2. „Diody a usm r ova e“ + A
- schématická zna ka
K
Dioda = pasivní sou ástka k
P
-
N
je charakteristická „ventilovým ú inkem“ - pro jednu polaritu p iloženého nap tí propouští, pro druhou polaritu nepropouští - lze ho dosáhnout : a) p echodem P – N b) p echodem kov – polovodi
2.1. P – N p echod - p i spojení dvou polovodi
P,N bez p iloženého nap tí vznikne „metalurgický p echod“ –
je to místo, kde koncentrace donor = koncentrace akceptor .
,,P"
0 -5
- 5*10
-
+
+
+
,,N"
0,2 0 - 0,2
-6
- 1*10 E
- 0,4 (V)
OPN – oblast prostorového náboje, chybí mu voln pohyblivé náboje » depleti ní vrstva = depletion layer -
z hrani ní oblasti polovodi e P odejdou difúzí díry do oblasti N a z hrani ní oblasti polovodi e N odejdou difuzí e- do oblasti P, vzniknou nepohyblivé ionty – ty jsou nábojem elektrického pole o vysoké intenzit
-
vzniklé elektrické pole zp tn p itahuje minoritní nosi e, tj. e- z P do N a díry z N do P – jde o drift – ten má opa ný sm r než difúze. Nastává rovnost : difúze = drift.
2.2. Dioda s P – N p echodem -
P – N p echod opat íme kontakty, p iložíme nap tí:
a) propustný sm r
I R
u
-
dojde ke snížení OPN vrstvy: díry za nou driftovat z P do N e- za nou driftovat z N do P » díry po ur ité vzdálenosti za OPN zrekombinují – jde o tzv. difúzní délku.
-
celkový proud tvo í proud e- a d r
-
v pásovém modelu -
+
P
-
+ +
N
1,0 E(eV)
-
0,5
tj. pr b h energie bez p iloženého nap tí
- - - -
WC
0
tj. pr b h energie s p iloženým nap tím
- 0,5 + + + - 1,0
+ + +
WV
b) záv rný sm r – OPN se rozší í
-
+
R
-+
-
2,0
P
E(eV) 1,0
-
+
-
WC
+
0 N - 1,0
+
WV
pr b h energie bez vn jšího nap tí
2.3 Volt-ampérová charakteristika p echodu P-N - ideální p echod P-N se ídí ,,Schockleyho rovnicí“:
I
I 0 (e
e U kT
1)
I (mA)
propustný + U (V)
- 60
- 40
záv rný - +
U (V)
- 20 - 10 0,2 - 20 - 30 - 40
0,4
0,6
0,8
I (pA)
M ení V-A charakteristiky: 1) varianta
2) varianta A
G
2.4 Lavinový a tunelový jev - p i t chto jevech nastává pr raz p echodu P-N » p i p ekro ení pr razného nap tí prudce vzroste proud. - lavinový jev – s rostoucím záv rným nap tím roste tlouš ka OPN - vzroste intenzita el. pole - to urychluje volné e-, které se srazí s atomy m ížky, vyrazí valen ní elektron , elektron – d rová vodivost prudce zvýší proud diodou » proud nabývá vysokých hodnot » zni ení diody. - tunelový jev = Zener v jev – p echod P-N tvo í bariéru, tu e- mohou p ekonat tunelovým jevem.
X
-
jde o to, že valen ní e- mohou projít z valen ního pásu polovodi e P do vodivostního pásu polovodi e N.
-
nemá destruktivní charakter
-
prakticky se Zener v jev Si diod uplat uje jen pro Uz < 8V !
