Mainski fakultetUniverzitet u Niu

Seminarski radPredmet: Elektromehanike i elektronske komponente u mehatroniciTema: Diode

Student: Aleksandar Pepi 942 Profesor: prof. dr. Aca Mici

Ni, 2014Sadraj:UVOD31.DIODE41.1.PN i NP spojevi42. SNIMANJE KARAKTERISTIKA DIODA83.TESTIRANJE ISPRAVNOSTI DIODA104. VRSTE DIODA124.1. Ispravljaka dioda124.2. Zener dioda124.3. otki dioda124.4. Tunel diode134.5. Foto dioda134.6. Varikap diode134.7. Svetlea diode (LED)144.8. Laserska dioda144.9. Dioda obogaene zlatom144.10. Dioda sa lavinskim efektom144.11. Dioda za potiskivanje prolaza napona155. Oznaavanje diode156.PRIMENA DIODA U IZVORIMA NAPAJANJA15Sl.6.10. Razliite vrste dioda.217. KATALOG DIODE 100422

UVOD

U ovom radu objasniemo ta je dioda i njen bitan PN spoj, karakteristiku diode i nain na koji se snima karakteristika, nain kojim emo ispitati ispravnost diode, naveemo vrste dioda i napisati nekoliko raenica o njima i dati njihove simbole u elektrinim kolima, Objasniemo oznaavanje dioda, objasniemo takoe primenu diode u elektrinim kolima...

Vakuumske 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 Ferninand 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 kontrukcije dioda je Don Ambroz Fleming, nauni savetnik u kompaniji Markoni, koji je 1904. godine na osnovu rada 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.

1.DIODERad poluprovodnikih dioda zasniva se na usmerakim osobinama PN spojeva. U praksi je skoro iskljuivo jedna oblast PN spoja male specifine otpornosti, to znai da je u njoj velika koncentracija primesa; drugim reima, jedna oblast PN ili (NP) spoja je najee jako dopirana. Prema tome, re je o P+ - N i N+ -P spojevima, ali, da se ta injenica ne bi stalno isticala, nadalje e se umesto oznaka spojeva P+ - N i N+ - P koristiti oznake PN i NP.

1.1. PN i NP spojeviDanas se iskljuivo proizvode planarne diode, sl.1. Planarne diode, koje treba da imaju malu direktnu otpornost, prave se u epitaksijalnom sloju silicijuma. Naime, da bi redna otpornost diode bila to manja, silicijumska ploica na kojoj se planarnim postupkom istovremeno oformljuje veliki broj dioda, trebalo bi da je to tanja. Meutim, ukoliko je ploica tanja,utoliko se lake lomi. Minimalna debljina ploice sa kojom se uopte moe raditi je (120150) m, dok je za dobar rad diode neophodno znatno manja debljina ( vea debljina ploice samo poveava rednu otpornost). Zbog toga se smanjenje redne otpornosti postie spitaksijalno naraslim slojem, sl.1. Kako je supstrat male otpornosti, to je otpornost tog dela zanemarljivo mala, te je i redna otpornost diode mala. Mala otpornost osnove ima prednost i zbog toga to je sa njom mogue lako ostvariti dobar neusmeraki spoj, te je i to smanjuje rednu otpornost.

Sl.1 Planarna epitaksijalna dioda.

Iako diode sa epitaksijalnim slojem imaju bolje karakteristike od dioda bez ovakvog sloja (prvenstveno imaju manju rednu otpornost i vei probojni napon).

Sl.1.1. Ilustracija diode bez epitaksijalnog sloja; velikim krugovima u prelaznojoblasti p-n spoja oznaene su jonizovane primese (pozitivni donorski i negativniakceptorski joni), a kruii sa znakom + oznaavaju upljine kao veinske nosioceu p-oblasti, dok je za veinske elektrone u n-oblasti iskoriena oznaka .

