Polovodičová dioda

Z Multimediaexpo.cz

Nemáte oprávnění „upravit tuto stránku“. Důvod:

Můžete si prohlédnout a zkopírovat zdrojový kód této stránky:

[[File:Diode-photo.JPG|thumb|240px|Polovodičové diody]] [[Soubor:Diode symbol cs.png|thumb|240px|alt=Schematická značka polovodičové diody|Schematická značka polovodičové diody]] '''Polovodičová dioda''' je [[elektrotechnická součástka|elektrotechnická]] [[součástka]], jejímž úkolem v [[Elektrický obvod|elektrickém obvodu]] je propouštět [[elektrický proud]] jedním směrem. ==Stavba polovodičové diody== [[Polovodič]]ová dioda se skládá ze dvou [[Polovodič#Příměsové polovodiče|příměsových polovodičů]] - jeden polovodič je typu '''N''' (katoda) a druhý polovodič je typu '''P''' (anoda). Na rozhraní polovodičů vznikne [[přechod P-N]] (''hradlová vrstva''), který v ideálním případě propouští proud pouze jedním směrem. Základem diody bývá [[křemík]]ová nebo [[Germanium|germaniová]] destička, obohacená z jedné strany o prvek s pěti valenčními [[elektron]]y ([[fosfor]], [[arsen]]), z druhé strany o prvek s třemi valenčními elektrony ([[Bor (prvek)|bor]], [[hliník]], [[gallium]], [[indium]]). Vzájemným [[Elektrická síla|silovým]] působením mezi [[částice]]mi se na přechodu P-N vytvoří vnitřní [[elektrické pole]]. ==Druhy polovodičových diod== Kromě základního druhu polovodičové diody existují diody se speciálním chováním přechodu P-N: *[[Fotodioda]] - dopadající [[Světlo|světelné]] nebo jiné [[Elektromagnetické záření|záření]] způsobí v oblasti přechodu P-N vytvoření dvojice elektron - [[Polovodič#Elektrony a kladné díry|kladná díra]], a tím podle způsobu zapojení dojde ke zvýšení [[Elektrická vodivost|vodivosti]] nebo ke zvýšení [[Elektrické napětí|napětí]] na přechodu P-N *[[LED]] - [[Polovodič#Elektrony a kladné díry|rekombinace]] v oblasti přechodu P-N způsobují vydávání světelného záření *[[Varikap]] - změnou napětí na diodě v závěrném směru se mění její kapacita, varikap je vyroben tak, aby tato změna byla co nejvýraznější *[[Zenerova dioda]] - má nízké napětí při kterém v závěrném směru dochází k nedestruktivnímu průrazu, a dá se tak v jednoduchém zapojení využít ke stabilizaci napětí *[[Tunelová dioda]] - její voltampérová charakteristika obsahuje v propustném směru při napětí několika desetin voltu oblast záporného diferenciálního odporu. Lze s ní vyrobit oscilátor na velmi vysokých kmitočtech. Dále se diody dělí podle schopnosti snést různý proud v propustném směru a napětí v závěrném směru, nebo podle [[frekvence]] [[Střídavý proud|střídavého proudu]] (''vysoko-'' a ''nízkofrekvenční'' diody), pro který jsou určeny. ==Parametry polovodičové diody== *Prahové napětí – elektrické napětí, při kterém dojde ke zrušení hradlové vrstvy *Průrazné napětí – elektrické napětí, které způsobí při zapojení v závěrném směru zničení přechodu P-N a průchod proudu diodou *VA charakteristika – závislost proudu protékajícího diodou na napětí mezi vývody *Maximální zatížení – největší možný [[Elektrický výkon|výkon]] elektrického proudu nepoškozující diodu *Maximální proud – největší proud, který může procházet diodou *Teplotní rozmezí – rozmezí [[Teplota|teplot]], při kterých může dioda pracovat ==Shockleyho rovnice diody== Voltampérovou charakteristiku běžných polovodičových diod lze popsat rovnicí pojmenovanou podle spouluobjevitele tranzistoru [[William Bradford Shockley|Williama Bradforda Shockleyho]]. Rovnice popisuje základní chování diody v propustném i v závěrném směru: :<big>\(I=I_\mathrm{S} \left( e^{V_\mathrm{D}/(n V_\mathrm{T})}-1 \right),\,\)</big> kde :''I'' je proud diodou, :''I''_S je závěrný [[saturační proud]], :''V''_D je napětí přiložené na diodu, :''V''_T je tzv. tepelné napětí :''n'' je činitel kvality, který se pohybuje od 1 