Jednoduše řečeno, dioda je zařízení, které vede proud pouze jedním směrem. Obrázek znázorňuje symbol diody na schématu. Má dva vývody: katodu a anodu. Pokud má anoda dostatečně velký „kladný“ pól vzhledem ke katodě, protéká diodou proud. Pokud je dioda zapojena s obrácenou polaritou, žádný proud jí protékat nebude.
Princip činnosti polovodičové diody
V současné době jsou nejběžnější polovodičové diody, takže se nejprve seznámíme s tímto typem zařízení.
Klasická polovodičová dioda je polovodičový krystal (obvykle křemík nebo germanium), ve kterém jsou zavedením speciálních nečistot vytvořeny dvě oblasti: s n-vodivostí a s p-vodivostí. Teorie polovodičů je podrobněji popsána v tomto článku. Podívejme se, co se stane, pokud je k tomuto zařízení připojeno externí napětí s různou polaritou.
Princip činnosti polovodičové diody
Pokud je kladný pól připojen k anodě, k p-zóně, odpuzuje kladně nabité díry do oblasti p-n přechodu, kde se setkávají se záporně nabitými elektrony odpuzovanými mínusovým pólem od anody. V p-n přechodu dochází k rekombinaci elektronů a děr (elektron, který narazí na volné místo, díru, jej jednoduše obsadí; formálně mizí jak díra, tak volný elektron). Diodou protéká proud. A externí zdroj energie nadále dodává do polovodiče jak díry, tak elektrony, aby nahradil rekombinované páry, takže proud se nezastaví.
Podívejme se, co se stane při obrácené polaritě. Mínus na anodě odtáhne díry z oblasti pn přechodu. Totéž se stane s elektrony v n-oblasti. V oblasti pn přechodu tedy prakticky nezůstanou žádné volné náboje, které by mohly nést proud, a dioda bude „uzavřená“.
Proudově-napěťová charakteristika diody
Wikipedie uvádí následující definici diody: je to elektronický prvek s nelineární voltampérovou charakteristikou. O jakou charakteristiku se jedná, a navíc nelineární?
Jak název napovídá, voltampérová charakteristika ukazuje závislost proudu na napětí. V podstatě se jedná o graf v rovině s osami U (napětí, měřené ve voltech) a I (proud, měřený v ampérech).
Nyní k nelinearitě. Hmm, existuje lineární voltampérová charakteristika? Ano, existuje. Pro rezistor. Také se nazývá pasivní odpor. Proud přímo souvisí s napětím: zvyšujícím se napětím se proud zvyšuje, snižujícím se proudem klesá. A tento vztah je lineární, popsaný známým Ohmovým zákonem. Pokud nakreslíte graf proudu v závislosti na napětí, bude to přímka a její úhel sklonu bude záviset na hodnotě odporu rezistoru.
Voltampérová charakteristika diody ale zdaleka není přímočará, proto se říká: nelineární. Vypadá nějak takto:
Proudově-napěťová charakteristika diody
Jinými slovy, odpor diody závisí na velikosti a polaritě napětí, které je na ni aplikováno. Při přímém zapojení (plus na anodě) je odpor nízký a při obráceném zapojení vysoký.
Aplikace diod
Díky těmto vlastnostem může dioda fungovat v elektronických obvodech v oblastech, kde je střídavé napětí, které mění polaritu:
- v detektorech k oddělení nízkofrekvenční složky od vysokofrekvenčního signálu
- v usměrňovačích napájecích zdrojů – zde dioda pomáhá převádět střídavé napětí na stejnosměrné (nebo přesněji pulzující) napětí
- k ochraně zařízení a jednotlivých jednotek před „nesprávnou“ polaritou provozního napětí.
Základní parametry diod
V příručce o diodách najdete asi tucet parametrů. Nebudu je zde všechny uvádět, pouze poznamenám, že v závislosti na funkcích diody v daném zařízení jsou obvykle důležité pouze některé z těchto parametrů.
Například u usměrňovačů se hledí na maximální přípustné zpětné napětí (v okamžiku zpětné poloperiody, kdy je dioda sepnutá, je na ni přivedeno dostatečně vysoké napětí) a maximální přípustný proud vpřed. Překročení jednoho z těchto parametrů může vést k selhání diody.