Dakle PN spoj se sastoji od intimnog spoja poluprovodnika P-tipa i poluprovodnika N-tipa. Mesto na kome se prelazi sa jednog na drugi tip poluprovodnika zove se metalurki spoj, sl.1.3a; to je, praktino, povrina dodira poluprovodnika P i N tipa. Moe se smatrati da su na sobnoj temperaturi skoro sve primese jonizovane. Zbog toga e u P oblasti veinski nosioci biti upljine a u N tipu elektroni. Manjinski nosioci u P oblasti su elektroni a u N oblasti upljine S obzirom da je u P oblasti koncentracija upljina za nekoliko redova veliine vea nego u N oblasti, to e iz P oblasti ka N oblasti nastati duifuzija upljina.irina prelazne oblasti, ili barijera, moe se menjati prikljuenjem spoljanjeg napona. Smanjenje barijere postie se kada se na P oblast prikljui pozitivan, a na N oblast negativan pol spoljanjeg napona, sl.1.3b; takav napon V zove se direktni napon. U suprotnom sluaju, tj. prikljuenjem inverznog napona VR , irina prelazne oblasti se poveava sl.1.3c.Neka se na PN spoj dovede napon tako da se barijera smanji, sl.1.3b. Usled smanjenja barijere difuziona struja kroz PN spoj postaje vea od driftovske i kroz PN spoj e proticati struja. Na sl.1.4 simbolino je prikazano kretanje elektrona i upljina koje ine struju kroz PN spoj, odnosno kroz diodu. U N-oblasti veinski nosioci su elektroni i oni se kreu sdesna u levo, inei driftovsku struju elektrona Indrift, koja je suprotnog smeraod smera kretanja elektrona znai, u desno. Injektovane upljine iz P-oblasti u N-oblast predstavljaju manjinske nosioce u toj oblasti (na sl.1.4a su one predstavljene belim kruiima). Njihova koncentracija je najvea neposredno uz prelaznu oblast, tj. na poetku N-oblasti. upljine se kroz N-tip poluprovodnika (N-oblast) kreu difuzijom sleva u desno, usled ega, takoe sleva u desno, nastaje difuziona struja upljina Ipdiff. U bilo kojoj taki N-oblasti ukupna struja koja protie kroz direktno polarisanu diodu bie jednaka zbiru driftovske struje elektrona i difuzione struje upljina, tj.:

ID=Indrift+Indiff

(ovo je razlog zbog kojeg dioda spada u tkzv. bipolarne komponente komponente kod kojih struju ine oba tipa naelektrisanja, i elektroni i upljine). S druge strane, u P-oblast veinski nosioci su upljine i one se kreu sleva u desno, od kojih nastaje driftovska struja upljina Ipdrift koja je istog smera sa smerom kretanja upljina znai, u desno. Injektovani elektroni iz N-oblasti u P-oblast predstavljaju manjinske nosioce u toj oblasti. Kako je njihova koncentracija najvea neposredno uz prelaznu oblast, oni se kroz P-tip poluprovodnika kreu difuzijom sdesna u levo, inei difuzionu struju elektrona Indiff, sa smerom suprotnim od difuzionog kretanja elektrona. I ovde, u bilo kojoj taki u P-oblasti ukupna struja koja protie kroz direktno polarisanu diodu je jednaka zbiru driftovske struje upljina i difuzione struje elektrona.

Sl.1.3. p-n spoj sa izvodima bez polarizacije (a), pri direktnoj (b) i inverznoj polarizaciji (c).

Sl.1.4. Uz objanjenje proticanja struje kroz direktno polarisan p-n spoj.

Kada se, pak, na diodu dovede inverzan napon (sl.1.3c), barijera se poveava. U tom sluaju difuziona struja veinskih nosilaca kroz barijeru postaje, a driftovska struja ne moe da poraste iznad ravnotene, jer u prelaznoj oblasti nema odgovarajuih nosilaca. Na primer, difuzionoj struji upljina, koju ine veinski nosioci iz P-oblasti, dri ravnoteu driftovska struja istih nosilaca koji su uli u prelaznu oblast. Prema tome, driftovska komponenta struje kroz PN spoj ne moe biti vea od difuzione. Da bi ona porasla, potrebno je da iz N-oblasti dou upljine. upljine su u N-oblasti manjinski nosioci; njih ima vrlo malo, te e i struja u ovom smeru biti vrlo mala, sl.1.5. Zbog toga se PN spoj zvoe i usmeraki spoj, jer on u jednom smeru proputa, a u drugom ne proputa elektrinu struju.

