Quan fas servir electrònica, veus un díode funcionant. Un díode és un dispositiu semiconductor. Funciona com un interruptor unidireccional per al corrent. Té dos extrems anomenats ànode i càtode. El corrent pot passar per un díode en una direcció. El díode bloqueja el corrent si intentes enviar-lo en l'altra direcció.
Els díodes es troben dins de gairebé tots els dispositius electrònics.
Molta gent no sap que els seus dispositius tenen díodes.
Ara s'utilitza més l'electrònica, per la qual cosa els díodes són més importants.
Hi ha molts tipus de díodes. Els díodes Zener ajuden a controlar el voltatge. Els fotodíodes ajuden a detectar la llum. Els díodes rectificadors canvien el corrent altern a corrent continu. Els LED s'utilitzen per a la il·luminació.
Conceptes bàsics del díode
Què és un díode
S'utilitza un díode quan es vol controlar el flux d'electricitat. Un díode és un petit dispositiu fet d'un material semiconductor. Actua com una porta unidireccional per al corrent. La part principal d'un díode és la unió pn. Aquesta unió es forma on es troben dos tipus diferents de material dins del díode. La regió p té càrregues positives addicionals i la regió n té càrregues negatives addicionals. Quan es connecta un díode a un circuit, la unió pn decideix si hi pot passar el corrent.
L'estructura del díode és important. La unió pn permet que el corrent es mogui en una direcció quan es connecta el díode de la manera correcta. Si s'intenta enviar el corrent en l'altra direcció, la unió en bloqueja la major part. Només es filtra una petita quantitat de corrent a causa de la manera com funciona la unió. Aquest disseny especial fa que el díode sigui útil per protegir circuits i controlar senyals.
Consell: Recordeu que un díode només permet que el corrent flueixi de l'ànode al càtode a causa de la seva unió pn.
Símbol del díode
Ja veieu el símbol de díode en diagrames de circuits. El símbol sembla un triangle que apunta a una línia. El triangle mostra la direcció en què pot fluir el corrent. La línia marca l'extrem on no pot passar el corrent. El costat del triangle és l'ànode i el costat de la línia és el càtode.
Part de símbol | Significat |
|---|---|
Triangle | ànode |
Línia | càtode |
arrow | Flux actual |
Aquest símbol s'utilitza per indicar on es troba el díode en un circuit i en quina direcció es mou el corrent.
Ànode i càtode
Cada díode té dos extrems. Un extrem s'anomena ànode i l'altre càtode. L'ànode es connecta a la regió p de la unió. El càtode es connecta a la regió n. Quan connecteu l'ànode al costat positiu d'una bateria i el càtode al costat negatiu, el díode permet que flueixi el corrent. Si canvieu les connexions, la unió bloqueja el corrent.
Aquí teniu un diagrama senzill de l'estructura d'un díode:
(+) Anode P-region Junction N-region Cathode (-)
| | | | |
|----------------|--------------|-------------|---------------|
| | | | |
| |<-- Current Flow -----------| |
El corrent flueix de l'ànode al càtode a través de la unió pn.
Veieu com la unió controla la direcció del corrent. Això fa que el díode sigui un peça clau de molts dispositius electrònics.
Com funciona un díode
Direcció del flux actual
Quan poses un díode en un circuit, tu tries el camí del corrent. El díode funciona com una porta unidireccional. Si l'ànode és al costat positiu i el càtode és al costat negatiu, el corrent es mou a través d'ell. Si canvies els extrems, el díode atura el corrent. Això ajuda a mantenir els teus dispositius fora de perill.
Això es pot veure en moltes proves científiques. Els científics han comprovat com els díodes deixen anar el corrent només en una direcció. Aquí teniu alguns exemples:
Títol de l'estudi | Descripció |
|---|---|
Díode tèrmic: Rectificació del flux de calor | Aquest estudi parla de com la calor es mou en una direcció, mostrant accions semblants a les dels díodes en diferents materials. |
Rectificador tèrmic d'estat sòlid | Aquesta investigació mostra accions similars als díodes en sistemes d'estat sòlid, amb l'energia que es mou en una direcció. |
Flux d'energia unidireccional transitori i fenomen semblant a un díode induït per entorns no markovians | Aquest estudi descobreix que canviar l'estructura fa que el corrent sigui més fort en una direcció, mostrant accions semblants a les dels díodes. |
Un díode està fet per deixar passar el corrent en una sola direcció. Si poses el voltatge de la manera correcta, el díode deixa passar l'electricitat. Si inverteixes el voltatge, el díode atura el corrent. Això evita que els circuits es facin malbé.
Biaix directe i invers
Quan aprens sobre els díodes, és possible que sentis les paraules "polarització directa" i "polarització inversa". Aquestes paraules indiquen com connectes el voltatge al díode.
