Diode i razlike u primjeni

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

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

• 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)

• 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

• 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.

Karakteristike diode

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

smjeru

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

• 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

Vrste dioda

• Ispravljačka dioda• Zener dioda• Svjetleća (LED) dioda• Tunelska (Esakijeva) dioda• Varikap dioda

Ispravljačka dioda Kod ispravljačke diode imamo:1.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

2. 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)

• 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

• 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)

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

• 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

• 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

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...

Nekoliko slika LED dioda

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

• 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

• 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

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 200 pF, a probojni naponi su oko 40 V,

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

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

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.)

KRAJ

SRETNO!