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 8 Druhy diod Bc. Radim Miksa 30. 9. 2012
Obsah ÚVOD - ANOTACE... 1 1 DRUHY DIOD... 2 1.1 HROTOVÁ DIODA... 2 1.2 PLOŠNÁ DIODA... 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 typu polovodičových diod. 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 Druhy diod Z hlediska technologie výroby je možné diody zhruba rozdělit na hrotové a plošné. 1.1 Hrotová dioda Tyto diody byly na počátku vývoje polovodičových součástek. Zdánlivě využívají přechod kov-polovodič, většinou však je vytvořen miniaturní přechod PN. Hrotové diody jsou vhodné pro malé proudy. Používají se k vysokofrekvenčnímu usměrňování a jako rychlé spínací diody. Základním prvkem pro výrobu je buď germanium, nebo křemík. Hrotové diody, kromě mikrovlnných jsou neperspektivní a v současné době se už nevyrábějí. Obrázek 1 - Hrotová dioda Princip: Na základní destičku polovodiče s vodivostí typu N je silnou pružinou přitlačován wolframový hrot. Velkým proudovým impulsem se polovodič nataví, wolfram se částečně rozpustí a vytvoří subminiaturní oblast P tzv. formování. I nadále se po vytvoření přechodu wolframový hrot dotýká polovodiče a tvoří tedy kontakt k oblasti P. S nepatrnými rozměry přechodu a mechanickým uspořádáním souvisí nejdůležitější Vlastnosti hrotové diody: 2 malý propustný proud a malé závěrné napětí, malá kapacita přechodu a malá parazitní indukčnost vysoký mezní kmitočet (100 1000 Hz) krátká zotavovací doba, malá mechanická odolnost používá se k usměrňování vysokofrekvenčních proudů
1.2 Plošná dioda Plošné diody se používají převážně v usměrňovačích střídavého proudu na stejnosměrný. Je vyrobena tak, že kapka india se při vysoké teplotě vtaví do křemíkové destičky a vytvoří tím PN přechod. PN přechod není bodový, ale plošný. Obrázek 2 - Plošná dioda Přechod u plošné diody je v porovnání s hrotovou diodou rozměrný, lze ho zhotovit třemi technologickými způsoby: tažením, legováním, difúzí. Tažené přechody mají výborné elektrické vlastnosti, výroba je neekonomická. Legovaný (slévaný) přechod je dokonale strmý (tenký) změna typu vodivosti se děje na krátké dráze. Má malý závěrný proud, velký sériový odpor, nedokonalý kontakt. Difúzní technologií je možno získat úplně rovné přechody a jejich parametry je možno udržet v úzkých tolerancích. Germaniové diody jsou vhodné pro menší napětí a velké proudy, na rozdíl od křemíkových mají menší kapacitu, menší prahové napětí a větší mezní kmitočet. 1.3 Kontrolní otázky 1. Jak dělíme polovodičové diody z hlediska technologie? 2. K čemu jsou vhodné hrotové diody? 3. Vysvětlete princip hrotové diody. 4. Popište vlastnosti hrotové diody. 5. Kde se používají plošné diody? 6. Popište jak je vyrobena plošná dioda. 7. Popište PN přechod plošné 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 - HROTOVÁ DIODA... 2 OBRÁZEK 2 - PLOŠNÁ DIODA... 3 6