Diodové napětí je způsob, jakým napětí způsobuje, že dioda buď vede proud, nebo jej blokuje. Změnou velikosti a směru napětí může dioda pracovat v režimu dopředného vedení, zpětného blokování nebo průlomu. Tento článek vysvětluje oblast vyčerpání, přední koleno a exponenciální proud, zpětný únik a průlom a poskytuje informace o těchto aplikacích obvodů.
Přehled diodového předpětí
Diodové předpětí popisuje, jak je na diodu aplikován napěťový zdroj k nastavení jejího provozního stavu. Při jedné polaritě dioda vede proud (předpětí v dopředu). Při opačné polaritě dioda blokuje proud (zpětné napětí) a zůstává pouze malý únikový proud. Předpětí určuje, zda se dioda chová jako uzavřená cesta proudu, nebo jako otevřená cesta.
Oblast vyčerpání a efekt zkreslení
Dioda vzniká spojením polovodičových oblastí typu P a N. Na PN spojení se elektrony a díry znovu spojí poblíž hranice, čímž vzniká zóna s velmi malým počtem pohyblivých nosičů. Tato zóna je oblastí vyčerpání a vytváří bariéru, která brání proudu. Hlavní body:
• Oblast vyčerpání má téměř žádné volné nosiče náboje
• Bariéra v oblasti vyčerpání řídí, jak může proud proudit
• Šířka oblasti vyčerpání se mění s předsměrným nebo zpětným směrem
Předpětí diody a proudu
Při předpětí je dioda připojena tak, že P-strana je na vyšším napětí než N-strana. To tlačí nosiče náboje směrem k PN přechodu a činí oblast vyčerpání tenčí. Když je bariéra dostatečně malá, proud může snadno proudit diodou. V tomto stavu dioda vede.
| Stav | Popis |
|---|---|
| Externí napětí | P-strana spojená s kladnou, N-strana s zápornou |
| Oblast vyčerpání | Šířka je zmenšena |
| Současný | Teče snadno a je relativně vysoký |
| Chování diody | Vodivý stav (proud prochází) |
Práh napětí v přímém směru diodového předpětí
Dioda s předpětím vede velmi málo proudu, dokud aplikované napětí nedosáhne bodu obratu, často nazývaného napětí v napětí v napětí nebo napětí v koleni. Pod tímto rozmezím zůstává proud malý. Za ním proud rychle roste při malých změnách napětí.
Běžné hodnoty napětí v provozu:
• Křemíkové diody: asi 0,7 V
• Germanové diody: asi 0,3 V
• LED diody: přibližně 1,8–3,3 V
Dioda s předpěchem v směru: oblast exponenciálního proudu
Jakmile dioda překročí oblast kolena, proud roste exponenciálně. Malé zvýšení napětí v přímém směru může způsobit mnohem větší nárůst proudu v přímém směru. V mnoha obvodech zůstává napětí diody v úzkém rozsahu, zatímco proud se výrazně mění.
| Parametr | Co to znamená |
|---|---|
| *VF* | Napětí v přímém směru je přivedeno přes diodu v propustném směru |
| *POKUD* | Proud protékající diodou ve směru dopředu |
| Exponenciální oblast | Část I–V křivky (za prahem), kde proud prudce stoupá s napětím |
Reverzní bias: Blokování stavu a únikového proudu
Při reverzním předpětí je dioda připojena opačným směrem, než jaký vede směr. Oblast vyčerpání se rozšiřuje a přechodová bariéra stoupá, takže dioda blokuje normální proud. Malý zpětný proud stále existuje kvůli menšinovým nosným uvnitř diody. Tento proud se nazývá únikový proud nebo zpětný saturační proud.
Vlastnosti opačného zkreslení
• Oblast vyčerpání se rozšiřuje a blokuje přechod nosičů
• Zpětný proud zůstává velmi malý (závislý na zařízení)
• Únik se zvyšuje se zvyšující teplotou spoje
Reverse Breakdown: Zener a Avalanche Módy
Při zpětném předpětí dioda obvykle blokuje proud. Pokud je zpětné napětí příliš vysoké, dioda dosáhne průrazného napětí. V tomto okamžiku dioda náhle začne vést velký proud, i když je stále zpětně polarizovaná. Tento stav se nazývá průlom a je základní součástí pochopení polarizace diod při vysokých zpětných napětích.
