Univerzitet u Novom Sadu Tehniki fakultet Mihajlo Pupin Zrenjanin

ELEKTROTEHNIKA SA ELEKTRONIKOM

SEMINARSKI RAD

DIODE

predmetni nastavnik:

student:

dr Sajfert Vejskoslav mr Karleta Vojin

Vatag Atilabroj indeksa:

91/09-10Zrenjanin, 2010. godina

SA D R A J

1. 2. 3. 4. 5. 5.1. 5.1.1. 5.1.2. 5.1.3. 5.1.4. 5.2. 5.3. 5.4. 5.5. 5.6. 5.7. 5.8.

ISTORIJA. TEHNOLOGIJA DIODA....................................................................................... OSNOVNE POJAVE U POLUPROVODNIKOJ DIODI............................................. FIZIKO OBJANJENJE POLUPROVODNIKOG PONAANJA DIODE..................... TIPOVI POLUPROVODNIKIH DIODA................................................................. P-N dioda.. Karakteristike diode.. Modeli diode.. Otpornosti diode. Dioda kao upravlja.. Diode obogaene zlatom Zener diode. Diode sa lavinskim efektom. Dioda za potiskivanje prolaza napona. Svetlea dioda (LED). Foto dioda Laserska dioda..................................................................................................

1 1 2 4 6 6 7 11 13 14 15 15 17 17 17 18 18

1. ISTORIJAVakumske i kristalne diode su otkrivene skoro u isto vreme. Princip rada termojonske diode je otkrio Frederik Gutri 1873. godine. Princip rada kristalne diode je otkrio 1874. godine nemaki naunik Karl Ferdinand Braun. Meutim, princip rada termojonske diode je ponovo otkrio Tomas Edison 13. februara 1880. godine, za ta je priznat patent 1883. godine. Braun je patentirao kristalni ispravlja 1899. godine. Prvi radio prijemnik koji koristi kristalni ispravlja je napravio 1900. godine Pikar. Prve diode su elektronske cevi (poznate kao termojonske vakuumske cevi), kod kojih su elektrode okruene vakuumom u staklenom balonu, slino sijalicama sa uarenim vlaknom. Pronalaza ovakve konstrukcije diode je Don Ambroz Fleming, nauni savetnik u kompaniji Markoni, koji je 1904 godine na osnovu radova Tomasa Edisona uspeno demonstrirao ovu udnu spravu, a patentirao je novembra 1905. godine. Izraz je smislio Viljem Henri Ekls 1919, godine grko-latinskom kombinacijom rei di-dva, ode-puta.

2. TEHNOLOGIJA DIODAKao i sijalice sa uarenim vlaknom, tako i vakuumske cevi imaju nit koja se uari kada kroz nju tee elektrina struja. Nit uarena u vakuumu emituje elektrone a potom elektrini napon, razlika potencijala, izmeu elektroda, pokrede elektrone od uarene elektrode ka drugoj, hladnoj. Tako tok (negativnog) elektrona od uarene niti kroz vakum do druge (pozitivne, hladne) elektrode predstavlja protok elektrine struje. Usijana elektroda, izvor elektrona, se naziva anoda, a hladna se zove katoda. Neuporedivo manje elektrona moe idi u suprotnom smeru, ak i ako je katoda negativno naelektrisana, jer ne postoji termojonska emisija elektrona koja se izaziva usijavanjem. Napomena: tok elektrona se odvija od anode ka katodi, ali poto je elektron nosilac negativnog naelektrisanja, struja se oznaava tako da tee od katode ka anodi. To je provodni smer diode. Mada se vakumske cevi, diode, koriste jo u par specijalizovanih primena, vedina savremenih dioda je zasnovana na poluprovodnikim p-n spojevima. Kod poluprovodnikih dioda struja tee od p-strane (anoda) ka n-strani (katoda), isto kao i kod vakumske cevi ali ne i u suprotnom smeru. U sluaju obrnute polarizacije diode dolazi do uklanjanja nosilaca naelektrisanja iz oblasti spoja i stvaranja oblasti prostornog tovara. Nain nastanka i objanjenje rada ovog udno nazvanog otkrovenja je povezan sa kvantnim efektom prelaska elektrona preko potencijalne barijere ali, na svu sredu, postoje i jednostavnija objanjenja.

