Orbis pictus 21. století

1. Tato prezentace byla vytvořena v rámci projektu Orbis pictus 21. století

2. Orbis pictus 21. století Diody I. Obor: ElektriářRočník: 1.Vypracoval:Ing. Jiří Šebesta, Ph.D. Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

3. Dioda je polovodičový prvek s jedním PN přechodem, kontakt na polovodiči P reprezentuje anodu A a kontakt na polovodiči N reprezentuje katoda C • Jiný název pro polovodičovou diodu je polovodičový ventil (v jednom směru – propustném – je otevřená, ve druhém směru – závěrném – je uzavřená)

4. Voltampérová charakteristika diody v propustném směru je charakterizována oblastí s malým propustným proudem, kdy ještě nezanikla oblast prostorového náboje, a oblastí kdy je dioda prakticky plně otevřena, zcela zanikla oblast prostorového náboje. Rozhraní mezi těmito oblastmi je specifikováno prahovým napětím. • U křemíkových diod je prahové napětí asi 0,6 – 0,7 V • U germaniových diod je prahové napětí asi 0,2 – 0,3 V • V-A charakteristika diody 1N5061 v propustném směru

5. V propustném směru vzniká na diodě úbytek napětí pro příslušný protékající proud podle VA charakteristiky. Výkonová ztráta je tedy dána součinem propustného proudu a tohoto úbytku napětí: • Pro případ na obrázku, kdy v pracovním bodě P je pro propustný proud 10 A úbytek napětí na diodě 1,65 A je: • To už je poměrně velká výkonová ztráta (přemění se v teplo), pro aplikace s vel-kými propustnými proudy je třeba volit diodu s co nej-menším úbytkem

6. Typickou vlastností PN přechodu v propustném směru je záporný teplotní součinitel napětí, tj. s rostoucím napětím se posouvá VA charakteristika k nižším napětím (větší teplota = více vytržených volných nosičů a může téci větší proud při stejném napětí) • Hodnota teplotního sou-činitele napětí se pohybuje okolo -2 mV/°C, tj. při ohřátí přechodu o 1°C se posune VA charakteristika v napě-ťové ose o 2 mV vlevo. • VA charakteristiky diody BYV28-300 v propustném směru při různých teplotách přechodu Tj

7. VA charakteristiku diody v propustném směru lze zjednodušit linearizací – charakteristika se rozdělí na dva lineární úseky rozdělené napětím UP – pro červené hodnoty napětí je proud nulový a dynamický odpor je nekonečno – pro zelené hodnoty napětí sklon linearizovaného úseku odpovídá určitému dynamickému odporu • Dynamický odpor ú-seku pro napětí vyšší než UP je pro příklad na obrázku:

8. Při použití linearizace (mo-delu) VA charakteristiky platí: • Diodu pak lze v propustném směru nahradit obvodem:

9. V závěrném směru se rozšíří oblast prostorového nápoje a počet nosičů náboje, které tuto oblast překlenou, je velmi malý. • Hlavním zdrojem volných nosičů je působení tepla. S rostoucí teplotou tedy výrazně roste i zbytkový proud. • VA charakteristika diody 1N5061 v závěrném směru

10. Po dosažení průrazného závěrného napětí je intenzita elektrického pole mezi anodou a katodou tak velká, že nosiče záporného náboje z anody jsou přitahovány kladným nábojem na katodě a naopak a dochází k průrazu (je překonána elektrická pevnost přechodu PN – u křemíku asi 25 kV/mm). • Tento průraz je destruktivní proces – rychlý průlet elektronů poničí krystalovou mříž. • Hodnotu závěrného napětí nesmíme na běžné diodě přesáhnout. • Vhodnou úpravou PN přechodu pomocí silnější dotace části polovodiče (N nebo P) lze zajistit jiné chování v průrazu, kdy je pak proces průrazu nedestruktivní (po jistou hodnotu závěrného napětí) – využití pro Zenerovy diody (viz dále)

11. Výkonová ztráta v závěrném směru je malá, zbytkový proud i u diod pro propustné proudy v jednotkách až desítkách A je v řádech A. • Vliv teploty PN přechodu je v závěrném směru velmi výrazný. • Při nízké teplotě PN přechodu je z krystalové mřížky vytrháváno vlivem tepla jen velmi málo volných elektronů – závěrný proud je malý. • Naopak při vyšší teplotě PN přechoduje z krystalové mřížky vytrháváno vlivem tepla více volných elektronů – závěrný proud rychle stoupá. • Nárůst závěrného proudu je s teplotou přibližně logaritmický (viz charakteristika)

12. Závislost závěrného (zbytkového) proudu na teplotě přechodu pro diodu BYV96 • Např. pro 30°C je závěrný proud 1 A, pro 100°C již 10 A a pro 150°C je okolo 100 A – tedy teplota vzrostla 5x proud však 100 x.

13. Základní katalogové údaje diod Maximální střední hodnota proudu v propustném směru IFAV • Maximální špičková hodnota proudu v propustném směru (opakovatelná, neopakovatelná) IFM nebo IFSM • Hodnota proudu v nepropustném směru IR • Maximální hodnota závěrného napětí opakovatelná URRM • Hodnota napětí v propustném směru UF pro určitýIF • Dynamický odpor v propustném směru RDF • Dovolená výkonová ztráta PDnebo PTOT • Příklad z katalogového listu usměrňovacích diod řady 1N54XX

14. Provedení a pouzdra diod • Velikost pouzdra prakticky definuje maximální výkonovou ztrátu na diodě (lze zvětšit přídavným chladičem).

15. Děkuji Vám za pozornost Jiří Šebesta Střední průmyslová škola Uherský Brod, 2010 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky