Praktická elektronika/Diody
Dioda je polovodičová součástka ze dvou oblastí polovodiče: P a N. V nejběžnějším provedení slouží jako jednocestný ventil — propouští proud jen jedním směrem. Existuje ale řada různých druhů, které umí i jiné věci.
Princip funkce
Polovodičová dioda je tvořena PN přechodem, který vzniká při kontaktu polovodiče typu P a typu N. V místě styku rekombinují volné elektrony polovodiče typu N s dírami polovodiče typu P. Vzniká tak oblast bez náboje a polovodič typu N se nabíjí kladně, protože v něm ubývá záporný náboj, polovodič typu P se nabíjí záporně, protože v něm ubývá kladný náboj. Mezi polovodiči vznikne napětí tzv. potenciálový val, které má směr od polovodiče typu N k polovodiči typu P. Potenciálový val způsobuje, že náboje se nemohou přes přechod P-N volně pohybovat, dokud vnějším napětím se správnou polaritou není tento val překonán.
Usměrňovací diody
Dioda propouští proud jen jedním směrem. Ve schématech se značí:
Proud teče jen z anody na katodu (ta je obvykle barevně označena) ne obráceně.
Chování diody popisuje tzv. voltampérová charakteristika — tedy závislost protékajícího proudu na přiloženém napětí. Obrázek není v měřítku (pravá horní strana grafu je výrazně zvětšena), aby byl patrný úbytek napětí. (Pro srovnání uvádíme i dnes téměř nepoužívanou germaniovou diodu, která má sice nižší úbytek napětí, vydrží však menší závěrné napětí.) Při praktickém používání diody jsou důležité tyto parametry:
- Prahové napětí, což je napětí, které je třeba přiložit na diodu, aby došlo k jejímu otevření tj. aby jí mohl protékat proud. Toto napětí závisí na materiálu, např. u křemíku je 0,51 V, germania 0,28 V, u LED může dosahovat i 3 V.
- Maximální proud v propustném směru je maximální proud, který může diodou procházet bez jejího zničení v důsledku přehřátí. U běžných malých diod je to obvykle 0,5 A, snadno se ale seženou diody na desítky A. Někdy se místo maximálního proudu používá výkonová ztráta.
- Dynamický odpor je velikost odporu otevřené diody pro malý střídavý proud. Je dán sklonem charakteristiky v propustném směru. Bývá malý.
Prahové napětí a malý dynamický odpor v propustném směru způsobují, že na otevřené diodě je v propustném směru stálý úbytek napětí o hodnotě asi 0,7 V.
- Maximální závěrné napětí(zn.Urrm) je maximální napětí, které dioda v opačném směru udrží, aniž by se prorazila. U běžných, křemíkových diod se pohybuje od 50 V do 1500 V. Speciální typy diod (stabilizační diody) se naopak provozují v oblasti průrazu.
- Zbytkový proud je proud, který prochází diodou v závěrném směru. Bývá velmi malý.
Ideální dioda by měla tyto parametry: nulové prahové napětí, nekonečný maximální proud v propustném směru, nulový dynamický odpor, nekonečné maximální závěrné napětí, nulový zbytkový proud.
Svítivá dioda — LED
Diody, které jsou schopné svítit, když jimi v propustném směru prochází malý proud, se vyrábějí v různém tvarovém i barevném provedení. Nejčastěji se dají sehnat zelené, žluté, červené a modré, dále existují bílé a vícebarevné. Ty mají 4 nožičky — červenou, zelenou a modrou složku a katodu. Značí se takto:
Úbytek napětí na svítivé diodě je poměrně velký, mezi 1,5 a 4,0 V (obecně platí, že směrem od červené k zelené úbytek napětí propustném směru stoupá).
Voltampérová charakteristika LED vypadá takto:
Tabulka úbytků napětí podle barvy LED diody
| Barva | Úbytek napětí |
| Infračervená | 1,6 V |
| Červená | 1,8 V až 2,1 V |
| Oranžová | 2,2 V |
| Žlutá | 2,4 V |
| Zelená | 2,6 V |
| Modrá | 3,0 V až 3,5 V |
| Bílá | 3,0 V až 3,5 V |
| Ultrafialová | 3,5 V |
Lavinová a Zenerova dioda
V některých případech se nám hodí velký a stabilní úbytek napětí v řádu jednotek až desítek V. Spojením dvaceti křemíkových diod v propustném směru za sebe bychom sice získali úbytek napětí 12 V, byl by ale dost závislý na změnách teploty a proudu.
Proto se vyrábějí diody, u kterých jde malým napětím způsobit nedestruktivní průraz v závěrném směru, který má dobře stanovený úbytek napětí.
Vnější funkce je patrná z následující voltampérové charakteristiky (zde pro 17 V lavinovou diodu):
V závěrném směru je velmi strmá závislost proudu na napětí: úbytek napětí v závěrném směru skoro nezávisí na proudu! Této vlastnosti se užívá např. v [[../Zdroje#Stejnosměrné zdroje se stabilizátory|napěťových stabilizátorech]].
Schottkyho dioda
Ve Schottkyho diodách nevzniká usměrňovací jev mezi dvěma druhy polovodiče, ale mezi kovem a polovodičem.
Oproti běžné křemíkové diodě se liší v tom, že má
- nižší úbytek napětí (cca 0,3 V)
- kratší dobu, než se zavře při změně směru proudu (řádově 20 ns), ale také
- větší závěrný proud a nižší povolené závěrné napětí (cca 40 V)
Další druhy diod
- Hrotová dioda [1]
- Svítivá laserová dioda (perspektivní a účinný zdroj koherentního záření)
- Vysokonapěťová dioda (závěrné napětí přes 30 kV, malý proud)
- Mikrovlnná (Gunnova) dioda [2] (vyzařuje mikrovlny v oblasti 10 GHz a výše, mírně laditelná, velmi citlivá na vlastnosti napájení)
- Varikap — kapacitní dioda [3] (čili napětím laditelný kondenzátor)
- Dioda PNPN [4]
- Tunelová dioda [5] (s užitečným "hrbem" na voltampérové charakteristice)
- Elektronková dioda
- Fotodioda (měří intenzitu světla nebo její druhou mocninu)