1. POLUVODIČKA DIODA

Osnovno i zajedničko svojstvo poluvodičkih dioda je njihovo ispravljačko svojstvo, tj. da u

jednom smjeru (od anode prema katodi) odlično provode struju, a u obrnutom smjeru loše.

Postoji puno vrsta dioda koje se međusobno razlikuju prema tehnološkoj izvedbi, snazi,

funkciji, maksimalnoj struji i sl. Općeniti simbol poluvodičke diode je prikazan na slici 1.

Slika 1. Građa i simbol poluvodičke diode

(Izvor: http://hr.wikipedia.org/wiki/Dioda 04.12.2013.)

1.1. Opća svojstva poluvodičkih dioda

Poluvodičke diode upotrebljavaju se za ispravljanje, stabilizaciju i ograničenje napona,

uklapanje strujnih krugova, miješanje i detekciju visoko frenkvencijskih signala, itd.

Poluvodičke diode su elementi koji imaju PN-spoj na kojem se javlja ispravljački efekt.

Poluvodičke diode se nazivaju i kristalne diode, jer im kao baza služi kristal germanija ili

silicija. Poluvodičke diode su nelinearni elektronički elementi koji imaju nelinearnu

naponsku-strujnu karakteristiku.

1.2. Ispravljačko djelovanje poluvodičke diode

Za ispravljanje izmjenične električne struje u istosmjernu potreban je elektronički element s

ispravljačkim djelovanjem, npr. dioda, tiristor ili tiratron. Poluvodička dioda u jednom smjeru

propušta struju nepružajući joj gotovo nikakav otpor (propusna polarizacija) dok u suprotnom

smjeru (zaporna polarizacija) nevodi struju zbog vrlo velikog otpora, a na taj način ispravlja

izmjeničnu struju u istosmjernu.

Kod izbora poluvodičke diode maksimalni inverzni napon mora biti manji od probojnom

napona. Nesmije se prekoračiti maksimalna vršna vrijednost direktne struje.

U praksi se najviše koriste silicijske diode jer imaju najbolja svojstva od svih poluvodičkih

ispravljačkih dioda: najveću gustoću struje po presjeku PN-spoja, velike zaporne napone, a

rade pri najvišim temperaturama.

2. VRSTE POLUVODIČKIH DIODA

Prizvodi se velik broj različitih tipova poluvodičkih dioda s različitim karakteristikama. Diode

se razlikuju međusobno u obliku i dimenzijama, po izboru upotrebljenog poluvodiča, te po

tehnološkom postupku izrade. Prema tehnološkoj izvedbi PN-spoja diode se dijele u dvije

skupine:

diode s točkastim spojem ili točkaste diode

diode s površinskim spojem ili slojne diode.

2.1. Točkasta dioda

Točkasta dioda je najduže poznati elektronički element jer su još prije pronalaska elektronskih

cijevi postojali tzv. „kristalni detektori“ kod kojih je isto bio prisutan spoj tankog metalnog

šiljka i nekog kristala.

Točkasta dioda se sastoji od pločice Ge ili Si N-tipa na kojoj je pritisnut šiljak od volframove

žice. Volframova žica se zavari na pločicu poluvodiča. Uz vrh žice kristal se otopi, a u kristal

prodiru atomi iz metalne žice i pri rekristalizaciji se formira neposredno oko šiljka P-tip

poluvodiča. Na ovaj način se dobiva PN-spoj vrlo male površine, tzv. točkasti spoj. od kuda i

dolazi naziv točkasta dioda. (sl.2.)

Točkaste diode imaju lošiju UI-karakteristiku od slojnih dioda. Kako je poprečni presjek

PN-spoja točkastih dioda malen, nemogu dati jaču struju u propusnom smijeru od oko 200

mA.

