Elementy elektroniczne — złącze p-n i diody
Prostowniki, LED i dioda Zenera — zasada i obliczenia
Po tej lekcji będziesz umieć
Wyjaśniać powstawanie warstwy zubożonej w złączu p–n
dyfuzja i rekombinacja
Rozróżniać polaryzację przewodzenia i zaporową
bariera maleje / rośnie
Interpretować charakterystykę I(U) diody
nieliniowa, zależna od T
Analizować prostownik jednopołówkowy i mostek Graetza
≈ 0,45/0,90·
Dobierać rezystor szeregowy do LED
R = ( − )/I
Opisywać diodę Zenera jako stabilizator
praca w przebiciu zaporowym
Po co Ci to na maturze?
W zadaniach CKE trzeba często rozpoznać kierunek przewodzenia diody, zinterpretować charakterystykę I(U), obliczyć prąd LED albo napięcie po prostowaniu.
Najważniejsza idea
Najważniejsza idea: Pojawiają się również mostki Graetza, częstotliwość tętnień, stabilizacja napięcia diodą Zenera oraz pytania o warstwę zubożoną i nośniki większościowe.
Intuicja zjawiska
Po połączeniu półprzewodnika typu p i n nośniki dyfundują przez granicę i rekombinują. Przy złączu pozostają nieruchome jony domieszek, które tworzą pole elektryczne i barierę potencjału.
Warstwa zubożona
Przy złączu brakuje swobodnych nośników; nieruchome jony tworzą pole wewnętrzne i barierę.
Kierunek przewodzenia
Zmniejsza barierę i zwęża warstwę zubożoną — prąd szybko rośnie.
Kierunek zaporowy
Zwiększa barierę i poszerza warstwę zubożoną — płynie tylko bardzo mały prąd.
Dioda ≠ przełącznik
Charakterystyka jest nieliniowa i zależy od temperatury — dioda nie jest idealnym zaworem.
Wielkości i jednostki
Napięcie diody U D :: [V] :: między anodą i katodą Prąd diody I D :: [A] :: prąd przez diodę Spadek przewodzenia U F :: [V] :: typowy spadek przy danym prądzie Napięcie Zenera U Z :: [V] :: napięcie stabilizacji w przebiciu Prąd nasycenia I S :: [A] :: para…
Modele i zasady
:rule Złącze p–n Tworzy warstwę zubożoną i barierę potencjału. Polaryzacja w kierunku przewodzenia zmniejsza barierę, a zaporowa ją zwiększa (prąd wsteczny pozostaje bardzo mały aż do przebicia).
Mapa złącza p–n i diod
Słownictwo
Teoria: wzory i interpretacje
Równanie diody (Shockleya) — I S to prąd nasycenia (rzędu nA), n to współczynnik idealności, U T = kT/e to napięcie termiczne: I D = I S\left(e^{\frac{U D}{n U T}} - 1\right) W kierunku przewodzenia prąd rośnie wykładniczo; w zaporowym dąży do − I S (bardzo…
Solver diody
:solver-dioda
Doświadczenie: charakterystyka prądowo-napięciowa diody
Cel: wyznaczyć charakterystykę I(U) diody w kierunku przewodzenia i zaporowym. Przyrządy: dioda krzemowa, zasilacz niskiego napięcia, rezystor ograniczający, amperomierz, woltomierz, przewody.
Przykład
Przykład rozwiązany
Mostek Graetza zasilany z transformatora U \text{rms} = 12 V (model idealny). Oblicz (a) U \text{DC} , (b) prąd przez R = 100 Ω.
Mini-praktyka CKE — przeanalizuj sam
-praktyka Prostownik jednopołówkowy, U \text{rms} = 220 V (model idealny). Oblicz U \text{DC} .
Częste błędy
Dioda przewodzi w obu kierunkach :: Tylko w kierunku przewodzenia (anoda +, katoda −) powyżej napięcia przewodzenia. W kierunku zaporowym prąd jest bardzo mały (aż do przebicia).
Powtórka w 30 sekund
złącze p–n → warstwa zubożona :: bariera potencjału przewodzenie zmniejsza barierę :: zaporowy ją zwiększa dioda ma nieliniową I(U) :: brak ostrego progu mostek Graetza = 4 diody :: przewodzą po dwie na połówkę U \text{DC} ≈ 0,90· U \text{rms} (mostek) :: 0…
Kluczowe pojęcia
Złącze p–n :: granica obszarów typu p i n; warstwa zubożona i bariera potencjału; podstawa diod, tranzystorów i ogniw PV Warstwa zubożona :: obszar przy złączu z małą liczbą swobodnych nośników; źródło pola wewnętrznego Kierunek przewodzenia :: polaryzacja …
Sprawdź się i przećwicz
sub :: Dioda to fundament elektroniki — sprawdź, czy pewnie rozpoznajesz kierunek przewodzenia i liczysz prąd LED oraz napięcie po prostowaniu. sprawdzian :: Złącze p–n, charakterystyka diody, prostowniki, LED i Zener :: 15 min zbior :: Zadania maturalne z…
Źródła, format CKE i materiały ZPE
men :: Fizyka ZR, dział: Fizyka współczesna / elektronika. Zakres: złącze p–n, dioda, prostowniki, LED, dioda Zenera, charakterystyka prądowo-napięciowa.
W tej lekcji