Princip činnosti a rozsah polovodičových diod

V našich obvodech velmi často používáme diody, ale víte, jak fungují a co to je? Dnes „rodina“ diod zahrnuje více než tucet polovodičových zařízení nazývaných „dioda“. Dioda je malá nádoba s evakuovaným vzduchem, uvnitř které je v krátké vzdálenosti od sebe anoda a druhá elektroda – katoda, z nichž jedna má elektrickou vodivost typu p a druhá – n. Abychom si představili, jak dioda funguje, vezměme si jako příklad situaci nafouknutí kola pomocí pumpy. Zde pracujeme s pumpou, vzduch je do komory čerpán přes vsuvku, ale tento vzduch nemůže unikat zpět vsuvkou. Vzduch je v podstatě stejný elektron v diodě, do kterého vstoupil elektron, ale již není možné se dostat zpět. Pokud vsuvka náhle selže, kolo se vyfoukne a dojde k poruše diody. A pokud si představíme, že naše bradavka funguje správně, a pokud stiskneme kolíček bradavky, aby se uvolnil vzduch z komory, a budeme mačkat, jak chceme a jak dlouho, bude to řízené selhání. Z toho můžeme usoudit, že diodou prochází proud pouze jedním směrem (prochází i opačným směrem, ale velmi malý Vnitřní odpor diody (otevřený) není konstantní, závisí na přivedeném propustném napětí). k diodě. Čím vyšší je toto napětí, tím větší je propustný proud diodou, tím nižší je její propustný odpor. Odpor diody můžete posoudit podle úbytku napětí na ní a proudu, který prochází. Pokud tedy například diodou protéká stejnosměrný proud Ipr. = 100 mA (0,1 A) a zároveň na ní klesne napětí o 1V, pak (podle Ohmova zákona) bude propustný odpor diody: R = 1 / 0,1 = 10 Ohmů. Hned poznamenám, že nepůjdeme do detailů a půjdeme do hloubky, kreslíme grafy, píšeme vzorce – na vše se podíváme povrchně. V tomto článku budeme zvažovat typy diod, jmenovitě LED, zenerovy diody, varikapy, Schottkyho diody atd.

Diody

Na diagramech jsou vyznačeny takto: Trojúhelníková část je ANODA a pomlčka je katoda. Anoda je plus, katoda je mínus. Diody se například používají v napájecích zdrojích k usměrnění střídavého proudu pomocí diodového můstku, střídavý proud lze přeměnit na stejnosměrný proud, používají se k ochraně různých zařízení před nesprávnou polaritou spínání atd. Diodový můstek se skládá z 4 diody, které jsou zapojeny do série, se dvěma Diody těchto čtyř jsou zapojeny zády k sobě, podívejte se na obrázky níže. Přesně takto se označuje diodový můstek, i když v některých obvodech je označen jako zkrácená verze: Závěr ~ připojený k transformátoru, ve schématu to bude vypadat takto: Diodový můstek je určen k přeměně, častěji říkají, k usměrnění střídavého proudu na stejnosměrný proud. Tento typ usměrnění se nazývá celovlnné usměrnění. Princip činnosti diodového můstku spočívá v průchodu kladné půlvlny střídavého napětí kladnými diodami a odříznutí záporné půlvlny zápornými diodami. Proto se na výstupu usměrňovače tvoří mírně pulzující kladné napětí s konstantní hodnotou. Aby se zabránilo těmto pulzacím, jsou instalovány elektrolytické kondenzátory. po přidání kondenzátoru se napětí mírně zvýší, ale nenechme se rozptylovat, o kondenzátorech si můžete přečíst zde. Diodové můstky se používají k napájení rádiových zařízení a používají se v napájecích zdrojích a nabíječkách. Jak jsem již řekl, diodový můstek může být tvořen čtyřmi stejnými diodami, ale prodávají se i hotové diodové můstky, vypadají takto:

Schottkyho dioda

Schottkyho diody mají velmi nízký úbytek napětí a jsou rychlejší než konvenční diody. Nedoporučuje se instalovat běžnou diodu místo Schottkyho diody, běžná dioda může rychle selhat. Taková dioda je ve schématech označena následovně:

Zenerova dioda

Zenerova dioda zabraňuje tomu, aby napětí v určité části obvodu překročilo určitou prahovou hodnotu. Může plnit jak ochranné, tak omezující funkce, fungují pouze ve stejnosměrných obvodech. Při zapojování je třeba dbát na polaritu. Zenerovy diody stejného typu lze zapojit do série pro zvýšení stabilizovaného napětí nebo vytvořit dělič napětí. Zenerovy diody ve schématech jsou označeny takto: Hlavním parametrem zenerových diod je stabilizační napětí zenerovy diody mají různá stabilizační napětí, například 3V, 5V, 8.2V, 12V, 18V atd.