Biaix directe és quan l'ànode està al costat positiu i el càtode al costat negatiu. En aquest cas, el díode deixa passar el corrent.
Biaix invers és quan l'ànode està al costat negatiu i el càtode al costat positiu. Aquí, el díode bloqueja la major part del corrent.
La voltatge necessari per fer funcionar un díode depèn del seu tipus. Aquí teniu una taula amb la caiguda de tensió directa per a cada tipus:
Tipus de díode | Caiguda de tensió directa |
|---|---|
díodes de silici | De 0.6 a 0.7 volts |
Díodes Schottky | 0.2 volts |
Díodes emissors de llum (LED) | Fins a 4 volts |
Per als díodes de silici, necessiteu uns 0.7 volts per iniciar el corrent en polarització directa. Els díodes Schottky necessiten menys voltatge. Els LED poden necessitar-ne més.
També podeu veure els rangs de voltatge habituals per a la polarització directa i inversa en díodes de silici:
Tipus de biaix | Rang de tensió |
|---|---|
Biaix cap endavant | 0.60 - 0.75 V |
Biaix invers | Sense especificar |
Quan s'utilitza la polarització directa, el corrent flueix. Quan s'utilitza la polarització inversa, el corrent es bloqueja i el circuit és segur.
Zona d'esgotament
Dins de cada díode, hi ha una zona especial anomenada zona de depleció. Aquesta zona es forma on es troben la regió p i la regió n. En aquest punt, els electrons i els forats s'uneixen, de manera que no hi ha càrregues lliures. La zona de depleció actua com una paret que controla el corrent.
La mida de la zona d'esgotament canvia amb el voltatge:
Amb la polarització directa, la zona de depleció es fa més petita. Els principals portadors de càrrega obtenen energia i creuen la unió, de manera que el corrent flueix més fàcilment.
Amb la polarització inversa, la zona de depleció s'eixampla. Els principals portadors de càrrega s'allunyen, deixant enrere els ions carregats. Això fa que la paret sigui més forta i atura la major part del corrent.
La zona d'esgotament és molt important per al funcionament d'un díode:
La zona de depleció es forma a la unió PN on s'uneixen els electrons i els forats, de manera que no hi ha càrregues lliures.
Aquesta zona crea una paret que deixa que el corrent vagi només en una direcció, creant un camp elèctric que canvia el funcionament del díode.
Amb la polarització directa, la zona s'aprima, de manera que les càrregues es mouen més fàcilment. Amb la polarització inversa, s'aprima, de manera que la resistència augmenta i el corrent s'atura.
Consell: La zona d'esgotament és la raó per la qual un díode actua com una porta unidireccional per a l'electricitat. Podeu pensar-hi com una porta que s'obre o es tanca segons com connecteu el voltatge.
Quan coneixes el flux de corrent, la polarització directa i inversa i la zona de depleció, veus per què els díodes són importants en l'electrònica. Aquests aparells s'utilitzen per controlar i protegir els circuits cada dia.
Tipus de díodes
En podeu trobar molts tipus de díodes en electrònica. Cada tipus fa una feina especial perquè està construït de manera diferent. Cadascun té les seves pròpies característiques elèctriques. Aquí teniu una taula que us ajuda a comparar els principals tipus:
Tipus de díode | Característiques constructives | Principals casos d’ús |
|---|---|---|
Díode rectificador | Fet de silici, dissenyat per a la manipulació d'alt corrent i voltatge. | Circuits d'alimentació per a la conversió de corrent altern a corrent continu. |
Diode Zener | Permet el flux de corrent en sentit invers a una tensió de ruptura específica. | Regulació de tensió i estabilització. |
Diodo de Schottky | Construït amb una unió metall-semiconductor, baixa caiguda de tensió directa. | Aplicacions de commutació d'alta velocitat. |
LED | Emet llum quan passa corrent, varia segons el material semiconductor. | Solucions d'il·luminació i sistemes de visualització. |
Díode rectificador
S'utilitza un díode rectificador per canviar el corrent altern a corrent continu. Aquest díode pot suportar molt corrent i alt voltatge. El veieu en fonts d'alimentació i carregadors de bateries. El rectificador deixa que el corrent vagi en una direcció però el bloqueja en l'altra. Això manté els dispositius segurs i fa que el voltatge sigui estable.
LED
Un LED emet llum quan hi passa corrent. Els LED es veuen en llanternes, pantalles i rètols. El color i la brillantor depenen del que hi ha dins del díode. Els LED utilitzen electroluminescència per convertir l'electricitat en llum. Els LED estalvien energia perquè utilitzen menys voltatge que les bombetes normals.