Sl.1.5. Simbolina predstava nastanka veoma male struje pri inverznoj polarizaciji diode.

Poto na n-strani ima mnogo vie elektrona, oni difuzijom prelaze na p-stranu. Na p-strani je dospeli elektron okruen sa mnogo uplina usled ega dolazi do rekonbinacije. Kao posledica difuzije i rekonbinacije, 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. Formirana oblast stvara elektrino polje iji je smer takav da tei da zaustavi proces difuzije. Tako dolazi do ravnotee pri kojoj je veliina prostornog naelektrisanja konstantna.

Dovoenjem spoljanjeg napona na krajeve p-n spoja (polarizacijom p-n spoja) dolazi do promene ravnotee i p-n spj poinje da provodi struju.

2. SNIMANJE KARAKTERISTIKA DIODA

Snimanje karakteristika diode u direktnom smeru se obavlja pomou kola prikazanog na slici:

E je izvor jednosmernog napona koji tipino iznosi 10 V jer se obino koristi i za druge potrebe, mada u ovom sluaju moe da bude i nii (na primer 3V). Otpornik R slui za ogranienje struje u sluaju pogrenog rukovanja i na taj nain titi elemente kola od pregorevanja; njegova tipina otpornost je l kQ , ali moe da ima i druge vrednosti i to naroito kod snimanja karakteristika dioda za velike struje. Struja kroz diodu se meri miliampermetrom (mA), a napon na njoj pomou digitalnog (moe i analognog elektronskog) voltmetra. Treba napomenuti da za ovo snimanje nije dobro upotrebljavati elektrini voltmetar jer je kod njegove normalne upotreba struja kroz njega nekoliko desetina \x A i nju bi miliampermetar registrovao kao struju kroz diodu.Menjanje napona na diodi se obavlja pomou potenciometra P. Kada se njegov kliza nalazi u krajnjem donjem poloaju, tadaje napon na diodi, odnosno izmeu take A i mase jednak nuli (masa je zajednika taka u nekom ureaju i obino je uzemljena preko mrenog prikljuka).Napon na diodi treba poviavati u skokovima po 100 mV, poevi od nule pa do 1V za silicijumsku diodu, i pritom miliampermetrom meriti struju kroz nju. Kod germanijumske diode skokovi treba da budu u poetku oko 20 mV, dok kasnije mogu da budu i vei. Podaci dobijeni merenjem unose se u tabelu, a zatim se na milimetarskoj hartiji crta dijagram I = f(U). Ha horizontalnu osu se nanose vrednosti napona, a na vertikalnu struje.

Snimanje karakteristike diode u inverznom smeru se, normalno, ne izvodi za silicijumske diode jer je struja u ovom sluaju veoma mala i iznosi tipino oko l nA. Merenje ovako male struje moe da se izvede samo specijalnim instrumentima ili metodama. Ovo snimanje ipak moe da se izvede kod germanijumskih dioda pomou kola, koje je prikazano na slici:

Ovde mikroampermetar (m A) slui za merenje struje, a elektronski voltmetar za merenje napona. Ovde je potrebno staviti voltmetar pre mikroampermetra, da mikroampermetar ne bi merio struju kroz voltmetar. Napon moe da se menja u veim skokovima, na primer po 1 V ili 5 V. Podaci se takoe unose u tabelu na osnovu koje se crta dijagram. U kolo (slika 3.3.3.) takoe moe da se stavi silicijumska dioda da bi se videlo da je njena inverzna struja praktino jednaka nuli.