Varicap

Varikap (neboli kapacitní dioda) mění svůj odpor v závislosti na napětí, které je na něj aplikováno. Používá se jako řízený proměnný kondenzátor např. pro ladění vysokofrekvenčních oscilačních obvodů.

Tyristor

Tyristor má dva stabilní stavy: 1) uzavřený, to znamená stav nízké vodivosti, 2) otevřený, tedy stav vysoké vodivosti. Jinými slovy, je schopen přecházet z uzavřeného stavu do otevřeného stavu pod vlivem signálu. Tyristor má tři vývody, kromě Anody a katody je zde ještě řídící elektroda – slouží k přepínání tyristoru do zapnutého stavu. Moderní importované tyristory jsou k dispozici také v pouzdrech TO-220 a TO-92. Tyristory se často používají v obvodech pro regulaci výkonu, pro plynulé spouštění motorů nebo rozsvícení žárovek. Tyristory umožňují řídit velké proudy. U některých typů tyristorů dosahuje maximální propustný proud 5000 A nebo více a hodnota napětí v sepnutém stavu je až 5 kV. Výkonné výkonové tyristory typu T143 (500-16) se používají v rozvaděčích elektromotorů a frekvenčních měničů.

triak

Triak se používá v systémech napájených střídavým napětím, lze si ho představit jako dva tyristory, které jsou zapojeny zády k sobě. Triak umožňuje proudění proudu v obou směrech.

Světelná dioda

LED dioda vydává světlo, když jí prochází elektrický proud. LED se používají v přístrojových zobrazovacích zařízeních, elektronických součástkách (optočlenech), mobilních telefonech pro podsvícení displeje a klávesnice, vysoce výkonné LED se používají jako zdroj světla v svítilnách atd. LED se dodávají v různých barvách, RGB atd. Označení na nákresech: Více o LED diodách si můžete přečíst zde.

Infračervená dioda

Infračervené LED (zkráceně IR diody) vyzařují světlo v infračerveném rozsahu. Oblasti použití infračervených LED jsou optické přístroje, zařízení pro dálkové ovládání, optočlenové spínací zařízení a bezdrátové komunikační linky. IR diody jsou označeny stejně jako LED. Infračervené diody vyzařují světlo mimo viditelný rozsah, záři IR diody lze vidět a prohlížet například kamerou mobilního telefonu, tyto diody se používají i v CCTV kamerách, zejména na pouličních kamerách, aby byl vidět obraz v noci.

Fotodioda

Fotodioda přeměňuje světlo dopadající na její fotocitlivou oblast na elektrický proud a používá se k přeměně světla na elektrický signál. Fotodiody (stejně jako fotorezistory, fototranzistory) lze přirovnat k solárním panelům. Na schématech jsou označeny takto:

Pokročilý Publikováno: 2012 0 1

Odměna, kterou jsem nasbíral 0 4

Ohodnoťte tento článek

• Technická gramotnost

Polovodičové zařízení s jedním elektrickým přechodem, jehož úkolem je převádět jednu elektrickou hodnotu na jinou, se nazývá dioda. Konstrukce tohoto produktu poskytuje dvě svorky pro instalaci.

Na schematických elektrických schématech jsou polovodičové diody znázorněny ve formě trojúhelníku a segmentu umístěného v jednom z jeho vrcholů a rovnoběžně s opačnou stranou.

• usměrňovač, pulzní a univerzální
• Zenerovy diody a stabilizátory
• tunel
• konvertuje
• varicaps

V závislosti na tom, jak je dioda navržena, může její označení obsahovat další symboly. V každém případě vrchol trojúhelníku přilehlý ke středové ose diody udává směr toku proudu.

V části označení, kde se nachází trojúhelník, je p-oblast, které se také říká anoda nebo emitor, a na straně, kde segment sousedí s trojúhelníkem, je n-oblast, která se resp. katodu nebo základnu.

