Dioda – Typy, vlastnosti, parametry diod

Polovodičová dioda nebo jednoduše dioda je radiový prvek, který umožňuje průchod elektrického proudu pouze jedním směrem a blokuje jeho průchod druhým směrem. V hydraulické analogii lze diodu přirovnat ke zpětnému ventilu: zařízení, které umožňuje tekutině proudit pouze jedním směrem.

Dioda je radiový prvek se dvěma vývody. Některé diody vypadají téměř stejně jako rezistory:

A některé vypadají trochu jinak:

Existují také SMD verze diod:

Vodiče diody se nazývají – anoda a katoda. Někteří lidé je mylně nazývají „plus“ a „mínus“. To není pravda. To se nedá říct.

Ve schématech je dioda označena následovně

Elektrický proud může procházet pouze z anody na katodu.

Z čeho se skládá dioda?

V našem světě existují látky, které dokonale vedou elektrický proud. Patří sem především kovy, například stříbro, měď, hliník, zlato a tak dále. Takové látky se nazývají vodiče. Existují látky, které velmi špatně vedou elektrický proud – porcelán, plasty, sklo a tak dále. Říká se jim dielektrika nebo izolanty. Mezi vodiči a dielektriky jsou polovodiče. Jedná se především o germanium a křemík.

Jakmile se germanium nebo křemík smíchá s nepatrnou frakcí arsenu nebo india, vytvoří se při smíchání s arsenem polovodič typu N; nebo polovodič typu P ve směsi s indiem.

Nyní, pokud jsou tyto dva polovodiče typu P a N svařeny dohromady, vytvoří se na jejich přechodu PN přechod. Toto je struktura diody. To znamená, že dioda se skládá z PN přechodu.

Polovodič typu P v diodě je anoda a polovodič typu N je katoda.

Otevřeme sovětskou diodu D226 a uvidíme, co je uvnitř, odbroušením části těla na smirkovém kotouči.

Jedná se o stejný PN přechod

Jak určit anodu a katodu diody

1) na některých diodách katoda je naznačena proužkemodlišná od barvy těla

2) můžete zkontrolujte diodu pomocí multimetru a zjistit, kde je jeho katoda a kde anoda. Zároveň zkontrolujte jeho výkon. Tato metoda je železná ;-). Jak zkontrolovat diodu pomocí multimetru najdete v tomto článku.

Je velmi snadné si zapamatovat, kde je anoda a kde katoda, pokud si vzpomenete na nálevku na nalévání tekutin do úzkých hrdel lahví. Trychtýř je velmi podobný obvodu diody. Nalijeme do nálevky, tekutina teče velmi dobře, ale pokud ji otočíte dnem vzhůru, zkuste ji nalít úzkým hrdlem nálevky ;-).

Dioda ve stejnosměrném obvodu

Jak jsme již řekli, dioda umožňuje průchod elektrického proudu pouze jedním směrem. Abychom to ukázali, dáme dohromady jednoduchý diagram.

Protože naše žárovka je 12V, nastavíme také hodnotu na zdroji na 12V a celý elektrický obvod sestavíme podle výše uvedeného schématu. Díky tomu naše žárovka pálí dokonale. To znamená, že diodou prochází elektrický proud. V tomto případě se říká, že dioda je zapojena v propustném směru.

Nyní vyměníme vývody diody. V důsledku toho bude mít diagram tuto podobu.

Jak vidíte, žárovka se nerozsvítí, protože dioda nepropouští elektrický proud, to znamená, že blokuje jeho průchod, ačkoli zdroj produkuje svých poctivých 12 Voltů.

Jaký závěr lze z toho vyvodit? Dioda vede stejnosměrný proud pouze jedním směrem.

Dioda ve střídavém obvodu

Pro ty, kteří zapomněli, co je to střídavý proud, si přečtěte tento článek. Abychom zvážili fungování diody v obvodu střídavého proudu, nakreslete schéma. Zde vidíme frekvenční generátor G, diodu a dvě svorkovnice X1 a X2, ze kterých budeme odebírat signál pomocí osciloskopu.

Můj frekvenční generátor vypadá takto.

Pořídíme oscilogram pomocí digitálního osciloskopu

Generátor produkuje střídavé sinusové napětí.

Co se stane po diodě? Připojíme se na svorky X1 a X2 a vidíme tento oscilogram.

Dioda vyřízne spodní část sinusovky a ponechá pouze horní část.

Co se stane, když vyměníme vodiče diody? Schéma bude vypadat takto.

Co získáme na svorkách X1 a X2? Podívejme se na oscilogram.

Páni! Dioda odřízla pouze kladnou část sinusovky!

Charakteristika diod

Podívejme se na charakteristiku diody KD411AM. Jeho vlastnosti hledáme na internetu zadáním do vyhledávání „datasheet KD411AM“

Pro vysvětlení parametrů diody potřebujeme i její proudově-napěťovou charakteristiku

1) Obrátit maximální napětí U_arr – to je napětí diody, které vydrží při opačném zapojení, přičemž jí bude protékat proud I_arr — síla proudu při obráceném zapojení diody. Při překročení zpětného napětí v diodě dochází k tzv. lavinovému průrazu, v důsledku čehož prudce vzroste proud, což může vést k úplné tepelné destrukci diody. V naší zkoumané diodě je toto napětí 700 voltů.

2) Maximální dopředný proud I_пр je maximální proud, který může protékat diodou v propustném směru. V našem případě jsou to 2 ampéry.

3) Maximální frekvence F_d , která nesmí být překročena. V našem případě bude maximální frekvence diody 30 kHz. Pokud je frekvence vyšší, naše dioda nebude fungovat správně.

Typy diod

zenerovy diody

zenerovy diody jsou stejné diody. Už z názvu je jasné, že zenerovy diody něco stabilizují. A stabilizují napětí. Ale aby zenerova dioda provedla stabilizaci, je nutná jedna podmínka. Oni by měly být zapojeny opačně než diody. Anoda je záporná a katoda kladná. Zvláštní, že? Ale proč tomu tak je? Pojďme na to přijít. Ve Volt-Amp charakteristice (CVC) diody se používá kladná větev – propustný směr, ale u zenerovy diody je druhá část větve CVC zpětný směr.

Níže v grafu vidíme 5V zenerovu diodu. Bez ohledu na to, jak moc se mění aktuální síla, stále budeme přijímat 5 Voltů ;-). Skvělé, že? Jsou tu ale i úskalí. Síla proudu by neměla být větší než v popisu diody, jinak selže kvůli vysoké teplotě – zákon Joule-Lenz. Hlavním parametrem zenerovy diody je stabilizační napětí (Ust). Měřeno ve voltech. Na grafu vidíte zenerovu diodu se stabilizačním napětím 5 Voltů. Existuje také proudový rozsah, ve kterém bude zenerova dioda pracovat – toto je minimální a maximální proud (I_min, I_max). Měřeno v ampérech.

Zenerovy diody vypadají úplně stejně jako konvenční diody:

Na obrázcích jsou označeny takto:

LED diody

LED diody – speciální třída diod, které vyzařují viditelné a neviditelné světlo. Neviditelné světlo je světlo v infračervené nebo ultrafialové oblasti. Ale pro průmysl stále hrají velkou roli LED s viditelným světlem. Používají se pro vystavení, design nápisů, světelných bannerů, budov a také pro osvětlení. LED diody mají stejné parametry jako každá jiná dioda, ale většinou je jejich maximální proud mnohem nižší.

Omezte zpětné napětí (U_arr) může dosáhnout 10 voltů. Maximální proud (I_max) bude u jednoduchých LED omezen na cca 50 mA. Spíše na osvětlení. Proto při zapojování konvenční diody musíte zapojit rezistor do série s ní. Rezistor lze vypočítat pomocí jednoduchého vzorce, ale ideálně je lepší použít proměnný rezistor, zvolit požadovanou záři, změřit hodnotu proměnného rezistoru a dát tam konstantní rezistor se stejnou hodnotou.

LED osvětlení spotřebovává haléře elektřiny a je levné.

Velmi žádané jsou LED pásky složené z mnoha SMD LED. Vypadají moc hezky.

Na obrázcích jsou LED označeny následovně:

Nezapomeňte, že LED se dělí na indikační a osvětlení. Indikátory LED mají slabé světlo a používají se k indikaci jakýchkoli procesů probíhajících v elektronickém obvodu. Vyznačují se slabým žhavením a nízkou spotřebou proudu

Osvětlovací LED diody jsou ty, které se používají ve vašich čínských lucernách, stejně jako v LED lampách

LED je proudové zařízení, to znamená, že pro svůj normální provoz vyžaduje jmenovitý proud, nikoli napětí. Při jmenovitém proudu klesá na LED určité napětí, které závisí na typu LED (jmenovitý výkon, barva, teplota). Níže je tabulka ukazující, jaký pokles napětí nastává na LED diodách různých barev při jmenovitém proudu:

Jak zkontrolovat LED se dozvíte v tomto článku.

Tyristory

Tyristory jsou diody, jejichž vodivost je řízena pomocí třetí svorky – řídicí elektrody (EU). Hlavním využitím tyristorů je řízení výkonné zátěže pomocí slabého signálu přiváděného do řídící elektrody. Tyristory vypadají podobně jako diody nebo tranzistory. Tyristory mají tolik parametrů, že pro jejich popis není dost článků. Hlavní parametr – I_{os, sr.} – průměrná hodnota proudu, který by měl protékat tyristorem v propustném směru bez újmy na zdraví. Důležitým parametrem je otevírací napětí tyristoru – (U_у), která je přiváděna k řídicí elektrodě a při které se tyristor zcela otevře.

a takto vypadají výkonové tyristory, tedy tyristory, které pracují s vysokým proudem:

Na obrázcích vypadají triodové tyristory takto:

Existují také typy tyristorů – dinistory a triaky. Dinistory nemají řídicí elektrodu a vypadají jako běžná dioda. Dinistory začnou procházet elektrickým proudem v přímém spojení, když napětí na nich překročí určitou hodnotu. Triaky jsou stejné jako triodové tyristory, ale po zapnutí jimi prochází elektrický proud ve dvou směrech, proto se používají v obvodech se střídavým proudem.

Diodový můstek a diodové sestavy

Výrobci také vkládají několik diod do jednoho pouzdra a spojují je dohromady v určitém pořadí. Tímto způsobem se dostaneme sestavy diod. Diodové můstky jsou jedním z typů diodových sestav.

Na diagramech diodový most se označuje takto:

Existují i ​​další typy diod, jako jsou varikapy, Gunnova dioda, Schottkyho dioda atd. Ani věčnost by nám nestačila na to, abychom je všechny popsali.

Velmi zajímavé video o diodě

Podobné články na téma “dioda”

Dioda je jednou z nejjednodušších polovodičových součástek. Má dvě oblasti s různými typy vodivosti: kladnou a zápornou elektrodu. Z těchto částí se dioda skládá: anoda, katoda a p-n přechod. Existuje několik typů součástek.

Vakuové diody

Vakuová dioda je zařízení ve tvaru skleněné nebo kovově-keramické baňky. Z ní je odsáván vzduch a uvnitř jsou umístěny dvě elektrody s vláknem – vodičem. Je připojena ke katodě a zahřívána vnějším proudem.

Princip fungování

Princip fungování diody je založen na jednosměrném vedení. U elektronek se toho dosahuje následovně:

1. Vlákno se zahřívá a přenáší teplo na katodu, která začíná emitovat elektrony.
2. Anoda přitahuje částice pouze na kladném pólu.
3. Anoda připojená k zápornému pólu začne odpuzovat elektrony a v obvodu nebude protékat proud.

Vzhledem k principu fungování diody, založenému na řízení toku elektronů, se taková zařízení nazývají také elektronková zařízení.

Konstrukce zařízení předpokládá přítomnost elektrodových vývodů připojených ke kontaktním plochám. Dioda může mít dva stavy: otevřený a zavřený.

Přímé připojení diody

Na anodu diody je přivedeno kladné napětí a na katodu záporné napětí. Co se stalo:

• elektrony se pohybují směrem k hranici pn;
• odpor na spoji se snižuje, vodivost se zvyšuje;
• v důsledku toho vzniká stejnosměrný proud.