3. OSNOVNE POJAVE U POLUPROVODNIKOJ DIODIOsnovna osobina p-n spoja, koji nastaje formiranjem p i n podruja na istoj ploici poluprovodnikog materijala, je njegovo ispravljako djelovanje. Kada se formira kontakt materijala p i n tipa, odnosno pn spoj, dolazi do prelaza slobodnih vedinskih nosilaca preko spoja u drugu oblast. Prelaskom elektrona sa n strane na p stranu ostaju na n strani pozitivni joni. Takoe prelaskom upljina sa p strane na n stranu ostaju u p podruju negativni joni. Poto na n-strani ima mnogo vie elektrona, oni difuzijom prelaze na p-stranu. Na p-strani je dospjeli elektron okruen sa uplinama uslijed ega dolazi do rekombinacije. Kao posljedica difuzije i rekombinacije, dolazi do stvaranja, neposredno uz fiziki p-n spoj, oblasti sa nekompezovanim donorskim i akceptorskim jonima, koja se naziva oblast prostornog naelektrisanja ili prostornog tovara. Potencijalna barijera ili sloj prostornog naboja uspostavlja se na samom tehnolokom spoju p i n poluprovodnika. Ta oblast se naziva osiromaena oblast ili oblast prostornog naboja jer u njoj nema slobodnih nosilaca elektriciteta. U blizini spoja ostaju samo nepokretni naelektrisani atomi ije se elektrino polje suprostavlja daljem protoku nosilaca elektriciteta. Zbog postojanja razliitih koncentracija primjesa na lijevoj i desnoj strani od granine ravni tada u trenutku zamiljenog uspostavljanja kontakta dolazi do difuzionog kretanja nosilaca sa mjesta vie koncentracije prema mjestu nie koncentracije. Formirana oblast stvara unutranje elektrino polje Eu iji je smjer takav da tei da zaustavi proces difuzije. U ravnotenom stanju, kada p-n spoj nije prikljuen na vanjski napon ukupna struja u kolu mora biti jednaka nuli to znai da je difuziona struja uravnoteena komponente struje uslijed elektrinog polja. Ako se na krajeve p-n spoja prikljui vanjski naponski izvor sa pozitivnim polom na p stranu a negativnim polom na n stranu (direktna polarizacija) dolazi do smanjenja potencijalne barijere na spoju. Tada se stvara spoljanje elektrino polje Es iji je smjer suprotan unutranjem elektrinom polju (slika 1).

Slika 1. Direktna polarizacija pn spoja.

Poto je elektrino kolo zatvoreno postoji stalna difuzija nosilaca preko spoja odnosno postoji struja kroz p-n spoj. Stalno kretanje upljina u smeru polja i elektrona suprotno od smera polja, koje potie od spoljnog izvora, predstavlja struju kroz p-n spoj. U sutini najprije treba spoljni izvor da nadvlada potencijalnu barijeru u p-n spoju i tek tada poinje da tee struja. Vrijednost napona pri kome struja poinje da protie naziva se prag provoenja p-n spoja i kod silicijuma njegova vrijednost je oko 0,6 V, a kod germanijuma je taj napon oko 0,2 V. Ako se na p-n spoj vee naponski izvor sa pozitivnim polom vezanim na n oblast u kojoj su dominantni elektroni, a sa negativnim polom vezanim na na p oblast, gdje su dominantne upljine, dolazi do povedanja potencijalne barijere (inverzna polarizacija) to je prikazano na Slika 2. Sada elektrino polje od spoljnog izvora ima isti smjer kao i unutranje polje, koje potie od potencijalne barijere. Vrijednost oba polja se sabiraju. Pri takvoj polarizaciji protie veoma mala inverzna struja zasidenja I .s