U vysokofrekvenčních zařízení je důležitá maximální spínací frekvence diody. Některé obvody využívají fakt úbytku napětí na diodě během přímého spínání a pak je třeba se podívat na takový parametr, jako je propustné napětí při daném proudu.
“Příbuzní” diody
Za zmínku stojí také stručně o speciálních typech diod. Například zenerova dioda je dioda, která pracuje v oblasti obrácené větve voltampérové charakteristiky. Používá se jako „dodavatel“ předem určeného napětí, protože je prakticky nezávislé na velikosti proudu protékajícího zenerovou diodou.
Polovodičové součástky, označení na schématech
Také pravděpodobně každý ví o LED diodách – jsou schopny přeměnit energii rekombinace elektronů a děr v pn přechodu na světelné záření. Navíc s mnohem vyšší účinností než například žárovka přeměňuje elektrickou energii na světlo, díky čemuž jsou LED lampy velmi úsporné.
Opačným příkladem je fotodioda, jejíž vlastnosti závisí na intenzitě světla, které dopadá na polovodičový krystal.
Kombinací LED a fotodiody v jednom pouzdře získáme optočlen. Pomáhá „rozvázat“ části obvodu: mezi nimi nebude žádný elektrický kontakt a signál bude přenášen světlem. To se obvykle dělá z bezpečnostních důvodů, například aby se vysoké napětí z napájecí jednotky za žádných okolností nedostalo do nízkonapěťových řídicích obvodů.
Dalším zajímavým typem diody je varikap. Využívá skutečnosti, že pn přechod má kapacitu, volné náboje v oblasti n a v oblasti p jsou jako desky kondenzátoru. V tomto případě se kapacita takového kondenzátoru mění v závislosti na hodnotě napětí přivedeného na varikap.
Sdílejte na sociálních sítích:
Komentáře (2)
10. června 2024 — Sergej
Článek je dobrý, někdy si je potřeba něco o diodách pamatovat – tohle je přesně to, co potřebujete.
10. června 2024 — Administrátor
Sergeji, děkuji za tvou zpětnou vazbu!
Označení usměrňovací diody na schématu podle GOST 2.730-73 ESKD.
Konvenční grafické symboly v diagramech. Polovodičová zařízení.” V příloze tohoto GOST jsou uvedeny rozměry v modulární mřížce. Vypadá to takto:
Existují různé možnosti pro označení diod.
Podle OST 11366.919-81 následující alfanumerické označení:
1) První písmeno nebo číslo označuje materiál:
· 1 (G) – germanium Ge
· 2 (K) – křemík Si
· 3 (A) – galium Ga
· 4 (já) – indium In
2) Druhé písmeno je podtřídou polovodičové součástky. V našem případě je to písmeno D.
3) Třetím číslem je funkčnost prvku v závislosti na třídě (diody, varikapy, zenerovy diody atd.).
Například pro usměrňovací diody (D):
101. 199 – nízkovýkonové diody s konstantní nebo průměrnou hodnotou propustného proudu menší než 0,3A.
201. 299 – diody středního výkonu s konstantním nebo průměrným propustným proudem od 0,3 do 10A.
Existují také vysoce výkonné diody s proudem vyšším než 10A. Odvod tepla pro diody s nízkým výkonem se provádí přes pouzdro, pro diody se středním a vysokým výkonem přes chladiče.
Do roku 1982 existovala jiná klasifikace:
- od 1 do 100 – pro bodové germaniové diody;
- od 101 do 200 – pro bodové křemíkové diody;
- od 201 do 300 – pro planární křemíkové diody;
- od 301 do 400 – pro planární germaniové diody;
- od 401 do 500 – pro směšování mikrovlnných detektorů;
- od 501 do 600 – pro násobící diody;
- od 601 do 700 – pro video detektory;
- od 701 do 749 – pro parametrické germaniové diody;
- od 750 do 800 – pro parametrické křemíkové diody;
- od 801 do 900 – pro zenerovy diody;
- od 901 do 950 – pro varikapy;
- od 951 do 1000 – pro tunelové diody;
- od 1001 do 1100 – pro rektifikační kolony;
JEDEC systém (USA)
- první číslice je počet pn přechodů (1 – dioda; 2 – tranzistor; 3 – tyristor);
- potom N (číslo typu) a sériové číslo;
- poté může být několik čísel o hodnocení a jednotlivých charakteristikách diody.
