כיצד משתמשים בדיודות בחיי היומיום שלנו?

דיודה היא רכיב אלקטרוני דו-מסופי המוליך חשמל לכיוון אחד בלבד, ורק כאשר מוחל על שני המסופים הפרש פוטנציאל מינימלי מסוים, או מתח. דיודות מוקדמות שימשו להמרת AC ל DC ולסינון האות ברדיו. דיודות הפכו מאז לכל מקום, משמשות להגנה על אלקטרוניקה, להאיר את בתנו ולשלוח אותות שלט רחוק.

כדי להבין את הבסיס לשימוש של דיודה, זה עוזר להסתכל על מבנה דיודה סטנדרטית. דיודת ה- p-n הסטנדרטית כוללת שני מוליכים למחצה שיוצרים קשר ויוצרים ממשק. מוליכים למחצה טהורים אינם מוליכים, ולכן מוסיפים זיהומים ממתכת. במוליך למחצה אחד של דיודת ה- p-n, המתכת המזהמת מוותרת על אלקטרון בקלות; השני גם מסומם (מטוהר) במתכת המקבלת אלקטרון בקלות. בממשק, אלקטרונים נעים מצד אחד למשנהו, מה שהופך את האטומים שהאלקטרונים השאירו טעונים באופן חיובי ואת האטומים המקבלים לשליליים. סטייה זו מהניטראליות מתרחשת רק בממשק. הוא יוצר שדה חשמלי כך שאלקטרונים שזורמים פנימה מזרם חיצוני עוברים בעיקר מהצד המקבל את האלקטרונים לצד התורם את האלקטרונים.

נכס חד כיווני זה נוצל לראשונה ברדיו מכשירי AM. אות הרדיו מתנדנד קדימה ואחורה ויוצר זרם חילופין באנטנה. לפני ההגברה, האות חייב להיות חד כיווני. דיודה של רדיו מאפשרת אפוא דרך מחצית האות המניעה את האלקטרונים לכיוון אחד, אך לא את החצי השני. בקיצור, AC הופך ל DC. לאחר מכן הקבלים מסננים את התדר הגבוה, ומשאירים רק את אות השמע, מוכן להגברה.

אם אתה מפעיל מתח על פני דיודה, אלקטרונים מהזרם החשמלי נע סביב מעגל חשמלי יפלט אורך גל ספציפי של אור כאשר הוא מתחבר לטומאה המקבלת אלקטרון. כך מייצרות דיודות פולטות אור (נוריות). ואז האלקטרונים עוברים על פני ממשק המוליכים למחצה בגלל השדה החשמלי שביניהם, חוצים את מוליך למחצה התורם אלקטרונים, וממשיך לקצה האחורי של מקור המתח כדי להשלים את מעגל חשמלי.

כמו שדיודות יכולות לייצר אור, הן יכולות גם ליצור זרם כאשר הן מקבלות אותו. שני הסוגים עובדים יחד במכשיר שלט רחוק, למשל, לטלוויזיה שלך. האחרון הוא כיצד פועלים לוחות פוטו-וולטאיים. שתי דיודות פולטות אור מהשלט הרחוק שלך: אחת פולטת אור גלוי כדי ליידע אותך שהאות נשלח; השני פולט אות בינארי באורך גל בלתי נראה (ובכך הצורך בפוטודיודה הנראית לעין). הפוטונים פוגעים במוליך למחצה התורם אלקטרונים, ומשחררים אלקטרונים ומקנים להם אנרגיה קינטית. האנרגיה הקינטית יכולה להתרגם לכיוון אחד בלבד, מכיוון שרק כיוון זרם חשמלי אחד מותר. זו אותה הדרך בה פועלים פאנלים סולאריים המתרגמים פוטונים מהשמש לזרם חשמלי בכיוון אחד בלבד.

דיודה יכולה להגן על מעגלים מפני סוללות שהוחדרו בצורה לא נכונה. הקוטביות תהיה לא נכונה, אך היא לא תפגע במעגלים שעברו את הדיודה, מה שמאפשר רק זרם קלוש לעבור. דיודות ממלאות תפקיד גם במגני נחשול. מה שנקרא דיודות "מפולות" מובילות לחוט קרקע, אך הן אינן מאפשרות לזרם רגיל לעבור בגלל האוריינטציה החד כיוונית שלהם. במתח מספיק גבוה, דיודה תאפשר למתח לעבור. כאשר המתח עולה הרבה מעל לרמות התפעול, דיודת המפולות נפתחת ומאפשרת למתח הנוסף לצאת דרך חוט האדמה.