Slika 2 Ako se inverzni napon povedava tada moe dodi do porasta inverzne struja kroz p-n spoj. Ta struja izaziva dodatno zagrijavanje p-n spoja jer je napona na njemu visok, pa je i snaga zagrijavanja velika. Zbog dodatnog zagrijavanja povedava se broj parova elektron-upljina, tj. dodatno se povedava inverzna struja. Ove pojave se meusobno potpomau, pa stalno raste temperatura p-n spoja. Kada temperatura pree dozvoljenu granicu, dolazi do razaranja p-n spoja. Tada nastupa toplotni proboj koji se uglavnom javlja kod geranijumskih dioda, jer je kod silicijumskih inverzna struja obino zanemarljivo mala. Ako nije obezbijeeno odgovarajude hlaenje, temperatura poluprovodnika stalno raste i dolazi do njegovog razaranja. Druga vrsta proboja je lavinski proboj koji takoe nastaje kod inverzne polarizacije p-n spoja. Naime, kod povedanja inverznog napona slobodni elektroni se ubrzavaju u smjeru suprotnog od smjera elektrinog polja, koje potie od spoljnog inverznog napona. Ubrzani elektroni udaraju u atome i predaju im energiju. Primljena energija u atomu izaziva oslobaanje vie novih elektrona, koji se takoe kredu pod dejstvom istogelektrinog polja. Osloboeni elektroni se ubrzavaju i sudaraju se sa novim atomima i proizvode jo vie slobodnih elektrona.

Broj slobodnih elektrona stalno raste to podsjeda na lavinu. Naglo povedanje broja elektrona, koji se kredu u odreenom smjeru, dovodi do naglog povedanja struje. Povedana struja moe da izazove razaranje p-n spoja

4. FIZIKO OBJANJENJE POLUPROVODNIKOG PONAANJA DIODEKriva zavisnosti struje od napona, ponekad nazvana U-I dijagram, opisuje ponaanje oblasti prostornog tovara u poluprovodnikoj diodi. Ova oblast postoji na p-n spoju izmeu razliito dopiranih poluprovodnika. Kada se prvobitno kreira p-n spoj, slobodni elektroni iz Ndopirane oblasti se difuzno kredu ka P-dopiranoj oblasti koja obiluje upljinama (to su mesta gde elektron nedostaje u spoljanjoj orbiti atoma). Kada slobodni elektroni popune upljine, nestaju upljine ali nema vie pokretnih elektrona. Tako su se neutralisala dva nosioca naelektrisanja. Oblast oko p-n spoja ostaje bez slobodnih nosilaca naelektrisanja i ponaa se kao izolator. Meutim, oblast prostornog tovara se ne iri beskonano. Za svaki elektron koji popuni jednu upljinu u P-delu ostaje u N-delu jedan pozitivno naelektrisan donorski jon. kako ovaj proces napreduje i sve je vie pozitivnih jona u N-delu, raste jaina elektrinog polja kroz oblast prostornog tovara koja usporava i na kraju potpuno zaustavlja dalji tok elektrona. U ovom trenutku postoji ugraen elektrini potencijal u oblasti prostornog tovara. Ako se dovede spoljanji napon na kontakte diode sa istim polaritetom kao i ugraeno elektrino polje, oblast prostornog tovara se i dalje ponaa kao izolator spreavajudi protok struje. Ako je, pak, spolja dovedeni napon suprotan ugraenom elektrinom polju slobodni nosioci naelektrisanja, elektroni, nastavljaju da se kredu i rekombinuju sa upljinama, to rezultuje tokom struje kroz p-n spoj. Za silicijumske diode ugraeni napon iznosi 0.6 V. Znai, ako struja protekne kroz diodu, oko 0.6 V napona se pojavi izmeu P-dela i N-dela a za diodu se kae da je provela. I-V karakteristika diode se moe aproksimirati u dve odvojene oblasti delovanja. Ispod izvesne vrednosti razlike potencijala izmeu izvoda diode, oblast prostornog tovara ima znaajnu irinu a dioda se moe smatrati otvorenim vodom odnosno prekidom elektrinog kola. Kako se razlika potencijala povedava, dolazi do stanja kada dioda postaje provodna i naelektrisanje protie to se moe smatrati kratkim spojem (realno postoji izvestan mali otpor). Precizno nacrtano, funkcija prenosa je logaritamska, ali sa veoma otrim zavojem krive tako da podseda na prelom.

V-I karakteristika poluprovodnike diode (nije u srazmeri)

oklijeva jednaina idealne diode (nazvana po Viljemu Bredfordu okliju) moe se upotrebiti za aproksimaciju I-V karakteristike p-n diode.