Područje primjene točkastih dioda vrlo je široko. Upotrebljavaju se u radio aparatima i TV

prijemnicima, za radio-detektore, diskriminatore, te za detekciju i miješanje. Zatim je tu

mjerna tehnika, a kao preklopnici upotrebljavaju se u elektroničkim računalima. Prednosti

točkastih dioda naročito dolaze do izražaja kod mikrovalova, jer u odnosu na druge elemente

imaju malo vrijeme prolaza i male šumove.

Slika 2. Konstrukcija točkaste diode od germanija

(Izvor: Ružojčić, B.: Predavanja iz Inteligentnig sustava 2013./ 2014.)

2.2. Slojna dioda

Slojne germanijske i silicijske diode imaju PN-spoj veće površine, koji se dobiva postupkom

legiranja ili difuzijom, a nazivaju se i diodama s površinskim slojem.

PN-spoj slojnih dioda ostvaruje se tako da se u pločici poluvodiča N-tipa dodavanjem

akceptorskih primjesa formira P-tip poluvodiča. Slojne diode imaju bolju karakteristiku

inverzne struje od točkastih dioda. Zbog velike površine PN-spoja ove diode mogu dati vrlo

velike struje pri propusnoj polarizaciji i do nekoliko stotina ampera, a probojni napon

silicijskih slojnih dioda kreće se i do 1000 V. Germanijske slojne diode se uglavnom koriste u

niskoj frekvencijskim sklopovima dok se silicijske diode mogu upotrebljavatii na višim

frenkvencijama.

Glavna područja upotrebe slojnih dioda su u tehnici jake struje i to u ispravljačkim uređajima,

u kemijskoj industriji, te za pogon električnih lokomotiva. U tim područjima baš zbog visokog

stupnja djelovanja, silicijevi ispravljači istiskuju sve druge vrste ispravljača.

U tehnici slabe struje, slojne diode su našle primjenu u ispravljačima mrežnog napona u

različitim elektroničkim uređajima.

2.3. Podjela poluvodičkih dioda prema namjeni

Prema namjeni razlikuju se slijedeće vrste poluvodičkih dioda:

dioda za ispravljanje Zenerova (probojna) dioda tunelska dioda kapacitivna (varikap) dioda fotodioda svjetleća (LED) dioda

Slika 3. Prikaz vrsta dioda, njihovi simboli, IU- karakteristike i područje primjene.

Izvor: Ružojčić, B.: Predavanja iz Inteligentnig

sustava 2013./ 2014.)

2.3.1. Ispravljačka dioda

Ispravljačke diode su slojne germanijske i silicijske diode predviđene za jače struje (do

nekoliko stotina ampera).

Kućišta su im različitih oblika , a imaju dobar odvod topline i mogu se smjestiti u hladnjake.

Moguć je smještaj više ispravljačkih dioda u zajadničko kućište koje nazivamo i Greatzov

spoj.

2.3.2. Zenerova (probojna) dioda

Zenerova ili probojna dioda je silicijska dioda s površinskim spojem. Vrijednost probojnog

napona (Zenerov napon UZ) određena je koncentracijom primjesa na slabije vodljivoj strani

potencijalne barijere, a kreće se od nekoliko volti do tridesetak volti.

Silicijske Zenerove diode s probojnim naponom ispod 5,6 V imaju negativni teperaturni

koeficijent, pa im Zenerov napon opada s porastom temperature (Zenerov efekt), a diode s

probojnom naponom iznad 6 V imaju pozitivni temperaturni koeficijent. Diode s probojnim

naponom od 4-6 V imaju minimalni temperaturni koeficijent. Kako je vrijednost probojnog

napona neovisna o struji, a vrlo se malo mijenja i s promjenom temperature diode, Zenerove

diode služe za stabilizaciju naponu i dobivanja referentnog konstantnog napona.

Slika 4. Simbol, polarizacija i naponsko-strujna karakteristike Zenerove diode

(Izvor: Ružojčić, B.: Predavanja iz Inteligentnig sustava 2013./ 2014.)

