En diode leder i hovedsak strøm én vei og sperrer den andre. Den virkelige oppførselen avhenger likevel av diodetype, strøm, temperatur og spenning. Likeretting, vern mot feil polaritet, lys, spenningsreferanse og transientvern krever derfor ulike dioder.
Anode og katode
Diodens to terminaler heter anode og katode. Når anoden er mer positiv enn katoden, er dioden forspent i lederetningen, og strøm kan gå. Når polariteten snus, sperrer dioden, bortsett fra en liten lekkstrøm, helt til gjennombruddsspenningen nås. For en vanlig likeretterdiode kan et ukontrollert gjennombrudd ødelegge komponenten.
Stripen på de fleste aksiale dioder markerer katoden, og streken i skjemasymbolet viser samme side. SMD-merking varierer, så databladet for kapslingen og kretskortets dokumentasjon går foran. Feil retning kan gjøre at kretsen ikke virker, eller at vernet virker motsatt av det som var meningen.
Fremspenning og tap
Silisiumdioder introduseres ofte med et spenningsfall på omtrent 0,7 V. Det er nyttig til et første overslag, men ikke en fast terskel. Sammenhengen mellom strøm og spenning er ikke lineær: fremspenningen endrer seg med strøm, komponentserie og temperatur. En 1N4007 kan ligge nær 1 V ved 1 A. En Schottky-diode har som regel lavere fremspenning, men større lekkstrøm i sperreretningen og lavere spenningsgrense.
Effekttapet i en diode som leder, kan forenklet anslås som P ≈ UF × IF. Ved pulser må bølgeform, pulsforhold og termisk impedans tas med. Databladets kurver viser fremspenningen ved ulike strømmer og temperaturer, og den oppgitte strømgrensen forutsetter bestemte kjøle- og monteringsforhold.
Diodetyper
| Diodetype | Hovedegenskap | Typisk bruk | Kontroller spesielt |
|---|---|---|---|
| Standard likeretter | Tåler strøm og høy sperrespenning ved lav frekvens | Likeretting av nettfrekvens og polaritetsvern | Sperrespenning, strøm, varme og gjenopprettingstid |
| Schottky | Lav fremspenning og rask kobling | DC/DC-omformere, OR-kobling og lavspenningsvern | Lekkstrøm og spenningsgrense |
| Signal- og koblingsdiode | Liten kapasitans og rask respons | Logikk, signalforming og klemming | Pulsstrøm, kapasitans og gjenopprettingstid |
| Zener | Kontrollert gjennombrudd i sperreretningen | Referanse, enkel stabilisering og klemming | Arbeidsstrøm, effekt og dynamisk motstand |
| LED | Sender ut lys når den leder | Indikator og belysning | Strømbegrensning, bølgelengde og varme |
| TVS | Tar opp korte overspenningspulser | ESD- og transientvern | Stand-off-, gjennombrudds- og klemspenning |
En diodefamilie er ikke automatisk en direkte erstatning for en annen. En Schottky kan redusere tapet, men være uegnet ved høy sperrespenning eller høy temperatur. En Zener er laget for kontrollert drift i gjennombrudd; en vanlig signaldiode er ikke det. En TVS velges etter pulsenergi og klemnivå, ikke som en permanent spenningsregulator.
Mange sortimenter inneholder de samme klassiske delene. Tabellen viser typiske verdier; sjekk alltid databladet til produsenten av akkurat din komponent.
| Delenummer | Type | Typiske grenser | Vanlig oppgave |
|---|---|---|---|
| 1N4148 | Signaldiode | Ca. 100 V, 150-200 mA, svært rask | Logikk, klemming og små friløpsdioder |
| 1N4001-1N4007 | Likeretter | 1 A; 50 V (1N4001) til 1 000 V (1N4007) | Polaritetsvern og friløpsdiode for relé |
| 1N5819 | Schottky | 40 V, 1 A, lavere fremspenning | Lavspenningsvern og DC/DC |
| 1N47xxA | Zener, 1 W | Mange spenninger, f.eks. 1N4733A = 5,1 V | Referanse og enkel klemming |
| P6KE-serien | TVS | 600 W toppeffekt i en standardisert puls | Transientvern på forsyningsinngang |
Likeretting
En enkel halvbølgelikeretter bruker én diode og utnytter bare den ene halvperioden. En brolikeretter bruker fire dioder og likeretter begge halvperiodene. Utgangen er fortsatt pulserende. En kondensator reduserer rippelen ved å lades nær toppene og levere strøm mellom dem, men startstrøm, diodebelastning, transformator og varme må dimensjoneres samlet. I en bro ligger to dioder i serie med lasten til enhver tid, så spenningsfallet blir omtrent dobbelt så stort som for én diode.
Ved nettspenning gjelder helt andre krav til isolasjon, sikring, avstander, kapsling og sertifisering enn på koblingsbrett. Nybegynnere bør holde seg til dokumenterte lavspenningsforsyninger. Et sortiment med likeretter- og signaldioder passer til øvelser på lav spenning, men hver diode må identifiseres før den settes inn.
Polaritetsvern
En diode i serie med plussledningen hindrer at kretsen får strøm hvis batteriet eller adapteren kobles feil. Prisen er spenningsfallet og varmen i dioden. Regn alltid ut tapet ved den høyeste strømmen:
Last 1 A, polaritetsvern med diode i serie
Likeretterdiode (U_F ≈ 1,0 V): P ≈ 1,0 V × 1 A = 1,0 W, kretsen får ca. 1 V mindre
Schottky (U_F ≈ 0,5 V): P ≈ 0,5 V × 1 A = 0,5 W, kretsen får ca. 0,5 V mindrePå 3,3 V- og 5 V-kretser kan selv en Schottky ta for mye av spenningen. Da brukes ofte en P-kanals MOSFET eller en egen vernekrets som gir langt lavere fall. Et alternativ er en diode i parallell med inngangen sammen med en sikring: dioden leder ved feil polaritet, og sikringen løser ut.
