Orbis pictus21. století

Tato prezentace byla vytvořenav rámci projektu

Orbis pictus 21. století

Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Diody I.Diody I.

Obor: Elektriář

Ročník: 1.

Vypracoval: Ing. Jiří Šebesta, Ph.D.

Dioda je polovodičový prvek s jedním PN přechodem, kontakt

na polovodiči P reprezentuje anodu A a kontakt na polovodiči N

reprezentuje katoda C Jiný název pro polovodičovou diodu je polovodičový ventil (v

jednom směru – propustném – je otevřená, ve druhém směru –

závěrném – je uzavřená)

Voltampérová charakteristika diody v propustném směru je

charakterizována oblastí s malým propustným proudem, kdy

ještě nezanikla oblast prostorového náboje, a oblastí kdy je

dioda prakticky plně otevřena, zcela zanikla oblast prostorového

náboje. Rozhraní mezi těmito oblastmi je specifikováno

prahovým napětím.

V-A charakteristika diody 1N5061 v propustném směru

U křemíkových diod je

prahové napětí asi 0,6 – 0,7 V

U germaniových diod je

prahové napětí asi 0,2 – 0,3 V

V propustném směru vzniká na diodě úbytek napětí pro

příslušný protékající proud podle VA charakteristiky. Výkonová

ztráta je tedy dána součinem propustného proudu a tohoto

úbytku napětí:

Pro případ na obrázku, kdy

v pracovním bodě P je pro

propustný proud 10 A úbytek

napětí na diodě 1,65 A je:

FFF UIP

W5,1665,110 FFF UIP

To už je poměrně velká

výkonová ztráta (přemění se v

teplo), pro aplikace s vel-kými

propustnými proudy je třeba

volit diodu s co nej-menším

úbytkem

Typickou vlastností PN přechodu v propustném směru je

záporný teplotní součinitel napětí, tj. s rostoucím napětím se

posouvá VA charakteristika k nižším napětím (větší teplota =

více vytržených volných nosičů a může téci větší proud při

stejném napětí)

VA charakteristiky diody BYV28-300 v propustném

směru při různých teplotách přechodu Tj

Hodnota teplotního sou-

činitele napětí se pohybuje

okolo -2 mV/°C, tj. při ohřátí

přechodu o 1°C se posune VA

charakteristika v napě-ťové

ose o 2 mV vlevo.

VA charakteristiku diody v propustném směru lze zjednodušit

linearizací – charakteristika se rozdělí na dva lineární úseky

rozdělené napětím UP – pro červené hodnoty napětí je proud

nulový a dynamický odpor je nekonečno – pro zelené hodnoty

napětí sklon linearizovaného úseku odpovídá určitému

dynamickému odporu Dynamický odpor ú-

seku pro napětí vyšší než

UP je pro příklad na

obrázku:

056,0

4,6

36,0

9,03,7

11,147,112

12

FF

FF

F

FDF II

UU

I

UR

Při použití linearizace (mo-

delu) VA charakteristiky platí:

PFF

PFDF

FPF

UUproI

UUproR

UUI

0

Diodu pak lze v propustném směru nahradit obvodem:

V závěrném směru se rozšíří oblast prostorového nápoje a

počet nosičů náboje, které tuto oblast překlenou, je velmi malý.

Hlavním zdrojem volných nosičů je působení tepla. S rostoucí

teplotou tedy výrazně roste i zbytkový proud.

VA charakteristika diody 1N5061 v závěrném směru

Po dosažení průrazného závěrného napětí je intenzita

elektrického pole mezi anodou a katodou tak velká, že nosiče

záporného náboje z anody jsou přitahovány kladným nábojem

na katodě a naopak a dochází k průrazu (je překonána elektrická

pevnost přechodu PN – u křemíku asi 25 kV/mm).

Tento průraz je destruktivní proces – rychlý průlet elektronů

poničí krystalovou mříž.

Hodnotu závěrného napětí nesmíme na běžné diodě

přesáhnout.

Vhodnou úpravou PN přechodu pomocí silnější dotace části

polovodiče (N nebo P) lze zajistit jiné chování v průrazu, kdy je

pak proces průrazu nedestruktivní (po jistou hodnotu závěrného

napětí) – využití pro Zenerovy diody (viz dále)

Výkonová ztráta v závěrném směru je malá, zbytkový proud

i u diod pro propustné proudy v jednotkách až desítkách A je

v řádech A.

Vliv teploty PN přechodu je v závěrném směru velmi výrazný.

Při nízké teplotě PN přechodu je z krystalové mřížky

vytrháváno vlivem tepla jen velmi málo volných elektronů –

závěrný proud je malý.

Naopak při vyšší teplotě PN přechodu je z krystalové mřížky

vytrháváno vlivem tepla více volných elektronů – závěrný proud

rychle stoupá.

Nárůst závěrného proudu je s teplotou přibližně logaritmický

(viz charakteristika)

Závislost závěrného (zbytkového) proudu

na teplotě přechodu pro diodu BYV96

Např. pro 30°C je závěrný proud 1 A, pro 100°C již 10 A a pro

150°C je okolo 100 A – tedy teplota vzrostla 5x proud však 100 x.

Základní katalogové údaje diod

Příklad z katalogového listu usměrňovacích diod řady 1N54XX

Maximální střední hodnota proudu v propustném směru IFAV

Maximální špičková hodnota proudu v propustném směru

(opakovatelná, neopakovatelná) IFM nebo IFSM

Hodnota proudu v nepropustném směru IR

Maximální hodnota závěrného napětí opakovatelná URRM

Hodnota napětí v propustném směru UF pro určitý IF

Dynamický odpor v propustném směru RDF

Dovolená výkonová ztráta PD nebo PTOT

Provedení a pouzdra diod

Velikost pouzdra prakticky definuje maximální výkonovou

ztrátu na diodě (lze zvětšit přídavným chladičem).

Děkuji Vám za pozornost

Jiří Šebesta

Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Střední průmyslová škola Uherský Brod, 2010