Pokud je dodržena polarita, dioda bude považována za přímo připojenou.

Přímé připojení diody

Zpětné spínání diody

Pokud zapojíte svorky obráceně, částice se budou pohybovat směrem od pn vrstvy. Odpor se zvýší a protékající proud bude malý, neboli opačný. Ve výpočtech se to nebere v úvahu – jednosměrná vodivost znamená přítomnost stejnosměrného proudu.

Druhy napětí

Podle stavů se rozlišují dva typy napětí: stejnosměrné a zpětné. Hlavním určujícím parametrem je odpor rozhraní elektrodových oblastí.

Voltampérová charakteristika (VAC)

Jednou z odpovědí na otázku, co je diodový VAC, je závislost proudu procházejícího hranicí pn na polaritě dodávaného napětí a jeho velikosti.

Je to znázorněno na grafu:

• svislá osa – proud vpřed a vzad (horní a dolní část) v ampérech;
• horizontální – zpětné a dopředné napětí (levá a pravá strana).

Vytvoří se křivka znázorňující hodnoty dopředného a zpětného proudu.

Polovodičové diody

Jak funguje polovodičová dioda? Její činnost je založena na interakci náboje s elektromagnetickým polem. Podmíněná konstrukce:

• prvek vyrobený z polovodičového materiálu;
• strana, která přijímá elektrony, je anoda, vodivost typu p;
• katoda s donorem částic (vodivost typu n).

Mezi oběma vrstvami se vytvoří rozhraní – pn přechod.

Voltampérová charakteristika

Na grafu má křivka větve v obou částech:

1. Přímka – na pravé straně grafu. Směrem nahoru ukazuje nárůst stejnosměrného proudu se zvyšujícím se napětím.
2. Reverzní – na levé straně. Ukazuje růst zpětného proudu – menší než stejnosměrný, takže větev se nachází blízko osy napětí.

Čím blíže je větev k svislé ose vpravo a k vodorovné ose vlevo, tím lepší jsou usměrňovací vlastnosti.

Mezní hodnoty parametrů

Na grafu každého zařízení je moment, kdy proud silněji roste. To závisí na konstrukci diody – různé materiály se „otevírají“ při různých hodnotách. Proud se zvyšuje a polovodičový krystal se zahřívá.

Teplo se buď samo odvádí, nebo se odvádí pomocí radiátorů. Pokud proud překročí povolený parametr, vodič se vlivem vysoké teploty zničí. Proto jsou maximální povolené parametry určeny účelem diody a také materiálem.

Typy polovodičových diod

Polovodič je široká definice, popisuje samotnou myšlenku a obecnou strukturu. V praxi existuje mnoho vysoce specializovaných variant.

Usměrňovače a jejich vlastnosti

Někdy je nutné transformovat proud v obvodu, k čemuž je potřeba dioda s usměrňovacími vlastnostmi nebo diodový můstek. Vzhledem k principu činnosti bude střídavý proud na vstupu zařízení dávat pouze jednu půlvlnu – v otevřeném stavu.

Polovodičové Zenerovy diody

Účelem těchto zařízení je stabilizace napětí. Jak se to stane:

• v normálním stavu má spoj vysoký odpor, téměř neprotéká žádný proud;
• Pokud dojde k průrazu, propustnost se zvýší, odpor se sníží.

Zařízení pracují v poruchových podmínkách a často se používají k prevenci přepětí.

Zenerova dioda

Často se můžete setkat s názvem „Zenerova dioda“, co to je? Je to jen jiný název pro Zenerovu diodu – na počest vědce Clarence Zenera, který objevil tunelový průraz. Jedná se o efekt průchodu nabitých částic pn bariérou, když se elektrodové zóny překrývají. Objev umožnil vývoj prvních Zenerovy diody, odtud název.

Princip fungování detektorů

Na základě konvenčního usměrňovače můžete sestavit jednoduchý detektor amplitudy. Jak funguje dioda (například se Schottkyho bariérou):

• pokud jsou poloperiody vyšší než napětí na kondenzátoru, začíná nabíjení;
• Jakmile amplituda klesne pod svou hodnotu, dioda se uzavře.

