Diodes:The Silent Powerhouse of Modern Electronics

Af johnmcgee Opdateret 24. marts 2022

Billedkredit:DKsamco/iStock/GettyImages

Den grundlæggende struktur af en diode

En diode er en to-terminal halvlederenhed, der tillader strøm at flyde i kun én retning, når en tilstrækkelig spænding påføres. Den er konstrueret af to forskelligt dopede halvledermaterialer - almindeligvis en p-type (elektron-accepterende) og en n-type (elektron-donerende). Ved krydset udfylder elektroner fra n-type-siden ledige pladser i p-type-siden, hvilket skaber et udtømningsområde med et internt elektrisk felt. Dette felt forhindrer omvendt strøm, indtil den påførte spænding overstiger en lille tærskel, typisk omkring 0,6-0,7V for siliciumdioder.

Dioder i tidlige radioer

Den første praktiske anvendelse af dioder var i AM-radiomodtagere. Radiobølger inducerer en vekselstrøm (AC) i antennen. For at udtrække lydsignalet havde modtageren brug for en ensretter, der kunne konvertere denne AC til en brugbar jævnstrøm (DC). Dioden tjente dette formål ved kun at tillade den ene halvdel af bølgeformen at passere, hvilket effektivt "halvbølge ensretter" signalet. Efterfølgende filtrering fjernede højfrekvenskomponenten og efterlod en jævn DC-bølgeform til lydforstærkning.

Lysemitterende dioder (LED'er)

Når en fremadspænding påføres over en diode, rekombinerer elektroner med huller ved krydset og frigiver energi som fotoner. Bølgelængden - og derfor farven - af det udsendte lys afhænger af halvledermaterialet og dets båndgab. LED'er er nu den dominerende belysningskilde i skærme, indikatorer og generel belysning på grund af deres lave strømforbrug, høje pålidelighed og lange levetid.

Fotodioder, fjernbetjeninger og solpaneler

Dioder er ikke kun sendere, men også detektorer. Fotodioder absorberer fotoner og genererer elektron-hul-par, der skaber en målbar strøm. Dette princip ligger til grund for infrarøde fjernbetjeningssystemer:Fjernbetjeningens LED udsender infrarøde fotoner, som opfanges af en fotodiode i enheden, og konverterer lyset til et elektrisk signal. Det samme koncept driver fotovoltaiske paneler, hvor sollys skaber en ladningsstrøm hen over et kryds og producerer en jævnstrøm, der forsyner boliger og nettilsluttede systemer.

Kretsløbsbeskyttelse med dioder

Dioder er væsentlige sikkerhedsforanstaltninger i elektroniske kredsløb. Omvendt polaritetsbeskyttelsesdioder tillader kun en minimal lækstrøm, når et batteri er sat forkert i, hvilket forhindrer beskadigelse af følsomme komponenter. Overspændingsundertrykkende "lavine"-dioder klemmer for store spændingsspidser ved at lede til jord, når en kritisk spænding overskrides, hvilket beskytter nedstrømselektronik mod forbigående overspændingshændelser.