Friløpsdiode over relé og motor
En spole lagrer energi i magnetfeltet. Når transistoren som driver en reléspole, slår av, prøver spolen å holde strømmen i gang og kan lage en høy spenningspuls. En friløpsdiode koblet i sperreretning over spolen gir strømmen en kontrollert vei og begrenser pulsen. Dioden sperrer mens spolen er aktiv, og leder når driveren slår av. Les transistorguiden for valg av BJT eller MOSFET, eller motorstyringsguiden når lasten er en DC-motor.
Riktig diode avhenger av spolestrøm, pulsenergi og hvor raskt reléet skal slippe. En enkel diode gjør at reléet slipper litt tregere fordi strømmen avtar langsomt. I raske aktuatorer brukes derfor andre klemløsninger, for eksempel en Zener i serie med dioden. Plasser dioden nær den induktive lasten for å holde sløyfen liten.
Zener og TVS
En Zener kan gi en enkel referanse eller klemme et signal når den får strøm gjennom en seriemotstand. Zenerspenningen er spesifisert ved en bestemt teststrøm og varierer med strøm, toleranse og temperatur. Beregn alltid både resistorens og diodens verste effekttap:
Inn 9 V, Zener 5,1 V, last opptil 10 mA, minst 5 mA i Zeneren
R = (9 - 5,1) V / (0,010 + 0,005) A = 260 Ω → velg 240 Ω
Total strøm ≈ 3,9 V / 240 Ω ≈ 16 mA
Uten last går alt i Zeneren: P_Z ≈ 5,1 V × 0,016 A ≈ 0,08 W
Resistoren: P_R ≈ 3,9 V × 0,016 A ≈ 0,06 WLøsningen passer til en referanse eller et lite signal, ikke til å forsyne en mikrokontroller med varierende last. Et Zener-sortiment med flere spenninger egner seg til eksperimenter på lav spenning når delene holdes tydelig sortert.
En TVS-diode er laget for korte transienter. De viktige parameterne er stand-off-spenning (der den ikke skal lede), gjennombruddsspenning og klemspenning ved en oppgitt pulsstrøm. Velg enveis eller toveis variant etter signalet. Plassering og jordvei er avgjørende; en lang leder legger til induktiv overspenning.
LED trenger strømbegrensning
En lysdiode er også en diode, men skal drives med kontrollert strøm. Fremspenningen avhenger blant annet av farge, type, strøm og temperatur: rød ligger ofte rundt 1,8-2,2 V, mens blå og hvit ofte ligger rundt 2,8-3,4 V. En seriemotstand kan beregnes som R = (Uforsyning - UF) / I for en enkel indikator når forsyningen er stabil. Kontroller også resistorens effekttap.
En hvit eller blå LED direkte på 3,3 V har lite spenning igjen til resistoren, så strømmen blir svært avhengig av den enkelte LED-ens fremspenning. Flere LED-er i serie deler samme strøm, men summen av fremspenningene må være lavere enn tilgjengelig spenning med margin. Parallelle LED-er bør ikke dele én resistor, fordi strømfordelingen kan bli ujevn. Se kategorien LED og belysning og et sortiment med 3 og 5 mm LED-er til øvelser.
Slik måler du en diode
- Slå av og lad ut kretsen: Bruk aldri diodetest på en krets med spenning.
- Velg diodefunksjonen: Instrumentet viser omtrent fremspenningen ved sin egen teststrøm, ofte 0,5-0,7 V for en silisiumdiode.
- Mål begge veier: En frisk PN-diode leder én vei og viser over-range (ofte «OL») den andre.
- Isoler ved tvil: Parallelle strømveier på kretskortet kan påvirke resultatet; løft én terminal ved behov.
- Tolk etter type: LED, Schottky og store effektdioder gir andre verdier enn en liten silisium signaldiode. Mange multimetre har for lav testspenning til å tenne en blå eller hvit LED.
Målingen beviser ikke at dioden tåler nominell strøm eller sperrespenning. En komponent kan bestå en enkel multimetertest og likevel svikte under last. Bruk delenummer og datablad når kretsen er viktig.
Slik velger du diode
Definer først funksjonen og den høyeste sperrespenningen, inkludert spenningstopper. Finn gjennomsnittsstrøm, RMS-strøm og eventuelle pulser. Beregn tap og temperatur ut fra kapsling og kjøling. Vurder koblingsfrekvens, gjenopprettingstid, lekkstrøm, kapasitans og ønsket klemnivå. Kontroller til slutt kapsling, pinneplassering og montering.
En Schottky-diode spesifisert til 1 A og 40 V er ett konkret eksempel, men tallene må sammenholdes med databladets temperatur- og monteringsvilkår. Kategorien dioder samler aktuelle varianter. Les også resistorguiden når dioden trenger strømbegrensning, og oversikten over elektroniske komponenter for sammenhengen med de andre grunnkomponentene.
Kilder og metode
Diodetyper og bruksområder er kontrollert mot ROHMs offisielle oversikt over diodetyper. Parameterne for valg av likeretter er kontrollert mot ROHMs veiledning for valg av likeretterdiode.
Oppsummering
Dioden er en retningsavhengig halvleder, men typen og databladet avgjør hva den faktisk kan gjøre. Bruk standard likeretter, Schottky, signaldiode, Zener, LED eller TVS etter oppgaven. Kontroller sperrespenning, strøm, tap, hastighet og varme, og sjekk polariteten før strømmen kobles til.