Diode Zener
Els díodes Zener ajuden a controlar el voltatge en un circuit. Aquests díodes permeten que el corrent vagi en sentit invers quan el voltatge arriba a un nivell establert. Els díodes Zener s'utilitzen per mantenir el voltatge estable, fins i tot si l'entrada canvia. Així és com funcionen:
Els díodes Zener mantenen el voltatge estable, fins i tot si l'entrada canvia.
Utilitzen el mode de ruptura inversa per controlar el voltatge, de manera que la sortida no puja massa.
Necessiteu això per a circuits que requereixen nivells de voltatge exactes.
Els díodes zener s'utilitzen per a la protecció contra sobretensions i la referència de tensió en electrònica sensible.
Diodo de Schottky
Els díodes Schottky funcionen bé en circuits ràpids. Els trobareu en convertidors de commutació, protecció ESD i circuits de microones. Aquests díodes tenen una unió metall-semiconductor. Això els proporciona una baixa caiguda de tensió directa i una velocitat de commutació ràpida. Els díodes Schottky s'utilitzen per a la rectificació, el condicionament de senyals i la conformació d'ones. Us ajuden a fer circuits que necessiten una resposta ràpida i baixa pèrdua de potència.
Consell: Quan trieu un díode, penseu en el voltatge, la velocitat i què voleu que faci el vostre circuit.
Aplicacions de díodes
Circuits rectificadors
Els díodes s'utilitzen en rectificadors circuits per canviar el corrent altern a corrent continu. Quan poses un díode en un rectificador, deixa que el corrent vagi en una direcció. Això evita que el corrent vagi cap enrere. S'obté una sortida de corrent continu constant. Moltes fonts d'alimentació necessiten aquest canvi, com ara els carregadors de bateries i els dispositius electrònics. Els díodes ajuden a mantenir el voltatge segur i estable per als teus dispositius.
Els díodes són importants en els circuits rectificadors. Permeten que el corrent es mogui en una direcció. Això converteix el corrent altern en corrent continu. En molts usos, es necessita un flux unidireccional per a una tensió de CC estable.
Si comproveu el seu funcionament, la rectificació per díode a 10 A té una eficiència del 77.3%. La rectificació síncrona pot millorar-ho, per sobre del 81%. Els díodes encara s'utilitzen molt perquè són senzills i funcionen bé.
La rectificació de díodes a 10 A té una eficiència del 77.3%.
La rectificació síncrona fa que l'eficiència sigui del 81.3% (costat baix) i del 81.6% (costat alt).
La pèrdua de conducció del díode és de 10 W. La pèrdua del MOSFET és de només 0.4 W.
Protecció del senyal
Díodes protegir els senyals en molts dispositius electrònicsProtegeixen les peces de pics de voltatge i corrent invers. Els díodes TVS es troben entre el punt protegit i la terra. Comencen a funcionar quan el voltatge és massa alt, normalment en mode de polarització inversa. Això manté el circuit segur i el protegeix de sobretensions sobtades.
Els díodes de supressió de transitoris retenen l'excés de voltatge i l'envien lluny de les parts importants. Quan es produeix un pic de tensió, aquests díodes canvien a baixa resistència, absorbeixen energia addicional i després tornen a la normalitat. Això és necessari per mantenir els dispositius funcionant correctament.
Tipus de díode | Aplicació en la protecció del senyal |
|---|---|
Schottky | Ajuda a la commutació ràpida per a l'augment del senyal en sistemes de comunicació. |
Zener | Manté el voltatge estable per protegir les peces sensibles dels canvis. |
Els díodes Schottky són els millors per a la commutació ràpida en telecomunicacions.
Els díodes Zener mantenen el voltatge estable als cotxes i protegeixen els aparells electrònics dels pics de tensió.
Emissió de llum
Veus LEDs en moltes làmpades. Els LEDs fan llum quan el corrent hi passa. Els electrons es mouen dins del díode. Quan baixen, emeten energia en forma de fotons. En els LEDs, els electrons lliures creuen el díode i omplen els forats, produint llum. El color depèn del material que hi ha a l'interior.
Els LED fan llum quan s'utilitza corrent directe.
Els electrons s'uneixen amb els forats i emeten fotons.
La llum té un sol color, fixat pel semiconductor.
Els LED no emeten gaire calor, a diferència de les bombetes antigues. La major part de l'energia es converteix en llum, per la qual cosa els LED són molt eficients. Estalvieu energia i genereu menys calor.
Font de llum | Eficiència Energètica |
|---|---|
Il·luminació tradicional | 20% perdut en forma de calor |
il·luminació LED | El 80-90% es va convertir en llum |
Els LED consumeixen menys energia que les bombetes antigues. Podeu estalviar fins a un 80-90% d'energia utilitzant llums LED.
