Ένα βασικό εξάρτημα που χρησιμοποιείται στην τηλεόραση, στο ραδιόφωνο, στους ηλεκτρονικούς υπολογιστές και σε άλλα ηλεκτρονικά κυκλώματα είναι η δίοδος. Στην εικ. 51 φαίνεται η μορφή της και ο συμβολισμός της. Αποτελείται από δύο διαφορετικούς ημιαγωγούς που βρίσκονται σε επαφή. Το χαρακτηριστικό της είναι ότι:

α) Η δίοδος είναι καλός αγωγός (άγει εύκολα), όταν η τάση στα άκρα της έχει συγκεκριμένη πολικότητα. Η τάση αυτή λέγεται τάση ορθής φοράς και λέμε ότι η δίοδος είναι ορθά πολωμένη. Στην εικόνα 52 η δίοδος είναι ορθά πολωμένη και άγει. Ο λαμπτήρας φωτοβολεί

β) Η δίοδος είναι κακός αγωγός (δεν άγει σχεδόν καθόλου), όταν η τάση στα άκρα της έχει αντίθετη πολικότητα από την προηγούμενη. Η τάση αυτή λέγεται ανάστροφη τάση και λέμε ότι η δίοδος είναι ανάστροφα πολωμένη. Στην εικόνα 53 η δίοδος είναι ανάστροφα πολωμένη και δεν άγει. Ο λαμπτήρας δε φωτοβολεί.

Όταν η δίοδος είναι ορθά πολωμένη, το άκρο της διόδου που συνδέεται με το θετικό πόλο μιας πηγής λέγεται άνοδος και το άλλο άκρο λέγεται κάθοδος (εικ. 54). Στις διόδους με κυλινδρικό περίβλημα, μια ταινία διαφορετικού χρώματος από το χρώμα του περιβλήματος χρησιμοποιείται για να δείξει την κάθοδο.

Οι δίοδοι μπορούν να καταστραφούν εύκολα όταν διαρρέονται από μεγάλες εντάσεις ηλεκτρικού ρεύματος. Γι' αυτό τοποθετούνται στα κυκλώματα συνδεμένες με κατάλληλη αντίσταση σε σειρά.

Οι χαρακτηριστικές καμπύλες μιας διόδου πυριτίου (Si) και μιας διόδου γερμανίου (Ge) φαίνονται στην εικ. 55. Από αυτές φαίνεται ότι, όταν η δίοδος είναι ανάστροφα πολωμένη δε διαρρέεται από ρεύμα. Η δίοδος Si άγει, όταν η εφαρμοζόμενη τάση είναι μεγαλύτερη από 0,3V και η δίοδος Ge άγει, όταν η εφαρμοζόμενη τάση είναι μεγαλύτερη από 0,7V. Επίσης, φαίνεται ότι, όταν οι δίοδοι Si και Ge άγουν, η πτώση τάσης στα άκρα τους παραμένει σταθερή και περίπου ίση με 0,3V και 0,7V αντίστοιχα.

Εφαρμογές της διόδου

α) Προστασία συσκευής από λανθασμένη σύνδεση

Εικόνα 2.11-56.

H δίοδος προστατεύει τη συσκευή από λανθασμένη σύνδεση.

Η δίοδος χρησιμοποιείται για να προστατεύσει μια συσκευή από λανθασμένη σύνδεση της πηγής. Στο κύκλωμα της εικόνας 56 ο θετικός πόλος της πηγής πρέπει να συνδεθεί στο Α και ο αρνητικός στο Β. Αν κατά λάθος η πηγή συνδεθεί ανάποδα, τότε το κύκλωμα δε διαρρέεται από ρεύμα και δεν καταστρέφεται η συσκευή.

β) Προστασία συσκευής από «διακοπή ρεύματος»

Το κύκλωμα της εικόνας 57 χρησιμοποιείται για την προστασία ενός ηλεκτρονικού υπολογιστή από τη διακοπή του ηλεκτρικού ρεύματος.

Εικόνα 2.11-57.

H δίοδος προστατεύει τη συσκεύη από «διακοπή ρεύματος».

Όταν υπάρχει παροχή, λειτουργεί το αριστερό κύκλωμα κάνοντας εξοικονόμηση της μπαταρίας. Αν συμβεί διακοπή της παροχής, τότε λειτουργεί το δεξί κύκλωμα και η μπαταρία τροφοδοτεί τον ηλεκτρονικό υπολογιστή.

γ) H πύλη AND

Η πύλη AND (εικ. 58) είναι ένα ηλεκτρονικό κύκλωμα με δύο εισόδους (ΑΓ και ΒΓ) και μια έξοδο (ΔΓ). Χρησιμοποιείται, όταν θέλουμε να υπάρχει τάση (π.χ. V₀ = 5V) στην έξοδο ΔΓ, εφόσον υπάρχει τάση (π.χ. μεγαλύτερη από V₀ = 5V) και στην είσοδο ΑΓ και στην είσοδο ΒΓ.

Με αυτόν τον τρόπο μπορούμε να κάνουμε τον έλεγχο άλλων κυκλωμάτων.

Λειτουργία της πύλης AND

Εικόνα 2.11-58.

