2. Diody a usmrovae P N pechod

Transkript

1 2. Diody a usmrovae schématická znaka A K Dioda = pasivní souástka k P N je charakteristická ventilovým úinkem pro jednu polaritu piloženého naptí propouští, pro druhou polaritu nepropouští lze ho dosáhnout : a) pechodem P N b) pechodem kov polovodi 2.1. P N pechod pi spojení dvou polovodi P,N bez piloženého naptí vznikne metalurgický pechod je to místo, kde koncentrace donor = koncentrace akceptor.,,p",,n" 5*1 5,2,2 1*1 6 E,4 (V)

2 OPN oblast prostorového náboje, chybí mu voln pohyblivé náboje» depletiní vrstva = depletion layer z hraniní oblasti polovodie P odejdou difúzí díry do oblasti N a z hraniní oblasti polovodie N odejdou difuzí e do oblasti P, vzniknou nepohyblivé ionty ty jsou nábojem elektrického pole o vysoké intenzit vzniklé elektrické pole zptn pitahuje minoritní nosie, tj. e z P do N a díry z N do P jde o drift ten má opaný smr než difúze. Nastává rovnost : difúze = drift Dioda s P N pechodem P N pechod opatíme kontakty, piložíme naptí: a) propustný smr I u dojde ke snížení OPN vrstvy: díry zanou driftovat z P do N e zanou driftovat z N do P» díry po urité vzdálenosti za OPN zrekombinují jde o tzv. difúzní délku. celkový proud tvoí proud e a dr v pásovém modelu P N

3 E(eV) 1,,5 W C tj. prbh energie bez piloženého naptí,5 1, W V tj. prbh energie s piloženým naptím b) závrný smr OPN se rozšíí E(eV) 2, 1, P W C prbh energie bez vnjšího naptí 1, N W V

4 2.3 Voltampérová charakteristika pechodu PN ideální pechod PN se ídí,,schockleyho rovnicí : eu kt I I ( e 1) I (ma) propustný U (V) U (V) závrný 1,2,4,6, I (pa) Mení VA charakteristiky: 1) varianta 2) varianta A G

5 2.4 Lavinový a tunelový jev pi tchto jevech nastává prraz pechodu PN» pi pekroení prrazného naptí prudce vzroste proud. lavinový jev s rostoucím závrným naptím roste tlouška OPN vzroste intenzita el. pole to urychluje volné e, které se srazí s atomy mížky, vyrazí valenní elektron, elektron drová vodivost prudce zvýší proud diodou» proud nabývá vysokých hodnot» zniení diody. tunelový jev = Zenerv jev pechod PN tvoí bariéru, tu e mohou pekonat tunelovým jevem. X jde o to, že valenní e mohou projít z valenního pásu polovodie P do vodivostního pásu polovodie N. nemá destruktivní charakter prakticky se Zenerv jev Si diod uplatuje jen pro U z < 8V! 2.5 Parametry diod i F (ma) I FSM I FAV úbytek v propustém smru: Si diody ~ (,6,7) Ge diody ~ (,2,3) u (V) U SM U M u F (V) u T U F i (ma)

6 U M maximální opakované závrné naptí U SM maximální neopakovatelné závrné naptí I FAV maximální dovolená stední hodnota proudu I FSM maximální povolený impulsní proud Zpravidla: I FSM = 1F FAV Platí: Ztrátový výkon v propustném smru = ztrátový výkon v závrném smru» tj. dáno pouzdrem diody. 2.6 technologie výroby technologie slitinové na destiku typu N se položí kulika P, uloží se do pece. Si 14 C P Ge 55 C N nevýhoda jednotlivé prvky se liší vlastnostmi technologie difúzní difúzní pímsi z plynné fáze N P Plynná atmosféra s dotujícím plynem plyn pronikne do destiky do hloubky 2m výhoda lze vyrobit prvky s malým rozptylem vlastností selektivní difúze s oxidovou maskou planární technologie Si destika se nechá v atmosfée vodních par» povrch zoxiduje» SiO 2 Si SiO 2 otvor se vybrousí

