Zvyšování kvality výuky technických oborů Klíčová aktivita V. 2 Inovace a zkvalitnění výuky směřující k rozvoji odborných kompetencí žáků středních škol Téma V. 2.3 Polovodiče a jejich využití Kapitola 6 Polovodičová dioda Bc. Radim Miksa 30. 9. 2012
Obsah ÚVOD - ANOTACE... 1 1 POLOVODIČOVÁ DIODA... 2 1.1 POPIS DIODY... 2 1.2 ZÁKLADNÍ PARAMETRY DIODY... 3 1.3 KONTROLNÍ OTÁZKY... 3 2 DOPORUČENÁ LITERATURA... 4 3 POUŽITÁ LITERATURA A ZDROJE... 5 4 SEZNAM OBRÁZKŮ... 6
Úvod - anotace Výukový materiál se zabývá popisem polovodičové diody, její charakteristikou a parametry. Výklad je na konci kapitoly doplněn kontrolními otázkami. Tento materiál je především určen pro 2. a 3. ročník oboru 39-41-L/01 Autotronik. Cílem tohoto materiálu je podpora zvládnutí daného výukového celku v předmětu Aplikovaná elektronika (AEL) a seznámení studentů se základními pojmy z oblasti polovodičové techniky. Po prostudování všech kapitol by měl student být schopen základní orientace v oblasti polovodičových součástek a jejich aplikací. 1
1 Polovodičová dioda 1.1 Popis diody Dioda je dvouvrstvá elektronická polovodičová součástka se dvěma elektrodami, která vede elektrický proud jen v jednom směru a působí tím jako ventil. Její vývody jsou značeny jako katoda a anoda. Polovodičová dioda je tvořena jedním PN přechodem s částí typu P a s částí typu N (přechod je vytvořen v jednom materiálu - nejsou to dva kousky přitisknuté k sobě!). Dioda má dva pracovní vývody, které se nazývají anoda (A) a katoda (K). K výrobě diod se používá polovodičový prvek germanium a křemík. Při výrobě jsou konstruovány tak, aby kladly propustnému proudu zanedbatelný odpor a v závěrném směru vykazovaly co jak největší odpor. Slouží například k usměrňování střídavého napětí a proudu. V propustném směru začínají vést proud, když napětí překročí prahovou hodnotu. Pro křemík je tato hodnota asi 0,6V to je prahové napětí této diody. Obrázek 1 - PN přechod Je- li anoda proti katodě polována kladně, potom je dioda v propustném směru (sepnuta) pokud je polována záporně je dioda v závěrném směru, tzn. (vypnuta). Diody se používají jak ve stejnosměrném obvodu, tak i v obvodu střídavém. Obrázek 2 - schématická značka diody a orientace veličin i F - okamžitá hodnota proudu v propustném směru (forward) i R - okamžitá hodnota proudu v závěrném směru (revers) u - napětí na diodě v propustném směru u R - napětí na diodě v závěrném směru A anoda K - katoda 2
1.2 Základní parametry diody Prahové napětí - elektrické napětí, při kterém dojde k otevření diody. Závisí na teplotě a materiálu, z kterého je dioda vyrobena. (Si -0,65V až 0,7V, Ge - 0,3V, GaAs - 1,2V Průrazné napětí - elektrické napětí, které způsobí při zapojení v závěrném směru zničení přechodu P-N a průchod proudu diodou. Maximální zatížení - největší možný výkon elektrického proudu, který nepoškodí diodu. Maximální proud - největší proud, který může procházet diodou. Teplotní rozmezí - rozmezí teplot, při kterých může dioda pracovat. Další důležitou vlastností diody je kmitočet, do kterého ji lze použít, ten souvisí s kapacitou PN přechodu. Čím nižší kapacita, tím vyšší kmitočet. Běžné usměrňovací diody lze použít do stovek Hz až několika khz. Statické vlastnosti diody popisuje VA charakteristika diody - protékajícího diodou na napětí mezi vývody. závislost proudu Obrázek 3 - příklad VA charakteristiky diody U T0 propustné prahové napětí (se zvyšující teplotou klesá) U RRM maximální opakovatelná hodnota závěrného napětí U RSM - maximální neopakovatelná hodnota závěrného napětí U BR hodnota průrazného závěrného napětí Pro výběru napěťové zatížitelnosti diody se vychází z údaje U RRM, která se může na diodě periodicky opakovat. Překročení hodnoty U RSM může znamenat poškození závěrných vlastností diody, proto se nesmí na diodě vyskytovat. 1.3 Kontrolní otázky 1. Popište polovodičovou diodu. 2. Vyjmenujte základní parametry diody a popište je. 3. Co popisuje VA charakteristika diody? 3
2 Doporučená literatura 1. VOŽENÍLEK, Ladislav a Miloš ŘEŠÁTKO. Základy elektrotechniky I. 1. Vyd. Praha: SNTL, 1984. 303 s. ISBN 04-508-86 2. TKOTZ, Klaus. Příručka pro elektrotechnika. 2. dopl. vyd. Praha: Europa-Sobotáles, 2006. 623 s. ISBN 80-867-0613-3. 3. MALINA, Václav. Poznáváme elektroniku I. 1. vyd. České Budějovice: Kopp, 1994. 173 s. ISBN 80-858-2817-0. 4. BEZDĚK, Miloslav. Elektronika: učebnice. 3. vyd. České Budějovice: Kopp, 2008. ISBN 978-80-7232-359-32. 5. KESL, Jan. Elektronika: učebnice. 1. vyd. Havlíčkův Brod: Fragment, 1998. 86 s. ISBN 80-720-0261-9. 4
3 Použitá literatura a zdroje 1. VOŽENÍLEK, Ladislav a Miloš ŘEŠÁTKO. Základy elektrotechniky I. 1. Vyd. Praha: SNTL, 1984. 303 s. ISBN 04-508-86 2. TKOTZ, Klaus. Příručka pro elektrotechnika. 2. dopl. vyd. Praha: Europa-Sobotáles, 2006. 623 s. ISBN 80-867-0613-3. 3. KESL, Jan. Elektronika: učebnice. 1. vyd. Havlíčkův Brod: Fragment, 1998. 86 s. ISBN 80-720-0261-9. 5
4 Seznam obrázků OBRÁZEK 1 - PN PŘECHOD... 2 OBRÁZEK 2 - SCHÉMATICKÁ ZNAČKA DIODY A ORIENTACE VELIČIN... 2 OBRÁZEK 3 - PŘÍKLAD VA CHARAKTERISTIKY DIODY... 3 6