Realna karakteristika silicijumske daode ima prag provoenja, odnosno deo karakteristike u kojoj struja praktino ne tee. Direktna struja poinje da tee negde oko 0,6 V i naglo raste sa povienjem napona. Inverzna struja kod normalnih inverznih napona je toliko mala da o njoj praktino ne treba voditi rauna.

Kod germanijumskih dioda inverzna struja moe da bude znatna, jer je orijentaciono za oko 1000 puta vea nego kod silicijumskih. Germanijumske diode imaju nii prag provoenja (oko 0,2 V). Germanijumske diode se relativno malo upotrebljavaju jer imaju znatno loije karakteristike od silicijumskih u veini sluajeva. Sada se, normalno, koriste samo takaste germanijumske diode jer imaju nizak prag provoenja i malu kapacitivnost PN-spoja.

Posebno treba obratiti panju na podelu ose za struju pri inverznoj polarizaciji; podela je u mikroamperima jer se kod podele u miliamperima inverzna struja uopte ne bi videla.

3.TESTIRANJE ISPRAVNOSTI DIODA

Korienjem univerzalnih mernih instrumenata (multimetra), bilo digitalnih, bilo analognih, mogue je veoma brzo i efikasno ustanoviti da li je dioda ispravna ili ne. Naime, veina digitalnih multimetra ima mogunost direktnog testiranja ispravnosti dioda. Tipian takav multimetar, kao to se vidi na sl.4.1, ima oznaku diode ka kojoj treba usmeriti funkcionalni preklopnik. Svi multimetri poseduju baterije kojima se napajaju. U primeru na sl.3.1 prikazani merni instrument se napaja sa Vbat=2,6V.

Sl.3.1. Test kojim se pokazuje da je dioda ispravna.

Ispravna dioda. Prikljuivanjem pozitivnog pola baterije digitalnog multimetra (crvena ica na sl.4.1a) na anodu i negativnog pola (crna ica na sl.4.1a) na katodu, na displeju se oitava vrednost napona na diodi koja moe biti od 0,5V do 0,9V, sa tipinom vrednou oko 0,7V (kao na sl.4.1a). Vrlo esto takvi multimetri poseduju i zvuni signal koji se u tom trenutku oglaava. Da bi bili sigurni da je dioda stvarno (tanije: najverovatnije) ispravna, okreu se izvodi diode (sioda se fiziki okrene za 180, sl.4.1b); tada se ista testira pod uslovima inverzne polarizacije. U tom sluaju se na displeju oitava napon napajanja instrumenta (2,6V na primeru sl.4.1b). Kada se merenje ispravnosti diode vri analognim multimerom, preklopnik se postavi u poloaju kojim se izabira merenje otpornosti. Napominje se da je kod takvih instrumenta u odnosu na digitalne multimetre izmenjen polaritet napona napajanja samog instrumenta: oznaka uzemljenja (obino iz nje izlazi crna ica) je na pozitivnom, a oznaka koja oznaava merenje otpornosti (trebalo bi po pravilu da bude crvena ica) je na negativnom polu baterije kojom se napaja multimetar. Stoga e kod ispravne diode igla multimetra skrenuti krajnje desno. Kada se dioda okrene (anoda i katoda izmene predhodni poloaj), merna igla multimetra se ne pomera (u zavisnosti koji merni opseg otpornosti je izabran moe se desiti da se igla malo i pomori u desno).

Neispravna dioda. Neispravna dioda moe biti kada se dioda ponaa kao prekid u kolu (tkzv. otvorena dioda) ili kada je kratkospojena. u testu u kojem se koristi digitalni multimetar na displeju se kod otvorene diode i pri direktnoj i pri inverznoj polarizaciji oitava ista identifikacija, tj. napon baterije u instrumentu, sl.3.2a (kod nekih multimetra pie OL). Sa druge strane, kod kratkospojene diode i pri direktnoj i pri inverznoj polarizaciji na displeju pie takoe ista cifra, ali je to ili 0 (kao na sl.3.2b) ili napon znatno manji od napona baterije u instrumentu. Kada se koristi analogni isntrument, skretanje merne igle je isto i pri direktnoj i pri inverznoj polarizaciji diode, s tim to je kod otvorene diode skretanje igle znatno vee nego kod kratkospojene diode.

