Transcript Tato prezentace byla vytvořena v rámci projektu Orbis pictus 21. století Orbis pictus 21.

Tato prezentace byla vytvořena
v rámci projektu
Orbis pictus
21. století
Orbis pictus 21. století
Diody I.
Obor:
Elektriář
Ročník:
1.
Vypracoval:
Ing. Jiří Šebesta, Ph.D.
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
 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.
 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-A charakteristika diody 1N5061 v propustném směru
 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:
PF  I F U F
 Pro případ na obrázku, kdy
v pracovním bodě P je pro
propustný proud 10 A úbytek
napětí na diodě 1,65 A je:
PF  I F U F  101,65  16,5 W
 To už je poměrně velká
výkonová ztráta (přemění se
v teplo), pro aplikace s velkými propustnými proudy je
třeba volit diodu s co nejmenším 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)
 Hodnota teplotního součinitele 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 charakteristiky diody BYV28-300 v propustném
směru při různých teplotách přechodu Tj
 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 úseku pro napětí vyšší než
UP je pro příklad
na
obrázku:
RDF
U F U F 2  U F 1



I F
I F 2  I F1
1,47  1,11 0,36



7,3  0,9 6,4
 0,056 
 Při použití linearizace (modelu) VA charakteristiky platí:
IF  UP 
IF  0
UF
RDF
pro U F  U P
pro U F  U P
 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
přesáhnout.
napětí
nesmíme
na
běžné
diodě
 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
 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
 Příklad z katalogového listu usměrňovacích diod řady 1N54XX
 Provedení a pouzdra diod
 Velikost pouzdra prakticky definuje maximální výkonovou
ztrátu na diodě (lze zvětšit přídavným chladičem).
Děkuji Vám za pozornost
Jiří Šebesta
Střední průmyslová škola Uherský Brod, 2010
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky