Polovodičové diody

   Dioda – definice:

   Elektronická dvojpólová součástka, která při své činnosti využívá přechod,

   který vykazuje usměrňující vlastnosti (jednosměrnou vodivost). Vlastnosti se liší

   způsobem provedení, průběhem V-A charakteristiky – všechny diody jsou

   nelineární.

   

   Dělení polovodičových diod podle základního materiálu:

   • Germaniové

   • Křemíkové

   • Galium-arsenid+Au

   

   Polovodičová dioda je vytvořena polovodičovým krystalem, který je na jedné straně dotován P a
   na druhé N. Spojením obou různě dotovaných oblastí na určitých plochách dostáváme plošnou
   diodu. V jiném případě při bodovém doteku jde o hrotovou diodu. 

    Polovodičová dioda je nelineární součástka s usměrňovacím účinkem, jejíž teoretickou
   charakteristiku lze odvodit z rovnice pro přechod PN:
    

   Teoretická a skutečná charakteristika polovodičové diody, schematická značka:

   Při závěrném napětí větším než asi 0,5 V roste závěrný proud nepatrně. Jde o ztrátový proud
   způsobený nerovnoměrnostmi na hraničních plochách přechodu PN.

   Při propustném napětí vyšším než 0,5 V se odchyluje skutečný průběh charakteristiky od
   ideálního exponenciál. průběhu, protože se proud v důsledku dosud zanedbaného vlastního odporu
   krystalu - tzv. odporu dráhy - zmenší proti teoreticky odvozené hodnotě.

   Přiložené napětí se tedy rozdělí na napětí na závěrné vrstvě a na úbytek napětí na odporu
   krystalu. 

   Protože odpor dráhy lze předpokládat ve velikostí (1 až 300) ohmů, nehraje v závěrném stavu,
   kdy může proud nabývat hodnot řádu (nA) až (µA), žádnou roli. Podobně nemá vliv závěrný
   (ztrátový) proud v propustném stavu, protože tam proud dosahuje hodnot řádově (mA) až (A). 

   Podle teoretického průběhu proudu lze při pokojové teplotě odvodit strmost pro polovodičovou
   diodu v přímém směru:
   tj. pro přímý směr s :

   Tento vztah samozřejmě platí jen přibližně. Proti skutečné strmosti je teoretická strmost
   2krát až 4krát větší.
   Reálná a idealizovaná charakteristika polovodičové diody: 

   Pro impulsovou techniku, vycházející z binárních (dvouhodnotových) signálů, jsou zajímavé jen
   dva možné stavy, a proto se může charakteristika reálné polovodičové diody idealizovat pomocí
   dvoutečen.

   V průsečíku obou tečen dostáváme prahové napětí U([TO]). Nad tímto prahovým napětím, které je
   podle typu diody mezi (0,2 až 2) V, má dioda propustný odpor rf (forward resistance) 1  až 300
   ohmů. Pod tímto prahem klade průchodu proudu závěrný odpor rr (reverse resistance) (řádově
   Mohmy).

   Poměr rr/rf je spínací poměr a je charakteristický odpor diody.

   Typické hodnoty pro komerční diody jsou uvedeny v tabulce níže. V případě křemíkových a
   germaniových diod jde o hrotové diody, selenové diody jsou plošné s plochou přechodu 1 mm^2. 

   

   Charakteristické údaje polovodičových diod: 
   

   Druh diody rf (Ω) rr (MΩ) U[(TO)] (V) rr/rf          (kΩ) 
   Ge         3 až 500     0,05 až 4     0,25        2 000 až 105  0,5 až 20   
   Si         1 až 300     400 až 5 000  0,6         106 až 108    102 až 103  
   Se         300 až 3 000 1 až 10       0,5 až 1,5  ≈3·103 ≈50  

    Všechny diody mají větší nebo menší vedlejší kapacitní účinky. Je to způsobeno závěrnými
   vrstvami, které jsou ochuzeny z hlediska počtu volných nosičů náboje. Tyto vrstvy působí mezi
   oblastmi P a N, silně obohacenými pohyblivými nosiči náboje; jako dielektrikum mezi dvěma
   kondenzátorovými deskami. Kromě ventilového charakteru závěrné vrstvy musíme respektovat také
   její kapacitu; kapacitu závěrné vrstvy.

   Kromě statických hodnot musí být proto, nějakým způsobem ohodnoceno dynamické chování diod.
   Udává se dobou zotavení, tj. za jakou dobu dosáhne dioda ze svého plně propustného stavu
   závěrného stavu.

   Tak např. můžeme z katalogu číst: při propustném proudu 5 mA bylo skokem přiloženo závěrné
   napětí -5 V. Po 0,5 µs byl ještě měřitelný proud 0,25 mA a po 3,5 µs proud 0,025 mA. Mohou
   však také být uváděny údaje pro průběh závěrného napětí a proudu v případě, že proud skokem
   vypne.

    Z hlediska výrobních postupů a vzhledem k vysoké proudové zatížitelnosti se začaly velmi
   používat plošné diody. Při vysokých frekvencích je jejich použití problematické, protože mají
   poměrně velkou kapacitu závěrné vrstvy (až do několika stovek pikofaradů). Kapacita totiž
   roste úměrně s plochou destičky. Tím se vyskytují u plošné diody relativně dlouhé doby
   zotavení, tj. dochází ke zpoždění signálu. 

   Má-li být kapacita velmi malá (jak se požaduje v mnoha zapojeních impulsové techniky), musíme
   udržet malou kontaktní plochu. Toho se dosahuje u hrotových diod. Při nasazení kovového hrotu
   (např. zlatého drátku legovaného indiem) na polovodičový krystal vodivosti N lze odpovídajícím
   teplotním procesem v místě doteku vytvořit v okolí hrotu v polovodiči N tenkou oblast P.
   Vzniká tedy přechod PN s dříve popsanými vlastnostmi, který však má
   kapachttp://www.zesilovace.cz/view.php?cisloclanku=2003052314ity závěrné vrstvy řádu jen (0,5
   až 1) pF, tj: dioda je téměř bezkapacitní.

   Obecné vlastnosti diod – provozní (dle katalogu)

   • Provozní + max. napětí

   • Max. proud v propustném směru

   • Výkonová zatížitelnost – dovolená anodová ztráta (dle chlazení)