IMG_7605.jpg
Signaalidiodi 1N4148 on kooltaan pienempi kuin tehodiodi SW04PHR300
Signaalidiodi

Yleistä


Diodi on elektroniikassa yleisesti käytetty komponentti, joka päästää sähkövirran kulkemaan lävitseen vain yhteen suuntaan. Diodin voidaan siis sanoa olevan tasasuuntaava. Tavalliset diodit jaetaan karkeasti kahteen ryhmään: pienitehoisiin ja suuritehoisiin diodeihin. Pienitehoiset diodit, joihin myös signaalidiodi kuuluu, kestävät maksimissaan 100mA suuruisen virran lävitseen. Suuri tehoiset diodit kuten tehodiodi taasen kestävät suuremman virran kulun lävitseen. Tästä johtuen signaalidiodin käyttökohteet ovat erilaiset verrattuna esimerkiksi tehodiodiin.
Signaalidiodi on myös huomattavasti halvempi verrattuna tehodiodiin; suosittu signaalidiodi 1N4148 maksaa vain noin 0,05e kun taas tehodiodin hinta on yli satakertainen .[1] [2]

Signaalidiodi on englanniksi signal diode, mutta ennen on myös käytetty glass diode ja point contact diode -nimityksiä.

signaaali.jpg
Signaalidiodi



Toiminta


Nykyään useimmat diodit ovat puolijohteita. Niiden toiminta perustuu siis pn-liitokseen ja toiminta on epälineaarista.
Pn-liitos saadaan syntymään siten, että liitetään p-tyyppinen ja n-tyyppinen puolijohdeaine yhteen. P-puolella eli anodilla virtaa kuljettavat positiiviset aukot ja n-puolella eli katodilla negatiiviset elektronit. Puolijohteiden rajapinnassa olevat varauksenkuljettajat reagoivat keskenään (rekombinaatio) ja syntyy tyhjennysalue. Tyhjennysalue aiheuttaa kynnysjännitteen, joka estää enemmistövarauksenkuljettajien siirtymistä tyhjennysalueen yli; vain pienellä määrällä varauksenkuljettajia on riittävästi energiaa potentiaalieron ylittämiseen (diffuusiovirta). Taasen vähemmistövarauksen-kuljettajien siirtymistä tyhjennysalueen yli tyhjennysalueen kynnysjännite edistää; siis vähemmistövarauksenkul-jettajan ajautuessa tyhjennysalueelle tai syntyessä siellä, se ylittää alueen nopeasti (ajautumisvirta). Kun pn-liitoksen yli ei vaikuta ulkoista jännitettä, diffuusiovirta ja ajautumisvirta ovat yhtä suuria.
Kun pn-liitoksen yli kytketty jännite on vastakkainen tyhjennysalueen jänniteelle, tyhjennysalue pienenee. Tällöin enemmistövarauksenkuljettajilla on riittävästi energiaa siirtyä tyhjennysalueen yli (diffuusiovirta kasvaa) ja tästä seuraa myötäsuuntainen virta. Kun taasen pn-liitoksen yli kytketty jännite on samansuuntainen kuin tyhjennysalueen jännite, tyhjennysalue kasvaa. Tällöin vain pieni osa enemmistövarauksenkuljettajista pääsee tyhjennysalueen yli (diffuusiovirta pienenee) ja nettovirta on nolla.[3]
Reaalimaailman diodi johtaa, kun sen myötäsuuntainen jännite ylittää kynnysjännitteen ja se ei kestä ääretöntä estosuuntaista jännitettä vaan se hajoaa estosuuntaisen jännitteen noustessa riittävän suureksi. Signaalidiodi on toiminnaltaan tavallinen diodi; se on kooltaan pieni komponentti ja sen tehonkesto on siksi matala. Signaalidiodi ei kestä lävitseen yli 100mA virtaa.
oiosioioi.jpg
Myötäsuuntaan biasoitu pn-liitos eli diodi johtaa.

Rakenne

Rakenteeltaan signaalidiodi on yksinkertainen. Se koostuu p- ja n-tyyppisestä puolijohdeaineesta, jotka muodostavat pn-liitoksen signaalidiodin sisällä. Puolijohdemateriaali on koteloitu lasikapseliin, joka tarkoitus on suojata signaalidiodia. Lasikapselissa on yleensä punainen tai musta rengas joka ilmoittaa kummassa päässä on katodi
terminaali. Eräs paljon käytetty lasikoteloinen signaalidiodi on 1N4148.


Valmistusmateriaalit

Signaalidiodeissa käytetään usein puolijohdemateriaalina joko piitä tai germaniumia. Valittu materiaali vaikuttaa signaalidiodin ominaisuuksiin. Piistä valmistetuilla signaalidiodeilla on korkea estosuuntainen resistanssi ja tyhjennysalueen jännite onkin 0,6-0,7 V. Germanium-valmisteisilla signaalidiodeilla on pieni estosuuntainen resistanssi eli tyhjennysalueen jännite on luokkaa 0,2-0,3 V. Germanium-valmisteisilla signaalidiodeilla myötäsuuntaisen resistanssin arvo on korkeampi verrattuna pii-valmisteisiin, sillä niiden tyhjennysalue on pienempi.[4]


Käyttökohteet

Signaalidiodeja käytetään käsittelemään sähköisiä signaaleja piireissä, joissa virrat ovat yleensä hyvin pienet tai taajuudet korkeat. Tälläisiä sovelluksia ovat esimerkiksi radio, televisio sekä digitaaliset loogiset piirit. Radiopiireissä käytetään erityisesti germanium-valmisteisia signaalidiodeja pienemmän tyhjennysalueen kynnysjännitteen vuoksi tunnistimina erottamaan audiosignaalin heikosta radiosignaalista. Yleisessä käytössä, missä tyhjennysalueen kynnysjännite on vähemmän tärkeä osatekijä, käytetään useimmiten pii-valmisteisia diodeja, joiden lämmönkesto on suurempi ja resistanssi on johtavassa tilassa pienempi verrattuna germanium-valmisteisiin.[5]
  1. ^ http://fi.wikipedia.org/wiki/Diodi, luetttu 31.1.2010
  2. ^ http://www.moodle.tut.fi/mod/resource/view.php?id=38035, luetttu 31.1.2010
  3. ^ http://www.electronics-tutorials.ws/diode/diode_4.html, luetttu 31.1.2010
  4. ^ http://www.partco.biz/verkkokauppa/index.php?cPath=2075_11_1012_1800, luetttu 31.1.2010
  5. ^ http://www.eleinmec.com/article.asp?29, luetttu 31.1.2010