Polovodičové diody Definice Toto slovo nemám rád. Navádí k puntičkářskému recitování, které často doprovází totální nepochopení podstaty. Jemnější je obrat vymezení pojmu. Ještě lepší je obyčejné: Co to je? Dioda je elektronická součástka se dvěma elektrodami. Termín dioda původně znamenal elektronku s dvěma pracovními vývody. Každá dioda má dva pracovní vývody, které se nazývají katoda a anoda. Základní funkcí diody je, že dovoluje tok proudu směrem od anody ke katodě od velmi nízkého napětí, např. Schottkyho dioda 0,3 V, křemíková dioda 0,7 V. Ve směru opačném, tedy od katody k anodě, proud neteče.
Historie (kdo nechce číst, ať nečte) Thermionic (tepelné, elektronky) a diody polovodičové se vyvíjely souběžně.
Historická galenitová dioda uzavřená (vlevo) a otevřená (vpravo) Princip tepelných diod thermionic byl objeven Frederickem Guthrieem v 1873. Princip operace diod krystalu byl objeven v 1874 německým vědcem, Karl Ferdinand Braun. Pokusy s vakuovou diodou se úspěšně zabýval také geniální Thomas A. Edison v letech 1880 až 1883 (USA, patent číslo 307031). Braun patentoval polovodičový usměrňovač v 1899. První rozhlasový přijímač používající diodu s krystalem postavil asi v roce 1900 Greenleaf Whittier Pickard.. První dioda thermionic patentoval v Británii John Ambrose Fleming (vědecký poradce Marconiho společnosti a bývalý Edisonův zaměstnanec. Léta 1904 až 1905). Pickard obdržel patent za křemíkový krystalový detektor 20. listopadu 1906 Už od doby vynálezu byl používán termín usměrňovače. V 1919 William Henry Eccles razil termín dioda z řeckého di -dva , a óda -cesta.
Stavba polovodičové diody Polovodičová dioda se skládá ze dvou příměsových polovodičů – typu N (katoda) a typu P (anoda). Na rozhraní polovodičů vznikne přechod PN (hradlová vrstva), který v ideálním případě propouští proud pouze jedním směrem. Základní materiál mívá čtyři valenční elektrony (Si, Ge). Příměs je pětimocná (P, As) a trojmocná (B, Ga, Al, In) Vzájemným silovým působením částic se na přechodu PN vytvoří vnitřní elektrické pole.
Polovodičová dioda v elektrickém obvodu
Schematická značka a voltampérová charakteristika polovodičové diody Propustný směr
Při zapojení kladného pólu zdroje k anodě (typ P) a záporného pólu zdroje ke katodě (typ N) se přechod PN 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 . Při zapojení diody v tomto směru směřují volné elektrony i díry k přechodu, tj. velikost hradlové vrstvy se zmenšuje. Vnější elektrické pole tedy umožnilo, aby
volné elektrony a díry pronikly velmi tenkou vrstvou přechodu a diodou procházel dlouhodobě elektrický proud.
Závěrný směr
Při zapojení kladného pólu zdroje ke katodě (typ N) a záporného pólu k anodě(typ P) se přechod PN v diodě rozšíří, elektrický odpor diody se zvětší. Elektrický proud v ideálním případě neprochází. Ve skutečnosti diodou prochází proud způsobený minoritními nosiči Při zapojení diody v tomto směru směřují volné elektrony i díry od přechodu, tj. hradlová vrstva se zvětšuje. Přechod elektronů a děr přechodovou vrstvou se znesnadní natolik, že vrstva proud nepropouští.
Druhy polovodičových diod • •
•
LED - rekombinace v oblasti přechodu PN způsobují vydávání světelného záření. Fotodioda – dopadající světelné nebo jiné záření způsobí v oblasti přechodu PN vytvoření dvojice elektron – díra, a tím podle způsobu zapojení dojde ke zvýšení vodivosti nebo ke zvýšení napětí na přechodu PN Plošné (usměrňovací, křemíkové) diody jsou nejčastější. Vydrží vysokou teplotu na přechodu, velké závěrné napětí ( kolem 1500 V ) a mají nepatrný závěrný a velký propustný proud ( až 10 i více A)
• • •
•
Diody určené ke spínání. Kapacitní dioda (varikap, varaktor) - změnou napětí na diodě v závěrném směru se mění její kapacita. Využívá se např. pro ladění rozhlasových přijímačů. místo ladícího kondenzátoru. Hrotové (germaniové) diody usměrňují malé vysokofrekvenční proudy. Jejich nelineární VA charakteristika se využívá v řadě obvodů
Zenerova dioda – bývá konstruována tak, že v závěrném směru dochází při napětí několika voltů k nedestruktivnímu Zenerovu průrazu. Díky tomu může fungovat jako stabilizátor napětí.
•
Mikrovlnné diody tunelové, PIN, lavinové, Schottkyho, Gunnovi a jiné.
Parametry polovodičových diod • • • • • •
Prahové napětí - elektrické napětí, při kterém dojde ke zrušení hradlové vrstvy.. Průrazné napětí - elektrické napětí, které způsobí při zapojení v závěrném směru. zničení přechodu PN a průchod proudu diodou. VA charakteristika - závislost proudu protékajícího diodou na napětí mezi vývody. Maximální zatížení - největší možný výkon elektrického proudu nepoškozující diodu. Maximální proud - největší proud, který může procházet diodou. Teplotní rozmezí - rozmezí teplot, při kterých může dioda pracovat.
Toto téma vyžaduje katalogy polovodičových součástek. K tomu je ideální využít vybavení odborných učeben v předmětu Praxe.
