Diodit

Diodit kuuluvat elektroniikan peruskomponentteihin, joita käytetään hyvin yleisesti lähes joka laitteessa nykypäivänä. Ne toimivat suojakomponentteina tai jännitereferenssien osina, estävät virran kulkua väärään suuntaan, laskevat jännitettä sopivalle tasolle ja muuta mukavaa - käyttö on siis hyvin sovelluskohtaista.

Diodin piirikaaviosymboli on esitetty alla ja diodin jalkoihin on merkitty jännitteen napaisuus:

Diodi

Piirilevyillä ja kytkentäkaavioissa diodille käytetään hyvin usein kirjainta D kuvaamaan komponentin tyyppiä. Fyysisessä (eli sitä mitä pidät kädessäsi) diodissa on valkoinen raita osoittamassa katodia (-) sen jalan vieressä joka on katodi (katso sivun lopusta diodin mittauskuva).

Diodin toiminta

Diodi on komponentti, joka päästää sähkövirran kulkemaan vain yhteen suuntaan. Diodissa virta voi kulkea vain myötäsuuntaan eli diodin + navasta - napaan. Jos diodissa virta kulkee toiseen suuntaan, niin diodi on tällöin rikki (paitsi jos on kyseessä zenerdiodi).

Diodit kestävät hyvin erilaisia jännitteitä ja kullekin diodille absoluuttiset maksimiarvot löytyvät luonnollisesti datalehdestä. Maksimiarvoista tärkein lienee estosuuntaisen jännitteen maksimiarvo VR (engl. Reverse Voltage), eli se jännite mikä diodin katodilla (-) voi olla ilman että komponentti siitä hajoaa. Toisin sanoen ja yksinkertaistaen; jos diodin estosuuntaan tulee liian suuri jännite, diodi hajoaa.

Diodi vaatii myötäsuuntaan toimiakseen jännitettä ja tätä jännitettä kutsutaan kynnysjännitteeksi VF (engl. Forward Voltage). Kun kynnysjännite muodostuu diodin yli on saavutettu ns. 'breaking point' jolloin diodi muuttuu johtavaksi. Diodin läpi kulkee tällöin virtaa ja diodiin jää tehohäviötä ohmin lain mukaisesti.

Diodin läpi kulkeva virta

Diodin läpi kulkeva virta, tapahtuupa se esto- tai myötäsuuntaan (zenerdiodi) ei rajoitu itsekseen vaan sitä pitää rajoittaa esimerkiksi vastuksella. Mikäli suuri määrä virtaa menee diodin läpi vain hetkellisesti, ei virranrajoitusta välttämättä tarvita. Diodin läpi kulkeva virta riippuu siis kuormasta (eli diodin takana olevasta kytkennästä) tai virran rajoittimesta ennen diodia (vastus).

"Mitä tapahtuu jos diodin kytkee väärin päin?"

Ei mitään kummempaa (jos ollaan sallituissa rajoissa). Diodeja käytetäänkin juuri tämän ominaisuuden vuoksi estämään virran kulkua väärään suuntaan. Kyseessä on siis hieman sama asia kuin LED:in loistaminen. Estosuuntaan (miinus ja plus napa ovat vastakkain) kytkettynä LED ei pala, eikä myöskään ehjä diodi johda sähköä. Älä kuitenkaan käytä LED:ejä diodien paikalla, sillä ne eivät kestä estosuuntaista jännitettä lähellekään niin paljoa kuin diodit.

Diodin jännite ja virta

Diodit kestävät estosuuntaista jännitettä tiettyyn rajaan asti ja valmistajat ilmoittavat nämä rajat datalehdissä. Datalehtiä voit etsiä Internetistä kirjoittamalla Google-hakuun diodin nimen ja "datasheet". Esimerkiksi näin: "1N4148 datasheet", jolloin voit etsiä oikean datasivun ja tarkistaa komponenttikohtaiset tiedot.

Myös myötäsuuntaan on olemassa rajoituksia. Piensignaali diodit (esim. 4148) kestävät noin 200 mA:n virran jonka jälkeen ne saattavat hajota riippuen ympäristön lämpötilasta.

Diodin vuotovirta

Datalehdessä mainitaan myös diodin vuotovirta, joka on se virta jonka diodi päästää lävitseen kun diodin katodissa (-) on suurempi jännite

Erilaiset diodit

Diodeja löytyy monenlaisia, kuten esimerkiksi fotodiodeja, zenerdiodeja, germaniumdiodeja, schottkydiodeja, suur- ja pienvirtadiodeja, laserdiodeja jne. Yhteistä kaikille diodeille on se, että niillä on jokin kynnysjännite ja että virta ei pääse estosuuntaan lukuunottamatta pientä vuotovirtaa, joka tosin vaihtelee riippuen diodin tyypistä ja lämpötilasta.

Tavallisilla piidiodeilla kynnysjännite on noin 0.6 - 0,7 V. Schottcky tyyppisillä diodeilla kynnysjännite on 0,15 - 0,45 volttia ja germanium-diodeilla kynnysjännite on 0,3 voltin pinnassa.

Suurvirtadiodeilla kynnysjännite on yleensä luokkaa 0,6 V (enempi tai vähempi) ja niitä käytetään vaikkapa tasasuuntauksissa (siis "muuttamaan vaihtosähkö tasasähköksi", ei pelkästään diodeilla kuitenkaan onnistu). Tarkemmin erilaisista diodeista voit lukea wikipedian suomenkielisestä artikkelista tai englanninkielisestä artikkelista.

Diodin kynnysjännitteen mittaaminen ja toiminnan varmistaminen

Voit mitata diodin kynnysjännitteen helposti yleismittarin avulla. Kytke yleismittarisi diodimittausasentoon ja kytke mittajohdot diodiin. Jos näyttöön ei ilmesty mitään lukemaa, ovat mittajohtosi väärinpäin diodiin kytkettynä ja diodi on kunnossa. Kun vaihdat johtimet toisin päin, saat kynnysjännitteen lukeman yleismittarisi näytölle. Alla oleva kuva esittää kyseistä mittaustapaa:

Diodimittaus(kuvan lähde)

Diodin käyttäminen

Diodia käytetään kytkennässä silloin, kun halutaan estää virran kulkeminen (ja jännitteen muodostuminen) tietyssä kohtaa virtapiiriä. Diodeja käytetään myös suojadiodeina ja esimerkki suojadiodin käytöstä löytyy esimerkiksi moottoriohjainsivulta. Myös ohmin laki -sivulla on tietoa diodin käyttämisestä ja tarvittavista laskutoimenpiteistä ja LED-sivuilla opastetaan virran rajoittamiseen (ledihän on myös diodi).

 

Lähteitä:
http://en.wikipedia.org/wiki/Diode
Diode introduction
http://fi.wikipedia.org/wiki/Diodi