเก็บประจุสร้างตัวคูณแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกันเพื่อใช้แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับขนาดเล็กและคูณเพื่อสร้างเอาต์พุตที่มีแรงดันไฟฟ้าสูงมาก เอาต์พุตทั้ง AC และ DC เป็นไปได้โดยใช้การกำหนดค่าตัวเก็บประจุและไดโอดที่ถูกต้อง
ดีมอดูเลตสัญญาณ
การใช้ไดโอดโดยทั่วไปคือการเอาองค์ประกอบเชิงลบของสัญญาณ AC เนื่องจากส่วนลบของรูปคลื่นไฟฟ้ากระแสสลับมักจะเหมือนกับครึ่งบวก ข้อมูลเพียงเล็กน้อยจะหายไปอย่างมีประสิทธิภาพในกระบวนการลอกมันออกไป ซึ่งนำไปสู่การประมวลผลสัญญาณที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น
การถอดสัญญาณมักใช้ในวิทยุซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของระบบกรองเพื่อช่วยแยกสัญญาณวิทยุออกจากคลื่นพาหะ
ป้องกันไฟเกิน
ไดโอดยังทำหน้าที่เป็นอุปกรณ์ป้องกันสำหรับชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่มีความละเอียดอ่อนอีกด้วย เมื่อใช้เป็นอุปกรณ์ป้องกันแรงดันไฟฟ้า ไดโอดจะไม่นำไฟฟ้าในสภาวะการทำงานปกติ แต่จะลัดวงจรไฟฟ้าแรงสูงใดๆ ที่แหลมลงกราวด์ทันที ซึ่งจะทำให้ไม่สามารถทำอันตรายต่อวงจรรวมได้ไดโอดเฉพาะทางที่เรียกว่าตัวป้องกันแรงดันไฟชั่วขณะได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับการป้องกันแรงดันไฟเกิน และสามารถรองรับไฟกระชากขนาดใหญ่มากในช่วงเวลาสั้นๆ ลักษณะทั่วไปของแรงดันไฟกระชากหรือไฟฟ้าช็อต ซึ่งปกติจะทำให้ส่วนประกอบเสียหายและทำให้อายุการใช้งานของผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์สั้นลง
ในทำนองเดียวกัน ไดโอดสามารถควบคุมแรงดันไฟฟ้าโดยทำหน้าที่เป็นปัตตาเลี่ยนหรือลิมิตเตอร์ ซึ่งเป็นจุดประสงค์เฉพาะที่จำกัดแรงดันไฟฟ้าที่สามารถผ่านจุดนั้นได้
พวงมาลัยปัจจุบัน
การใช้งานพื้นฐานของไดโอดคือการบังคับกระแสไฟและทำให้แน่ใจว่ากระแสไหลไปในทิศทางที่ถูกต้องเท่านั้น พื้นที่หนึ่งที่ใช้ความสามารถในการบังคับเลี้ยวของไดโอดในปัจจุบันเพื่อให้เกิดผลดีคือการเปลี่ยนจากพลังงานที่มาจากแหล่งจ่ายไฟเป็นพลังงานที่ใช้จากแบตเตอรี่ เมื่อเสียบปลั๊กอุปกรณ์และชาร์จ - ตัวอย่างเช่น โทรศัพท์มือถือหรือเครื่องสำรองไฟ - อุปกรณ์ควรดึงพลังงานจากแหล่งจ่ายไฟภายนอกเท่านั้น ไม่ใช่จากแบตเตอรี่ และในขณะที่เสียบอุปกรณ์แบตเตอรี่ควรใช้พลังงาน และการชาร์จทันทีที่ถอดแหล่งพลังงานออก แบตเตอรี่ควรจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์เพื่อไม่ให้ผู้ใช้สังเกตเห็นการหยุดชะงัก
ตัวอย่างที่ดีของการบังคับเลี้ยวในปัจจุบันคือการป้องกันกระแสย้อนกลับ พิจารณาตัวอย่างเช่นรถของคุณ เมื่อแบตเตอรีของคุณหมดและผู้สัญจรที่เป็นมิตรเสนอความช่วยเหลือเกี่ยวกับสายจัมเปอร์ หากคุณผสมลำดับของสายสีแดงและสีดำ คุณจะไม่ทอดระบบไฟฟ้าของรถยนต์เพราะไดโอดที่อยู่ติดกับแบตเตอรี่จะปิดกั้นกระแสไฟที่ผิดทิศทาง
บรรทัดล่าง
คอมพิวเตอร์ทำงานในรูปแบบไบนารี - ทะเลที่ไม่มีที่สิ้นสุดของศูนย์และหนึ่ง ต้นไม้การตัดสินใจแบบไบนารีในการคำนวณจะขึ้นอยู่กับลอจิกเกตที่เปิดใช้งานโดยไดโอดที่ควบคุมว่าสวิตช์เปิดอยู่ ("1") หรือปิด ("0") แม้ว่าไดโอดหลายร้อยล้านตัวจะปรากฏในโปรเซสเซอร์สมัยใหม่ แต่ก็ใช้งานได้เหมือนกับไดโอดที่คุณซื้อที่ร้านขายอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ - เล็กกว่ามาก
ไดโอดและไฟ
ไฟฉาย LED เป็นเพียงไฟฉายที่มีแหล่งกำเนิดแสงจากไดโอดเปล่งแสง ในที่ที่มีแรงดันบวก ไฟ LED จะเรืองแสง
ในทางกลับกัน โฟโตไดโอดรับแสงผ่านตัวสะสม (เช่น แผงโซลาร์เซลล์ขนาดเล็ก) และแปลงแสงนั้นเป็นกระแสเล็กน้อย