do 2 v závislosti na výrobním procesu a materiálu polovodiče. V mnoha případech se dá uvažovat jako přibližně rovný 1 (pak n z rovnice vypadne). Tepelné napětí ''V''_T je při běžných "pokojových teplotách" okolo 300 K přibližně 25.85 mV. Obecně je definováno vzorcem: :<big>\(V_\mathrm{T} = \frac{k T}{q} \, ,\)</big> kde ''k'' je [[Boltzmannova konstanta]], ''T'' je teplota p-n přechodu v [[Kelvin]]ech, a ''q'' je velikost náboje [[elektron]]u ([[elementární náboj]]). ''Shockleyho rovnice ideální diody'' počítá s tím, že v diodě působí pouze drift (daný elektrickým polem), dále difůze a tepelná rekombinace. Ostatní jevy včetně R-G proudů a fotoelektrických jevů jsou zde zanedbány. Také je zanedbán vnitřní ohmický odpor diody, projevující se při vysokých proudech v propustném směru. Tato rovnice rovněž nemodeluje oblast zpětného průrazu. ==Polovodičová dioda v elektrickém obvodu== ===Propustný směr=== Při zapojení kladného pólu [[Elektrický zdroj|zdroje]] k anodě (typ P) a záporného pólu zdroje ke katodě (typ N) se přechod P-N v diodě, bránící průchodu částic, zmenší nebo úplně zruší. Diodou protéká [[elektrický proud]], [[elektrický odpor]] diody může být velmi nízký, ale na diodě vždy vzniká určitý úbytek napětí. ===Závěrný směr=== Při zapojení kladného pólu zdroje ke katodě (typ N) a záporného pólu k anodě(typ P) se přechod P-N v diodě rozšíří, elektrický odpor diody se zvětší. Elektrický proud v ideálním případě neprochází. Ve skutečnosti diodou prochází proud způsobený [[Polovodič#Minoritní nosiče nábojů|minoritními nosiči nábojů]], tento proud je však velmi malý. [[Soubor:TepavyProud.jpg|thumb|220px|Tepavý proud]] [[Soubor:GraetzovoZapojeni.png|thumb|240px|Graetzovo zapojení (dvoucestný&nbsp;usměrňovač]] [[Soubor:UsmernenyProud.jpg|thumb|220px|Usměrněný střídavý proud]] ===Dioda ve střídavém obvodu=== Zapojením diody do obvodu střídavého proudu dojde k ''jednocestnému'' '''usměrnění''' střídavého proudu. Proud může diodou procházet pouze v jednom směru, tzn. pouze v jedné polovině [[perioda (fyzika)|periody]]. Takový proud se nazývá ''tepavý''. ===Grätzovo zapojení=== K ''dvojcestnému'' usměrnění střídavého proudu se používají čtyři diody zapojené podle schématu: Střídavý proud prochází v jedné polovině periody první dvojicí diod (1 a 2), v druhé polovině periody druhou dvojicí diod (3 a 4), přičemž směr proudu vystupujícího z můstku je stále stejný. Velikost proudu se na výstupu mění. Pro vyhlazení tepavého napětí se používá tzv. [[filtrační kondenzátor]], jehož kapacita se spočítá<br /> <big>\( C = \frac{k \cdot I_{vyst}}{p \cdot U_{ss}} \)</big> [mF] kde<br /> k........je konstanta (pro dvoucestné zapojení je rovna 200, pro jednocestné usměrnění 400)<br> I výst...[A] proud zátěží (určí se podle [[elektrický odpor|elektrického odporu]], nebo [[výkon|výkonu]] a napětí)<br> p........[%] je tzv. činitel zvlnění (je-li 0% pak požadujeme dokonale vyhlazené napětí na výstupu)<br> Uss......[V] je výstupní stejnosměrné napětí ==Použití polovodičové diody== *Usměrňovací dioda - usměrnění střídavého proudu (samostatně nebo jako součást [[usměrňovač]]e) *Stabilizační (Zenerova) dioda - vyrovnávání průběhu napětí ve stabilizačních obvodech *LED dioda - signalizace průchodu proudu (s nízkým nárokem na spotřebu) nebo zdroj světla např. v [[Optická myš|optických myších]] *Fotodioda - součást fotobuněk, polovodičových detektorů záření nebo [[Sluneční článek|slunečních článků]] ==Související články== *[[Elektřina]] *[[Elektrotechnická součástka]] *[[Polovodič]] {{Commonscat|Diodes}}{{Článek z Wikipedie}} [[Kategorie:Elektromagnetismus]] [[Kategorie:Elektrotechnika]] [[Kategorie:Elektronika]] [[Kategorie:Polovodiče]] [[Kategorie:Diskrétní součástky]]

Návrat na stránku „Polovodičová dioda“.