Diode i razlike u primjeni

1. Diode i razlike u primjeni

2. Općenito o diodama • diode su nelinearni poluvodički elementi koji se sastoje od anode i katode • posjeduju ispravljačka svojstva • njihov rad zasnovan je na P – N spoju

3. P – N spoj • poluvodič tipa N je onaj kod kojega kao nosioci vodljivosti prevladavaju elektroni, a on se dobiva tako da germaniju ili siliciju dodajemo nečistoće (P, As ili Sb) • poluvodič tipa P je onaj kod kojega kao nosioci vodljivosti prevladavaju šupljine, a one nastaju • spajanjem n- i p-tipa poluvodiča nastaje pn-spoj

4. u blizini samog kontakta elektroni iz n-poluvodiča ‘prelaze’ u p-poluvodič i tamo se 'poništavaju' s dijelom šupljina, a šupljine iz p-poluvodiča ‘prelaze’ u n-poluvodič i tamo se 'poništavaju’ s dijelom elektrona (sl. a) • time nastaje područje sa znatnim manjkom nosioca naboja koje se još zove i područje osiromašenja (sl. b)

5. ako priključimo bateriju na pn-spoj, i to '+' pol na n-poluvodič a '-' pol na p-poluvodič, područje osiromašenja će se proširiti • baterija će u n-poluvodiču privući elektrone, a u p-poluvodiču privući šupljine, pa će preostali elektroni/šupljine zato lakše ‘prelaziti’ • a ako n-poluvodič spojimo na '-' pol baterije, a na p-poluvodič '+' pol područje osiromašenja će se suziti, jer će baterija u n-poluvodiču 'pogurati' elektrone, a u p-poluvodiču šupljine, ka pn-kontaktu

6. dakle, dobili smo da s jednom polarizacijom baterije kroz diodu teče vrlo mala struja, dok s obrnutom polarizacijom teče velika struja (sl. c) što je upravo ispravljačko svojstvo.

7. Karakteristike diode • mali pad napona u propusnom smjeru • vrlo mala zaporna struja • visoki probojni napon • velika dopuštena gustoća struje u propusnom smjeru

8. Strujno naponska karakteristika diode • Idealna strujno naponska karakteristika poluvodičke diode bi bila u slučaju propusne polarizacije kada struja ne ovisi o diodi već o teretu, a napon na diodi je 0 • U slučaju nepropusne polarizacije struja Id=0 i napon na diodi jednak je naponu izvora

9. Kod stvarne diode karakteristika se razlikuje po tome što u slučaju propusne polarizacije je potreban određeni minimalni napon da se razori P – N prijelaz • Taj napon se kreće od 0,3 za Ge do 0,6 za Si • Nakon tog postignutog napona struja kroz diodu određena je samo teretom • U slučaju nepropusne polarizacije ipak teče neka mala struja kroz diodu koja je rezultat sadržaja, nečistoća u kristalu poluvodiča ili nekih drugih parametara

10. Vrste dioda • Ispravljačka dioda • Zener dioda • Svjetleća (LED) dioda • Tunelska (Esakijeva) dioda • Varikap dioda

11. Ispravljačka dioda Kod ispravljačke diode imamo: • poluvalno ispravljanje • poluvalno ispravljanje dobivamo korištenjem jedne diode koja je priključena na izmjenični napon • poluvalno ispravljanje naziva se zato što preko diode prelazi samo jedna poluperioda, a druga ne prolazi • ovo ispravljanje nije praktično zato što polovina snage (ili napona) nije iskorištena

12. punovalno ispravljanje: korištenjem četri diode dobivamo Greatz-ov spoj i na izlazu iz Greatz-ova spoja dobivamo istosmjerni napon koji se sastoji od dvije poluperiode (prenosimo i pozitivnu i negativnu poluperiodu)

13. princip rada ovakvog spoja dioda se zasniva na tome da prenosimo i pozitivnu i negativnu poluperiodu tako da jednu i drugu stranu izmjeničnog izvora priključujemo na po dvije diode koje su suprotno polarizirane • na taj način dopuštamo prolaz izmjeničnog ulaznog signala bez obzira da li je negativan ili pozitivan • izlazni priključci Uist (+ i -) su uvijek , tj. u vrijeme trajanja obje poluperiode na istom polaritetu

14. ovaj istosmjerni napon nije u potpunosti ispravljen te je potrebno dodati ravnanje (“peglanje”) izlaznog napona • dodavanjem kondezatora paralelno izlaze iz Greatz-ova spoja (između + i -) dobivamo manje valovit istosmjerni napon na izlazu iz ispravljača • kondezator odnosno njegov kapacitivni otpor ovisi od frekvenciji priključenog napona (što je ta frekvencija manja XC je veći)