2.3.3. Tunelska dioda

Tunelska dioda se još i naziva Esakijeva prema japanskom pronalazaču Esakiju. Ona se UI-

karakteristikama bitno razlikuje od ostalih dioda s površinskim slojem. Dodavanjem veće

količine primjese nego kod Zenerove diode inverzni probojni napon je 0 V. Zbog velikih

koncentracije primjesa tunelske diode imaju tanki PN-spoj na kojem se javlja efekt tuneliranja

elektrona kroz barijere. Dio karakteristike s negativnim otporom je nestabilan i može se

koristiti za stvaranje oscilacija vrlo visokih frekvencija za nekoliko GHz, a ove diode mogu

upotrebiti i kao vrlo brze sklopke. Više se koriste germanijske tunelske diode, a proizvode se

diode od galij arsenida koje su još povoljnije.

2.3.4. Kapacitivna (varikap) dioda

Kapacitivna ili varikap dioda je dioda kod koje se kapacitet PN-spoja mijenja s promjenom

napona. Diode s promjenjivim kapacitetom se upotrebljavaju u području zaporne polarizacije,

a namjenjene su za rad na vrlo visokim frenkvencijam do 20 GHz i malih su dimenzija.

Proizvode se od silicija ili galij arsenida. Varikap diode se upotrebljavaju kao kondezatori za

ugađanje titrajnih krugova, te za automatsku regulaciju, frekvencije u radio i Tv tehnici.

2.3.5. Fotodioda

Foto osjetljiva dioda ili fotodioda je najčešće germanijska dioda s točkastim ili površinskim

spojem. Fotodiode imaju kao i sve poluvodičke diode jedan PN prijelaz. Osvijetli li se taj

prijelaz u zrakama svjetla ubačen foton proizvodi u kristalu poluvodiča slobodne nosioce

naboja i tako nastaje tzv. foto-struja. Reverzna struja tih dioda je jako ovisna o intizitetu

svjetla pa dioda može služiti kao indikator osvjetljenja. Takve se diode stavljaju u kučište s

staklenom lećom. Koriste kao brze svjetlosne sklopke, npr. za čitanje bušenih kartica, traka i

sl. Fotodiode se ipak pretežno koriste za područje infracrvene svjetlosti.

2.3.6. Svjetleća (LED) dioda

Svjetleća ili foto-emitirajuća dioda emitira svjetlost kada kroz nju prolazi struja pri propusnoj

polarizaciji. LED diode su slojne diode koje emitiraju svjetlost različitih valnih duljina,

ovisno o upotrebljenoj poluvodičkom materijalu, Diode s galij arsenidom emitiraju nevidljivu

infracrvenu svjetlost, diode s galij fosforom emitiraju crvenu svjetlost, a diode s galij

arsenidom legiranim fosforom emitiraju zelenu svjetlost. Dioda izrađena na bazi galijm

fosfora i legiranim arsenom emitira žutu svjetlost. LED dioda ima znatno duži vijek trajanja

od žarulje pa se koristi kao indikator u audio i video uređajima i za višesegmetne displeje u

kalkulatorima. LED diode se koriste kao emiter svjetla u daljinskim upravljačima i foto

ćelijama.

Slika 5. Prikaz strujnog kruga sa LED diodom

(Izvor :http://www.hztk.hr/clanci/najave-radionica-i-drugih-aktivnosti/radionica-led-cestitka-

za-ucenike-os-u-pozegi/ 04.12.2013.)

LITERATURA (korištena)

1. Gudelj, G., Buha K., : „Elektrotehnički materijali i komponente“, ......tvoja knjiga

2. Šarčević, A.: „Elektroničke komponente i analogni sklopovi“, Centar odgoja i

usmjerenog obrozovanja za elektroniku, preciznu mehaniku i optiku „Ruđer

Bošković“, Zagreb, 1987.