Typy rozborů
• Zenerův průlom (nízké napětí) – Vyskytuje se při nižších zpětných napětích, běžné u speciálně vyrobených Zenerových diod.
• Lavinový průraz (vyšší napětí) – Dochází při vyšších zpětných napětích, když nosiči náboje získají dostatek energie na uvolnění ostatních nosičů.
Usměrňovací obvody (převod ze střídavého na stejnosměrný)
V usměrňovacích obvodech dioda vede během půlcyklu, když je polarizovaná dopředu, a blokuje během opačného půlcyklu, když je polarizovaná zpětně. Tato akce vytváří jednosměrný výstup. Přidání filtračního kondenzátoru vyhladí výstupní napětí snížením vlnky. Kde se objeví
• Napájecí adaptéry a základní stejnosměrné zdroje
• Můstkové usměrňovače v zařízeních napájených ze sítě
• Cesty ochrany polarity v nízkonapěťových systémech
Provoz LED (předsměrné světlo)
LED dioda vyzařuje světlo, když je v přímém směru a proud proudí jejím spojem. Napětí v přímém směru závisí na materiálu a barvě LED. LED diody jsou poháněny proudovým omezovacím prvkem, jako je rezistor nebo měnič s konstantním proudem, aby se zabránilo nadměrnému proudu. Je nejlepší zkontrolovat následující:
• Vyšší proud LED zvyšuje jas až do limitů zařízení
• Sériové rezistory nastavují proud v jednoduchých obvodech
• Měniče přesněji regulují proud v osvětlovacích systémech
Detekce a demodulace signálu
Dioda může být použita k průchodu jedné části signálního průběhu signálu. Při detekci AM obálky nabije průběžná vodivost kondenzátor na špičkách signálu a kondenzátor se vybíjí mezi špičkami přes zátěžový rezistor, čímž se obnovuje obsah zprávy na nižší frekvenci. Související role na okruhu:
• Detekce a svorkování vrcholů
• Tvarování signálu pomocí půlvlny
• Jednoduché RF detekcní fáze
Aplikace s reverzním zkreslením
Zpětné předpětí ve fotodiodách
Fotodioda je udržována v obráceném předpětí, takže oblast vyčerpání je široká a připravená reagovat na světlo. To ji činí citlivější na malé změny světla.
Zpětné předpětí u Zenerových diod
Zenerova dioda se používá v reverzním předpětí v blízkosti průrazného napětí. V tomto stavu udržuje napětí téměř stabilní a pomáhá regulovat napájení.
Zpětné předpětí v ochranných diodách TVS
TVS (Transient Voltage Suppression) diody zůstávají během normálního provozu v opačném směru. Když se objeví náhlý výkyv napětí, vedou ho opačně a pomáhají omezit napětí.
Zpětné zkreslení pro izolaci
Dioda s opačným předpětím blokuje normální proud. To pomáhá izolovat části obvodu a zastavuje nežádoucí proudové cesty.
Závěr
Diodové předpětí spojuje PN přechod s reálným chováním obvodu. Při předpěčném předpětí se oblast vyčerpání ztenčuje, je dosaženo napětí v koleni a proud rychle stoupá, zásobující usměrňovače, LED diody a signální nebo logické stupně. Při reverzním předpětí se oblast rozšiřuje, proud zůstává malý až do průlomu, což umožňuje fotodiody, Zenerovu kontrolu, ochranu TVS a izolaci.
Často kladené otázky [FAQ]
Jak teplota ovlivňuje předpětí diody?
Vyšší teplota snižuje pokles napětí v provozu a zvyšuje zpětný únikový proud.
Jaký je čas reverzního obnovení diody?
Doba zpětného zotavení je zpoždění po přepnutí z předního na zpětný směr, zatímco dioda stále vede náboj v důsledku uloženého náboje.
Jak vliv diodových hodnot ovlivňují podmínky předpětí?
Napětí a proud musí zůstat pod maximálním předběžným proudem diody a maximálním zpětným napětím, aby se zabránilo poškození.
Co je dynamický odpor v diodě s předpětím v dopředu?
Dynamický odpor je poměr malé změny napětí v napětí v provozu k malé změně proudu v provozním bodě.
Co se stane, když je dioda přetížená v předpětí?
Příliš vysoký proud v přímém směru nebo zpětné napětí přehřívá spoj, zvyšuje úniky a může způsobit trvalé selhání.
