Zápisy do sešitu: El. náboj a síla       Elektrické pole        Práce v el. poli          Rozložení náboje na vodiči         Vodič v el. poli          Izolant v el. poli        Kapacita, kondenzátor        El. proud             Vodiče, polovodiče, nevodiče       Prakt. práce: měření VA char. rezistoru           Ohmův zákon        Rezistor, reostat, potenciometr        Spojování rezistorů        Ohmův zákon pro celý obvod        Kirchhoffovy zákony      Vlastní polovodič        Termistor      Fotorezistor        Dioda - pokusy      Příměsový polovodič      Princip diody       Usměrňování diodou       Graetzovo zapojení      Praktické ovládání generátoru a osciloskopu     Náhr. schéma diody     Kondenzátor ve střídavém obvodu     Kapacita diody     VA char. diody a Zenerovy diody     Zdvojovač napětí     Televize a osciloskop     Urychlování elektronů     Vychylovací destičky     Stacionární magnetické pole     Magnetická síla (zač. a pokr.)     Magn. poli přímého vodiče      Mag. pole závitu a cívky     Nabitá částice v mag. poli     Shrnutí televize a osciloskopu     Síla působící mezi dvěma vodiči     Stejnosměrný elektromotor     Magnetické vlastnosti materiálů     Elektromagnet     El. zvonek     Elmag. relé     Druhy elektromotorů     Elmag. indukce - vznik ind. napětí     Faradayův zák. elmag. ind.    Magn. ind. tok     Ind. proud     Vířivé proudy     Vl. indukce     Zhášecí obvody cívek     Rekuperační dioda     Energie el. a mag. pole     El. proud v plynech     Jiskrový výboj     Obloukový výboj     Doutnavý výboj     Koróna, katodové a kanálové záření     LED     Žárovka      Bipolární tranzistor     Unipolární tranzistor     Operační zesilovač     Práce a výkon     Ef. hodnota proudu     Regulace výkonu     Tyristor     Přenos rádiového signálu     Amplitudová modulace     Frekvenční modulace     Sériový RLC obvod     Fázorový diagram     Elmag. oscilátor     Výkon v RLC obvodu     Amplitudová demodulace (krystalka)     Frekvenční demodulace     Rádiový přijímač     Stereofonní vysílání     Televize     El. proud v kapalinách


Zápisy do sešitu - 5. pokračování

Předchozí zápisy


21. hodina - pátek 28.11. 2003

Usměrňování střídavého proudu diodou

Použití diody jako usměrňovače - elektrická rozvodná síť je střídavá, ale mnoho přístrojů potřebuje k napájení stejnosměrný proud (nabíječky, motory).

Nejjednodušší zapojení usměrňovače

Zviditelnění proudu osciloskopem

Proud teče obvodem po méně než polovinu periody. Dioda totiž nepropouští proud ani v propustném směru, dokud napětí na ni nedosáhne hodnoty difuzního napětí (aby intenzita vnějšího elektrického pole E převýšila intenzitu difuzního elektrického pole Ed (viz. zde)) - pro křemíkovou diodu cca. 0,6 V.  I při nenulovém napětí na diodě menším než cca. 0,6 V je tedy proud diodou stále nulový. 

Záleží při usměrňování střídavého proudu na jeho frekvenci? 

Pokus - výsledky z osciloskopu


frekvence 50 Hz

frekvence 5 kHz

frekvence 22 kHz

Při frekvenci napětí 22 kHz je amplituda napětí v kladném směru stejná jako amplituda v záporném směru, i když tvar křivky je jiný. Jak je možné, že dioda neusměrňuje? To je váš DOMÁCÍ ÚKOL.

Jak usměrňovat střídavý proud lépe?

Usměrňování jednou diodou není  příliš efektivní. Elektrický výkon závisí na proudu a na napětí => když obvodem s diodou po většinu periody neteče proud, je výkon malý.

Graetzovo zapojení - proud protéká spotřebičem v obou částech periody


obr. 12: Graetzovo zapojení

Při obou polaritách zdroje protéká spotřebičem (rezistor R) proud stále jedním směrem.

Průběh proudu

Jak dosáhnout toho, aby proud byl konstantní a ne tepavý? Paralelně se zátěží se zařadí kondenzátor - čím větší je jeho kapacita, tím je proud stálejší

(Při zvětšujícím se proudu se kondenzátor nabíjí a při poklesu proudu se vybíjí jen pomalu => proud v čase kolísá jen nepatrně).


22. hodina - pondělí 1.12. 2003

Praktická práce s modrým generátorem GBF a s osciloskopem. Popis generátoru je zde, popis osciloskopu zde. A tady si můžete pohrát s virtuálním osciloskopem (stránky jsou francouzsky) nebo absolvovat kurs "s osciloskopem krok za krokem" (rovněž francouzsky). Tady je zase trochu jiný osciloskop (anglicky). Hezký interaktivní osciloskop se nachází i zde (celý kurs i s vysvětlením pojmů zde) - vše francouzsky.

 


23. hodina - čtvrtek 4.12. 2003

Doplňky k diodě

Proč dioda ve střídavém obvodu s vysokou frekvencí propouští proud v závěrném směru?

Ideální dioda je definována jako prvek, jehož odpor v propustném směru je nulový a odpor v závěrném směru nekonečně velký. Žádná dioda ale není ideální. Má nějaký odpor v propustném směru, takže její náhradní schéma v propustném směru se kreslí takto: (dioda znázorněná schem. značkou je ideální).
Stejně tak nemá nekonečný odpor v závěrném směru, náhradní schéma toto - - rezistor paralelně připojený k diodě má velmi velký odpor.

PN přechod v závěrném směru připomíná deskový kondenzátor - dvě desky a mezi nimi el. pole (a žádné volné částice s nábojem). Dioda má jistou kapacitu. Náhradní schéma toto: .

Jak se chová kondenzátor ve střídavém obvodu?

Ve stejnosměrném obvodu s kondenzátorem proud obvodem trvale neprochází - dojde jen k nabití kondenzátoru, který zůstává nabit a dále proud obvodem neprochází. 

U střídavého obvodu se kondenzátor rovněž nabije, pak se ale polarita zdroje změní a kondenzátor se napřed vybije a zase nabije opačně. Pak se polarita zdroje opět změní atd. Obvodem tak prochází střídavý proud. Kondenzátor ale představuje jakousi zátěž v obvodu. Má jistý "odpor" - kapacitance kondenzátoru XC.  Je dána jako XC=1/C (w = 2p f, kde f je frekvence střídavého proudu). Kapacitance je tím větší, čím menší je kapacita kondenzátoru a čím menší je frekvence proudu. 

Proč tedy dioda propouští vysokofrekvenční proud i v závěrném směru?

Dioda má kapacitní vlastnosti. Je-li frekvence proudu malá, je kapacitance diody vysoká a proud v závěrném směru prakticky neprochází. Je-li frekvence vysoká, je kapacitance malá a proud prochází i v závěrném směru - ("dioda-kondenzátor" se nabíjí a vybíjí) (v náhradním schématu se nabíjí a vybíjí kondenzátor).
Kondenzátorem prochází střídavý proud vysoké frekvence velmi dobře, proto dioda neusměrňuje.

Ale co když potřebujeme usměrňovat vysoké frekvence?
Je třeba vzít diodu, která má velkou kapacitanci  => malou kapacitu. V naší představě je dioda jako deskový kondenzátor. Kapacita deskového kondenzátoru je C=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, musíme tedy pro zmenšení kapacity zmenšit plochu přechodu.

Diody s malou plochou přechodu se nazývají hrotové diody - viz tento obrázek. 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. 

Další problém! Malá plocha přechodu => velký odpor (R=l/S) => přechod se průchodem většího proudu zahřívá a navíc svou malou plochou špatně odvádí teplo. Hrotovou diodu lze tedy používat pouze na malá napětí a proudy.

Plošná dioda vydrží podstatně víc. Má menší odpor a svou velkou plochou lépe odvádí teplo, takže jí může protékat větší proud. 

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

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).

Zenerova dioda

spec. druh diody - schem. značka
Do obvodu se zapojuje v závěrném směru. Zapojení - pokus 


Výsledky pokusu: Po dosažení jistého napětí ( závěrné napětí) proud diodou vzrůstá, ale napětí na diodě se už prakticky nemění.

Elektron může PN přechod v závěrném směru překonat dvojím způsobem:

1. Tunelový jev - jelikož přechod je úzký, může elektron "protunelovat" na druhou stranu - projít potenciálovou bariérou ("projít zdí").

2. Lavinovitý průraz: Elektron jako minoritní částice je elektrickým polem v závěrném směru urychlován. Může při vysokém napětí získat takovou energii, že při srážce s atomem z něj vyrazí další elektron. Ten je zase urychlován, vyrazí další elektron a takto proud přes přechod prudce vzrůstá. Je třeba, aby byl proud omezován sériovým odporem, jinak dojde k destrukci diody.

Použití: Pro získávání stálého přesného napětí - např. jako referenční napětí v měřících přístrojích nebo k napájení přístrojů.


Další pokračování zápisů do sešitu

Verze pro tisk