7 2.7 typy diod s pechodem PN 1. diody usmrovací vyznaují se ventilovým úinkem, k usmrnní stídavých proud frekvence ~ 1kHz I FAV ~ (ma, ka) U M ~ (V, kv) zpracovávají velké výkony 2. diody vysokofrekvenní = signálové usmrují naptí o frekvencích ~ (khz, 1GHz) zpracovávají malé výkony ~ ma ím vyšší frekvence, tím menší plocha pechodu» využívají se hrotové diody. 3. diody stabilizaní = Zenerovy diody dnes Uz = (2,3,4,.4)V teplotn nezávislé naptí Uz 6V U Z pro U 6V výrobci provádí komopenzaci pomocí antisériové diody» produkt se nazývá referenní dioda 4. kapacitní dioda vyznaují se velkou kapacitou pechodu PN a) varikap chová se jako lineární kondenzátor hodnota kapacity se nastavuje stejnosmrným naptím pivedením U f naptí se kapacita nemní b) varaktor chová se jako nelineární kondenzátor bhem periody se mní hodnota kapacity

8 5.tunelová dioda uplatuje se tunelový jev v propustném smru je neperspektivní 2.8 Usmrovae 1. jednocestný 2. dvojcestný 3. mstkový 1) vlastnosti jednocestného usmrovae i D Ivýst U 2 U2MAX D u 1 u 2 C u C U SS t U C u ef p 1[%] zvlnní: u ss Proud diodou tee jen tehdy (pípad se zapojeným U SS i D t kondenzátorem), kdy na anod diody je naptí o U F vtší než na katod diod t

9 volba prvku: kondenzátor na naptí > U ss dioda I FAV > I výst u 2 U U U 2U M 2MAX SS SS výhody: jednoduchost nevýhody: velké zvlnní výstupního naptí lze ho používat jen pro malé výkony velké ztráty v trafu zpsobené nesymetrickým zatížením 2) vlastnosti dvojcestného usmrovae poloviní hodnota zvlnní kapacitor je dobíjen 2 násobnou frekvencí» 1Hz» empirická hodnota K=3s nevýhoda: trafo s vyvedeným stedem jeho sekundární vinutí jsou zapojená do série a jsou shodná 3) vlastnosti mstkového není nutné trafo s vyvedeným stedem parametry diod: I IFAV 2 U M výst U to proto, že v závrném smru jsou 2 diody v sérii 2MAX kondenzátor: U SS u 2 vhodný pro velké výkony

10 2.9 Stabilizátory naptí 1) stabilizátor se využívá kolmého kolena závrné V A charakteristiky nastavení pracovního bodu P[ u, u ] provedeme pomocí odporu, pracovní bod je prseík V A charakteristiky a zatžovací pímky. P[1V, 15mA] i u U s osou x: i :[ U ;] U s osou y: u :[, ] Prakticky: i i Z i u u Z pracovní oblast

11 initel proudové stabilizace: S I uvýst ivýst» jeli hodnota nižší, tím je odolnjší vi zmnám výstupního proudu. initel napové stabilizace: S U uvst uvýst» ím je vtší, tím je odolnjší vi zmnám vstupního naptí Mení na stabilizátorech: I 2 I Z U 1 U 2 Z 1) zatžovací charakteristika U Z = f(i Z ) U 1 = konst. U 2 I Z 2) pvodní charakteristika U Z = f(u 1 ) = konst. U 2 U 1

12 P. 1. Urete pracovní bod, jeli U = 12V, = 12 pro dva typy zátží: a) Z1 = 1K b) Z2 = U U Z U2 ad a) U Ui Z Ui U 1,7V Z i Z Z Z Z 17 ad b) i U(V) U 2.. a b 5 P 1 =[U,] P 2 =[, i u U U ] 1 I(mA)

13 2) stabilizátory naptí integrované a) tísvorkové stabilizátory naptí jde o stabilizátory se zptnovazební smykou» vykazují lepší vlastnosti než s stabilizátor se Zenerovou diodou. nejbžnjší MA 78 XX kladný výstup MA 79 XX záporný výstup jde o stedn výkonové proudový odbr (,1A až 3A) p. MA 785» 5V MA 7815» 15V MA 795» 5V MA 7915» 15V zapojení: vstup V b) Napové referenní obvody nevýkonné 1) TEXAS INSTUMENT LM U 1 U 2

14 2) ANALOG DEVICES (4,5 3)V U 1 2,5V,1V AD 58M