15. Zener dioda (stabilizator napona) • To je zehnološki izveden P – N spoj sa velikim sadržajem manjinskih nosioca naboja, tj. sa velikim onečišćenjem P i N poluvodiča • Zahvaljujući velikom broju manjinskih nosioca naboja pri nepropusnoj polarizaciji naboja ta količina naboja je dovoljna da razori P – N barijeru, pa kažemo da je nastao Zenerov proboj

16. Taj proboj nije destruktivan i za njega je karakteristično da se dešava pri nekom naponu koji se naziva Zenerov napon i čija vrijednost ovisi o tehnološkoj izvedbi diode (može biti od 1 do nekoliko stotina volta) • Svojstva ove diode su da pri Zenerovom proboju ona postaje vodljiva, pri čemu napon na diodi postaje konstantan, za velike promjene struje • Ta osobina se koristi u svrhu dobivanja stabilnog napona i to tako da se Zenerova dioda spoji paralelno teretu

17. Na taj način se dobiva stabilan izvor napona, a stabilizacija se naziva paralelna stabilizacija • Prednost ovakve stabilizacije je jednostavan spoj i niska cijena, a nedostatak mala snaga od nekoliko desetaka W

18. Svijetleća (LED) dioda • je dioda koja emitira nekoherentnu svjetlost • uz odgovarajući napon propusno polariziranog PN – spoja (uz visoke gustoće struje) dio energije dobiven rekombinacijom elektrona i šupljina u barijeri pretvara se u koherentno svjetlo • pošto može emitirati svjetlost različitih boja koristi se u signalnim svjetlima, alfa numeričkim pokazivačima, za dobivanje svjetlosnih impulsa...

19. Nekoliko slika LED dioda

20. Tunelska (Esakijeva) dioda • je poluvodički element koji se po karakteristici i radu bitno razlikuje od običnih poluvodičkih dioda • ona ima vrlo tanki PN – spoj izrađen od jako dopiranih, tj. degeneriranih poluvodiča • Fermijev nivo takvih poluvodiča tipa N nalazi se u vodljivom pojasu, a tipa P u valencijskom pojasu

21. na vrlo uskoj barijeri takvog PN – spoja javlja se efekt tuneliranja, tj. elektroni i šupljine prolaze kroz barijeru iako im je energija manja od visine barijere, ukoliko se na drugoj strani barijere mogu pojaviti s istom energijom, tj. na istom energetskom nivou • to znači da se tuneliranje javlja kad s jedne strane barijere postoje elektroni, a s druge šupljine na istom energetskom nivou • upotrebljava se za stvaranje oscilacija na vrlo visokim frekvencijama

22. ova dioda može se upotrijebiti i kao vrlo brza sklopka, tj. povišenjem struje preko vrijednosti Ip napon se vrlo brzo poveća s vrijednosti Up na vrijednost veću od Uv, odnosno smanjenjem struje ispod vrijednosti Iv napon se vrlo brzo smanji sa Uv na vrijednost manju od Up

23. Varikap dioda • je dioda kod koje se kapacitet mijenja s promjenom napona, tj. to je dioda s naponski upravljanim kapacitetom • kapacitet je posljedica osiromašenog sloja u pn-spoju • upotrebljava se u modulatorima,najčešće radi u nepopropusnom području • kapacitet se kreće između 10 i 200pF, a probojni naponi su oko 40V,

24. kapacitivne diode se koriste za ugađanje tirajnih krugova i za automatsku regulaciju frekvencije u radiotehnici

25. Zaključak • Diode su veoma korisne i mogu imati mnoge primjene u elektrotehnici i elektronici • Postoje mnoge vrste dioda, ali smo ovdje obradili samo nekoliko tipova

26. Literatura • Tehnička enciklopedija, sv.3, Zagreb, JLZ, 1969. • Tehnička enciklopedija, sv.4, Zagreb, JLZ, 1973. • Tehnička enciklopedija, sv.10, Zagreb, JLZ, 1986. • Krstić, Vladimir. Mala škola elektronike, Beograd, TK, 1975. • Seminarski rad: http://adria.fesb.hr/~vjeramaz/seminarski-word.doc (3.1.2010.) • http://eskola.hfd.hr/pitanja_odgovori/show_answ.php?pitanje=/9/dioda.html (28.12.2009.)

27. KRAJ SRETNO!