Elektronika | Felsőoktatás » Különleges diódák, Zener dióda, fotodióda, LED, kapacitásdióda

Különleges diódák: Zener dióda, fotodióda, LED, kapacitásdióda A félvezető diódák olyan elektronikai alkatrészek, melyek egy PN átmenetből két csatlakozásból épülnek fel. A tokozás a külső hatásokkal szembeni védelmet, a szerelhetőséget, az elektromos csatlakozást és a hőelvezetést biztosítja. Különféle félvezető diódák léteznek, melyek lehetnek: egyenirányító diódák, Zener-diódák, kapacitás diódák, tűs diódák, Schottky-diódák, alagútdiódák, fotodiódák, stb. Zener dióda Feszültségstabilizáló dióda, melynél a PN átmenet azon tulajdonságát használják ki, hogy a zárófeszültség állandó a kivezetések között, ha a letörési tartományban működik. Felépítését tekintve különösen szennyezett szilícium dióda, mely veszteség nélkül üzemeltethető a letörési tartományban. Nyitóirányban a hagyományos szilíciumdiódáknak megfelelő a működése. Záróirányban a PN átmenet

szennyezettségétől függően, U ZK Zener feszültségig nagy ellenállást, majd a Zener feszültség elérése után kis ellenállást képvisel. A szennyezés mértéke azért nagyobb, mert a letörési feszültségszintet csökkenteni kell és a kis értékű differenciális ellenállás csak így érhető el. Szilícium dióda I I max II. I. III. IV. U zárómax 0,6 V I. Nyitó tartomány: karakterisztikája a hagyományos Si diódájéval megegyezik II. Zárótartomány: kis zárási áram folyik, a dióda ellenállása nagy III. Könyöktartomány: itt kezdődik meg a letörési jelenség Az erősen szennyezett dióda 6V-nál kezdi a letörést. IV. Letörési tartomány: kis feszültségváltozás nagy áramváltozást eredményez, ezek U Z határozzák meg az r z differenciális ellenállását a diódának. rz  I Z A maximális áram I Zmax lehet, mely után a dióda tönkremegy. Az áramhatárolást egy párhuzamos ellenállással lehet megoldani. A Zener

diódák tulajdonságai erősen hőmérséklet függőek. A Zener diódákat az elektronikában feszültségstabilizálásra és feszültséghatárolásra használják. Párhuzamos kapcsolás nem lehetséges, mert tökéletesen egyező karakterisztikát igényelne a két dióda, ami a gyakorlatban nem lehetséges. Kapacitásdióda (varicap dióda) A félvezető dióda tértöltési tartománya egy párhuzamosan kapcsolt kapacitásként viselkedik. Az átmenet két oldalán található töltéshordozó párok elemi kondenzátort képeznek. Az eredő kapacitást C S záróréteg kapacitásnak nevezzük. UR + P - - + + + + + + + + + + N - + - + A záróréteg kapacitás általában negatívan befolyásolja a működést, mert magas frekvencián rövidre zárja a PN átmenetet, az egyenirányító tulajdonságát megszűntetve. A záróréteg kapacitása függ az átmenet felületnagyságától, szélességétől valamint a félvezető anyag dielektromos tulajdonságától.

A tértöltési tartomány szélessége a záróirányú feszültség növelésével megnő, a kapacitás ugyanekkor csökken. A dióda kondenzátor kapacitása a zárófeszültséggel fordított arányban változik. A varicap diódák a feszültséggel szabályozható C kapacitásként működnek. Alkalmazása a rezgőkörök feszültségvezérelt hangolásánál és a frekvencia modulációt megvalósító áramköröknél gyakori. C U záró Rajzjele: 1 U záró Fotodiódák Különleges felépítésű félvezető diódák, melyek PN átmenete fénysugárzással megvilágítható. A fotodiódák leggyakrabban záróirányban működnek, alapanyaguk Si vagy Ge. A diódát záróirányban megvilágítva a záróirányú áram megnő. A zárási áram növekedése egyenesen arányos a megvilágítás erősségével. A fényérzékenység függ a fény hullámhosszától is I 0 lx 250 lx U 500 lx I R  A  , megadja, hogy a zárási  E  lx  áram hány

µA-el növekszik a megvilágítás 1 lx-os növekedésének hatására. Alkalmazása a szabályozás és vezérléstechnikában elterjedt. A fotodiódák a megvilágítás hatására feszültséget képesek előállítani. Rajzjele: A dióda S fényérzékenységének meghatározása: S  LED (Light Emitting Diode) A fénydiódák speciális felépítésű diódák, melyek az elektromos energiát fényenergiává alakítják. Nyitóirányú áram esetén a PN átmeneten az elektronok a N rétegből a P-be, a lyukak a P rétegből az N-be diffundálnak. A diffúziós kisebbségi és többségi töltéshordozók között rekombinációs folyamat indul meg, mely során a felszabaduló energia fotonok formájában kisugárzódik. Nagyobb feszültség hatására nagyobb a kisugárzott fotonok mennyisége, egészen egy bizonyos nyitóirányú áramértékig, ahonnan már nem számottevő a változás. A sugárzás csak úgy jöhet létre, ha az elektronok átkerülnek a nagyenergiájú

vezetési sávból a kisebb energiájú vegyérték sávba. A rekombinációknak körülbelül az 1%-a jár foton kibocsátással. Legnagyobb hatásfokkal az infravörös fénydióda rendelkezik (1-5%), a többinél ez 0,05% alatt van. Előnye, hogy a kimeneti fény előállításához alacsony áramot és feszültséget igényelnek, nagy a kapcsolási sebesség, kis helyen elférnek, ütésállók és nagy az élettartamuk. Rajzjele: