D i ó d a

Polovodičová dióda

Polovodičová dióda je najjednoduchšia polovodičová súčiastka s jedným P-N priechodom. P-N priechod je vytvorený v monokryštály čistého polovodiča vhodnou technológiou. Takýto zapuzdrený P-N priechod vhodne opatrený elektródami tvorí polovodičovú diódu.

Ak je dióda zapojená do obvodu tak, aby na jej anóde (na časti s vodivosťou P) bolo kladné a na katóde (časti s vodivosťou N) záporné napätie, je dióda polarizovaná v tzv. priepustnom smere - vedie elektrický prúd (obr.1).

Pri opačnej polarite napätia na anóde a katóde je dióda polarizovaná v tzv. závernom smere - elektrický prúd nevedie.

Podľa základného použitia môžeme diódy rozdeliť ako:

· usmerňovacie,

· stabilizačné (Zenerove),

· luminiscenčné (LED),

· fotodiódy.

V tejto kapitole sa sústredíme len na prvé dva typy polovodičových diód.

Naspäť

Usmerňovacia dióda

Polovodičová dióda zapojená do striedavého obvodu predstavuje vlastne najjednoduchší usmerňovač. Jej usmerňovací účinok spočíva v tom, že v priepustnom smere má dióda malý odpor a v závernom veľký.

V priepustnom smere má dióda najprv pri malom napätí veľký odpor, ktorý rýchlo klesá pri dosiahnutí tzv. prahového napätia U_(TO). Ďalej sa s rastúcim prúdom diódy mení jej odpor len nepatrne, a preto podľa obr.2 je charakteristika v priepustnej časti strmá. V priepustnom smere môže byť úbytok napätia na dióde DU_D v rozmedzí 0,6 až 1,2 V. Veľkosť prahového napätia je u germániovej diódy 0,3 až 0,5 V a u kremíkovej 0,5 až 1,1 V.

Usmerňovacie diódy sa v závernom smere nesmú zaťažovať a treba ich chrániť pred prepätím. Po zvýšení napätia medzi anódou a katódou nad hodnotu tzv. prierazného napätia sa dióda prierazom poškodí a vedie elektrický prúd tak, ako to vyplýva z voltampérovej charakteristiky polovodičovej diódy – obr.2

Naspäť

Stabilizačná (Zenerova) dióda

Táto dióda má v priepustnom smere podobnú charakteristiku ako usmerňovacia (obr.3). V závernom smere je charakteristika Zenerovej diódy tiež podobná charakteristiky obyčajnej, až na prierazné napätie U_Zen (tzv. Zenerove napätie). Po prekročení tohto napätia dochádza k lavínovému nárastu počtu voľných nosičov elektrického prúdu v oblasti PN priechodu diódy. Pri tomto procese nedôjde však k poškodeniu diódy ako pri obyčajnej dióde používanej v polovodičových usmerňovačoch. Pri tomto prudkom náraste prúdu sa napätie takmer nemení. Veľkosť maximálneho Zenerovho prúdu I_Zmax je pri jednotlivých typoch diód daná maximálnou výkonovou stratou P_Zmax (obr.3).

Typické zapojenie stabilizátora jednosmerného napätia so Zenerovou diódou je uvedené na obr.4. Odpor R₀ musí mať pre vstupné napätie U₁ takú hodnotu, aby pracovný bod diódy ležal v tzv. Zenerovej oblasti voltampérovej charakteristiky (obr.3). Nie je vhodné, aby sa pracovný bod diódy nachádzal v blízkosti kolena V-A charakteristiky (I_Zmin), alebo blízkosti krivky maximálnej zaťažiteľnosti (I_Zmax)

Naspäť

Frekvenčná závislosť diód

Z hľadiska výrobných postupov a prúdovej zaťažiteľnosti sa začali používať plošné diódy.

Pri vysokých frekvenciách je ich použitie problematické, pretože majú pomerne veľkú kapacitu závernej vrstvy (až niekoľko stoviek pF). Kapacita totiž rastie úmerne s plochou doštičky a zhoršuje dynamické vlastnosti diód. Ak takúto plošnú diódu použijeme u jednoimpulzového usmerňovača, dôjde pri náraste frekvencie (už od 400 Hz) k nárastu dobe zotavenia t_r_r voči dobe v závernom smere T_R, t.j. dôjde k oneskoreniu signálu (obr.5 – vrchný alebo spodný priebeh).

Percentuálny pomer doby zotavenia t_r_r voči dobe T_R , ktorý rastie s veľkosťou frekvencie, vypočítame

(1)

Ak má byť kapacita malá (čo sa vyžaduje najmä v impulzovej technike), musíme udržať malú kontaktnú plochu. Toto sa dosiahne u hrotových diód.

Pri osadení kovového hrotu na polovodič vodivosti N sa dá odpovedajúcou technológiou v mieste dotyku vytvoriť v okolí hrotu v polovodiči N tenká oblasť P. Vzniká teda prechod PN s už popísanými vlastnosťami, ktorý však má kapacitu závernej vrstvy radu len (0,5 až 1) pF, tj. dióda je takmer bezkapacitná.

Naspäť