Electronică – Dioda semiconductoare
Dioda semiconductoare este cel mai simplu exemplu de dispozitiv semiconductor. Materialele semiconductoare folosite pentru construcția diodei sunt siliciul și germaniul, dar în prezent materialul cel mai folosit este siliciul.
Simbolul diodei semiconductoare :
Din figurile de mai sus observăm că dioda are două (2) terminale: anod și catod. Pentru o utilizare corectă a diodei în circuit, catodul acesteia este marcat printr-un inel ca în figura următoare:
Capsulele constructive ale diodei pot fi din : plastic, sticlă sau metalice.
OBS!!! Pentru o mai bună identificare a pinilor ( anod, catod ) consultați foaia de catalog ( datasheet ).
OBS!!!Pentru că dioda este un semiconductor format dintr-o joncțiune pn, anodul este conectat la zona te tip p în timp ce catodul este conectat la zona de tip n.
La terminalele diodei apar 2 mărimi electrice :
- curentul prin diodă \( i_{A} \) , care prin convenție are sensul de la anod la catod.
- tensiunea pe diodă \( v_{A} \), care prin convenție are referința de la anod la catod.
Proprietatea principală a diodei este conducția unilaterală adică dioda permite trecerea curentului într-un singur sens ( de la anod la catod).
Funcționarea diodei.
Curentul prin diodă va trece dacă : potențialul anodului este mai mare decât potențialul catodului, adică dioda este polarizată direct = se aplică o tensiune continuă mai mare decât tensiunea de prag sau tensiunea de deschidere ( 0,3V – 0,6V ).
Polarizare = aplicarea unei tensiuni continue la terminalele diodei.
Polarizare directă = borna + (plus) a sursei este conectată la anod iar borna – (minus) a sursei este conectată la catod.
Polarizare inversă = + (plusul ) tensiunii aplicată diodei este conectat la catod iar – (minusul ) tensiunii aplicată diodei este conectat la anod. În această situație dioda este blocată adică nu circulă curent prin ea.
În figura următoare sunt ilustrate exemple de diodă polarizată direct și invers.
Observăm ca în prima imagine dioda este polarizată direct iar becul este aprins iar în celălalt caz dioda este polarizată invers iar becul nu se aprinde ( nu circulă curent prin diodă ).
Am simulat cele două exemple cu bec (lampă) și iată ce am obținul:
OBS!!! Observăm în imaginea cu simulare unde dioda este polarizată direct că voltmetru ce este conectat în paralel cu lampa ( becul ) indică 11,1V, asta se întâmplă datorită tensiunii de prag ( 0,3 – 0,7V ) depinde de diodă ). Așadar dioda are nevoie de minim 0,3 V – 0,7V să se deschidă iar după ce dioda intră în starea de conducție căderea de tensiune pe ea va crește foarte puțin ( 0,1 – 0,15V ), asta înseamnă : 0,7V + 0,15 = 0,85V \( \Rightarrow \) căderea de tensiune pe lampă ( bec ) = 12V-0,85V =11,15 și este aceiași valoare arătată de voltmetrul nostru din imagine.
Din punct de vedere analitic, funcționarea diodei este descrisă prin intermediul ecuației de funcționare care ne arată relația matematică dintre curentul prin diodă \( i_{A} \) și tensiunea de la terminalele sale \( v_{A} \) :
\( i_{A} = I_{S} \bullet \{ exp (\, \frac{v_{A}}{V_{T}} )\, – 1 \} \)
\( v_{A} = V_{T} ln(\, \frac{I_{A}}{I_{S}} )\, +1 )\, \) , unde :
- \( I_{S} \) = curentul de saturație
- \( V_{T} \) = tensiunea termică care depinde de temperatura de lucru.
- \( v_{A} , I_{A} \) = tensiunea respectiv curentul total ( curentul continuu plus curentul variabil ) prin diodă.
OBS!!! funcționarea diodei depinde de temperatura la care se lucrează. La creșterea temperaturii de lucru, curentul prin diodă crește, iar tensiunea de prag scade ( cu aprox. 2mV/\( \circ \)C ).
Caracteristica de funcționare.
Caracteristica unei diode polarizate direct :
Observăm că imediat ce tensiunea depășește valoarea tensiunii de deschidere ( tensiunea de prag ) prin diodă începe să circule un curent mare.
Caracteristica unei diode polarizate invers :
Observăm că prin diodă circulă un curent extrem de mic numit și curent invers. Acest curent este aproape constant până la o anumită valoare maximă a tensiunii. Valoarea maximă a tensiunii se numește tensiune de străpungere. Dacă aplicăm o tensiune mai mare decât tensiunea de străpungere dioda se va distruge.
În concluzie caracteristica generală a unei diode este :
De obicei în circuitul de polarizare a diodelor avem o sursă de alimentare ( sursă de polarizare ) și un rezistor de polarizare, care are rolul de a limita curentul prin diodă astfel încât dioda să nu se distrugă dacă curentul depășește valorile maxime admise.
Perechea de mărimi \(I_{A} , V_{A} \) reprezint[ punctul static de funcționare ( PSF). Acesta caracterizează complet funcționarea diodei în regim de curent continuu, adică ne indică regiunea de funcționare.
Determinarea punctului static de funcționare (PSF)
Avem figura:
- ecuația de funcționare a diodei : \( I_{A} = I_{S} \bullet \{ exp (\, \frac{v_{A}}{V_{T}} )\, – 1 \} \)
- aplicăm Kirchhoff 2 pe bucla de circuit:
\( -V_{cc} + R\bullet I_{A} + V_{A} = 0 \)
Având acest sistem de 2 ecuații putem afla \( I_{A} \) și \( V_{A} \)
Dioda ideală și reală
În următoarea figură sunt prezentate caracteristicile diodei ideale și reale :
Tipuri de diode.
- diodă Zenner ( diodă stabilizatoare )
- diodă Tunel ( Esaki )
- diodă redresoare
- diodă varicap
- diodă Schottky
- diodă electroluminiscentă ( LED -ul )
- diodă GUNN ( folosită în generatoare de microunde)
- diodă PIN
Lasă un răspuns