, gde je I struja diode, a IS se zove struja zasienja, q je naelektrisanje elektrona, k je Bolcmanova konstanta, T je apsolutna temperatura p-n spoja i VD je napon na diodi. Izraz kT/q je termalni napon, ponekad krade zapisano kao VT, i priblino iznosi 26 mV na sobnoj temperaturi. n (ponekad izostavljeno) je koeficijent emisije, koji varira izmeu 1 i 2 zavisno od procesa proizvodnje i poluprovodnog materijala. Mogude je upotrebiti kradi izraz. Stavljajudi

i n = 1 jednaina za struju diode postaje:

gde je V = 25mV (na sobnoj temperaturi) konstanta.

Kod obinih silicijumskih dioda, pri uobiajenim strujama pad napona u provodnoj diodi iznosi priblino 0.6 do 0.7 V. Vrednost je razliita za razne tipove dioda: kod otki dioda je taj napon oko 0.2 V, a kod svetledih dioda (LED) moe biti 1.4 V ili vie, zavisno od struje.

5. TIPOVI POLUPROVODNIKIH DIODA

Dioda

Svetleda dioda Neki simboli dioda

Cener dioda

otki dioda

Najvedi broj dananjih dioda su poluprovodnike diode bazirane na PN spojevima. U PN spoju elektrina struja moe da tee od P-elektrode (anode) ka N-elektrodi (katodi) ali ne i u suprotnom smeru. Smer stuje i elektrona je suprotan, tj. elektroni idu od katode ka anodi (tako je usvojeno mnogo pre neko to je nastala dioda). Postoji nekoliko vrsta dioda sa poluprovodnikim spojem: - obina p-n dioda; - diode obogaene zlatom; - zener dioda; - diode sa lavinskim efektom; - dioda za potiskivanje prolaza napona; - svetlea dioda (LED) ; - foto dioda; - laserksa dioda:

5.1 P-N dioda (ispravljaka dioda) Rade na nain kako je prethodno opisano. Proizvode se od monokristalnog silicijuma (ree germanijuma) uz male primese 3-valentnih i 5-valentnih elemenata. Pre savremenih silicijumskih dioda za ispravljanje napona su se koristile diode sa bakaroksidom ili selenijumom. Meutim mala efikasnost je bila razlog velikog pada napona po diodi od 1.4-1.7V, to je u sluaju potrebe ispravljanja visokih napona i upotrebe viestruko na red vezanih dioda stvarao veliki pad napona, zbog ega je bilo potrebno imati velike hladnjake, znaajno vee nego to je to danas sluaj kod silicijumskih dioda istih strujnih karakteristika.kao p-n spoj, ima dvije elektrode. Potencijalna barijera odnosno sloj prostornog naboja kao prelazno podruje nalazi se izmeu p i n poluprovodnika s obe strane metalurke granice. Na spoju se pojavljuje mala razlika napona, koja se naziva potencijalna barijera. Veliina potencijalne barijere zavisi od poluprovodnikog materijala i nivoa dopiranja primesama. Kod silicijuma potencijalna barijera je u granicama od 0.6 V do 0.8 V a kod germanijuma svega 0.2 V. Veliina potencijalne barijere se ne moe izmeriti merenjem napona izmeu anode i katode, jer postoje i kontaktni potencijali na spojevima metal-poluprovodnik kod prikljuaka diode. Difuziono kretanje veinskih nosilaca, elektrona i upljina, potie od razliitih koncentracija nosilaca sa obe strane pn spoja i ine difuzionu struju. Uslijed elektrinog polja takodje postoje dvije

Dioda,

komponente struje manjinskih nosilaca, struja elektrona i struja upljina. U ravnotenom stanju, kada pn spoj nije vezan u elektrino kolo, ukupna struja kroz pn spoj mora biti jednaka nuli pa su difuzione struje uravnoteene strujama uslijed elektrinog polja. Takvo ravnoteno stanje se naziva ekvilibrijum. osobina p-n spoja je njegovo ispravljako djelovanje. Dioda, kao p-n spoj, ima dvije elektrode (Slika 3). Anodu ini p tip poluprovodnika dok je katoda na strani n tipa poluprovodnika.