Sl.3.2. Test kojim se pokazuje da je dioda neispravna: (a) kod otvorene diode i pridirektnoj i pri inverznoj polarizaciji je ista identifikacija (kod nekih multimetara pie OL);(b) kod kratkospojene diode i pri direktnoj i pri inverznoj polarizaciji na displeju pie istacifra: ili 0 ili napon znatno manji od napona baterije u instrumentu.

4. VRSTE DIODA4.1. Ispravljaka dioda

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.

4.2. Zener diodaOve 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. Poto je probojni napon relativno stabilna vrednost ove diode se mogu koristiti kao izvor referentnog napona Ove diode se mogu koristiti i za ograniavanje napona odnosno za zatitu kola od prenapona.

4.3. otki dioda

Ove diode su bazirane na spoju poluprovodnika i metala (umesto spoja dva poluprovodnika). Karakterie ih manji pad napona kod direktne polarizacije u odnosu na standardne PN diode (0.15V-0.45V). Ove diode se koriste za spojna kola kao i za prevenciju saturacije kod tranzistora. Koriste se i za ispravljae sa malim gubicima. Odlikuje ih i mnogo manja kapacitivnost PN spoja tako da imaju primenu i u RF kolima. Nedostatak ovakve strukture je to to se ne mogu realizovati komponente sa velikim inverznim probojnim naponom .

4.4. Tunel diode

Karaktersitika tunel diode nije monotono rastua ve sadri jedan deo sa negativnom diferencijalnom otpornou. Zahvaljujui tome tunel diode se mogu koristiti za konstrujisanje oscilatora i modulatora na visokim frekvencijama.

4.5. Foto dioda

Dioda sa irokim providnim spojem. Foto dioda reaguje na pojavu svetlosti generiui 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 elije i u fotometriji. Ako foton nema dovoljno energije nee pobuditi elektron i samo e proi kroz spoj. ak se i svetlea dioda moe upotrebiti ka foto dioda niske efikasnosti u nekim primenama. Nekada se svetlea dioda i foto dioda pakuju u isto kuite. 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 elije su takoe jedna vrsta foto diode.

4.6. Varikap diode

Kod varikap dioda iskoriena je pojava da kapacitivnost slojeva p-n spoja zavisi od primenjenog inverznog napona. Varikap diode se koriste za podeavanje ureaja, za nametanje frekvencije.

4.7. Svetlea diode (LED)

Light Emitting Diode (diode sa svetlosnom emisijom) su napravljene od takvog poluprovodnika da se na spoju pri prelasku elektrona emituju fotoni. Veina dioda emituje zraenje, ali ono ne naputa poluprovodnik i nalazi se u frekventnom opsegu infracrvenog zraenja. Meutim, izborom odgovarajueg materijala i geometrije svetlost postaje vidljiva. Razliiti materijali ili neuobiajeni poluprovodnici se koriste u tu svrhu. U zavisnosti od primenjenog materijala dobijamo irok spektar svetlosti tj. talasnu duinu fotona (od ultraljubiastog do infracrvenog). Materijal koji se koristi za ovu vrstu dioda je uglavnom galijum-arsenid GaAr. Napon potencijalne barijere dioda odreuje boju svetlosti. Napon diode zavisi od talasne duine fotona i nalazi se u rasponu 1.2V za crvenu boju, do 2.4V za ljubiastu. Prve diode su bile crvene i ute dok su ostale diode razvijene tokom vremena. Danas postoje diode i za ultraljubiastu svetlost. Sve diode su monohromatske tj. mogu da emituju samo jednu boju. Bela dioda se pravi kombinacijom tri diode sa razliitim bojama. to je nia frekvencija diode vea je efikasnost pa je za efekat jednake jaine svetla raznih dioda potrebno poveavati 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.

