σελ 61-65
3.7 Εφαρμογές των διόδων
Οι εφαρμογές των διόδων (κρυσταλλοδιόδων) είναι πάρα πολλές.
Χρησιμοποιούνται π.χ. στα αναλογικά ηλεκτρονικά κυκλώματα σαν ανορθωτές, δηλαδή σαν ελεγχόμενοι διακόπτες για τη διέλευση < όχι του ηλεκτρικού ρεύματος (ημιανόρθωση, πλήρης ανόρθωση) και στα ψηφιακά ηλεκτρονικά κυκλώματα για την παραγωγή παλμικών σημάτων (ψαλιδιστές). Επίσης χρησιμοποιούνται στη ραδιοφωνία και την τηλεόραση για την επιλογή της συχνότητας εκπομπής (δίοδοι μεταβλητής χωρητικότητας) καθώς και για ανύψωση της τάσης (πολλαπλασιαστής τάσης).
Παλαιότερα οι δίοδοι κατασκευάζονταν σε διακριτή μόνο μορφή όπως φαίνεται στο σχήμα (3.7.1) όπου το σχήμα και το μέγεθος τους εξαρτάται από τα χαρακτηριστικά τους (τάση, ρεύμα, ισχύς κ.λ.π.)
Με την ανάπτυξη της ηλεκτρονικής τεχνολογίας, κυρίως μετά το 1970, οι δίοδοι κατασκευάζονται και υπό μορφή ολοκληρωμένου κυκλώματος (I.C.) το οποίο περιέχει 2, 4 ή και 8 διόδους είτε ασύνδετες μεταξύ τους, είτε σε συνδεσμολογία κοινής ανόδου ή κοινής καθόδου ή γέφυρας.
Αυτές οι διατάξεις διόδων λέγονται παρατάξεις < πίνακες διόδων (diode arrays). Στο σχήμα (3.7.2) φαίνονται δίοδοι γέφυρας ή σε διατάξη και ο.κ.
3.7.1 Ημιανόρθωση
Στα κυκλώματα που χρησιμοποιήθηκαν στις προηγούμενες παραγράφους του κεφαλαίου, η πηγή τάσης εισοδου ήταν πηγή συνεχους τάσης η οποία παραμένει σταθερή με το χρόνο. Συνεχή τάση χρησιμοποιούν σχεδόν όλες οι ηλεκτρονικές συσκευές.
Οι σταθμοί παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας παράγουν εναλλασσόμενη τάση, η τιμή της οποίας δεν παραμένει σταθερή με τον χρόνο αλλά μεταβάλλεται. Η εναλλασσόμενη τάση έχει σημαντικά πλεονεκτήματα έναντι της συνεχούς, κυρίως στην διαδικασία μεταφοράς απο τα εργοστάσια παραγωγής προς τα κέντρα κατανάλωσης και χρησιμοποιείται ευρέως.
Απαιτούνται, συνεπώς, ηλεκτρονικές διατάξεις οι οποίες θα μετατρέπουν την εναλλασσόμενη τάση σε συνεχή. Οι διατάξεις αυτές λέγονται τροφοδοτικά. Τα τροφοδοτικά περιέχουν μεταξύ των άλλων ηλεκτρονικών στοιχείων και τους λεγόμενους ανορθωτές.
Οι ανορθωτές ή ανορθωτικές διατάξεις παρουσιάζουν μικρή αντίσταση όταν πολωθούν κατά την ορθή φορά και μεγάλη αντίσταση όταν πολωθούν κατά την ανάστροφη φορά. Παλαιότερα σαν ανορθωτές χρησιμοποιούντο χημικά στοιχεία ή χημικές ενώσεις όπως το σελήνιο, το γερμάνιο, το οξείδιο του χαλκου κ.λ.π. Σήμερα χρησιμοποιούνται κυρίως δίοδοι επαφής ΡΝ διότι η αντίσταση ανάστροφης φοράς είναι πάρα πολυ μεγαλύτερη από την αντίσταση ορθής φοράς. ( RR/ RF =10.000 -1.000.000 )
Το απλούστερο κύκλωμα ανόρθωσης φαίνεται στο σχήμα (3.7.3). Οπως βλέπουμε, αποτελείται από πηγή εναλλασσόμενης τάσης V' ημιτονοειδούς μορφής με μέγιστη τιμή (πλάτος Vm ), συχνότητα f , περίοδο Τ και κυκλική συχνότητα ω=2πί, μία ιδανική δίοδο D ( Vy = 0, RD = 0) καθώς και μια αντίσταση φόρτου RL.
