Diode & Led:


Op deze pagina worden de volgende onderdelen beschreven:
-Algemeen
-Diode als polariteitbeschermer en gelijkrichter
-Vrijloopdiode
-Technische werking van de diode
-Andere eigenschappen van een diode
-Led
-Voor- & Nadelen

 

Algemeen:
Een diode wordt aan veel elektronische circuits toegevoegd, bijvoorbeeld als gelijkrichter in een dynamo of radio, of als vrijloopdiode bij een spoel. Op deze pagina worden de werking en de verschillende functies behandeld.


 

Diode als polariteitbeschermer en gelijkrichter:
De diode in een systeem zorgt voor gelijkrichting. De stroom kan maar 1 richting op en wordt tegengesteld geblokkeerd. In de onderstaande afbeelding is dat duidelijk gemaakt. Vaak wordt dit gedaan om componenten tegen verkeerd aansluiten te beschermen (als zogenaamde polariteitbeschermer, bij het verwisselen van + en -). Als de voeding en massa op een component omgedraaid worden, dan zorgen de dioden er inwendig voor dat de spanning tegengehouden wordt om te voorkomen dat bijv. de printplaat kan beschadigen.

In de onderstaande afbeelding word de basisfunctie weergeven.
Diode D1 staat in geleiding, D2 staat in sperrichting. Het is makkelijk om te onthouden, dat in de richting waar de pijl heen wijst, de stroom heen gaat. Bij D1 wordt de stroom doorgelaten en bereikt de lamp L1. De lamp zal nu gaan branden. De lamp L2 niet, omdat deze diode in sperrichting staat. In plaats van een lamp zoals in dit voorbeeld, kunnen het allerlei componenten zijn die onherstelbaar beschadigd kunnen raken bij het aansluiten.
Ook in dynamo's worden diodes gebruikt om gelijk te richten. In een dynamo wordt wisselspanning opgewekt, welke omgezet moet worden naar gelijkspanning. Door meerdere diodes te gebruiken (op de diodenbrug) wordt dit mogelijk gemaakt.
Voor meer informatie over de diodes als gelijkrichter in een dynamo, zie het hoofdstuk gelijkrichtdioden op de pagina Dynamo.

 

Vrijloopdiode:
In een spoel wordt een hoge spanning opgewekt, denk daarbij aan een spoel in een bobine. De spanning die door de spoel loopt, wordt door de transistor in- en uitgeschakeld. Echter, wanneer de transistor niet meer geleidt, (de toegevoerde stroom op de basis is uitgeschakeld) zit de spoel nog vol restenergie. De spoel is niet in staat om na het uitschakelen van de transistor direct 'leeg' te zijn. Er komt na het uitschakelen altijd een inductiespanning vrij, die vele malen hoger dan de boordspanning van 14 volt kan zijn.
Het gevolg is dat door deze inductiespanning de transistor daarbij ingeschakeld blijft. De spoel houd door deze inductie de transistor in geleiding, ookal is deze (op de basis van de transistor) uitgeschakeld.
Om dat te voorkomen wordt er een vrijloopdiode in het systeem toegevoegd. Wanneer nu de transistor uitschakelt, loopt de inductiespanning via de vrijloopdiode naar de plus aansluiting van de spoel. Omdat de inductiespanning nu niet meer de transistor bereikt, blijft deze uitgeschakeld.


(Afb. van een vrijloopdiode)



Technische werking van een diode:
Een diode bestaat uit een plaatje Positieve silicium en een plaatje Negatieve silicium. In de plaatjes zitten gaatjes, met positieve ionen en negatieve elektronen. Deze bewegen naar mate de stroomrichting verandert.
Deze P en N silicium plaatjes zijn tegen elkaar geplaatst. De stroom gaat van positief naar negatief (doorlaatrichting). Wil de stroom van negatief naar positief (sperrichting) wordt dat tegen gehouden. In de onderstaande afbeeldingen is te zien hoe dat gebeurt:
 

Sperrichting:
In de onderstaande afbeelding staat de diode gesperd. De - staat nu bijv. op een spanningsbron aangesloten en de + op massa. De diode zorgt nu dat er geen stroom van - naar + gaat.
De negatieve elektronen zijn nu allemaal verplaatst naar de plaat met het Negatieve silicium. De plaat met het Positieve silicium, dus met de positieve ionen, geleidt niet. De "gaatjes'' zijn leeg, waardoor er geen geleiding en dus geen stroomoverdracht plaats kan vinden.