Kondenzátor se vybije a nízkofrekvenční signál se obnoví.

LED

Na rozdíl od konvenčních zařízení vytvářejí LED diody optické záření, když jimi prochází proud. K tomu dochází, když se nosiče náboje rekombinují s emisí fotonů na hranici elektrod. Tento jev byl poprvé objeven v roce 1907 a technologie se dodnes neustále zlepšuje.

Vlastnosti LED

Spektrum optického záření je úzké – požadovaná barva je zpočátku vložena do krystalu diody. Rozsah se však může lišit v závislosti na složení polovodičového materiálu:

• zelená – fosfid galia;
• modrá – karbid křemíku;
• červená – arsenid galia.

Zároveň mají LED diody vysokou světelnou účinnost, spektrální čistotu, pevnost a odolnost.

Tunel

Funguje na základě stejnojmenného jevu. Degenerované polovodiče se používají ve výrobě. Používá se jako zesilovač.

Reverzní dioda

Mají vysoké hodnoty zpětného proudu, které převyšují proud vpřed. Vyznačují se nízkou citlivostí na ionizující záření.

Varikap

Nejjednodušší způsob, jak to vysvětlit, je na kondenzátoru s proměnnou tloušťkou dielektrické vrstvy. Při nízkém napětí na pn přechodu je tloušťka vrstvy při vysoké kapacitě malá, při vysoké kapacitě by se vrstva měla zvětšovat. K čemu se takové diody používají? Používají se jako prvky s řízenou kapacitou, například v systémech automatického ladění frekvence v rádiových zařízeních.

Fotodioda

Zařízení, ve kterých dochází k zpětnému proudu, když na ně dopadnou fotony. Principem jsou podobná běžnému solárnímu článku.

Označení

Moderní diodové značení obsahuje čtyři prvky:

• výrobní materiál;
• označení třídy diody;
• účel nebo vlastnosti;
• vývojové číslo.

Například KD202A je křemíková (K) usměrňovací (D) dioda.

Triody

Dříve se používaly místo tranzistorů; v moderní elektrotechnice se téměř nepoužívají. Skládají se ze tří elektrod: katody s přímým nebo nepřímým ohřevem, anody a mřížky. V závislosti na napětí je tok elektronů regulován, čímž vzniká zesilovací efekt.

Pro a proti

Polovodičové diody mají své výhody i nevýhody. Mezi první patří:

• dostupnost – prvky jsou levné;
• zaměnitelnost – pokud se jeden porouchá, je snadné vybrat a nainstalovat podobný;
• vysoká propustnost;
• jednoduchý princip fungování.

Mezi nevýhody patří zranitelnost vůči vnějším vlivům a možné poruchy. Mohou to být:

• přechodová přestávka;
• porušení těsnosti;
• rozpad přechodu.

Není však obtížné opravit poškození a vyměnit zařízení, takže nevýhody lze považovat za nevýznamné.

Použití v každodenním životě

Díky jednoduché struktuře diod jsou rozšířené. Používají se téměř v každém zařízení, které lze doma vidět. Například LED televizory, jejichž samotný princip fungování je založen na použití LED diod. Dalšími příklady jsou napájecí zdroje, relé, amatérské elektrické obvody.

Hlavní závady diod

Hlavním problémem, se kterým se setkáváme při používání diod, je průrazný efekt. Existuje několik typů poruch.

Průraz na grafu VAC

průraz pn přechodu

Během průrazu se odpor snižuje a vzniká zpětný proud. Dochází k lavinovému průrazu, který je doprovázen řetězcem průrazů, a k průrazu pole.

Elektrická porucha

Hlavní výhodou elektrických průrazů je jejich reverzibilita (stav se vrátí do normálu). To znamená, že spoj není poškozen. To umožňuje použít průraz jako základní princip fungování – jako u zenerových diod.

Tepelné rozložení

Dochází k němu při zvýšení teploty. Je charakterizován výskytem nevratného poškození: krystalová mřížka polovodiče je zničena.

Navzdory jednoduchosti konstrukce se dioda stále používá v moderních zařízeních. Není vždy možné k ní najít alternativu. Navíc pokračuje práce na technologickém vylepšování diod pro různé účely.