Els díodes t'ajuden de moltes maneres. Funcionen en circuits rectificadors, protegeixen els senyals i produeixen llum. Depenes d'ells per controlar el corrent, gestionar el voltatge i aturar el corrent invers als teus dispositius.
Prova d'un díode
Utilitzant un multímetre
Vostè pot provar un díode amb un multímetre digital. Aquesta eina us ajuda a comprovar si el díode funciona com una porta unidireccional per al corrent. Abans de començar, assegureu-vos que el circuit estigui tallat. Si veieu condensadors, descarregueu-los per seguretat.
Segueix aquests passos per provar un díode:
Configureu el multímetre en mode de prova de díodes o en mode de resistència.
Connecteu el cable vermell a l'ànode i el cable negre al càtode.
Mira la lectura i escriu-la.
Inverteix els cables i torna a comprovar la lectura.
Consell: Proveu sempre el díode fora del circuit si voleu els resultats més precisos.
Quan connecteu els cables en la direcció directa, un bon díode de silici mostra una caiguda de voltatge entre 0.5 i 0.8 volts. Si invertiu els cables, el multímetre hauria de mostrar "OL" (sobrecàrrega), cosa que significa que no hi ha flux de corrent. Si veieu "OL" en ambdues direccions, el díode està obert i no funciona. Si obteniu la mateixa caiguda de voltatge en ambdues direccions, el díode està en curtcircuit.
Què comprovar
Cal que busqueu certs signes quan proveu un díode. Les lectures us indiquen si el díode està bé o defectuós.
Un díode de silici en funcionament mostra uns 0.7 volts en la direcció directa.
A la inversa, hauríeu de veure "OL" al multímetre.
Un díode obert dóna "OL" en ambdues direccions.
Un díode en curtcircuit mostra zeros o la mateixa caiguda de tensió en ambdues direccions.
Aquí teniu una taula per ajudar-vos a identificar els modes de fallada més comuns:
Mode d'error | Descripció |
|---|---|
Fallada de circuit tancat | Massa voltatge provoca un curtcircuit, sovint a causa d'una polarització inversa elevada. |
Fallada de circuit obert | El sobreescalfament danya la unió, provocant una alta resistència o un estat obert. |
Fallada del dispositiu degradat | Més corrent de fuita i canvis en la tensió de ruptura al llarg del temps. |
També podeu comprovar la caiguda de tensió esperada per a diferents tipus:
Tipus de díode | Caiguda de tensió esperada (V) | Descripció de la condició d'error |
|---|---|---|
Silici | 0.5 - 0.8 | Si cau fora d'aquest rang, hi ha possibles problemes. |
Germani | 0.2 - 0.3 | Si cau fora d'aquest rang, hi ha possibles problemes. |
Díode obert | N / A | Mostra OL en ambdós sentits, la qual cosa significa que és defectuós. |
Diodo en curtcircuit | N / A | La mateixa caiguda de tensió en ambdós sentits, cosa que vol dir que és defectuós. |
Si observeu una caiguda de tensió que no coincideix amb el rang esperat, heu de substituir el díode per mantingueu el vostre circuit segur.
Un díode permet que el corrent es mogui en una sola direcció. Això ajuda a mantenir els dispositius segurs i funcionant correctament. Els díodes es fan servir per convertir el corrent altern en corrent continu. Els díodes també ajuden a mantenir el voltatge estable. Bloquegen els corrents que podrien danyar els aparells electrònics. Pots construir circuits fàcils amb un díode per veure com funciona.
Quan aprens sobre díodes, adquireixes habilitats per solucionar problemes i fabricar electrònica potent.
FAQ
Què passa si connectes un díode al revés?
Si connecteu un díode al revés, bloqueja la major part del corrent. El circuit no funcionarà com s'espera. Protegiu els dispositius assegurant-vos que el díode estigui orientat en la direcció correcta.
Pots utilitzar un díode per protegir els teus aparells electrònics?
Podeu utilitzar un díode per aturar els pics de corrent invers i de voltatge. Això ajuda a protegir els vostres components electrònics de danys. Molts circuits utilitzen díodes per a la protecció.
Per què un díode només deixa que el corrent flueixi en una direcció?
L'estructura especial dins d'un díode crea una barrera. Aquesta barrera permet que el corrent es mogui en una direcció. Si intentes enviar el corrent en l'altra direcció, la barrera el bloqueja.
Com saps si un díode funciona?
Vostè provar un díode amb un multímetre. Si veieu una caiguda de voltatge en una direcció i "OL" en l'altra, el díode funciona. Si les dues lectures coincideixen, és possible que el díode estigui defectuós.
