Image13 (21)

■ Pod lupą EdE

przez diodę płynie jakiś maleńki prąd wsteczny, oznaczany Ir. Ilustruje lo rysunek 3 Jeśli przyłożone do diody napięcie wsteczne nie jest większe od podanego w katalogu napięcia Ur (Urrm), lo w temperaturze pokojowej prąd ten ma znikomą wartość rzędu nanoamperów. Zazwyczaj go pomijamy i uznajemy, że ma wartość zero. Natomiast zwiększenie napięcia wstecznego ponad dopuszczalną wartość powoduje wzrost prądu wstecznego, co może doprowadzić do nieodwracalnego uszkodzenia diody

Dociekliwi zapytają, a co będzie, gdy do źródła zasilania o napięciu kilku woltów i dużej wydajności prądowej dołączy się diodę krzemową w kierunku przewodzenia? Rysunek 2 wskazuje, że aby zwiększyć napięcie na przewodzącej diodzie, należałoby radykalnie zwiększyć prąd. Ale wymagałoby tu zwiększenia prądu do ogromnej wartości, a bateria czy zasilacz nic oddadzą takiego prądu. Przy dołączeniu diody do źródła o napięciu ponad IV według rysunku 4 nastąpi zwarcie tego źródła (baterii, zasilacza) przez diodę. Popłynie duży prąd. elementy zaczną się grzać i ulegną uszkodzeniu, dlatego rysunek 4 jest przekreślony. Nawet przy bardzo dużych prądach napięcie na diodzie nie przekroczy 1,5V (napięcie źródła spadnie do takiej wartości), a dioda bardzo szybko się przepali.

Podstawowe rodzaje diod

Dioda 1N4001 należy do „zwykłych” diod krzemowych, których napięcie przewodzenia wynosi około 0,6...0,8V. Istnieją też inne diody, mające inne napięcie przewodzenia Diody krzemowe ScłiuUky’ego (czyt. szotkie-go) dzięki specyficznej budowie mają korzystniejsze, niższe napięcie przewodzenia niż typowe diody krzemowe - około 0.2...0,5V. Z reguły mają za to niezbyt duże dopuszczalne napięcie wsteczne 20...50V tylko niektóre 100V.

Z kolei w diodach wykonanych nie z krzemu, tylko z germanu, napięcie przewodzenia wynosi OJ ..0,4V, jednak diody te mają liczne wady i są coraz rzadziej wykorzystywane. Małe diody germanowe, np AAPI53(l6mA. 10Y), są używane sporadycznie, jedynie w obwodach wysokiej częstotliwości. Natomiast starych germanowych diod prostowniczych, a tym bardziej prostowników (stosów) selenowych od dawna nikt już nigdzie nie wykorzystuje

Powszechnie wykorzystywane są diody krzemowe:

-    uniwersalne małej mocy, szybkie - prąd poniżej 1A

-    prostownicze „zwykłe” - prąd 1A i więcej

-    prostownicze szybkie (impulsowe) - prąd 1A i więcej

-    diody Schottky'ego.

Dla wyjaśnienia można jeszcze dodać, że diody lawinowe (avałanche diodę) zasadniczo nie są oddzielnym rodzajem diod - są to po prostu diody prostownicze o specyficznej konstrukcji, w których występuje tzw. efekt lawinowy.

Natomiast krzemowe diody Zenera (stabilizacyjne), gdzie też może występować zjawisko lawinowe, diody tunelowe (Esaki), diody Gunna, diody pojemnościowe (warika-py) oraz zbudowane z jeszcze innych materiałów diody świecące LED, mające zależnie od koloru świecenia napięcie przewodzenia od 1,5...3,3V, to zupełnie inny temat, wykraczający poza ramy tego artykułu.

Dioda i prąd zmienny

•* Mówimy, że dioda prostuje prąd zmienny. Układ z rysunku 5 jest prostownikiem jed-nopołówkowyni, który przepuszcza tylko dodatnie połówki przebiegu zmiennego. Należy pamiętać o napięciu przewodzenia diody -napięcie na obciążeniu jest pomniejszone o spadek napięcia na diodzie. Taki układ nic pracuje w ogóle przy napięciach zmiennych o amplitudzie mniejszej niż Uf zastosowanej diody, co ilustruje rysunek 6, pokazujący przebieg przy prostowaniu napięcia zmiennego o amplitudzie IV

Omawiany układ prostowniczy bywa stosowany rzadko, jednak warto bliżej przyjrzeć się jego działaniu, zwłaszcza z dodatkowym kondensatorem włączonym na wyjściu rysunek 7. Dodanie kondensatora C o znacz-

⁴ nej pojemności możemy sobie wyobrazić jako dodanie na wyjściu małego akumulatora, który z jednej strony jest ładowany przez diodę, a z diugiej rozładowywany prądem płynącym przez jakieś obciążenie Ri. Ten kondensator filtrujący rzeczywiście zachowuje się jak niewielki akumulatorek i zwykle wahania napięcia na nim są niewielkie. Wynika z tego kilka ważnych wniosków. Po pierwsze, dzięki temu „akumulatorkowi podtrzymującemu” wartość prądu obciążenia II prawie się nie zmienia w czasie. Po drugie, jeśli zgodnie z tytułem cyklu mamy brać pod lupę diody i prostowniki, powinniśmy uważnie przyjrzeć się prądom. W układzie z rysunku 7 „akumulatorek” ładuje się tylko w krótkich chwilach, gdy chwilowe napięcie przebiegu zmiennego jest większe niż napięcie wyjściowe. W rezultacie prąd ładujący „akumulato-ick” ma postać krótkich, silnych impulsów (przehieg czerwony).

Działanie kondensatora filtrującego możemy porównać do małego akumulatorka -czym większa pojemność - tym mniejsze tętnienia napięcia wyjściowego U2. Ale na sytuację możemy też spojrzeć z innego punktu widzenia.

Zgodnie z prawem Kirchhotfa, prąd ładujący Id (krzywa czerwona) musi być równy sumie prądu obciążenia II (krzywa fioletowa)

Rys. 5

Ul    J2

Rys. 6

18 Styczeń 2006 Elektronika dla Wszystkich