4.1 Dioda

Dioda je součástka, která propouští proud pouze v jednom směru. Její voltampérová charakteristika je značně nesymetrická. V propustném směru je přikloněna k ose proudu, což znamená, že dioda má malý odpor. Charakteristika je navíc posunuta o tzv. napětí potenciálové přehrady. Toto prahové napětí Up, které vzniká jako důsledek difuze volných nosičů náboje v oblasti přechodu, je nutné překonat, aby vůbec došlo k otevření diody. Velikost napětí se liší podle materiálu a pro nejpoužívanější křemík je asi 0,6 V. S rostoucí teplotou toto napětí klesá téměř lineárně se strmostí 2mV/K. V závěrném směru je charakteristika diody prakticky totožná s osou napětí. Z toho vyplývá, že zbytkový proud diodou v závěrném směru lze většinou zanedbat. S rostoucí teplotou závěrný proud Ir narůstá.

obr. 41 - Charakteristika polovodičové diody

Reálnou diodu lze napěťově namáhat v závěrném směru jen do určitého napětí Ubr, protože pak nastane destruktivní průraz. Podobná omezení platí samozřejmě i rpo maximální proud Imax v propustném směru. Orientačně lze odhadnout dovolené namáhání z hyperboly konstantního výkonu: I = P_MAX/U. Oblast přechodu bez volných nosičů náboje se chová jako dielektrikum kondenzátoru, jehož kapacita je nepřímo úměrná závěrnému napětí. S výjimkou speciálních kapacitních diod - varikapů je kapacita přechodu jev nežádoucí, protože zhoršuje dynamické vlastnosti diody.

Nejhorší situace nastává při rychlém přechodu z vodivého do nevodivého stavu (komutaci diody). Nosiče náboje nezanikají dostatečně rychle a po dobu zpětného zotavování t_rr protéká diodou proud i při závěrné polarizaci. Průběh proudu přibližně odpovídá derivační špičce proudu při nabíjení kapacity. Průběh se v místě maximálního proudu vyznačuje ostrým zlomem s následujícím rychlým poklesem. Protože usměrňovací dioda je téměř vždy zapojena do obvodu s indukčností (transformátorem), dochází k indukování velmi velkých rušivých špiček napětí

obr. 42 - Dynamický režim diody

Toto napětí se přičítá k závěrnému, protože podle indukčního zákona se cívka snaží zabránit zániku elektromagnetického pole, a tedy i udržet stávající proud v obvodu.

Kromě nežádoucího zvýšení závěrného napětí, které ohrožuje polovodičový prvek průrazem, který způsobují indukované špičky napětí vysokofrekvenční rušení. Tyto špičky vzhledem k strmosti hran nelze odfiltrovat elektrolytickým kondenzátorem, a proto je vhodné přemostit diody zdrojů keramickými kondenzátory, anebo aspoň připojit malý keramický kondenzátor paralelně k elektrolytickému.

Pro spínané zdroje, které pracují na vyšších kmitočtech, je nutné používat speciální rychlé diody. U diod pro všeobecné použití, které mají menší plochu přechodu a pracují s podstatně menšími proudy, se tyto problémy vyskytují až při mnohem vyšších kmitočtech. Existují  i speciální vysokofrekvenční diody, schopné zpracovávat signál s kmitočtem několika gigahertzů. S rostoucím kmitočtem se u všech diod zkracuje relativně periody signálu vzhledem k zotavovací době diody, a dioda přestává usměrňovat.

Diody rozdělujeme podle způsobu aplikace na :

• Kapacitní diody (varikap)

• Usměrňovací diody

• Stabilizační diody

• Světlo emitující diody (LED)

• Fotodiody

 
Rozdělení podle konstrukce :


 Hrotové diody - Základem diody s wolframovým hrotem je destička germania typu N, na kterou je pružně přitlačován hrot wolframového drátku. Elektrickým impulsem (tzv. formováním) vznikne pod hrotem vysoká teplota a tou se pozmění krystalová struktura germania, která se pak chová jako malá oblast P.

Plošné diody - Základem plošných diod je destička křemíku typu N, ve které se difuzní technologií vytvoří vrstva typu P. Křemíková destička je připájená na kovovou podložku, která pomáhá odvádět teplo. Používá se v různých druzích usměrňovačů.

Kapacitní diody - Jsou to plošné křemíkové diody, u kterých se využívá závislosti kapacity u přechodu PN na přiloženém napětí ve zpětném směru. Kapacitní diody určené k ladění rezonančních obvodů se nazývají varikapy. Kapacitní diody určené pro obvody s velkými amplitudami ST napětí se nazývají varaktory.

obr. 50 - Charakteristika kapacitní diody

Usměrňovací dioda - plošné diody s přechodem PN, usměrňují proudy od několika mA po 105 A.
 
Stabilizační dioda - Zenerova je plošná křemíková dioda s velmi tenkým přechodem PN. Ve zpětném směru se charakteristika vyznačuje ostrým zlomem při dosažení tzv. Zenerova napětí. Při tomto napětí je v oblasti přechodu PN tak silné elektrické pole, že elektrony jsou vytrhávány ze svých vazeb, a to vede k prudkému nárůstu zpětného proudu při téměř stálém napětí. Této části charakteristiky se využívá pro udržování stálého SS napětí (stabilizaci) v elektronických obvodech.

obr. 51 - Skutečná VA charakteristika Zenerovy diody

Zpět