Princip diodového spínače

Střední odborná škola Otrokovice

www.zlinskedumy.cz

Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je ing. Miroslav Hubáček.Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR.

Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze.

Charakteristika 1 DUM

Název školy a adresa Střední odborná škola Otrokovice, tř. T. Bati 1266, 76502 Otrokovice

Číslo projektu CZ.1.07/1.5.00/34.0445 /4

Autor Ing. Miroslav Hubáček

Označení DUM VY_32_INOVACE_SOSOTR-EL-ELZ/2-EL-2/9

Název DUM Princip diodového spínače

Stupeň a typ vzdělávání Středoškolské vzdělávání

Kód oboru RVP 26-51-H/01

Obor vzdělávání Elektrikář

Vyučovací předmět Elektronická zařízení

Druh učebního materiálu Výukový materiál

Cílová skupina Žák, 16 – 17 let

Anotace Výukový materiál je určený k frontální výuce učitelem, případně jako materiál pro samostudium, nutno doplnit výkladem; náplň: funkce PN přechodu, charakteristika diody, využití spínacích diod v praxi

Vybavení, pomůcky Počítač, dataprojektor, interaktivní tabule

Klíčová slova PN přechod, charakteristika diody, vlastnosti spínacích diod, příklady zapojení

Datum 4. 4. 2013

Princip diodového spínače

Náplň výuky

Funkce PN přechoduCharakteristika diodySpínací diodyPraktické využití diodových spínačů

PN přechod

• PN přechod vzniká na rozhraní dvou vrstev polovodiče s opačnou vodivostí

• oblast P obsahuje majoritní díry, v oblasti N pak elektrony• kromě majoritních nosičů obsahuje PN přechod i nosiče

minoritní• v oblasti P jsou to elektrony a v oblasti N díry

Obr. 1: PN přechod

Funkce PN přechodu

• na rozhraní přechodu je velký spád koncentrace nosičů• elektrony pronikají do oblasti P a díry do oblasti N a vzájemně

rekombinují• tímto způsobem volné částice s nábojem mizí z oblasti

přechodu a začíná se projevovat difuzní elektrické pole• vzniká potenciálová bariéra – oblast přechodu, která

neobsahuje volné částice s nábojem

Obr. 2: Potenciálová bariéra

Majoritní a minoritní nosiče

• proud procházející přechodem je tvořen majoritními a minoritními nosiči

• v oblasti typu P jsou

• majoritními nosiči díry

• minoritními nosiči elektrony

• v oblasti typu N jsou

• majoritními nosiči elektrony

• minoritními nosiči díry

Na principu PN přechodu pracuje polovodičová dioda.

Dioda v propustném směru

• PN přechod připojíme na vnější napětí s kladným pólem na oblasti P a záporným na oblasti N

• přechod je zapojen v propustném směru má malý diferenciální odpor

• kladně nabité díry a záporně nabité elektrony se budou pohybovat směrem k přechodu, přes který bude procházet elektrický proud

Obr. 3: PN přechod v propustném směru

Dioda v závěrném směru

• PN přechod připojíme na vnější napětí s kladným pólem na oblasti N a záporným na oblasti P

• přechod je zapojen v závěrném směru má velký diferenciální odpor

• kladně nabité díry a záporně nabité elektrony se budou pohybovat směrem od přechodu, přes který nebude procházet elektrický proud

Obr. 4: PN přechod v závěrném směru

Spínací diody

• používají v zapojeních, která pracují na

• vysokých kmitočtech

• v impulzním režimu

• spínací dioda má velmi krátkou zotavovací dobou a s malou kapacitu přechodu v závěrném směru

• vlastnosti spínacích diod

• časová stálost elektrických parametrů

• malý šum

• uvedené vlastnosti musí být splněny i v případě požadavku detekce, resp. usměrnění VF signálu o malé hodnotě amplitudy

Přehled spínacích diod a jejich vlastnostíKA 136• křemíková dioda pro spínací účely v oblasti UKV • pracovní proud do 100 mA • závěrné hodnoty napětí nad 25 V se nedoporučují • kapacita přechodu < 2 pF při pracovní frekvenci 100 MHz • při závěrném napětí do 25 V je závěrný proud maximálně