 

Doorlaatrichting:
De stroom gaat van + naar -, dus in de afbeelding van links naar rechts. De positieve elektronen en de negatieve elektronen zijn gemengd. De gaten zijn bij P zijn nu door de negatieve elektronen opgevuld, dus er ontstaat een geleidende werking (de doorlaatrichting).
Wel is er sprake van een spanningsverlies, omdat er toch een hinder ontstaat (de doorlaat is niet volledig zuiver). Deze spanning wordt de diffusiespanning genoemd, en bedraagt altijd ongeveer 0,7 volt.
Als er een regelapparaat van 5 volt aangestuurd moet worden, zal er 5,7 volt doorgeschakeld worden om de diffusiespanning te overbruggen.



Andere eigenschappen van een diode:
Werktemperatuur:
Dioden zijn temperatuursgevoelig. Bij een verhoogde temperatuur verminderen de sperrende eigenschappen. Daarom moet er bij de constructie van een auto ook goed gekeken worden waar dioden geplaatst worden (bijv. de diodenbrug in een dynamo).

Doorslagspanning:
In de doorlaatrichting is er een weerstand ontstaan van 0,7 volt. De sperrichting sluit de spanningstoevoer niet onbeperkt af. De sperrichting moet ook gezien worden als een grote weerstand, alleen tot een paar honderd volt.
Als bij een paar honderd volt de doorslagspanning bereikt wordt, is de diode onherstelbaar beschadigd. De doorlaat- en sperrichting zijn niet meer van toepassing.
In normale omstandigheden is de boordspanning in een auto tussen de 10 volt (bij een bijna lege accu) en de 14,8 volt (een volledig ladende dynamo). In dit werkgebied zal de diode altijd goed functioneren.

 

LED:
De LED is in 1962 bij General Electronics door Nick Holonyak uitgevonden. Het was meteen duidelijk dat deze technologie meer in petto had. Ingenieurs van verschillende fabrieken richtten hun inspanningen, met succes, op het vergroten van de lichtopbrengst. De werking van een LED is hetzelfde als een diode, alleen zal deze oplichten wanneer er door de goede richting stroom doorheen vloeit. LED een afkorting van Light Emitting Diode (lichtgevende diode). In doorlaatrichting (van de onderstaande afbeelding) zal de LED L1 branden omdat deze in doorlaatrichting staat. LED L2 staat in sperrichting en zal dus niet branden. De weerstanden R1 en R2 zijn de belastingsweerstanden. Zonder deze weerstanden zouden de LED's direct na het aansluiten defect gaan. De weerstanden kunnen in principe van alles zijn, van een elektromotor tot een lamp.

De LED werd eerst alleen als indicatorlichtje gebruikt (zoals dat nu nog steeds op o.a. knopjes van het dashboard wordt gedaan. In de jaren 70 lukte het om leds te ontwikkelen die oranje, groen en geel licht gaven. Pas sinds enkele jaren is het gelukt om een blauwe en witte leds te maken. Sinds deze nieuwe ontwikkelingen is het ook mogelijk om koplampen uit te voeren met LED-verlichting.
 

De afstandbediening van een televisie heeft een IR- (Infra Rood) led die met het menselijk ook niet te zien is.
 

Tweekleuren LED:
Bij achterlichten van sommige auto's worden tweekleuren LED's toegepast. In een behuizing zitten 2 LED's geïntegreerd die een verschillende kleur hebben. Door de polariteit van de stroom te veranderen, verandert de kleur. Ook is het mogelijk om kleuren te mengen. Met deze wijze kan op zeer snelle wijze het rode achterlicht veranderen in het gele knipperlicht, en andersom.



Voor- & Nadelen:
Voordelen van de led tegenover de gloeilamp:

- Langere levensduur
- Grote mechanische schokbestendigheid
- Minder energie nodig om te branden
- Minder warmteontwikkeling
- Goedkoop en milieuvriendelijk

Nadeel van de led tegenover de gloeilamp:
-Prijs (alhoewel de LED's tegenwoordig steeds goedkoper worden).