Co je dioda: zařízení a princip fungování různých typů, práce v obvodech

Dioda Je to prvek s různou vodivostí. Tato vlastnost se využívá v různých elektrických a elektronických obvodech. Na jejím základě vznikají zařízení, která mají uplatnění v různých oborech.

Typy diod: vakuové a polovodičové. V drtivé většině případů se v současné době používá druhý typ. Nikdy nebude zbytečné vědět, jak dioda funguje, k čemu je potřebná, jak je naznačena v diagramu, jaké typy diod existují, použití různých typů diod.

Vakuové diody

Zařízení tohoto typu jsou vyráběna ve formě elektronek. Lampa vypadá jako skleněný balónek se dvěma elektrodami uvnitř. Jedna je anoda, druhá je katoda. Jsou ve vakuu. Konstrukčně je anoda vyrobena ve formě tenkostěnného válce. Katoda je umístěna uvnitř. Obvykle má válcovitý tvar. Uvnitř katody je položeno izolované vlákno. Všechny prvky mají vodiče, které jsou připojeny ke kolíkům (nohám) lampy. Nohy lampy jsou vytaženy.

Princip činnosti

Když elektrický proud prochází spirálou, zahřívá a zahřívá katodu, uvnitř které je umístěn. Z povrchu žhavené katody se elektrony, které ji opustily, bez dodatečného urychlovacího pole hromadí v její bezprostřední blízkosti. Některé z nich jsou pak vráceny zpět na katodu.

Když se na anodu přivede kladné napětí, elektrony emitované z katody se k ní vrhnou a vytvoří anodový proud elektronů.

Katoda má limit emise elektronů. Po dosažení této hranice se anodový proud stabilizuje. Pokud se na anodu přivede malé záporné napětí vzhledem ke katodě, elektrony se přestanou pohybovat.

Materiál katody, ze kterého je vyrobena, má vysoký stupeň vyzařování.

Voltampérová charakteristika (VAC)

I - V charakteristika diod tohoto typu graficky znázorňuje závislost anodového proudu na propustném napětí přivedeném na vývod katody a anody. Skládá se ze tří částí:

• Pomalý nelineární nárůst proudu;
• Pracovní část charakteristiky;
• Oblast nasycení anodového proudu.

Nelineární sekce začíná za oblastí omezení anodového proudu. Její nelinearita je spojena s malým kladným potenciálem katody, který zanechávaly elektrony při zahřívání vláknem.

Aktivní oblast definuje téměř svislou čáru. Charakterizuje závislost anodového proudu na rostoucím napětí.

Oblast nasycení je čára konstantního anodového proudu s rostoucím napětím mezi elektrodami lampy. Vakuovou trubici lze v této oblasti přirovnat k vodiči elektrického proudu. Emise z katody dosáhla nejvyšší hodnoty.

Polovodičové diody

Vlastnost p - n přechodu procházet elektrický proud jedním směrem našla uplatnění při vytváření zařízení tohoto typu. Přímé začlenění je dodávka negativního potenciálu do n-oblasti přechodu ve vztahu k p-oblasti, jejíž potenciál je pozitivní. Po zapnutí je zařízení v otevřeném stavu. Když se změní polarita použitého napětí, bude v uzamčeném stavu a proud jím neprochází.

Klasifikace diod může být provedena podle jejich účelu, podle zvláštností výroby, podle typu materiálu použitého při její výrobě.

V zásadě se pro výrobu polovodičových součástek používají křemíkové nebo germaniové desky, které mají elektrickou vodivost typu n. Obsahují přebytek záporně nabitých elektronů.

Pomocí různých výrobních technologií je možné získat na výstupu bodové nebo deskové diody.

Při výrobě bodových zařízení je k desce typu n přivařen špičatý vodič (jehla). Na jeho povrch je nanesena určitá nečistota. U germaniových destiček jehla obsahuje indium, u křemíkových destiček je jehla potažena hliníkem. V obou případech je vytvořena oblast p - n přechodu. Svým tvarem připomíná polokouli (bod).

U planárních zařízení se používá metoda difúzní nebo fúzní. Oblast přechodů získaná touto metodou se velmi liší. Účel produktu závisí na jeho hodnotě v budoucnu. Do oblastí p - n přechodu jsou připájeny dráty, které se používají ve formě vývodů z těla hotového výrobku při instalaci různých elektrických obvodů.

Na schématech jsou polovodičové diody naznačeny ve formě rovnostranného trojúhelníku, k jehož hornímu rohu je připojena svislá čára rovnoběžná s jeho základnou. Kolík tyče se nazývá katoda a kolík základny trojúhelníku je anoda.

Přímé se nazývá taková inkluze, ve které je kladný pól zdroje energie připojen k anodě. Po opětovném zapnutí se „plus“ zdroje připojí ke katodě.

Voltampérové ​​charakteristiky

I - V charakteristika určuje závislost proudu procházejícího polovodičovým prvkem na velikosti a polaritě napětí, které je přiváděno na jeho svorky.

V oblasti dopředných napětí se rozlišují tři oblasti: malý dopředný proud a dopředný pracovní proud diodou. Přechod z jedné oblasti do druhé nastává, když stejnosměrné napětí dosáhne prahu vodivosti. Tato hodnota je řádově 0,3 voltu pro germaniové diody a 0,7 voltu pro diody na bázi křemíku.

Když je na svorky diody přivedeno zpětné napětí, je proud skrz diodu velmi malý a nazývá se zpětný proud nebo svodový proud. Tato závislost je pozorována do určité hodnoty velikosti zpětného napětí. Toto se nazývá průrazné napětí. Při jeho překročení roste zpětný proud jako lavina.

Mezní hodnoty parametrů

U polovodičových diod existují hodnoty jejich parametrů, které nelze překročit. Tyto zahrnují:

• Maximální dopředný proud;
• Maximální zpětné průrazné napětí;
• Maximální ztrátový výkon.

Polovodičový prvek snese omezené množství stejnosměrného proudu, který jím prochází. Při jeho překročení se p-n přechod přehřeje a selže. Největší rezervu pro tento parametr mají letadlová napájecí zařízení. Velikost propustného proudu jimi může dosahovat desítek ampér.

Překročení maximální hodnoty průrazného napětí může z diody s jednosměrnými vlastnostmi udělat běžný vodič elektrického proudu. Porucha může být nevratná a značně se liší v závislosti na konkrétním použitém nástroji.

Napájení Je veličina, která přímo závisí na proudu a napětí, které je současně přiváděno na svorky diody. Stejně jako překročení maximálního dopředného proudu vede i překročení mezní ztráty výkonu k nevratným důsledkům. Dioda prostě shoří a přestane plnit svůj účel. Aby se takové situaci předešlo, silová zařízení instalují na radiátory zařízení, která odvádějí (odvádějí) přebytečné teplo do okolí.

Typy polovodičových diod

Vlastnost diody propouštět proud v propustném směru a neprocházet jej v opačném směru našla uplatnění v elektrotechnice a radiotechnice. Byly také vyvinuty speciální typy diod pro provádění úzké škály úkolů.

Usměrňovače a jejich vlastnosti

Jejich použití je založeno na vlastnostech usměrňovačů těchto zařízení. Používají se k získání konstantního napětí usměrněním vstupního střídavého signálu.

Jediná usměrňovací dioda umožňuje na jejím výstupu získat pulzující napětí s kladnou polaritou. Pomocí jejich kombinace můžete získat průběh výstupního napětí, který se podobá vlně. Při použití přídavných prvků v usměrňovacích obvodech, jako jsou vysokokapacitní elektrolytické kondenzátory a induktory s elektromagnetickými jádry (tlumivky), lze na výstupu zařízení získat konstantní napětí, připomínající napětí galvanické baterie, které je tak nezbytné pro provoz většiny zařízení spotřebitel.

Polovodičové Zenerovy diody

Tyto diody mají vysokospádovou I-V charakteristiku se zpětnou větví. To znamená, že přivedením napětí na svorky zenerovy diody, jejíž polarita je obrácená, můžete pomocí omezovacích odporů vstoupit do režimu řízených průrazných lavin. Napětí v místě lavinového průrazu má konstantní hodnotu s výraznou změnou proudu zenerovou diodou, jejíž hodnota je omezena v závislosti na použitém zařízení v obvodu. Tímto způsobem je dosaženo účinku stabilizace výstupního napětí na požadované úrovni.

Technologickými operacemi při výrobě zenerových diod se dosahují různé hodnoty průrazného napětí (stabilizační napětí). Rozsah těchto napětí je (3-15) voltů. Konkrétní hodnota závisí na zvoleném zařízení z velké rodiny zenerových diod.

Jak fungují detektory

K detekci vysokofrekvenčních signálů se používají diody vyrobené bodovou technologií. Úkolem detektoru je omezit polovinu modulovaného signálu. To umožňuje následně pomocí horní propusti ponechat na výstupu zařízení pouze modulační signál. Obsahuje nízkofrekvenční zvukové informace. Tato metoda se používá v rádiových přijímačích, které přijímají amplitudově modulovaný signál.

Vlastnosti LED

Tyto diody se vyznačují tím, že když jimi protéká propustný proud, krystal emituje proud fotonů, které jsou zdrojem světla. V závislosti na typu krystalu použitého v LED může být světelné spektrum v rozsahu viditelném lidským okem nebo v rozsahu neviditelném. Neviditelné světlo je infračervené nebo ultrafialové světlo.

Při výběru těchto prvků je třeba si představit cíl, kterého má být dosaženo. Hlavní vlastnosti LED diod jsou:

• Spotřeba energie;
• Jmenovité napětí;
• Spotřební proud.

Spotřeba proudu LED používané pro indikaci v zařízeních s rozšířeným použitím není větší než 20 mA. Při tomto proudu je luminiscence LED optimální. Začátek žhavení začíná při proudu přesahujícím 3 mA.

Jmenovité napětí je určeno vnitřním odporem přechodu, který je proměnný. S rostoucím proudem procházejícím LED se odpor postupně snižuje. Napětí napájecího zdroje použitého k napájení LED nesmí být nižší než napětí uvedené v cestovním pasu.

Příkon je hodnota, která závisí na odběru proudu a jmenovitém napětí. Zvyšuje se s nárůstem hodnot, které ji určují. Je třeba poznamenat, že výkonné světelné diody mohou obsahovat 2 nebo dokonce 4 krystaly.

LED diody mají oproti jiným osvětlovacím zařízením nepopiratelné výhody. Dají se vyjmenovávat na dlouhou dobu. Hlavní jsou:

• Vysoká účinnost;
• Velká odolnost;
• Vysoká úroveň bezpečnosti díky nízkému napájecímu napětí.

Nevýhodou jejich provozu je nutnost přídavného stabilizovaného stejnosměrného zdroje a to zvyšuje cenu.