Elektronske komponente Diode Princip rada …mikroelektronika.elfak.ni.ac.rs/files/Diodes_Slides.pdfElektronske komponente Diode Princip rada Direktna polarizacija Inverzna polarizacija

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene

Elektronske komponente

Diode

Univerzitet u Nišu, Elektronski fakultetKatedra za mikroelektroniku

Z. Prijic – predavanja 2014.


Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene

DiodeDefinicija

Dioda je naziv za poluprovodnicku komponentu koja imadva prikljucka, anodu i katodu. Elektricni simbol diode:

Anoda Katoda

D

Uobicajena slovna oznaka za diodu u elektricnim šemamaje D.U poluprovodnickoj tehnologiji dioda predstavlja pn spoj.Izvod anode je na p–oblasti, a katode na n–oblasti1.

1Videti: Poluprovodnicka svojstva silicijuma — pn spoj


Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene

SadržajPrincip rada

Direktna polarizacijaInverzna polarizacijaProbojUticaj temperatureRadna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diodePrekidacke diodeZener diodeTVS diode (informativno)Šotkijeve diodeVarikap diodeLE diodeFotodiode

Završne napomene


Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene

DiodeDirektna polarizacija

Direktna polarizacija diode predstavlja dovodenje spoljaš-njeg napona na njene prikljucke tako da je pozitivan krajnapona na anodi, a negativan na katodi.

D1

VF

ID


Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene


Spoljašnji napon generiše elektricno polje koje jesuprotnog smera od ugradenog elektricnog polja pn

spoja. Pod dejstvom tog polja elektroni iz n–oblasti se krecu

ka pn spoju i pri tom nailaze na deo osiromašeneoblasti koji se sastoji od pozitivnih donorskih jonakoje neutralizuju.

S druge strane, šupljine iz p–oblasti se takode krecuka pn spoju i pri tom nailaze na deo osiromašeneoblasti koji se sastoji od negativnih akceptorskih jona,koje takode neutralizuju.

Na taj nacin se ukupna osiromašena oblast sužava, pase samim tim smanjuje i ugradeno elektricno polje!


Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene



Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene


Smanjenje ugradenog elektricnog polja omogucavada više šupljina iz p–oblasti prede u n–oblast, a daviše elektrona iz n–oblasti prede u p–oblast. Ovajproces se naziva injekcija manjinskih nosilaca.

Na granicama (sada sužene) osiromašene oblastipojavljuju se natkoncentracije elektrona i šupljina,koje su znatno vece od ravnotežnih vrednosti.

Pojava natkoncentracija manjinskih nosilaca uzrokujepojavu difuzione struje koja je znatno veca nego štoje to bilo u stanju termicke ravnoteže. Balans seodržava uz pomoc spoljašnjeg napona VF koji dajestruju kroz diodu ID:

ID = IDiff − IDrift .


Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene


n-oblastp-oblast0-xp xn

np0

np(x) pn0

pn(x)

pn(xn)

np(-xp)

np(−xp) i pn(xn) su natkoncentracije nosilaca na granicamaosiromašene oblasti. np0 i pn0 su ravnotežne vrednosti2.

2Definicije su pojednostavljene.


Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene


Tokom difuzije unutar p– i n–oblasti dolazi dorekombinacije, pa se natkoncentracije np(x) i pn(x)

smanjuju i, ako su oblasti dovoljno dugacke, padajuna ravnotežne vrednosti.

Spoljašnji izvor dodaje dovoljno elektrona da bi seovakav proces održavao.

Ukupna struja kroz diodu je:

ID = IS

eVFVt − 1

!!! (1)

Struja IS naziva se inverzna struja zasicenja (reversesaturation current) diode i zavisi od površine pn

spoja, koncentracije primesa i temperature.


Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene

DiodeDirektna polarizacija: strujno–naponska karakteristika


Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene

DiodeDirektna polarizacija: napon vodenja diode

Znacajna struja pocinje da protice kroz diodu tekkada spoljašnji napon VF postane blizak vrednostiugradenog napona pn spoja Vbi!

Nakon toga, struja eksponencijalno raste i za malepromene napona VF dobijaju se velike promene struje.

Za primenu u elektronskim kolima definiše se napon

vodenja diode VD (diode forward voltage). Tipicno, nasobnoj temperaturi se uzima:

VD = 0.7V

Pri direktnoj polarizaciji dioda provodi struju kada je naponna njoj veci od 0.7 V.


Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene




Završne napomene


Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene

DiodeInverzna polarizacija

Inverzna polarizacija diode predstavlja dovodenje spoljaš-njeg napona na njene prikljucke tako da je negativan krajnapona na anodi, a pozitivan na katodi.

D1

VR

IS


Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene


Spoljašnji napon generiše elektricno polje koje jeistog smera kao ugradeno elektricno polje diode.

Pod dejstvom tog polja šupljine iz p–oblasti napuštajuokolinu pn spoja ostavljajuci za sobom negativneakceptorske jone.

S druge strane, elektroni iz n–oblasti takodenapuštaju okolinu pn spoja ostavljajuci za sobompozitivne donorske jone.

Na taj nacin se ukupna širina osiromašene oblastipovecava. ⇒ Povecava se i vrednost ugradenogelektricnog polja koje sprecava difuziono kretanjenosilaca naelektrisanja izmedu p– i n– oblasti.


Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene



Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene


Jedino se, pod uticajem ugradenog elektricnog polja, krecumalobrojni termalno generisani nosioci naelektrisanja, paje ukupna struja kroz diodu jednaka driftovskoj struji IDrift,odnosno inverznoj struji zasicenja3 IS:

ID = −IDrift = −IS .

Na sobnoj temperaturi tipicno je reda velicine nA i možese smatrati nezavisnom od vrednosti spoljašnjeg naponainverzne polarizacije VR.Može se smatrati da pri inverznoj polarizaciji dioda ne pro-vodi struju. Uobicajeno se kaže da je dioda zakocena.

3Inverzna struja zasicenja naziva se još i struja curenja (leakagecurrent).


Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene




Završne napomene


Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene

DiodeProboj: Zenerov proboj

Povecanje spoljašnjeg napona inverzne polarizacijedovodi vrednost ugradenog elektricnog polja dogranice pri kojoj je ono u mogucnosti da raskinekovalentne veze unutar kristalne rešetke u bliziniosiromašene oblasti. Na taj nacin se generišu parovielektron–šupljina.

Generisani elektroni bivaju prevuceni na n–, ašupljine na p– stranu spoja, povecavajuci naglo strujukroz diodu! Ovaj proces se naziva Zenerov proboj

(Zener breakdown).


Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene

DiodeProboj: Lavinski proboj

Pri još višim vrednostima inverzne polarizacije, možese dogoditi da manjinski nosioci koji prolaze krozosiromašenu oblast dostignu dovoljnu kinetickuenergiju da u sudarima sa atomima kristalne rešetkeraskidaju kovalentne veze izmedu njih.

Na ovaj nacin se generišu novi slobodni nosioci koji,opet, imaju dovoljnu kineticku energiju da usudarima sa drugim atomima kristalne rešetkeraskidaju kovalentne veze izmedu njih i stvaraju jošslobodnih nosilaca.

Rezultat je opet naglo povecanje struje kroz diodu.Proces je kumulativan i zato se naziva lavinski proboj

(avalanche breakdown).


Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene

DiodeStrujno–naponska karakteristika pri inverznoj polarizaciji i lavinskomproboju

-60 -50 -40 -30 -20 -10 0

IS

VBproboj

VR (V)

I D


Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene

DiodeProbojni napon

Spoljašnji napon inverzne polarizacije pri komenastupa proboj naziva se probojni napon (breakdownvoltage) VB.