Το κύκλωμα ονομάζεται κύκλωμα απλής ανόρθωσης η ημιανόρθωσης και η τάση εξόδου VL λέγεται ημιανορθωμένη τάση.
Όταν η τάση εισόδου έχει θετική τιμή, δηλαδή όταν 0<V<Vm και 0<t<T/2 η δίοδος είναι πολωμένη κατά την ορθή φορά και συνεπώς άγει. Επειδή η δίοδος θεωρείται ιδανική δεν υπάρχει πτώση τάσης στα άκρα της και έτσι όλη η τάση εισόδου μεταφέρεται στην έξοδο. Στο σχήμα 3.7.4(α) φαίνονται οι κυματομορφές της τάσης και του ρεύματος εξόδου.
Όταν η τάση εισόδου είναι αρνητική, δηλαδή -Vm < V| <0 και στην ημιπερίοδο Τ/2 < t <T, η δίοδος είναι ανάστροφα πολωμένη και δεν άγει
οπότε το κυκλωμα είναι ανοικτό και το ρεύμα που διαρρέει το φόρτο είναι μηδέν και συνεπώς και η τάση εξόδου μηδενίζεται όπως φαίνεται στο σχήμα 3.7.4(β). Τα ίδια συμβαίνουν και κατά τη δευτερη (Τ < t < 2T), τρίτη (2T < t < 3T) κ.λ.π. περίοδο.
Από την παραπάνω ανάλυση διαπιστώνεται ότι έχουμε τάση και ρεύμα εξόδου μόνο κατά τις ημιπεριόδους θετικής πολικότητας της τάσης εισόδου και για το λόγο αυτό η τάση εξόδου είναι ημιανορθωμένη δηλαδή μισο - ανορθωμένη.
Οταν η δίοδος δεν είναι ιδανική θα έχει, ως γνωστό, τάση γόνατος Vγ και μία αντίσταση ορθής φοράς RF ^ 0. Στην περίπτωση αυτή το μέγιστο ρεύμα εξόδου θα είναι:
και η μέγιστη τάση εξόδου:
Όπως είναι γνωστό, ένα συνεχές ρευμα μετριέται με αμπερόμετρο συνεχους ρευματος (dc), ενώ ένα εναλλασσόμενο ρευμα μετριέται με ένα αμπερόμετρο εναλλασσομένου (ac). Το ημιανορθωμένο ρεύμα παρουσιάζει δυο διαφορετικές τιμές όταν μετρηθεί με όργανα συνεχους και εναλλασσόμενου ρευματος και τουτο, διότι περιέχει και συνεχή και εναλλασσόμενη συνιστώσα του ρευματος. Το ίδιο ισχυει και για την ημιανορθωμένη τάση. Η συνεχής (dc) συνιστώσα του ημιανορθωμένου ρευματος ορίζεται σαν τη μέση τιμή του ημιανορθωμένου ρευματος σε όλη την περίοδο 0 < t<T. Με μαθηματικους υπολογισμους βρίσκεται ότι η τιμή αυτής της συνιστώσας είναι:
όπου Im =Vm/RL και π = 3,1415... Η συνεχής (dc) συνιστώσα της τάσης που μετράει ένα βολτόμετρο συνεχους είναι:
Η ενεργός (rms) τιμή του ρεύματος και της τάσης, τα μεγέθη που μετριούνται με αμπερόμετρο και βολτόμετρο εναλλασσομένου αντίστοιχα, δίδονται από την σχέση:
Παράδειγμα 3.7.1
Για το κύκλωμα του σχήματος 3.7.3 δίδονται: Μέγιστη τιμή (τιμή κορυφής) της τάσης ac πηγής Vm = 50 V, αντίσταση φόρτου RL = 100 Ω, V =0,7 V, RF = 50 Ω. Να ευρεθούν η συνεχής τάση φόρτου, το συνεχές ρεύμα φόρτου και η ενεργός τιμή του ημιανορθωμένου ρεύματος.