Osnovna

Slika 3

5.1.1. Karakteristike diode

Ako se na krajeve pn spoja vee naponski izvor sa pozitivnim polom vezanim na p oblastdolazi do smanjenja potencijalne barijere na spoju, suenja oblasti prostornog tovara i olakanog kretanja veinskih nosilaca preko spoja. Veinski nosioci iz n oblasti, elektroni, difuzijom prelaze u p oblast, a veinski nosioci iz p oblasti, upljine, difuzijom prelaze u n oblast, gde dolazi do njihove rekombinacije. Dakle, poto je elektrino kolo zatvoreno, postoji stalna difuzija nosilaca preko spoja, odnosno postoji struja kroz pn spoj. Manjinski nosioci takoe prelaze preko spoja uslijed elektrinog polja, ali je zbog njihovog znatno manjeg broja njihov doprinos ukupnoj struji zanemarljiv. Dakle, struja kroz direktno polarisanu diodu sastoji se od dvije komponente: struje veinskih nosilaca (difuziona struja) i struje manjinskih nosilaca (struja usled elektrinog polja). Ako se na pn spoj vee naponski izvor sa pozitivnim polom na n oblast dolazi do poveanja potencijalne barijere na spoju, proirenja oblasti prostornog tovara i oteanog kretanja veinskih nosilaca preko spoja. Struje manjinskih nosilaca ostaju skoro nepromenjene i ona predstavljaju struju kroz spoj. Raspodjela nosilaca elektriciteta na p i na n strani diode predstavljena je na slijedeoj slici.

Slika 4. Raspodjela nosilaca elektriciteta na p i na n strani.

Statika karakteristika poluprovodnike diode daje zavisnost struje od napona kao ID = f(VD) a oblik zavisi od vrste materijala (Slika 5).

Slika 5. Karakteristike diode zavisne od vrste materijala.

Radni napon kod silicijumske diode nalazi se u opsegu od 0,65 V do 0,75 V. Statika karakteristika poluprovodnike diode daje zavisnost struje od napona I =f(V ) iD D

definisana je izrazom za struju kroz p-n spoj:

gdje je = VT temperaturni potencijal dok je I inverzna struja zasienja.T s

Na slici 6 pretstavljena je familija statikih karakteristika diode na temperaturi T = 300 K pri vrijednostima parametra = 1,2; 1,4 i 1,6.

Slika 6 .Napon na diodi, pri direktnoj polarizaciji, se odreuje iz relacije:

Napon praga otvaranja diode V , (oznake suDP

DTDPVVV==),

definisan je kao napon pri kome0

poinje da tee struja. Ako je najmanja struja koju moe izmjeriti neki instrument I tada se taj napon praga definie sa:

Kod silicijumske diode ovaj napon iznosi 0,4 V do 0,6 V dok je kod geramnijumske dioda oko 0,05 do 0,1V. Kod niskog nivoa injektiranja malih struja korekcioni faktor iznosi =2. Na slici 7 predstavljena je karakteristika realne i idelane diode pri irokom opsegu vrijednosti struje. (Na ordinati je logaritamska razmjera).

Slika7. Statike karakteristike diode u funkciji parametra Struja kroz diodu, pri direktnoj polarizaciji, poinje da tee pri naponu praga otvaranja V =VDP DT

koji kod germanijumske diode iznosi oko 0,2 V a za silicijumsku diodu od 0,5 V do 0,6 V.

Struja inverzno polarizovanog p-n spoja je reda nA ili pA (Slika 8).

Slika 8. Invezna struja pri inverznoj polarizaciji p-n spoja.Pri inverznoj polarizaciji napon izmeu p i n strane je negativan. Karakteritika se tada crta u treem kvadrantu. U okolini koordinatnog poetka pri malim vrijednostima napona inverzne polarizacije (0,1V do 0,2 V) inverzna struja poinje da raste. Daljim poveavanjem inverznog napona inverzna struja ima blagi porast.

