Start Elkretssimulator


Diod

Det finns en hel del olika typer av dioder, komponenter som är en ren diod eller en utveckling av dioden i något avseende.


Jag pratar tills vidare enbart om normala kisel, germanium eller schottky -dioder. Mot slutet pratar jag även om zener-dioder samt lite om TVS som är en specialvariant av zener. Sen finns förstås t.ex. lysdioder som har en egen sida. Det finns också en del andra dioder med mer eller mindre exotiska användningsområden bl.a. inom HF (som jag inte skriver om).

Diodens funktion

Dioden släpper igenom ström i en riktning men inte i den andra, likt en backventil. Därav symbolen som liknar den för strömmens riktning. En ideal diod fungerar enligt nedan. Dioden släpper igenom strömmen i den riktning symbolen för dioden tecknar. I den andra riktningen släpps ingenting igenom.


I verkligheten, med en framspänd diod, sker ett spänningsfall över dioden på mellan 0.3 volt - 0.7 volt beroende på om det är en germaniumdiod, schottky eller kiseldiod (vanligast). Det betyder att strömmen för en framspänd kiseldiod i ovan schema snarare blir ca

I = (U - 0.7) / R

I databladet för t.ex. en 1N4148 hittar vi:

Där ser vi att strömmen börjar flöda försiktigt mellan 0.5-0.6 volt och rejält runt 0.8 volt. Detta är också det spänningsfall vi får över dioden vid denna ström. Studera dioden i simulatorn framspänd respektive backspänd. Då ser du också att om vi backspänner dioden så är inte strömmen riktigt noll, utan ett antal nA. Även detta framgår av databladet. Strömmen vid olika spänningar i simulatorn.



Olika sorters dioder

Bland vanliga dioder finns kiseldioder, schottkydioder och germaniumdioder. Kiseldioder har ett framspänningsfall på ca 0.7 volt medans germaniumdioder har ett framspänningsfall på ca 0.3 volt. Schottkydioden har ett framspänningsfall på 0.3-0.4 volt. Germaniumdioder kan t.ex. användas i en kristallmottagare (se nedan exempel på användning) medans kiseldioder används för t.ex. likriktning av strömmar (se nedan exempel). I princip ersätter schottkydioden idag germaniumdioden.

Beteckning Max spänning, VR Max ström, IF Framspänningsfall, VF Typ
1N4001 50V 1A 1.1V Kisel
1N4148 75V 0.3A 1V Kisel
10A03 200V 10A 1V Kisel
1N5817 20V 1A 0.45V Schottky
BAT42 30V 0.2A 0.4V Schottky


Exempel på användningsområden för dioder

Halvvågslikriktare

Här passar t.ex. en vanlig kiseldiod utmärkt.

Studera i simulatorn. Vi skickar in en växelström och dioden ser till att strömmen enbart går i den ena riktningen. Är vi nöjda? Inte riktigt. Strömmen blir likriktad men väldigt hackig.

Helvågslikriktare



Studera helvågslikriktaren i simulatorn. Vad vi gör nu är att beroende på i vilken riktning strömmen går, så vänder dioderna riktningen rätt. Nu ser utspänningen genast mycket bättre ut. Vi kan dock förbättra utspänningen ytterligare med en kondensator.

Helvågslikriktare med glättningskondensator



Studera helvågslikriktaren med en glättningskondensator på utgången. Utspänningen med denna lösning blir:

UDCut = UACin / √2

Om du tycker att utspänningen fortfarande är lite tvivelaktig så kan du lägga till en linjär spänningsregulator efter glättningskondensatorn. Då har du sedan en helt jämn likspänning.

Kristallmottagare

Här passar t.ex. en germaniumdiod utmärkt.
A är antennen som fångar upp elektromagnetiska vågor ("radiovågor") ur luften. Spolen L och vridkondensatorn C1 bildar ett enkelt filter som får en hög impedans vid en viss frekvens. Det betyder att filtret filtrerar bort signaler över och under en viss frekvens. Kvar finns den frekvens vi är intresserade av. Eftersom kondensatorn C1 är justerbar, vilket gör filtrets frekvens justerbar, så är mottagningsfrekvensen till viss del justerbar.

Dioden D fyller funktion som demodulator, dvs den tar signalen som passerar bandpassfiltret och gör om det till en hörbar signal. En bild tydliggör vad som händer här.



Dioden är alltså det som kallas detektorn som plockar ut själva ljudsignalen från bärvågen. Utan dioden skulle bärvågens negativa och positiva sving ta ut varandra och signalen skulle bli noll. Kondensatorn är sedan ett enkelt lågpassfilter som tar bort bärvägen på 88 KHz. Nu ligger 88 KHz långt ovanför det hörbara området så kondensatorn kan i princip skippas.

Dioden är alltså själva kristallen i kristallmottagaren, t.ex. blysulfidkristall.

Simulering av en kristallmottagare

Zenerdioder

En zenerdiod fungerar som en vanlig diod framspänd men har en mycket användbar egenskap som backspänd, nämligen en väl definierad backspänning.



Det är alltså värdet på VZ vi skall hålla koll på när det gäller Zenerdioder. Vi använder zenerdioden backspänd och kan på så vis tappa en väl definierad spänning över zenerdioden. Studera nedan exempel. Vi skickar in 8 volt +/- 1 volt (med 50 Hz) och ut får vi en stabil spänning på 5.6 volt därför att vi använder en zenerdiod på VZ = 5.6V.



Studera exemplet i simulatorn. Spänningen 5.6V hamnar över zenerioden och resten av spänningen hamnar över resistorn.



Studera exemplet i simulatorn och justera potentiometern med slidern till höger. När spänningen är under 5.6V så hamnar hela spänningen över zenerdioden.

Zenerdioder finns inte i alla spänningar. Man måste förhålla sig till de värden som finns. Se VZ nedan i kolumnen Nom.



Transientskyddsdioder (TVS)

Syftet är som låter på namnet, nämligen att klippa transienta signaler. Man kan säga att en TVS fungerar ungefär som en zenerdiod (ofta samma schemasymbol). Som du såg i föregående exempel "maximerade" zenerdioden den spänning som hamnade över zenerdioden. Det är samma grej som en TVS gör. Den sublima skillnaden är att en TVS kan hantera pulser bättre än en zenerdiod, vilket är den roll en TVS har.

Det vi skall intressera oss för här är alltså VCL som är den överspänningsnivå vi vill skydda oss emot. Det finns både enkelriktade (unidirectional) och dubbelriktade (bidirectional) TVS. Den enkelriktade fungerar som en vanlig diod som framspänd, den dubbelriktade som TVS i båda riktningar.