100 nA KA 206, 207• velmi rychlé spínací diody • pracovní proud 75 mA • pracovní závěrné napětí do 50 V u KA 206 a 100 V u KA 207 • doporučená pracovní teplota do 25 °C • doba zotavení v závěrném směru je 4 ns

Přehled spínacích diod a jejich vlastnostíKA 221 – 225 • křemíkové diody pro velmi rychlé spínací obvody • určeny pro střední výkony• maximální propustný proud menší než 500 mA • doba zotavení v závěrném směru 3 ns• velmi nízké impulsní závěrné napětí (25 – 50V) KAY 11 – 15, 20, 21 • velmi rychlé spínací křemíkové diody středovýkonové• průchozí proudy impulsní menší než 750 mA• maximální pracovní teplota je 150 °C • závěrné impulsní napětí od 25 V do 100 V podle typu diody • doba zotavení v závěrném směru je 3 – 4 ns

Zapojení spínacích diod

Jednocestný polovodičový spínač• vyhlazení je tím účinnější, čím je větší kapacita kondenzátoru

a odpor rezistoru. Pro má usměrněné napětí hodnotu odpovídající amplitudě střídavého napětí

Obr. 5: Jednocestný polovodičový spínač

Zapojení spínacích diod

Dvoucestný polovodičový spínač• u tohoto typu zapojení jsou využity obě dvě půlvlny

střídavého průběhu• účinnost zapojení je dvojnásobná

Obr. 6: Dvoucestný polovodičový spínač

Kontrolní otázky:

1. Vysvětlete činnost PN přechodu.

2. Nakreslete zapojení diody v propustném a závěrném směru.

3. Uveďte základní vlastnosti spínacích diod.

4. Nakreslete obvod s jednocestným a dvoucestným diodovým spínačem.

Seznam obrázků:Obr. 1: PN přechod: In: MFF UK: Elektřina a magnetismus [online]. 2010 [vid. 27. 3. 2013].

Dostupné z: http://lucy.troja.mff.cuni.cz/~tichy/elektross/soucastky/jeden_prechod/dioda.html

Obr. 2: Potenciálová bariéra: In: MFF UK: Elektřina a magnetismus [online]. 2010 [vid. 27. 3. 2013]. Dostupné z: http://lucy.troja.mff.cuni.cz/~tichy/elektross/soucastky/jeden_prechod/dioda.html

Obr. 3: PN přechod v propustném směru: In: Wikipedia: the free encyclopedia : Polovodičová dioda [online]. 2012 [vid. 27. 3. 2013]. Dostupné z: http://cs.wikipedia.org/wiki/Polovodi%C4%8Dov%C3%A1_dioda

Obr. 4: PN přechod v závěrném směru: In: Wikipedia: the free encyclopedia : Polovodičová dioda [online]. 2012 [vid. 27. 3. 2013]. Dostupné z: http://cs.wikipedia.org/wiki/Polovodi%C4%8Dov%C3%A1_dioda

Obr. 5: Diodové spínače: In: Reichl: Jednocestný spínač [ online]. 2013 [vid. 29. 3. 2013]. Dostupné z: http://fyzika.jreichl.com/main.article/view/338-usmernovac

Obr. 6: Diodové spínače: In: Reichl: Dvoucestné spínače [online]. 2013 [vid. 29. 3. 2013]. Dostupné z: http://fyzika.jreichl.com/main.article/view/338-usmernovac

Seznam použité literatury:

[1] BEZDĚK, M. Elektronika I . České Budějovice: KOPP, 2002. ISBN 80-7232-171-4

[2] HÄBERLE, H. a kol., Průmyslová elektrotechnika a informační technologie. Praha: Europa – Sobotáles, 2003. ISBN 80-86706-04-4

[3 ] Derivační článek. In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. 2012 [cit. 20. 3. 2013]. Dostupné z: http://cs.wikipedia.org/wiki/Deriva%C4%8Dn%C3%AD_%C4%8Dl%C3%A1nek

[4] Derivační článek In: KOLOUCH, J., BIOLKOVÁ,V. Impulsová a číslicová technika. [online]. 2003 [cit. 20.3.2013]. Dostupné z: http://home.zcu.cz/~jvarga/skriptum.pdf

Děkuji za pozornost