Proboj nije destruktivna pojava, sve dok je struja krozdiodu u opsegu dozvoljene sa stanovišta disipacijesnage. To znaci da se smanjenjem spoljašnjeg naponainverzne polarizacije ispod vrednosti VB struja krozdiodu smanjuje na vrednost struje IS.

Diode se normalno ne polarišu tako da rade u oblasti pro-boja! Izuzetak su Zener diode4! Dioda je usmeracka kom-ponenta jer provodi struju samo pri direktnoj polarizaciji.

4Videti pod: Tipovi dioda


Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene




Završne napomene


Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene

DiodeUticaj temperature

Promena strujno–naponske karakteristike diode sa tempe-raturom pri direktnoj polarizaciji:

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

T=25°C

T=50°C

T=75°C

VF (V)

I D (

A)


Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene


Pri direktnoj polarizaciji, porast temperature uzrokuje sma-njenje vrednosti napona vodenja diode, sa približno kons-tantnim temperaturnim koeficijentom:

dVD

dT≃ −2 mV C−1 .

Pri inverznoj polarizaciji dolazi do porasta inverzne strujezasicenja diode. Vrednost inverzne struje zasicenja se pri-bližno udvostrucuje na svakih 10 C porasta temperature!


Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene


Promena strujno–naponske karakteristike diode sa tempe-raturom pri inverznoj polarizaciji:

-100

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

-10 -8 -6 -4 -2 0

T=25°C

T =50°C

T =75°C

VR (V)

I D (

nA

)


Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene




Završne napomene


Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene

DiodeRadna tacka (Quiescent Point)

Postavljanjem otpornika u kolo diode moguce je ogranicitistruju kroz nju pri direktnoj polarizaciji:

ID1 =VF − VD1

R1= −

1

R1VD1 +

VF

R1


Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene

DiodeRadna tacka i radna prava (Load Line)


Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene

DiodeRadna tacka i radna prava (Load Line)

Presek radne prave i strujno–naponske karakteristike diodedefiniše radnu tacku Q. U radnoj tacki dioda ima staticku

otpornost:

RD1 =VDQ

IQ.

Promenom vrednosti otpornika R1 menja se, za poznatuvrednost VF, nagib radne prave, pa time i pozicija radnetacke na strujno–naponskoj karakteristici diode.


Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene




Završne napomene


Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene


Pretvaranje naizmenicnih signala u jednosmerne. Poluta-lasno (half–wave) ispravljanje:

Tokom pozitivne poluperiode dioda provodi, dok je tokomnegativne poluperiode zakocena.


Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene

Tipovi diodaIspravljacke diode: Polutalasno ispravljanje

vinvout


Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene

Tipovi diodaIspravljacke diode: Punotalasno (full–wave) ispravljanje

Tokom pozitivne poluperiode provode diode D1 i D2, a di-ode D3 i D4 su zakocene. Tokom negativne poluperiodeprovode diode D3 i D4, dok su diode D1 i D2 zakocene.


Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene

Tipovi diodaIspravljacke diode: Punotalasno ispravljanje

vin vout


Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene


Cetiri diode se nalaze u jednom kucištu (U1) i nazivaju seGrecov spoj. Kondenzator C se naziva rezervoar (reservoircapacitor), kondenzator za poravnanje napona (smoothingcapacitor) ili filtarski kondenzator. Tipicno se koriste elek-trolitski kondenzatori.


Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene


C=1,5µF

C=4,7µF

C=10µF

Vr(pp)


Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene


Osnovno kolo punotalasnog mrežnog ispravljaca:

F1 je osigurac (fuse), a T1 je mrežni transformator.


Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene




Završne napomene


Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene

Tipovi diodaPrekidacke diode

Diode koje u elektronskim kolima prelaze iz provodnog uneprovodno stanje i obratno, najcešce pod dejstvom impul-sne pobude, nazivaju se prekidacke (switching) diode. Nataj nacin ove diode ostvaruju funkciju elektronskog preki-daca koji na odredeni nacin razdvaja ili spaja pojedine de-love kola.Za prekidacke diode je od suštinskog znacaja brzina preki-danja. Prelazak diode iz provodnog u neprovodno stanjenije trenutan. Da bi struja kroz inverzno polarisanu dioduprestala da tece, potrebno je da prode odredeno vreme kojese naziva vreme oporavka (reverse recovery time) trr.


Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene



Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene


Znacajna primena prekidackih dioda je u zaštiti elektron-skih prekidaca od uticaja induktivnog opterecenja:


Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene


Ostale primene: Diodna logicka kola. Zaštita od inverzne polarizacije naponskih regulatora. Prebacivanje sa mrežnog na baterijsko napajanje. ...

Neke konvencionalne prekidacke diode: 1N4148, 1N419.Vreme oporavka je od nekoliko ns do nekoliko desetina ns.


Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene




Završne napomene


Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene

Tipovi diodaZener diode.

Zener diode su silicijumske diode koje su tehnološki opti-mizovane tako da pri inverznoj polarizaciji rade u oblastiproboja. Elektricni simboli Zener diode:

Anoda Katoda Anoda KatodaAnoda Katoda

Pri direktnoj polarizaciji strujno–naponskakarakteristika Zener diode je identicnastrujno–naponskoj karakteristici standardne diode.

Pri inverznoj polarizaciji, u oblasti probojastrujno–naponska karakteristika Zener diode imaoštro koleno.


Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene


Pri naponu VZ struja kroz Zener diodu ce biti IZ.


Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene


Regulacija napona pomocu Zener diode:

Oblast regulacije je opseg struja kroz Zener diodu za koje seZenerov napon može smatrati približno konstantnim. Ze-ner diode se standardno koriste u oblasti inverzne polariza-cije, tj. Zenerovog proboja! Proizvode se sa razlicitim vred-nostima VZ (npr. 5.1 V, 6.2 V, 12 V, itd.)


Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene




Završne napomene


Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene

Tipovi diodaTVS diode.

Diode koje su posebno namenjene zaštiti elektronskih kolaod uticaja naponskih tranzijenata nazivaju se TVS (TransientVoltage Suppresion) diode. Realizuju se kao silicijumskipn spojevi, sa posebno optimizovanom geometrijom i pro-filima primesa. TVS diode mogu biti unidirekcione (a) ibidirekcione (b), a odgovarajuci elektricni simboli su:

(a) (b)


Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene


Koncept primene TVS dioda:

Tranzijent je najcešce izazvan eksterno, indukcijom ili elek-trostatickim pražnjenjem, a predstavlja opasnost po elek-tronsko kolo jer je VTMAX ≫ VIN. Uloga TVS diode je da pri-likom nailaska naponskog tranzijenta provede, spuštajucina taj nacin napon na ulazu kola na vrednost svog naponaproboja pri inverznoj polarizaciji.


Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene


Zaštita USB magistrale:


Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene




Završne napomene


Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene

Tipovi diodaŠotkijeve diode

Šotkijeve (Schottky) diode se tehnološki realizuju kao spojmetala i dopiranog poluprovodnika. Elektricni simbol Šot-kijeve diode:

Anoda Katoda

Zbog prisustva metala, ugradena potencijalna barijera kodŠotkijeve diode je manja nego kod diode zasnovane na pn

spoju. Zbog toga je napon provodenja pri direktnoj polari-zaciji u opsegu 0.3 V–0.4 V!


Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene

Tipovi diodaŠotkijeve diode

Strujno–naponska karakteristika Šotkijeve diode BAT42 pridirektnoj polarizaciji:

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

I (m

A)

VF

(V)


Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene

Tipovi diodaŠotkijeve diode: Inverzna struja zasicenja Šotkijeve diode BAT42

Inverzne struje zasicenja kod Šotkijevih dioda su znatnovece nego kod dioda na bazi pn spoja, što ogranicava nji-hove primene na višim temperaturama.Primene su kod prekidackih izvora napajanja, kao i u digi-talnim prekidackim kolima (high-speed switching).


Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene




Završne napomene


Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene

Tipovi diodaVarikap diode

Varikap diode (varaktori) su silicijumske diode koje su teh-nološki realizovane tako da se sa promenom napona inverznepolarizacije dobija što veca promena kapacitivnosti. Elek-tricni simbol varikap diode:

Anoda Katoda

U praksi, varikap dioda radi u režimu inverzne polarizacijei to kao kondenzator promenljive kapacitivnosti.


Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene


Postojanje osiromašene oblasti na pn spoju rezultuje poja-vom kapacitivnosti koja se može izraziti relacijom koja opi-suje kapacitivnost kondenzatora sa ravnim oblogama povr-šine A i medusobnog rastojanja Wd, izmedu kojih je dielek-trik dielektricne konstante ǫs:

Cj =ǫsA

Wd

.

Primenom spoljašnjeg napona inverzne polarizacije VR, osi-romašena oblast se širi:

Wd =

√

√

√2ǫsq

1

NA

+1

ND

(Vbi + |VR|) .

Promenom širine osiromašene oblasti menja se i kapacitiv-nost.


Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene


Zavisnost kapacitivnosti varikap diode BB109G od naponainverzne polarizacije:

0

10

20

30

40

50

60

70

0 5 10 15 20 25

C (

pF)

VR

(V)


Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene


Varikap diode se primenjuju u kolima za podešavanje uces-tanosti (tuning circuits) koja su osnova za izbor kanala kodradio, TV i satelitskih prijemnika, kao i kod mobilnih te-lefona. Ucestanost koja se podešava naziva se rezonantnaucestanost i na njoj se vrši prijem signala odredenog emi-tera.


Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene




Završne napomene


Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene

Tipovi diodaLE diodeDiode koje emituju svetlost (Light Emiting Diodes - LED)pripadaju grupi optoelektronskih komponenata. Elektricnisimbol LE diode:

Anoda Katoda

Emisija svetlosti se dešava prilikom direktne polarizacije di-ode i ova pojava se naziva elektroluminiscencija. Suštinapojave je u rekombinaciji elektrona iz provodne zone sašupljinama u valentnoj zoni, prilikom koje se višak ener-gije otpušta u obliku fotona. LE diode se izraduju od polu-provodnickih jedinjenja (GaAs, GaAsP, AlGaP, SiC, itd.). Uzavisnosti od jedinjenja i konstrukcije diode, svetlost kojase emituje može imati razlicitu talasnu dužinu, pa se pro-izvode ultraljubicaste, infracrvene, kao i diode koje emitujuvidljivu svetlost.


Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene

Tipovi dioda - LE diode

400 500 600 70010

UV vidljiva svetlost IC

106

Napon direktne polarizacije pri kome LE diode provode jerazlicit za razlicite talasne dužine svetlosti. Jacina svetlostizavisi od struje kroz diodu.

Svetlost VF(typ) (V) IF(typ) (mA)infracrvena 1,2 20–100crvena 1,8 10–20narandžasta 2,0 10–20žuta 2,1 10–20zelena 2,2 10–20plava 3,5 20–30bela 3,5 20–30ultraljubicasta 3,6 20


Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene

Tipovi diodaLE diode: Strujno–naponska karakteristika pri direktnoj polarizaciji

0

5

10

15

20

25

1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 3,2 3,4 3,6

I (m

A)

VF

(V)

plavazelena

žuta

crvena


Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene

Tipovi diodaLE diode: Osnovno kolo

U kolo LE diode se obavezno stavlja otpornik, koji ograni-cava struju kroz diodu!


Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene

Tipovi diodaLE diode: Osnovno kolo

Vrednost otpornika se izracunava na osnovu tipicnih vred-nosti pada napona i struje kroz diodu iz tehnickih specifi-kacija proizvodaca.Primer: Za VF = 5V, VD1 = 1.8V i IF = 10mA je:

R1 =VF − VD1

IF=

5− 1, 8

0, 01= 320Ω . (2)

U praksi se uzima najbliža standardna vrednost, npr. R1 =

330Ω.


Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene

Tipovi diodaLE diode

Standardne LE diode u okruglim kucištima precnika 5 mm:

katoda

infracrvena


Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene




Završne napomene


Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene

Tipovi diodaFotodiode

Fotodiode spadaju u grupu optoelektronskih komponenata,a njihova osnovna karakteristika je da im se inverzna strujazasicenja menja sa promenom intenziteta upadne svetlosti.Elektricni simbol fotodiode:

Anoda Katoda

Kada fotodioda nije osvetljena kroz nju tece inverzna strujazasicenja I0 koja se naziva struja mraka (dark current). Poddejstvom upadne svetlosti, unutar pn spoja dolazi do gene-racije parova elektron–šupljina, pa se inverzna struja krozdiodu povecava. Struja koja potice usled dejstva upadnesvetlosti naziva se struja osvetljaja (light current) ili foto-

struja IP.


Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene

Tipovi diodaFotodiode: Fotonaponski režim

Gustina fluksa svetlosnog zracenja naziva seiradijansa Ee (mW cm−2).

Struja IP se menja u zavisnosti od iradijanse Ee

upadne svetlosti, tako da je pad napona na otporniku:

VOUT = V = (I0 + IP)RL


Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene

Tipovi diodaFotodiode: Fotonaponski režim

Pad napona VOUT teži da pozitivno polariše diodu!Zbog toga kroz diodu pocinje da tece struja u smerusuprotnom od smera fotostruje.

Kada struja I postane jednaka nuli, tada je napon nadiodi:

VP(Ee) = Vt ln

IP(Ee)

I0+ 1

.

Fotodioda se ponaša kao izvor jednosmernog napona, pase pojava naziva fotonaponski efekat. Fotodioda radi u foto-

naponskom (photovoltaic) režimu. Napon VP(Ee) naziva sefotonapon.


Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene

Tipovi diodaFotodiode: Fotoprovodni režim

U ovom slucaju je:

VOUT = (I0 + IP)RL (3)

pa je odziv fotodiode na upadnu svetlost linearan,pod uslovom da se vrednost napona inverznepolarizacije izabere tako da je uvek ispunjen uslovVR > VOUT.


Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene


U ovakvoj konfiguraciji fotodioda radi u fotoprovodnom

(photoconductive) režimu. U fotoprovodnom režimu je od-ziv fotodiode na upadnu svetlost brži nego u fotonapon-skom režimu jer je, zbog inverzne polarizacije, kapacitiv-nost pn spoja manja. Tipicno vreme odziva fotodiode naimpulsnu svetlosnu pobudu je reda velicine nanosekunde.


Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene


Detektor objekta na kratkim rastojanjima (proximity sen-sor). Infracrvena LE dioda D1 i fotodioda D2 u fotoprovod-nom režimu.


Diode



Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka


Prekidacke diode

Zener diode


Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomene

Završne napomeneDodatna literatura

Studenti se upucuju na rukopis pod naslovom:"Uvod u poluprovodnicke komponente i njihovu primenu".Mole se studenti prve godine da procitaju Predgovor ovogrukopisa, u kome je naznaceno koji deo materijala se od-nosi na predmet ELEKTRONSKE KOMPONENTE.

http://mikroelektronika.elfak.ni.ac.rs/lit_sr.php

Documents

Elektronske komponente Diode Princip rada …mikroelektronika.elfak.ni.ac.rs/files/Diodes_Slides.pdfElektronske komponente Diode Princip rada Direktna polarizacija Inverzna polarizacija