5.1 .2. MODELI diode

Model diode predstavlja se linearnim ekvivalentnim kolom kojim se zamjenjuje dioda izmeu anodeA i katode K. Takva ekvivalentna ema sadri izvor napona koji odgovara naponu praga otvaranja diode V =V = V , te diferencijalnu otpornost r . Elektrini model kojim se realizuje ovakva karakteristika prikazan je na slici 9. U model je ukljuena i idealna dioda D da bi se obezbjedilo da struja tee samo pri direktnoj polarizaciji diode.i DT DP d

Slika 9. Model diode.Linearizovana karakteristika diode dobija se tako to se na realnu karakteristiku u radnoj taki postavlja tangenta (slika 10)

Slika 10. Odreivanje radne take diodnog kola i linearizacija karakteristike diodePri tome, nagib tangente odreuje diferencijalnu otpornost r dok presjek tangente sa apscisnom osom daje napon VDTi d

koji je priblino jednak naponu praga otvaranja diode V . Izlomljeno linearniDT

model diode je zasnovan na jednostavnoj linearizaciji nelinearne karakteristike diode i to u okolini radne take (slika 10). Na slici 10 data je statika karakteristika diode pri T = 300 K gdje se u presjeku sa statikim radnim pravcem nalazi radna taka Q odreena naponom V = 0,2 V i strujomD

kroz diodu I = 2,2 mA.D

Kada se izvri linarizacija strujno-naponska karakteristika dobija se karakteristika idealizovane dioda koja prelazi u karakteristiku idealne diode kada se potpuno zanemari otpornost r =0.d

Idealna dioda predstavlja najjednostavniji model diode. Ako je dioda direktno polarisana, uzima se da je napon na njoj nula. Ako je dioda inverzno polarisana uzima se da je struja kroz nju nula. Dakle, direktno polarisana dioda priblino odgovara kratkom spoju, dok inverzno polarisana dioda predstavlja otvorenu vezu. Napon praga otvaranja je tada takoe jednak nuli.

Slika 11. Karakteristika idealne diode

Realna dioda ima ukupnu otpornost izmeu anode i katode poveanu za otpornost osnove koja obino iznosi R = 10 do R = 100 tako da je R = r + R . Pri veim strujama smanjuje se uticaj diferencijalne otpornosti r pa R postaje dominatnija veliina to se ogleda na strujno-naponskud s s s D d s

karakteristiku. Karakteristika takve realne diode moe se opisati serijskom vezom p-n spoja i otpornika otpornosti R . Tada je napon takve realne diode:s

Grafiki oblik statike karakteristike ekvivalentne diode dobija se tako da se pri jednoj odabranoj vrijednosti struje vri sabiranje vrijednosti napona na otporniku i vrijednosti napona pn spoja. Postupak se ponavlja u vie taaka pravca koji predstavlja statiku karakteristiku otpornika Rs i pripadajuih taaka statike karaktersitike p-n spoja. Spajanjem dobijenih taaka dobija se karakteristika ekvivalentne diode. Na slika 12 dat je primjer za germanijumsku diodu.

Slika 12. Odreivanje karakteristike ekvivaletne Ge diode.

5.1.3. OTPORNOSTI diode

Otpornost diode za jednosmjernu struju (statika otpornost diode) definie se kolinikomnapona i struje u radnoj taki diode: RD= VD /ID. R = VD DQ

/I

DQ

.

Diferencijalna otpornost diode definie se i odreuje kao:

5.1.4. Dioda kao upravlja Poluvalni ispravlja je sklop koji se slui za proputanje samo jedne poluperiode izmjeninog napona. Tipian predstavnik poluvalnih ispravljaa ja samo jedna dioda spojena serijski s troilom. Budui da proputa samo jednu poluperiodu ulaznog izmjeninog napona, uinkovitost ovakvog sklopa je manje od 50%. Punovalni ispravlja moe biti realiziran s dvije diode i transformatorom s dva sekundarna namotaja. Prilikom pozitivne poluperiode, na gornjem namotu je takoer pozitivna poluperioda, pa vodi dioda D1, dok u drugom sluaju, kada je negativna poluperioda, voditi e dioda D2. Tako se osigurava punovalno ispravljanje izmjeninog napona. Ukoliko mreni transformator nema dva sekundarna namotaja, odnosno srednji izvod na sekundarnom namotaju, tada se redovito koriste etiri ispravljake diode u Graetzovom spoju, gdje uvijek vode dvije diode. Poluvodike diode, odn. Graetzov ispravlja u spoju ispravljaa mora imati odgovarajue karakteristike kako u pogledu probojnog napona, tako i u pogledu maksimalne opteretivosti.

