Usměrňování:    Polovodič typu N        Polovodič typu P        PN přechod           Usměrňovací dioda       Usměrňování vysokofrekvenčního proudu     Kondenzátor ve střídavém obvodu       Graetzovo zapojení          Vyhlazení usměrněného proudu          Velký usměrňovač     Zenerova dioda        Zdvojovač napětí

Komentář k usměrňovací diodě

Problém usměrňování vyšších frekvencí je v tom, že dioda má nezanedbatelnou plochu PN přechodu. Představíte-li si PN přechod v závěrném směru ¤, není na něm prakticky žádný volný náboj, zatímco na obou koncích diody volné částice s nábojem jsou. Dioda takto silně připomíná deskový kondenzátor ¤ - konce diody představují desky, hradlová vrstva dielektrikum mezi nimi. Proto se náhradní schéma diody kreslí také dle obr. 1.

obr. 1: Náhradní schéma diody

Teď je na řadě kapitola o chování kondenzátoru ve střídavém obvodu ¤, pak se vrátíme sem.

Tzv. kapacitance X_C ("odpor") kondenzátoru je dána jako X_C=1/w C (w = 2p f, kde f je frekvence střídavého proudu). Prochází-li tedy diodou stejnosměrný proud (w =0), kapacitance je nekonečně veliká. Prochází-li střídavý proud nízké frekvence, kapacitance je vysoká a v náhradním schématu prochází proud přes diodu. Máme-li ovšem proud vysoké frekvence, kapacitance se výrazně sníží a v náhradním schématu proud prochází přes kondenzátor (jelikož dioda má v závěrném směru velký odpor). Dioda se tedy v závěrném směru chová jako kondenzátor, který se periodicky nabíjí a vybíjí. Jak je vidět na obrázku 2, v závěrném směru se napřed kondenzátor nabije (průběh proudu je sinusový) a pak se vybíjí (průběh proudu je exponenciální).

obr. 2: Průběh proudu diodou v závěrném směru

Kondenzátorem prochází střídavý proud vysoké frekvence velmi dobře, proto dioda neusměrňuje.

Ale co když potřebujeme usměrňovat vysoké frekvence?

Musíme vzít jinou diodu. Jelikož kapacitance kondenzátoru je dána jako X_C=1/w C, máme-li vysokou frekvenci a přitom chceme mnít vysoké X_C, musíme mít malou kapacitu přechodu. V naší představě je dioda jako deskový kondenzátor. Kapacita deskového kondenzátoru je

C=e S/d,

kde e je permitivita prostředí mezi deskami, S je plocha desek (plocha PN přechodu) a d je jejich vzdálenost (šířka hradlové vrstvy). Permitivitu ani šířku přechodu při daném napětí neovlivníme (šířka přechodu je úměrná odmocnině z napětí), musíme tedy pro zmenšení kapacity zmenšit plochu přechodu.

Diody s malou plochou přechodu se nazývají hrotové diody. Konstrukčně jsou řešeny jako kus polovodiče, na který je přitisknutý wolframový drátek. Přechod má tak velmi malou plochu a proto se používá pro usměrňování například vysokých radiových frekvencí. Proud s frekvencí 22 kHz usměrněný hrotovou diodou je na obrázku 3.

obr. 3: Střídavý proud o frekvenci 22 kHz usměrněný hrotovou diodou.

Hrotová dioda je na obr. 4 v hlavní kapitole ¤.

Je tu však ještě jiný problém!

Malá plocha přechodu znamená velký odpor (je přece R=r l/S ¤), tedy přechod se průchodem většího proudu dost zahřívá a navíc svou malou plochou špatně odvádí teplo. Hrotovou diodu lze tedy používat pouze na malá napětí a proudy.

Plošná dioda ovšem vydrží podstatně víc. Má menší odpor a svou velkou plochou lépe odvádí teplo, takže jí může protékat větší proud. Například "naše" dioda, která tak špatně usměrňuje vysoké frekvence, "vydrží" proud 3 A.

Naštěstí se v technice neužívá současně vysokých frekvencí a vysokých proudů.

Shrnuto platí:

hrotová dioda: použití pro malé proudy a vysoké frekvence (detekce rádiových signálů ¤)
plošná dioda: použití pro velké proudy a nízké frekvence (např. v lokomotivách ¤).

O náhradních schématech diody si můžete přečíst zde ¤.

Další:  pokračování článku o usměrňovací diodě ¤.

Verze pro tisk