elektra-diody-sprawko.doc

1. Dioda

Dioda jest elementem elektronicznym wyposażonym w dwie elektrody - anodę i katodę. Cechą charakterystyczną jest wyłącznie jednokierunkowy przepływ prądu od anody do katody. W praktyce, w zależności od sposobu wykonania, występuje większa lub mniejsza różnica w oporności przy przewodzeniu prądu w kierunku od anody do katody (mała oporność), a kierunkiem od katody do anody (duża oporność).
Typy diód:

·         próżniowa zrealizowaną jako lampa próżniowa

·         półprzewodnikowa zrealizowaną jako połączenie półprzewodników

·         Schottky'ego - dioda będąca złączem metal-półprzewodnik

·         uniwersalna

·         prostownicza

·         impulsowa

·         pojemnościowa

·         tunelowa (Esakiego)

·         elektroluminescencyjna (LED)

·         Zenera (stabilitron)

·         Gunna

·         mikrofalowa

·         krzemowa

·         germanowa

·         zabezpieczająca

·         stałoprądowa

·         PIN

·         Ostrzowa

·         ładunkowa

·         wsteczna

·         detekcyjne - niewielkiej mocy, używane w układach demodulacji AM

·         fotodioda - dioda reagująca na promieniowanie świetlne (widzialne, podczerwone lub ultrafioletowe).

Dioda półprzewodnikowa to dwukońcówkowy element półprzewodnikowy. Zbudowana jest z dwóch warstw półprzewodnika, odmiennie domieszkowanych - typu n i typu p, tworzących razem złącze n-p, lub z połączenia półprzewodnika z odpowiednim metalem - dioda Schottky'ego. Końcówka dołączona do obszaru n nazywa się katodą, a do obszaru p - anodą. Element ten charakteryzuje się jednokierunkowym przepływem prądu - od anody do katody, w drugą stronę prąd nie płynie (zawór elektryczny).

Podstawową cechą diod półprzewodnikowych jest prostowanie (tj. umożliwianie przepływu prądu tylko w jedną stronę) prądu przemiennego, jednak ich gama zastosowań jest o wiele szersza, w związku z tym rozróżniamy następujące rodzaje diod:

·         dioda prostownicza - jej podstawową funkcją jest prostowanie prądu przemiennego

·         stabilizacyjne (stabilistory, diody Zenera) - stosowana w układach stabilizacji napięcia i prądu

·         tunelowe - dioda o specjalnej konstrukcji, z odcinkiem charakterystyki o ujemnej rezystancji dynamicznej

·         pojemnościowe (warikap) - o pojemności zależnej od przyłożonego napięcia

·         LED (elektroluminescencyjne) - dioda świecąca w paśmie widzialnym lub podczerwonym

·         laserowe

·         mikrofalowe (np. Gunna)

W moim sprawozdaniu opisze szerzej diodę półprzewodnikową.

Dioda prostownicza to rodzaj diody przeznaczonej głównie do prostowania prądu przemiennego o małej częstotliwości, której głównym zastosowaniem jest dostarczenie odpowiednio dużej mocy prądu stałego (duża moc to pojęcie względne).

Głównymi parametrami diod prostowniczych jest maksymalne dopuszczalne napięcie wsteczne (napięcia pomiędzy anodą i katodą w stanie zatkania) i maksymalny prąd przewodzenia, parametry te określają możliwość użycia diody w konkretnym zastosowaniu. Innymi parametrami ważnymi w tego rodzaju zastosowaniach jest maksymalny prąd chwilowy (określający odporność na przeciążenia), maksymalna moc tracona na diodzie, czas odzyskiwania zdolności zaworowej (wyznacza maksymalną częstotliwość prądu prostowanego). Najpopularniejszym zastosowaniem diody prostowniczej jest prostowanie napięcia o częstotliwości sieciowej, czyli (w Polsce) 50 Hz. Diody te są elementami nieliniowymi i w związku z tym można wyróżnić napięcie powyżej którego gwałtownie rośnie prąd przepływający przez diode w kierunku przewodzenia. Jest to minimalne napięcie przewodzenia, poniżej którego prąd diody jest pomijalnie mały. Dla germanu wynosi ono około 0,2 V (diody rzadziej stosowane); dla krzemu napięcie to równe jest około 0,7 V.

Przebieg prądowo-napięciowy w podanym niżej układzie:

Charakterystyka diody:

Up – punkt przebicia

2. Tyrystor

Tyrystor jest elementem półprzewodnikowym składającym się z 4 warstw w układzie p-n-p-n. Jest on wyposażony w 3 elektrody, z których dwie są przyłączone do warstw skrajnych, a trzecia do jednej z warstw środkowych. Elektrody przyłączone do warstw skrajnych nazywa się katodą (K) i anodą (A), a elektroda przyłączona do warstwy środkowej – bramką (G, od ang. gate – bramka). Tyrystor przewodzi w kierunku od anody do katody. Jeżeli anoda ma dodatnie napięcie względem katody, to złącza skrajne typu p-n są spolaryzowane w kierunku przewodzenia, a złącze środkowe n-p w kierunku zaporowym. Dopóki do bramki nie doprowadzi się napięcia, dopóty tyrystor praktycznie nie przewodzi prądu. Doprowadzenie do bramki dodatniego napięcia względem katody spowoduje przepływ prądu bramkowego i właściwości zaporowe środkowego złącza zanikają w ciągu kilku mikrosekund; moment ten nazywany bywa "zapłonem" tyrystora

Parametry

·         Graniczne napięcie powtarzalne URRM i graniczne napięcie niepowtarzalne URSM w kierunku zaporowym.

·         Graniczne napięcie powtarzalne UDRM i graniczne napięcie niepowtarzalne UDSM w kierunku przewodzenia w stanie blokowania[1]. Napięcie pracy tyrystora nie powinno przekracać 0,67 UDRM.

·         Prąd graniczny obciążenia ITAVM, określany jako największa wartość średnia prądu tyrystora o kształcie półfali sinusoidy o częstotliwości sieci energetycznej (50 lub 60 Hz) w określonych warunkach chłodzenia

·         Właściwości sterowania określone przez charakterystyki napięciowo-prądowe bramki UG=f (IG).

Tyrystory znalazły zastosowania w wielu dziedzinach. Jako sterowniki prądu stałego są stosowane w stabilizatorach napięcia stałego i w automatyce silników prądu stałego. Jako sterowniki prądu przemiennego – w automatyce silników indukcyjnych i w technice oświetleniowej. Jako łączniki i przerywacze prądu stałego i przemiennego – w automatyce napędu elektrycznego, układach stabilizacji napięcia i w technice zabezpieczeń. Jako przemienniki częstotliwości – w automatyce silników indukcyjnych, technice ultradźwięków oraz jako układy impulsowe – w generatorach odchylenia strumienia elektronowego w kineskopach telewizorów kolorowych, w urządzeniach zapłonowych silników spalinowych.

Przebieg prądowo-napięciowy w podanym niżej układzie:

Charakterystyka tyrystora:

iz – prąd graniczny załączania w stanie blokowania

·         strefa I – tyrystor nie załączy się nigdy

·         strefa II – czysty przypadek załączenia się tyrystora

·         strefa III – pewne załączenie tyrystora