5.2 Diode obogaene zlatom Zlato izaziva potiskivanje sporednih nosilaca naelektrisanja. Ovo umanjuje efektivnu kapacitivnost diode, omogudivi da dioda radi na vedim frekvencijama. Tipian primer je 1N914. Germanijumske i otki diode su istog reda brzine kao ove diode, a takoe i bipolarni tranzistori koji su vezani kao dioda. Ispravljake diode se prave sa namerom da rade na najvie 2.5 x 400 Hz to je 1 kHz i nije im potreban ovoliki opseg.

5.3 Zener diode Ove diode se nekad nazivaju i probojne diode. Posebna osobina ovih dioda je da mogu provesti u suprotnom smeru. Ovaj efekat, nazvan Cenerov proboj, na precizno odreenoj vrednosti inverznog napona to je osobina znaajna za konstrukciju referentnog naponskog izvora ili u kolima za stabilizaciju i ogranienje napona. Princip rada se zasniva na pojavi tunelovanja elektrona kroz tanku potencijalnu barijeru spoja. Usled ovoga je probojni napon kod ovih dioda relativno mali, od 2 do 6 V. Probojne diode mogu biti silicijumske i germanijumske, ali su silicijumske bolje zbog otrijeg kolena karakteristike pri prelazu u oblast proboja. Ove diode imaju negativan temperaturni koeficijent probojnog napona. Bududi radno podruje Zener diode predstavljaju negativni iznosi napona i struje, za Zener diodu se pretpostavljaju suprotni referentni polariteti i smjerovi napona i struja. Slika 13 prikazuje simbol Zener diode i njezinu naponsko-strujnu karakteristiku. Napon kod kojega dolazi do potrebnog ponaanja diode naziva se Zener-ovim naponom, UZ, i njime je postavljen prag karakteristike.

Slika 13. Simbol i naponsko-strujna karakteristika Zener diode Zener-ova dioda nalazi primjenu u krugovima za odravanje stalnih iznosa napona. Primjer primjene Zener diode prikazuje slika 14.

Slika 14. Naponski regulator s Zener diodom Krug je mogude analizirati na vie naina. U analizi koja slijedi naglaava se primjena Zener diode. Pretpostavlja se da je dioda idealna, tj. da strujama koje teku kroz diodu u opsegu od IZ,min do IZ,max odgovara stalni iznos napona UZ. Uz napon izvora Ug koji se mijenja u rasponu od Ug,min do Ug,max regulator na slici 14 tei odrati stalni pad napona iznosa UZ na otporniku RT ak i u sluaju promjene otpora troila RT. To je mogude postidi ako se Zener-ova struja uvijek nalazi unutar dozvoljenih krajnjih granica IZ,min i IZ,max. Do najvedeg iznosa struje kroz diodu dolazi kada troilo nije prikljueno, a napon izvora poprima najvedu vrijednost, tj.

Najmanja struja tee kroz diodu kada je struja u grani troila najvedeg iznosa, a napon izvora najmanji, tj.

a to zahtjeva da je

Zener diode se izrauju s zener-ovim naponima od nekoliko volti do nekoliko stotina volti i snagama do nekoliko desetaka vata. Krivulja u Zener-ovom podruje realnih dioda nije potpuno usporedna s osi struje, ved postoji konani pozitivni nagib. U zadanoj radnoj toki reciprona vrijednost nagiba se naziva dinamikim otporom, RZ

(izraz 1)

Iznos otpora RZ se mijenja promjenom radne toke. Uz visoke iznose struje RZ iznosi samo nekoliko ohm-a. Uz niske iznose struje, RZ iznosi nekoliko stotina ohm-a. Pribliavanjem struje koljenu diode, RZ, postaje vrlo velikim.

Izraz 1 oznaava da mala promjena struje ( napona na diodi ( ), odnosno (izraz 2)

) oko poetne radne toke odgovara promjeni

Promjena napona u je u izravnom odnosu sa sposobnodu odravanja stalnog napona praktino upotrebljive diode. Korisni nadomjesni krug Zener diode predstavljaju naponski izvor napona UZ i otpora RZ. Model dobro opisuje ponaanje Zener diode u podruju proboja za struje bliske radnoj vrijednosti utvrenoj izrazom (izraz 2) za otpor RZ.

5.4 Diode sa lavinskim efektom Diode koje provedu u inverznom smeru kada napon polarizacije izazove lavinsko umnoavanje slobodnih nosilaca elektriciteta usled dostizanja velikih brzina pri kretanju kroz jako elektrino polje prelazne oblasti. Ovaj princip je prisutan kod visokih vrednosti nepropusne polarizacije, preko 6.2 V do 1500 V. Ove diode imaju pozitivan temperaturni koeficijent probojnog napona, to se ublaava rednim dodavanjem obine diode polarisane u propusnom smeru i ima negativni temperaturni koeficijent.

5.5 Dioda za potiskivanje prolaza napona Diode sa lavinskim probojem napravljene posebno radi zatite drugih poluprovodnikih ureaja od elektrostatikog pranjenja. Popreni presek prelazne oblasti njihovog p-n spoja je mnogo iri nego kod obine diode, to omoguduje da provedu velike struje ka uzemljenju bez otedenja.

5.6 Svetlea dioda (LED) Svetli odnosno emituje fotone kada elektroni prolaze kroz spoj, tj kada se stavi pod napon. Vedina dioda emituje zraenje, ali ono ne naputa poluprovodnik i nalazi se u frekventnom opsegu infracrvenog zraenja. Meutim, izborom odgovarajudeg materijala i geometrije svetlost postaje vidljiva. Napon potencijalne barijere dioda odreuje boju svetlosti. Razliiti materijali ili neuobiajeni poluprovodnici se koriste u tu svrhu. Crvenoj boji odgovara napon od 1.2 V, a napon od 2.4 odgovara ljubiastoj. Danas postoje diode i za ultraljubiastu svetlost. Prve svetlede diode su bile crvene i ute, a druge su nastale kasnije. Sve svetlede diode su jednobojne; bele diode su u stvari kombinacija tri diode razliitih boja ili plava obloena

utom. to je nia frekvencija diode veda je efikasnost pa je za efekat jednake jaine svetla raznih dioda potrebno povedavati jainu struje kod dioda viih frekvencija. Ovo se jo vie komplikuje injenicom da je ljudsko oko najosetljivije na svetlost koja je negde izmeu plave i zelene.

5.7 Foto dioda Dioda sa irokim providnim spojem. Foto dioda reaguje na pojavu svetlosti generiudi elektrinu struju. Fotoni izbijaju elektrone iz orbita u oblasti spoja to je uzrok pojave elektrine struje. Foto diode se mogu koristiti kao solarne ili fotonaponske delije i u fotometriji. Ako foton nema dovoljno energije nede pobuditi elektron i samo de prodi kroz spoj. ak se i svetleda dioda moe upotrebiti ka foto dioda niske efikasnosti u nekim primenama. Nekada se svetleda dioda i foto dioda pakuju u isto kudite. Ovaj ureaj se tada zove "opto izolator", "opto dekapler" ili "opto razdvaja". Za razliku od transformatora on dozvoljava galvansko razdvajanje jednosmernog napona. Ovo je izuzetno korisno, recimo kod zatite pacijenata koji su prikljueni na medicinske ureaje ili kada se osetljiva niskostrujna kola razdvajaju od problematinih napojnih sklopova ili jakih elektromotora. Solarne delije su takoe jedna vrsta foto diode.

5.8 Laserske diode Vrsta svetlede diode kod kojih se poliranjem paralelnih stranica materijala diode formira rezonantna upljina to se manifestuje kao pojaava usmerene svetlosti - laser. Laserske diode se koriste kod optikih ureaja (CD i DVD itai/pisai) i kao komunikacije izuzetno velikih kapaciteta (optika vlakna i optike komunikacije).

LITERATURASav materijal je naen na globalnoj mrei internetu od nepozatih izvora.