Πύλη AND.

i) Στο κύκλωμα της εικόνας 58 η πηγή τροφοδοσίας είναι 5V. Αν οι τάσεις V_AΓ και V_BΓ είναι μεγαλύτερες ή ίσες από 5V, τότε οι δίοδοι δεν άγουν. Άρα, και τα δύο άκρα του αντιστάτη R έχουν το ίδιο δυναμικό, οπότε η τάση εξόδου είναι V_ΔΓ = V₀ = 5V.

ii) Αν η τάση V_ΑΓ είναι μεγαλύτερη ή ίση από 5V και η τάση V_ΒΓ = 0 (το Β είναι αγώγιμα συνδεμένο με το Γ), τότε η δίοδος Α δεν άγει, ενώ η δίοδος Β άγει. Αν οι δίοδοι είναι από πυρίτιο (Si), η τάση στα άκρα της διόδου Β είναι 0,7V, δηλαδή περίπου 0V. Έτσι, η τάση εξόδου είναι V_ΔΓ = V₀ = 0V.

iii) Παρόμοια, αν η τάση V_BΓ είναι μεγαλύτερη ή ίση από 5V και η τάση V_AΓ = 0 (το Α είναι αγώγιμα συνδεμένο με το Γ), η τάση εξόδου V_ΔΓ είναι V_ΔΓ = V₀ = 0V.

iv) Παρόμοια, αν οι τάσεις V_AΓ = 0 και V_BΓ = 0 (και το Α και το Β είναι αγώγιμα συνδεμένα με το Γ), η τάση εξόδου είναι V_ΔΓ = V₀ = 0V.

Πίνακας αληθείας για την πράξη AND

Αν αντιστοιχίσουμε τάση 0V στο 0 και τάση μεγαλύτερη ή ίση από 5V στο 1, κατασκευάζουμε τον παρακάτω πίνακα, που λέγεται πίνακας αληθείας για την πράξη AND.

Από αυτόν φαίνεται ότι η τάση εξόδου είναι μεγαλύτερη ή ίση από 5V (Γ = 1), αν και η τάση V_AΓκαι η τάση V_BΓ είναι μεγαλύτερες ή ίσες από 5V (Α = 1 και Β = 1).

Εικόνα 2.11-59.

Ισοδύναμο κύκλωμα πράξης AND.

Τον ίδιο πίνακα έχουμε και για το κύκλωμα της εικόνας 59, όπου, για να ανάψει η λάμπα (Γ = 1), πρέπει και ο διακόπτης Α να είναι κλειστός (Α = 1) και ο διακόπτης Β να είναι κλειστός (Β = 1).

δ) H πύλη OR

Η πύλη OR (εικ. 60) είναι ένα ηλεκτρονικό κύκλωμα με δύο εισόδους (ΑΓ και ΒΓ) και μια έξοδο (ΔΓ). Χρησιμοποιείται, όταν θέλουμε να υπάρχει τάση στην έξοδο ΔΓ, εφόσον υπάρχει τάση ή στην είσοδο ΑΓ ή στην είσοδο ΒΓ. Με αυτόν τον τρόπο μπορούμε να κάνουμε τον έλεγχο άλλων κυκλωμάτων.

Εικόνα 2.11-60.

Πύλη OR.

Λειτουργία της πύλης OR

i) Στο κύκλωμα της εικόνας 60, αν οι τάσεις είναι V_AΓ = 0 και V_ΒΓ = 0 (και το Α και το Β είναι αγώγιμα συνδεμένα με το Γ), τότε δεν υπάρχει ρεύμα. Άρα, η τάση εξόδου είναι V_ΔΓ = V₀ = 0 V.

ii) Αν η τάση V_AΓ είναι θετική (π.χ. 5 V) και η τάση V_BΓ = 0 η δίοδος Α άγει, ενώ η δίοδος Β δεν άγει. Αν οι δίοδοι είναι από πυρίτιο (Si), η τάση στα άκρα της διόδου Α είναι 0,7V. Άρα, η τάση εξόδου είναι V_ΔΓ = V₀ = 4,3V. Θεωρώντας την τάση της διόδου Α περίπου μηδέν, η τάση εξόδου είναι V_ΔΓ = V₀ = 5V.

iii) Παρόμοια, αν η τάση V_AΓ = 0 (το Α είναι αγώγιμα συνδεμένο με το Γ) και η τάση V_BΓ είναι θετική (π.χ. 5V), τότε V_ΔΓ = V₀ = 5V.

iv) Παρόμοια, αν οι τάσεις V_AΓ και V_BΓ είναι θετικές (π.χ. 5V), τότε V_ΔΓ = V₀ = 5V.

Πίνακας αληθείας για την πράξη OR

Αν αντιστοιχίσουμε τάση 0V στο 0 και την τάση 5V στο 1, κατασκευάζουμε τον παρακάτω πίνακα, που λέγεται πίνακας αληθείας για την πράξη OR.

Από αυτόν φαίνεται ότι η τάση εξόδου είναι θετική (Γ = 1), αν τουλάχιστον μία από τις τάσεις V_AΓ και V_BΓ είναι θετική (Α = 1 ή Β = 1 ή Α = 1, Β = 1).

Εικόνα 2.11-61.

Ισοδύναμο κύκλωμα πράξης OR.

Τον ίδιο πίνακα έχουμε και για το κύκλωμα της εικόνας 61, όπου, για να ανάψει η λάμπα (Γ = 1) πρέπει τουλάχιστον ένας από τους διακόπτες Α και Β να είναι κλειστός (Α = 1 ή Β = 1 ή Α = 1, Β = 1).