4.8. Laserska dioda

Vrsta svetlee diode kod koje 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).

4.9. Dioda obogaene zlatom

Zlato izaziva potiskivanje sporednih nosilaca naelektrisanja. Ovo umanjuje efektivnu kapacitivnost diode, omoguivi da dioda radi na veim 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

4.10. Dioda 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.

4.11. Dioda za potiskivanje prolaza napona

Diode sa lavinskim probojem koje su 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 omoguuje da provedu velike struje ka uzemljenju bez oteenja.

5. Oznaavanje diode

Ne postoje jedinstveni standardi za oznaavanje elektronskih komponenti. Najee se primenjuje sledei format oznake za poluprovodnike komponente:XNYYY(Z)

X- 1 za diodu; 2 za tranzistor; 3 za vieslojne diode, itd.N - simbol za poluprovodniku komponentuYYY - identifikacioni broj, tri ili etiri cifre(Z) - dodatna oznaka, nije obavezna._______________________________________________________________Primer:1N345A - oznaka za poboljanu verziju poluprovodnike diode tipa 345

Kod dioda je uobiajeno je da se katoda oznai odgovarajuim znakom, kao to pokazuju sledei primeri:

6.PRIMENA DIODA U IZVORIMA NAPAJANJA

Nijedan elektronski ureaj ne bi mogao da radi bez jednosmernog izvora napajanja. Neki ureaji (raunari, televizori, DVD plejeri) se direktno prikljuuju na mreni napon, koji je kod nas frekvencije 50Hz i efektivne vrednosti 220V, dok drugi (mobilni telefoni, lap-topovi) koriste baterije. Da bi se oni ureaji koji se direktno prikljuuju na mreni napon mogli da rade, neophodno je da se taj naizmenini mreni napon ispravi, tj. da se od naizmeninog napona dobije jednosmerni napon. Taj proces se odvija u ispravljaima sl.6.1. Ispravljai su neophodni i kod mobilnih telefona, lap-topova i mnogih drugih ureaja koji danas koriste punjive baterije (nikl-kadmijumske, nikl-metal hibridne, litijum-jonske), s obzirom da se te baterije dopunjuju jednosmernim naponima iz ispravljaa. Osnovna elektronska komponenta u ispravljaima jeste dioda.

Sl.6.1. Princip dobijanja jednosmernog (ispravljenog) napona od naizmeninog mrenog napona.

Princip na kome se zasniva dobijanje jednosmernog od naizmeninog napona pomou jedne diode prikazan je na sl.6.2. Kada na anodu diode naie pozitivna poluperioda ulaznog napona Vin (od trenutka t0 do trenutka t1. Sl6.2a), dioda proputa struju i na potroau (otporniku RL) stvara pad napona Vout istog oblika sa ulaznim naponom (sl.6.2a). Meutim, kada na anodu u vremenskom periodu t1 do t2 (sl.6.2b) naie negativna poluperioda ulaznog napona Vin, diode ne proputa sruju i na potroau je izlazni napon Vout jednak nuli. Nailaskom sledee pozitivne poluperiode ulaznog napona dioda ponovo provede, a zatim sa negativnom poluperiodom napon na izlazu ponovo biva jednak nuli, sl.6.2c. Nedostatak ovog naina ispravljanja jeste to struja protie kroz potroa samo za vreme jedne poluperiode naizmeninog napona, dok je za vreme od t1 do t2 struja kroz potroa jednaka nuli.

Sl.6.2. Ispravljanje napona pomou jedne diode.

