Rodzaje i dobór diod do elektroniki

0

Dioda jest najprostszym urządzeniem półprzewodnikowym – pojedynczym złączem P-N. Jest także niezwykle uniwersalnym i przydatnym urządzeniem, które obecnie produkowane jest w wielu wariantach.

Dioda jest najprostszym elementem elektronicznym – posiada tylko dwa wyprowadzenia. Urządzenie to przewodzi prąd tylko w jednym kierunku – krzywa przewodnictwa jest asymetryczna. Dioda ma niski, idealnie zerowy opór w jednym kierunku – kierunku przewodzenia, a wysoki, idealnie nieskończony opór w drugim kierunku – kierunku zaporowym.

Diody półprzewodnikowe

Diody półprzewodnikowe były pierwszymi półprzewodnikowymi urządzeniami elektronicznymi dostępnymi na rynku. Dioda złączowa składa się z pojedynczego kryształu półprzewodnika, (zwykle jest to krzem), do którego wprowadzono domieszki tak, aby utworzyć region po jednej stronie, który zawiera nośniki ładunku ujemnego (elektrony), zwany półprzewodnikiem typu N, oraz po drugiej stronie, region który zawiera nośniki ładunku dodatniego (dziury), zwany półprzewodnikiem typu P. Więcej na temat diod półprzewodnikowych znajdziesz tutaj.

Obecnie na rynku dostępnych jest wiele diod o specjalnym zastosowaniu – diody Schottkiego, diody Zenera oraz diody prostownicze czy mostki prostownicze z nich zestawione. Charakteryzują się one różnymi parametrami, które dobrać trzeba do konkretnej aplikacji.

Diody i mostki prostownicze

Prostownik to urządzenie elektryczne przekształcające prąd przemienny (AC), który okresowo odwraca kierunek, na prąd stały (DC), który płynie tylko w jednym kierunku. Proces ten nazywa się prostowaniem, ponieważ „prostuje” kierunek prądu.

Fizycznie prostowniki mają różne formy, ale obecnie używa się diod półprzewodnikowych i ich układów – głównie czterech diod, połączonych w tzw. Mostek Graetza.

Prostowniki mają wiele zastosowań, ale najczęściej są wykorzystywane jako komponenty zasilaczy prądu stałego i wysokonapięciowych systemów transmisji prądu stałego. Prostowniki służą też jako detektory sygnałów radiowych

Wybierając diodę należy zwrócić uwagę przede wszystkim na maksymalne napięcie w kierunku przewodzenia, napięcie w kierunku zaporowym oraz dopuszczalny prąd. W drugiej kolejności istotne są parametry termiczne, ograniczające rozpraszaną na elemencie moc. Spadek napięcia na typowej diodzie krzemowej wynosi zawsze około 0,6 V. Jeśli pomnożymy tą wartość przez płynący prąd, otrzymamy wartość traconej na elemencie mocy, która zamienia się w ciepło.

Diody Schottky’ego

Dioda Schottky’ego, znana również jako dioda barierowa lub dioda z gorącymi nośnikami, jest rodzajem diody półprzewodnikowej, która tworzona jest poprzez połączenie półprzewodnika z metalem. Charakteryzuje ją niski spadek napięcia w kierunku przewodzenia i bardzo szybkie działanie przełączające.

W odróżnieniu od typowej diody krzemowej, gdzie napięcie przewodzenia wynosi ok. 600–700 mV, napięcie przewodzenia w diodzie Schottky’ego wynosi od 150 mV do 450 mV. Jest to istotny parametr tego elementu. Dzięki niższemu spadkowi napięcia, diody te mogą przełączać wyższe prądy. Głównymi parametrami podczas doboru tego elementu są te same wartości co dla typowej diody prostowniczej, a ponadto spadek napięcia na złączu i maksymalna częstotliwość przełączania, jeżeli dioda taka zastosowana ma być w obwodach prądu zmiennego o wysokiej częstotliwości.

Diody Zenera

Dioda Zenera jest takim rodzajem diody półprzewodnikowej, który umożliwia nie tylko przepływ prądu od anody do katody, ale także w odwrotnym kierunku, gdy napięcie na elektrodach przekroczy tzw. napięcie Zenera – bardzo ważny parametr tego elementu.

Diody Zenera mają wysoce domieszkowane złącze P-N. Normalne diody mają charakterystyki załamujące się wraz z spadkiem napięcia, ale ostrość tego załamania nie jest tak dobrze zdefiniowana, jak w przypadku diody Zenera. Diody ogólnego przeznaczenia nie są zaprojektowane do działania w regionie przebicia, podczas gdy diody Zenera działają w nim niezawodnie.

Diody Zenera są szeroko stosowane w różnego rodzaju sprzęcie elektronicznym i są jednym z podstawowych elementów składowych układów elektronicznych. Są one wykorzystywane do generowania stabilizowanych napięć w układach o niskiej mocy i do dostarczania napięć odniesienia dla obwodów zasilaczy stabilizowanych. Dlatego też dobierając diodę Zenera do układu, należy koniecznie zwrócić uwagę nie tylko na napięcia pracy, ale także maksymalnie dopuszczalne prądy, aby nie przekroczyć ich w czasie pracy diody jako element układu zasilającego.

Diody zabezpieczające

Diody półprzewodnikowe, zwłaszcza diody Zenera, często służą również do ochrony obwodów przed przepięciami, zwłaszcza wyładowaniami elektrostatycznymi (ESD). Instaluje się je na wejściach urządzenia, wyeksponowanych na zewnątrz obudowy w taki sposób, aby chroniły czułe układy elektroniczne przed skutkami pojawienia się na wejściach urządzenia potencjału wyższego, niż maksymalny dopuszczalny dla tych układów.

Dobierając diody zabezpieczające inne układy scalone, które znajdują się w urządzeniu, należy zwrócić uwagę na szereg napięć charakterystycznych tych elementów. W pierwszej kolejności należy wybrać takie diody, które nie będą uruchamiały się podczas normalnej pracy urządzenia. Dodatkowo zagwarantować należy, że w sytuacji awaryjnej, gdy na wyprowadzeniu urządzenia pojawi się nadmierny potencjał, zostanie on sprowadzony do masy czy linii zasilania bezpieczną ścieżką – poprzez diodę zabezpieczającą – tak, że na czułych układach scalonych w urządzeniu nie zostanie przekroczone ich katalogowe maksymalne, dopuszczalne napięcie.