Πώς χρησιμοποιούνται οι δίοδοι στις καθημερινές μας ζωές;

Η δίοδος είναι ένα ηλεκτρονικό εξάρτημα δύο τερματικών που μεταφέρει ηλεκτρισμό σε μία μόνο κατεύθυνση και μόνο όταν εφαρμόζεται μια ορισμένη ελάχιστη διαφορά δυναμικού ή τάση στους δύο ακροδέκτες της. Οι πρώτες δίοδοι χρησιμοποιήθηκαν για τη μετατροπή AC σε DC και για το φιλτράρισμα του σήματος σε ραδιόφωνα. Από τότε, οι δίοδοι έχουν γίνει πανταχού παρόντες, χρησιμοποιούνται για την προστασία ηλεκτρονικών ειδών, φωτίζουν τα σπίτια μας και στέλνουν σήματα τηλεχειριστηρίου.

Για να κατανοήσουμε τη βάση της χρήσης μιας διόδου, βοηθάει να δούμε τη δομή μιας τυπικής δίοδος. Η τυπική δίοδος p-n έχει δύο ημιαγωγούς που έρχονται σε επαφή, σχηματίζοντας μια διεπαφή. Οι αγνοί ημιαγωγοί δεν συμπεριφέρονται, έτσι προστίθενται μεταλλικές ακαθαρσίες. Σε έναν ημιαγωγό της διόδου p-n, το μολυσματικό μέταλλο παραδίδει εύκολα ένα ηλεκτρόνιο. Το άλλο είναι επίσης ντυμένο (ακαθαρμένο) με ένα μέταλλο που δέχεται εύκολα ένα ηλεκτρόνιο. Στη διεπαφή, τα ηλεκτρόνια κινούνται από τη μία πλευρά στην άλλη, καθιστώντας τα άτομα που τα ηλεκτρόνια άφησαν θετικά φορτισμένα και τα άτομα λήψης αρνητικά. Αυτή η απόκλιση από την ουδετερότητα συμβαίνει μόνο στη διεπαφή. Δημιουργεί ένα ηλεκτρικό πεδίο έτσι ώστε τα ηλεκτρόνια που ρέουν από ένα εξωτερικό ρεύμα να πηγαίνουν κυρίως από την πλευρά που δέχεται τα ηλεκτρόνια στην πλευρά που δίνουν τα ηλεκτρόνια.

Αυτή η μονοκατευθυντική ιδιότητα χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά σε ραδιόφωνα AM. Το ραδιοφωνικό σήμα ταλαντεύεται μπρος-πίσω, δημιουργώντας εναλλασσόμενο ρεύμα στην κεραία. Πριν από την ενίσχυση, το σήμα πρέπει να γίνει μονοκατευθυντικό. Η δίοδος του ραδιοφώνου επομένως επιτρέπει στο μισό του σήματος να κινεί τα ηλεκτρόνια προς τη μία κατεύθυνση, αλλά όχι το άλλο μισό. Με λίγα λόγια, το AC μετατρέπεται σε DC. Οι πυκνωτές στη συνέχεια φιλτράρουν την υψηλή συχνότητα, αφήνοντας μόνο το ηχητικό σήμα, έτοιμο για ενίσχυση.

Εάν εφαρμόσετε τάση σε μια δίοδο, ηλεκτρόνια από το ηλεκτρικό ρεύμα κινούνται γύρω από το Το ηλεκτρικό κύκλωμα εκπέμπει ένα συγκεκριμένο μήκος κύματος φωτός όταν συνδέεται με την ακαθαρσία που δέχεται ένα ηλεκτρόνιο. Έτσι οι δίοδοι εκπομπής φωτός (LED) παράγουν φως. Τα ηλεκτρόνια στη συνέχεια κινούνται μέσω της διασύνδεσης ημιαγωγών λόγω του ηλεκτρικού πεδίου μεταξύ, διασχίζουν το ημιαγωγός που δωρίζει ηλεκτρόνια και συνεχίζει στο πίσω άκρο της πηγής τάσης για να ολοκληρώσει το κύκλωμα.

Όπως οι δίοδοι μπορούν να παράγουν φως, μπορούν επίσης να δημιουργήσουν ρεύμα όταν το λαμβάνουν. Οι δύο τύποι συνεργάζονται σε μια συσκευή τηλεχειρισμού, για παράδειγμα, για την τηλεόρασή σας. Το τελευταίο είναι πώς λειτουργούν τα φωτοβολταϊκά πάνελ. Δύο δίοδοι εκπέμπουν φως από το τηλεχειριστήριό σας: Η μία εκπέμπει ορατό φως για να σας ενημερώσει ότι το σήμα αποστέλλεται. Το άλλο εκπέμπει ένα δυαδικό σήμα σε ένα αόρατο μήκος κύματος (άρα την ανάγκη για την ορατή φωτοδίοδο). Τα φωτόνια χτυπούν τον ημιαγωγό που δίδει ηλεκτρόνια, απελευθερώνοντας ηλεκτρόνια και δίνοντάς τους κινητική ενέργεια. Η κινητική ενέργεια μπορεί να μεταφραστεί σε μία μόνο κατεύθυνση, καθώς επιτρέπεται μόνο μία κατεύθυνση του ηλεκτρικού ρεύματος. Με τον ίδιο τρόπο λειτουργούν οι ηλιακοί συλλέκτες, μετατρέποντας τα φωτόνια από τον ήλιο σε ηλεκτρικό ρεύμα σε μία μόνο κατεύθυνση.

Μια δίοδος μπορεί να προστατεύσει τα κυκλώματα από ακατάλληλα τοποθετημένες μπαταρίες. Η πολικότητα θα είναι λανθασμένη, αλλά δεν θα καταστρέψει το κύκλωμα μετά τη δίοδο, το οποίο επιτρέπει μόνο ένα εξασθενημένο ρεύμα. Οι δίοδοι παίζουν επίσης ρόλο στα προστατευτικά κύματος. Οι επονομαζόμενες δίοδοι «χιονοστιβάδας» οδηγούν σε καλώδιο γείωσης, αλλά δεν αφήνουν το κανονικό ρεύμα να περάσει λόγω του μονοκατευθυντικού τους προσανατολισμού. Σε υψηλή τάση, μια δίοδος θα αφήσει την τάση να περάσει. Όταν η τάση ανεβαίνει πολύ πάνω από τα επίπεδα λειτουργίας, η δίοδος χιονοστιβάδας ανοίγει και αφήνει την επιπλέον τάση να εξέρχεται μέσω του καλωδίου γείωσης.