Podle tohoto systému se zařízení dělí na průmyslová a domácí. Zařízení pro domácnost jsou kódována dvěma písmeny a třemi čísly od 100 do 999. Průmyslová zařízení budou mít tři písmena a dvě čísla od 10 do 99. Pro diody:
1) První písmeno:
· A — germanium Ge
· B – křemík Si
· C – gallium Ga
· R – ostatní polovodiče
2) Druhé písmeno je písmeno A, označující nízkopříkonové spínací a univerzální diody.
3) Třetí písmeno odpovídá za příslušnost prvku do oblasti speciálního použití (průmysl, armáda). „Z“, „Y“, „X“ nebo „W“.
4) Čtvrté je 2, 3 nebo 4místné sériové číslo zařízení.
5) Doplňkový kód – u usměrňovacích diod udává maximální amplitudu zpětného napětí.
Systém JIS (Japonsko)
- První číslice je počet přechodů (0 – fototranzistor, fotodioda; 1 – dioda; 2 – tranzistor; 3 – tyristor);
- Dále písmeno S (semiconductors) – polovodič;
- Potom písmeno odpovědné za typ zařízení:
- A – RF tranzistory pnp;
- B – LF tranzistory pnp;
- С – VF tranzistory npn;
- D – nízkofrekvenční tranzistory npn;
- E – diody;
- F – tyristory;
- G – Gunnovy diody;
- H – unijunkční tranzistory;
- J – tranzistory s efektem pole s p-kanálem;
- K – tranzistory s efektem pole s n-kanálem;
- M – symetrické tyristory;
- Q – světelné diody;
- R – usměrňovací diody;
- S – diody s malým signálem;
- T – lavinové diody;
- V – varikapy, kolíkové diody, diody pro uchovávání náboje;
- Z – Zenerovy diody, stabilizátory, omezovače.
- Reg. číslo zařízení;
- Úprava zařízení;
- Dále může být index popisující speciální vlastnosti.
Princip činnosti usměrňovací diody
Polovodiče jsou svými elektrickými vlastnostmi někde mezi vodiči a dielektriky.
Jak se chová dioda při připojení vpřed a vzad.
Прямое направление – směr stejnosměrného proudu, ve kterém má dioda nejmenší odpor.
Opačný směr – směr stejnosměrného proudu, ve kterém má dioda největší odpor.
Uvažujme chování proudu v obvodu při přímém a zpětném připojení na střídavé a stejnosměrné napětí. Zpočátku budeme mít sinusovou vlnu, která se získá ze zdroje střídavého proudu.
S takovými způsoby připojení je polovina sinusovky, pozitivní nebo negativní, odříznuta. Výstupem je pulzující střídavý proud stejného znaménka (považujte jej za konstantní, jediný háček je v tom, že jej nikdo nepoužívá).
- anoda (pro přímé spojení připojíme na plus), základna trojúhelníku;
- katoda (připojit k mínus pro přímé připojení) hůl.
Uvažujme chování diody ve stejnosměrném obvodu. Na levém obrázku teče proud, prochází napětí – kontrolka svítí (černá) – jedná se o přímé spojení. Na pravém obrázku dioda neprochází dostatečný proud a napětí k rozsvícení žárovky – zpětné spínání.
I-V charakteristiky usměrňovacích diod (Ge, Si)
Proudově-napěťové charakteristiky (voltampérové charakteristiky) diod jsou grafy propustných a zpětných proudů (Y) a napětí (X) při různých teplotách.
Když je aplikováno zpětné napětí, které překračuje prahovou hodnotu, velikost zpětného proudu se zvyšuje a dochází k rozpadu vrstvy pn. Stojí za to věnovat pozornost pořadí čísel podél os. Velikost zpětného proudu je řádově menší než dopředný proud. Hodnoty dopředného napětí jsou o řád nižší než zpětné napětí. Po dosažení prahové hodnoty propustného napětí se propustný proud začne lavinovitě zvyšovat.
Rozdíl mezi diodami je v tom, že zpětný proud křemíkových diod je menší než u germaniových diod. V důsledku vyššího proudu je proto u Ge diod průraz tepelného charakteru, zatímco u Si diod převažuje elektrický průraz. Výkon rozptýlený při stejných proudech je u germaniových diod menší.
