🚦 Diody: usměrňovací, Zenerova a LED

Jednosměrka

O čem to je

Dioda je jako jednosměrná ulice nebo zpětný ventil ve vodovodu: proud pustí jedním směrem, druhým ne. Díky tomu se ze střídavého proudu v zásuvce dá udělat stejnosměrný pro nabíječku. Speciální diody umí udržet stálé napětí nebo svítit.

Nové pojmy

Připomenutí: přechod PNRozhraní polovodiče typu P a N. Vede, když je + na P a − na N (propustný směr), opačně nevede (závěrný směr).
DiodaSoučástka s jedním přechodem PN a dvěma vývody: anoda (A) na straně P a katoda (K) na straně N. Ve schématu trojúhelník (šipka ukazuje směr proudu) s čárkou u katody.Na pouzdře je katoda označená proužkem.
Prahové napětíNapětí v propustném směru, od kterého dioda začne výrazně vést. U křemíkové diody asi 0,6–0,7 V. Při vedení na ní zůstává zhruba toto napětí.Křemíková dioda 1N4007 vede od asi 0,7 V.

Tři nejčastější diody

Usměrňovací diodaPropouští proud jedním směrem. Používá se v usměrňovačích a jako ochrana proti přepólování.1N4007: do 1 A, závěrné napětí až 1 000 V.
Zenerova diodaDioda určená k zapojení v závěrném směru. Do určitého napětí nevede, ale po dosažení Zenerova napětí U_Z začne vést a napětí na ní se dál téměř nemění. Slouží ke stabilizaci napětí.Zenerova dioda 5,1 V drží na sobě asi 5,1 V, i když se vstupní napětí mění.
LED (svítivá dioda)Dioda, která v propustném směru svítí. Má vyšší prahové napětí podle barvy a vždy potřebuje omezit proud (předřadným rezistorem).Červená asi 1,8–2 V, modrá a bílá asi 3 V, typický proud 10–20 mA.
  • usměrňovací dioda – propustí proud jen jedním směrem
  • Zenerova dioda – v závěrném směru drží stálé napětí U_Z
  • LED – v propustném směru svítí, potřebuje omezit proud
  • proužek na pouzdře – katoda

Než kartičku otočíš, řekni si, k čemu daná dioda slouží.

Předřadný rezistor k LED

Rezistor „spotřebuje“ napětí, které na LED nemá být: R = (U − U_LED) / I.

Červenou LED (2 V, 20 mA) chceš napájet z 12 V. Jaký rezistor potřebuješ?
R = (12 − 2) / 0,02 = 10 / 0,02 = 500 Ω. Vybereš nejbližší vyšší vyráběnou hodnotu, třeba 560 Ω. Výkon na rezistoru: 10 V · 0,02 A = 0,2 W, tedy rezistor aspoň 0,25 W.
Bílou LED (3 V, 15 mA) chceš napájet z 5 V z USB. Jaký rezistor?
R = (5 − 3) / 0,015 ≈ 133 Ω. Nejbližší vyšší řadová hodnota je 150 Ω.
✗LED na 3 V připojím rovnou k baterii 5 V, rezistor není potřeba.
✓LED vždy potřebuje předřadný rezistor (nebo zdroj proudu).

Nad prahovým napětím proud diodou prudce roste. Bez omezení teče velký proud a LED se během okamžiku zničí.

Dioda vede od anody ke katodě, od asi 0,7 V (Si). Zenerova dioda v závěrném směru drží napětí U_Z. LED svítí a potřebuje rezistor R = (U − U_LED) / I.

Charakteristiky

O čem to je

V katalogu diody najdeš graf a tabulku. Podle nich vybereš diodu, která vydrží proud i závěrné napětí v tvém zapojení. Tady se naučíš, co ty údaje znamenají a jak se podle nich počítá.

Nové pojmy

Dioda, anoda, katodaDioda je polovodičová součástka s jedním přechodem PN. Proud teče od anody (P) ke katodě (N), opačně ne.Ve schématu šipka ukazuje směr proudu ke katodě.
Voltampérová (VA) charakteristikaGraf, jak proud součástkou závisí na napětí na ní. U rezistoru přímka, u diody zakřivená křivka.V propustné části dioda do 0,6 V skoro nevede, pak proud prudce roste.
PrůrazPři velkém závěrném napětí začne dioda náhle vést. U běžné diody to ji obvykle zničí, u Zenerovy je to pracovní stav (s omezeným proudem).1N4007 má závěrné napětí 1 000 V, nad ním hrozí průraz.
Mezní hodnotyNejvětší hodnoty, které součástka snese: maximální propustný proud I_F, maximální závěrné napětí U_R, ztrátový výkon P.Dioda 1 A / 400 V nesmí vést víc než 1 A ani dostat víc než 400 V v závěrném směru.

Přehled diod

DiodaPracuje ve směruTypické napětíPoužití
usměrňovací (Si)propustnémasi 0,7 Vusměrňovače, ochrana proti přepólování
Schottkyhopropustnémasi 0,2–0,4 Vrychlé a úsporné zdroje
ZenerovazávěrnémU_Z, např. 3,3 V, 5,1 V, 12 Vstabilizace a omezení napětí
LEDpropustnémasi 1,8–3,5 V podle barvysignalizace, osvětlení
fotodiodazávěrném—čidlo světla

Stabilizace Zenerovou diodou

Zenerovu diodu zapoj katodou ke kladnému pólu (závěrně).
Do série před ni dej rezistor, který omezí proud.
Výstupní napětí odebírej paralelně ze Zenerovy diody.
Rezistor spočítej: R = (U_vst − U_Z) / I, kde I je proud diodou a zátěží dohromady.
Zdroj 12 V, Zenerova dioda 5,1 V, zátěž odebírá 10 mA a diodou má téct asi 5 mA. Jaký rezistor zvolíš?
Rezistorem teče 10 + 5 = 15 mA. R = (12 − 5,1) / 0,015 = 6,9 / 0,015 = 460 Ω. Zvolíš nejbližší nižší řadovou hodnotu 430 Ω, aby proud nebyl menší než potřeba.
Proč se na vstup přístroje napájeného z baterie dává dioda do série?
Je to ochrana proti přepólování. Když baterii vložíš obráceně, dioda je v závěrném směru a proud neteče. Nevýhoda: na diodě se ztratí asi 0,7 V (u Schottkyho méně).

Roztřiď diody podle toho, jak jsou v obvodu zapojené, když plní svou funkci.

✗Zenerovu diodu zapojím jako běžnou: anodou na +.
✓Zenerova dioda pro stabilizaci se zapojuje závěrně: katodou na + a s rezistorem v sérii.

V propustném směru by na ní bylo jen asi 0,7 V jako u každé diody. Stabilizuje jen v závěrném směru.

VA charakteristika diody: v propustném směru vede od prahového napětí, v závěrném nevede až do průrazu. Zenerova dioda pracuje v průrazu, LED a usměrňovací dioda v propustném směru. Nepřekračuj mezní hodnoty.
🧱Polovodiče a přechod PN🔋Usměrňovače a napájecí zdroje