Bolji nain dobijanja ispravljenog napona dobija se pomou dve diode, sl.6.3. Na istoj slici je prikazan i transformator koji mreni napon od 220V sniava na eljenu vrednost, i tako snieni naizmenini napon se sa sekundarnog namotaja (sekundara) transformatora dovodi na diode D1 i D2. Za vreme pozitivne poluperiode naizmeninog napona vodi dioda D1 (sl.6.4a) a dioda D2 je tada inverzno polarisana i kroz nju ne protie struja ( dioda D2 je zakoena). Situacija je potpuno izmenjena kad na diodu D2 naie negativna poluperioda napona sa sekundara: tada ona vodi (sl.6.4b), a dioda D1 je tada zakoena. Kao posledica, kroz potroa sve vreme protie struja, koja na njemu stvara pad napona Vout kao na sl.6.4b.

Sl.6.3. Ispravljanje napona pomou dve diode.

Sl.6.4. Prikaz voenja i zakoenja pojedinih dioda u ispravljau sa dve diode.

Najei i najbolji nain dobijanja ispravljenog napona postie se pomou etiri diode vezane na nain prikazan na sl.6.5. (tako vezane diode ine tkzv. Grecov spoj). Naime, za vreme pozitivne poluperiode naizmeninog napona koji se dovodi sa sekundara transformatora provede dioda D1; struja prolazi kroz potroa RL i strujni krug se zavrava preko diode D2 (sl.6.5a) Drugim reima, tada vode diode D1 i D2, a diode D3 i D4 su tada zakoene. Meutim, kada na diodu D3 naie negativna poluperioda napona sa sekundara, uloge dioda su izmenjene: tada vode diode D3 i D4 (sl.6.5b), a diode D1 i D2 su tada zakoene. Na taj nain kroz potroa sve vreme protie struja, koja na njemu stvara pad napona kao na sl.6.5b. Na sl.6.6 je prikazano nekoliko razliitih Grecovih spojeva, na kojima se vidi gde se prikljuuje naizmenini napon, a sa kojih izvoda se uzima + i - ispravljenog napona (to je, takoe naznaeno i na sl.6.5).Do sada je bilo rei o nainima ispravljanja napona. Meutim, tako dobijeni su i kod punotalasnog (sl.6.6b), a posebno kod punotalasnog ispravljanja (sl.6.7a), takvi da su talasni oblici napona na izlazu neprihvatljivi za praktinu primenu ( na primer kod audio ureaja bi bio jako ujan nedozvoljeni brum). Stoga se posle ispravljakih dioda koristi kondenzator velike kapacitivnosti ( obino su to elektrolitski kondenzatori kapacitivnosti nekoliko stotina F), sl.6.8.

Sl.6.5. Ispravljanje napona pomou etiri diode (Grecov spoj).

Sl.6.6. Nekoliko razliitih Grecovih spojeva.

Sl.6.7. Naponski oblici ispravljenog napona bez kondenzatora i sa kondenzatorom.

Sl.6.8. Uz objanjenje uloge kondenzatora u ispravljaima.

Uloga kondenzatora (sl.6.7 i sl.6.8) se ogleda u sledeem: u prvom trenutku kada dioda provede, kondenzator se napuni (sl.6.8a) i napon na njemu je VC = Vp(in) -0,7 V, gde je Vp(in) maksimalna vrednost ulaznog napona. Odmah nakon toga kondenzator poinje da se prazni preko potroaa RL (sl.6.8b) i to pranjenje kondenzatora traje sve do trenutka kada, pri pozitivnoj poluperiodi naizmeninog napona, struja koja protie kroz diodu ne dopuni kondenzator (na sl.6.8c je to trenutak koji je iznad t2). Na taj nain se dobija prilino ispeglan napon na potroau, 6.7 Oigledno je stoga, da e to peglanje ispravljenog napona biti bolje ukoliko je kapacitivnost kondenzatora vea, s obzirom da je vreme pranjenja kondenzatora srazmerno kapacitivnosti istog.Na kraju, na sl.6.9 dat je izgled jednog ispravljaa sa etiri diode, a na sl. 6.10 je prikazano nekoliko vrsta dioda, sa naznakom na kom je izvodu katoda.

Sl.6.9. Izgled jednog ispravljaa sa etiri diode.

Sl.6.10. Razliite vrste dioda.

7. KATALOG DIODE 1004

1

3