Polovodičové diody, jejichž účelem je převádět střídavý proud na stejnosměrný, se nazývají usměrňovací diody. Usměrnění střídavého proudu pomocí polovodičové diody je založeno na její jednosměrné elektrické vodivosti, což znamená, že dioda vytváří velmi malý odpor vůči proudu procházejícímu v propustném směru a poměrně vysoký odpor vůči zpětnému proudu.

Aby se usměrnil velký proud bez obav z tepelného průrazu, musí konstrukce diod zajistit významnou oblast p-n přechodu. V souvislosti s tím se v usměrňovacích polovodičových diodách používají speciální p-n přechody odpovídající nejnovějšímu slovu ve vědě a technice.

Technologie pro vytvoření p-n přechodu se získá tak, že se do polovodiče zavede nečistota typu p nebo n, která v něm vytvoří oblast s opačnou hodnotou elektrické vodivosti. Nečistoty mohou být přidány fúzí nebo difúzí.

Diody vyrobené fúzí se nazývají “slitina“a vyrobené difúzní metodou”difúze“.

Během kladné půlperiody vstupního napětí U₁ dioda V pracuje v propustném směru, její odpor je malý a na zátěži R_H napětí U₂ téměř stejné jako vstupní napětí.

Graf napětí na vstupu a výstupu nejjednoduššího půlvlnného usměrňovače

Při záporné půlperiodě daného vstupního napětí se dioda otočí v opačném směru, kde její odpor je výrazně větší než odpor na zátěži a téměř veškeré vstupní napětí na diodě klesne a napětí přes zatížení se blíží nule. V takovém obvodu se k získání usměrněného napětí používá pouze jeden půlcykl vstupního napětí, proto se tento typ usměrňovače nazývá půlvlnný.

Polovodičové diody, které se používají ke stabilizaci stejnosměrného napětí na zátěži, se nazývají zenerovy diody. Zenerovy diody využívají reverzní část charakteristiky proud-napětí v elektrickém průrazném poli.

Obvod nejjednoduššího stabilizátoru napětí

V tomto případě, když se proud procházející zenerovou diodou změní z I_{Umění. min.} k já_{Umění. Max.} napětí na něm zůstává prakticky nezměněno. Pokud zatížení R_H je zapojena paralelně se zenerovou diodou, úroveň napětí na ní také zůstane nezměněna v rámci stanovených mezí změny proudu procházejícího zenerovou diodou.

Takové diody stabilizují úroveň napětí přibližně od 3,5 V a výše. Ke stabilizaci stejnosměrného napětí na 1 volt se používají stabistory. U stabistorů to nefunguje obráceně, ale přímá část charakteristiky proud-napětí. Proto nejsou zapojeny v opačném směru, jako je tomu u zenerových diod, ale v propustném směru. Elektronické součástky, jako jsou stabilizátory a zenerovy diody, jsou obvykle vyrobeny z křemíku.

Voltampérová charakteristika stabistoru

Planární diody mají vysoké kapacitní charakteristiky. S rostoucí frekvencí kapacita klesá, což vede ke zvýšení jeho zpětného proudu. Na vysokých frekvencích může díky tomu, že je v diodě kapacita, hodnota jejího zpětného proudu dosáhnout hodnoty propustného proudu a tato dioda tak ztratí svou základní vlastnost jednosměrné elektrické vodivosti. Pro zachování funkčních vlastností je nutné snížit kapacitu diody. Toho je dosaženo pomocí různých technologických a konstrukčních metod zaměřených na zmenšení plochy p-n přechodu.

V diodách používaných v obvodech pracujících s vysokofrekvenčním proudem se používají výrobky s bodovými a mikroslitinovými p-n přechody. Potřebný bodový p-n přechod se získá v místě kontaktu špičatého konce speciální kovové jehly s polovodičem. V tomto případě se používá metoda galvanoplastiky, která spočívá v tom, že spojením drátu a polovodičového krystalu protékají impulsy elektrického proudu, které v místě svého kontaktu tvoří p-n přechod. Mikroslitinové diody jsou ty, ve kterých je p-n přechod vytvořen elektroformováním kontaktu mezi polovodičovým plátkem a kovovým předmětem s plochým koncem.