2.5 Parametry diod i F (mA)
uR (V)
I FSM
úbytek v propustém sm ru:
I FAV
Si diody ~ (0,6 - 0,7) Ge diody ~ (0,2 - 0,3)
u F(V)
URSM U RRM u T UF
i R (mA)
URRM – maximální opakované záv rné nap tí URSM – maximální neopakovatelné záv rné nap tí IFAV – maximální dovolená st ední hodnota proudu IFSM – maximální povolený impulsní proud Zpravidla: IFSM = 10FFAV Platí: Ztrátový výkon v propustném sm ru = ztrátový výkon v záv rném sm ru » tj. dáno pouzdrem diody. 2.6 technologie výroby - technologie slitinové – na desti ku typu N se položí kuli ka P, uloží se do pece. Si 1400°C
P
Ge 550°C
N
- nevýhoda – jednotlivé prvky se liší vlastnostmi - technologie difúzní – difúzní p ím si z plynné fáze P
N
Plynná atmosféra s dotujícím plynem - plyn pronikne do desti ky do hloubky 20 m - výhoda – lze vyrobit prvky s malým rozptylem vlastností
- selektivní difúze s oxidovou maskou – planární technologie - Si desti ka se nechá v atmosfé e vodních par » povrch zoxiduje » SiO2
Si
SiO 2
otvor se vybrousí
2.7 typy diod s p echodem P-N 1. diody usm r ovací - vyzna ují se ventilovým ú inkem, k usm rn ní st ídavých proud - frekvence ~ 10kHz - IFAV ~ (mA , kA) - URRM ~ (V , kV)
zpracovávají velké výkony
2. diody vysokofrekven ní = signálové - usm r ují nap tí o frekvencích ~ (kHz , 10GHz) - zpracovávají malé výkony ~ mA - ím vyšší frekvence, tím menší plocha p echodu » využívají se hrotové diody. 3. diody stabiliza ní = Zenerovy diody - dnes Uz = (2,3,4,…….400)V - teplotn nezávislé nap tí Uz UZ
6V
- pro U 6V výrobci provádí komopenzaci pomocí antisériové diody » produkt se nazývá referen ní dioda
4. kapacitní dioda – vyzna ují se velkou kapacitou p echodu PN
a) varikap – chová se jako lineární kondenzátor - hodnota kapacity se nastavuje stejnosm rným nap tím - p ivedením Uf nap tí se kapacita nem ní b) varaktor – chová se jako nelineární kondenzátor - b hem periody se m ní hodnota kapacity
5.tunelová dioda – uplat uje se tunelový jev v propustném sm ru
- je neperspektivní
2.8 Usm r ova e 1. jednocestný
2. dvojcestný
3. m stkový
1) vlastnosti jednocestného usm r ova e iD D u2 C
u1
U2
I výst uC
U2MAX
R
USS
t
UC
- zvln ní:
p
uef uss
USS
100[%]
Proud diodou te e jen tehdy (p ípad se zapojeným
t iD
kondenzátorem), kdy na anod diody je nap tí o UF v tší než na katod diod
t
-
volba prvku: - kondenzátor na nap tí > Uss +
u 2
- dioda IFAV > Ivýst
U RRM | U 2 MAX | U SS -
výhody: - jednoduchost
-
nevýhody: - velké zvln ní výstupního nap tí
2U SS
- lze ho používat jen pro malé výkony - velké ztráty v trafu zp sobené nesymetrickým zatížením 2) vlastnosti dvojcestného usm r ova e -
polovi ní hodnota zvln ní
-
kapacitor je dobíjen 2 násobnou frekvencí » 100Hz » empirická hodnota K=300s
-
nevýhoda: trafo s vyvedeným st edem – jeho sekundární vinutí jsou zapojená do série a jsou shodná
3) vlastnosti m stkového -
není nutné trafo s vyvedeným st edem
-
parametry diod:
I FAV
I výst 2
U RRM | U 2 MAX | - to proto, že v záv rném sm ru jsou 2 diody v sérii
kondenzátor: USS + -
u 2
vhodný pro velké výkony
2.9 Stabilizátory nap tí 1) stabilizátor se ZD – využívá kolmého kolena záv rné V – A charakteristiky - nastavení pracovního bodu P[ uZD , uZD ] provedeme pomocí odporu R , pracovní bod je pr se ík V – A charakteristiky a zat žovací p ímky.
P[10V , 15mA]
R iZD
uZD U
Prakticky:
0
iR
0
s osou x: iZD
0 :[U 0 ; 0]
s osou y: uZD
0 :[0,
R
U ZD ] R
iZ iZD
u0
pracovní oblast
uZD
RZ
initel proudové stabilizace:
SI
uvýst ivýst
» jeli hodnota nižší , tím je odoln jší v i zm nám výstupního proudu.
initel nap ové stabilizace:
SU
uvst uvýst » ím je v tší , tím je odoln jší v i zm nám vstupního nap tí
M ení na stabilizátorech: R
I2 IZ
U1
U2
1) zat žovací charakteristika UZ= f(IZ)
U1= konst.
U2
IZ
2) p vodní charakteristika
UZ= f(U1)
R= konst.
U2
U1
RZ
P . -1. Ur ete pracovní bod ZD , jeli U0= 12V, R= 120
pro dva typy zát ží:
R
a) RZ1 = 1K b) RZ2 = U0
RZ
UZD
U2
ad a)
U0 R RZ Ri
Ui RZ
R RZ R RZ
Ui
RZ U 0 10, 7V R RZ
107
ad b) iZD
ZD
U2
U(V)
12
10
..
8
6
uZD U
P1=[U0,0] P2=[0,
U ZD ] R
0
0
2
a b
R iZD
4
50 100 I(mA)
2) stabilizátory nap tí integrované a) t ísvorkové stabilizátory nap tí - jde o stabilizátory se zp tnovazební smy kou » vykazují lepší vlastnosti než s stabilizátor se Zenerovou diodou. - nejb žn jší
MA 78 XX - kladný výstup MA 79 XX - záporný výstup
- jde o st edn výkonové – proudový odb r (0,1A až 3A) - p . MA 7805 » +5V
MA 7815 » +15V
MA 7905 » -5V
MA 7915 » -15V
- zapojení: +
1
7805 2
3
+ +5V
vstup -
1 2 3
b) Nap ové referen ní obvody – nevýkonné 1) TEXAS INSTRUMENT LM 185-1.2
U1
U2
2) ANALOG DEVICES
(4,5 - 30)V
U1 2,5V+ - 0,001V AD 580M
