בחירת דיודה - איך בוחרים דיודה?

Transcript

1 // רקע כללי היא רכיב אלקטרוני בעל שני חיבורים הפועל כמעין שסתום חד כיווני ומאפשר מעבר זרםדיודה ) (Diode בכיוון אחד בלבד. 1 / 57

2 בשרטוטים חשמליים מסמנים את הדיודה בסימון הכללי הבא : לדיודה יש שני חיבורים : אנודה ) (Anode וקתודה ).(Cathode בשרטוטים חשמליים האנודה מסומלת באמצעות בסיס החץ או האות " "a והקתודה מסומנת בפס או באות "."k כיוון הזרם תמיד יזרום מהאנודה לקתודה. By TedPavlic [ CC-BY-SA-3.0 or GFDL ], via Wikimedia Commons 2 / 57

3 עקרון פעולת דיודה ) (Principle Operation Diode קיימות שתי טכנולוגיות ליישום דיודות : באמצעות שפורפרות ריק ובאמצעות חומרים מוליכים למחצה. כיום השימוש בדיודות הוא בחומרים מוליכים למחצה )שנקראות גם דיודות.(PN דיודות PN עשויות לרב מחומר סיליקון ) (Silicone ולעיתים רחוקות גם מגרמניום ).(Germanium בדיודת,PN מחברים שני חומרים : חומר מוליך למחצה מסוג P וחומר מוליך למחצה מסוג.N בנקודת החיבור ביניהם נוצר מחסום לזרימת הזרם החשמלי. כאשר מפעילים מתח בכיוון אחד של הדיודה )מתח קדמי(, המחסום בצומת קטן ומאפשרת זרימת זרם. כאשר מפעילים מתח בכיוון ההפוך )מתח אחורי( המחסום גדל ומונע את זרימת זרם. בדוגמה הבאה, המעגל החשמלי הימני מראה חיבור של דיודה במתח קדמי וכך הדיודה מעבירה זרם. המעגל השמאלי מראה חיבור של דיודה במתח אחורי וכך הדיודה אינה מעבירה זרם. 3 / 57

4 דיודה אידיאלית היא דיודה המאפשרת הזרמת זרם במתח קדמי ומונעת מעבר זרם במתח אחורי. הגרף הבא מתאר התנהגות של דיודה אידיאלית : במציאות, אין דיודה אידיאלית והתנהגות הדיודה מושפעת מגורמים רבים. במתח קדמי מתחיל לזרום זרם בצורה לוגריתמית )במתחים נמוכים זרימת הזרם מאוד קטנה והגדלה קטנה של המתח מגדילה באופן משמעותי את הזרם דרך הדיודה(. במתח אחורי מתרחשת תופעה שנקראת זרם זליגה ).(Current leakage אם נמשיך להגדיל את המתח האחורי עד לגבול מסוים נגיע לרמת מתח שנקראת מתח פריצה אופיין מתאר הבא הגרף. במלואו עובר החשמלי והזרם לקצר הופכת הדיודה שבו ) (Breakdown Voltage דיודה אמיתית : 4 / 57

5 By H1voltage [ CC-BY-SA-3.0 or GFDL ], via Wikimedia Commons משוואת האופיין של דיודה היא : - הזרם בדיודה - זרם הזליגה בדיודה )זה הזרם שזורם בדיודה כאשר היא בממתח אחורי( - המתח על הדיודה - הוא מקדם שתלוי בחומר ממנו עשויה הדיודה )בדרך כלל הוא 1 או (2 קבוע בולצמן הטמפ' )במעלות קלווין( 5 / 57

6 הוא מטען האלקטרון סוגי דיודות ) (Types Diodes פעולת הדיודות מוגדרות על פי אופיין הדיודה הקשר בין המתח המופעל על הדיודה לבין הזרם שהיא מזרימה. בעת בחירת דיודות עבור מעגלים חשמליים ברובוטיקה או מכונות תעשייתיות יש לשים לב למספר מאפיינים : דיודות מפולת ) (Diodes Avalanche High Power Semiconductors 6 / 57

7 דיודות מפולת מוליכות בכיוון ההפוך כאשר המתח ההפוך חורג ממתח הפריצה )בדרך כלל 6.2V במתח אחורי(. עיקרון הפעולה שלהן דומה לדיודות זנר )שגם הן מעבירות זרם במתח אחורי(. ההבדל הוא במנגנון הגורם לכך. דיודות מפולת מתוכננות בקפידה למתח פריצה ברמת מתח אחורי מסוים מבלי שייהרסו. ההבדל בין דיודת מפולת לדיודת זנר הוא שמקדמי הטמפרטורה שלהם הפוכים בסימן. כמו כן, בדיודות מפולת בעת שלב ה Breakdown- ישנם שינוים קטנים אך משמעותיים במתח. לעומת דיודת זנר שהמתח שלה תמיד נשמר מעל למתח הפריצה. דיודות מפולת משמשות להגנה על מעגלים בפני מתחים גבוהים. במצב זה הדיודה מחוברת למעגל במתח אחורי )הקתודה היא במתח חיובי ביחד לאנודה(. במצב זה הדיודה אינה מוליכה ולא פריעה לפעולת המעגל. עם המתח עובר את המתח שהמעגל אמור לקבל מסיבה כלשהי, הדיודה נכנסת למצב. החשמלי המעגל דרך במקום להארקה הדיודה דרך עובר הזרם כל ואז Breakdown 7 / 57

8 כמו כן, דיודות מפולת מאופיינות ביצירת רעש חשמלי בתדר.RF הן משמשות ליצירת "רעש לבן" מלאכותי במעגלי.RF דיודות מפולת מסומנות במעגלים חשמליים בסימון הבא : ) Transient Voltage Suppression Diodes (TVS 8 / 57

9 דיודות TVS הן דיודות מפולת ) (Diodes Avalanche שמטרתן להגן על מעגל חשמלי מפני מתחים גבוהים שהמעגל לא מתוכנן לספוג אותם. הדיודות ממוקמות במקביל למעגל במתח אחורי )הקתודה היא במתח חיובי יחסית לאנודה(. הסבר לפעולת דיודות TVS מופיע למעלה בהסבר פעולת ההגנה של דיודות מפולת. דיודות TVS מסומנות במעגלים חשמליים בסימון הבא : דיודות זנר ) (Diodes Zener 9 / 57

10 דיודת זנר ) (Diode Zener היא הפועלת כמו דיודה רגילה כאשר היא מחוברת במתח קדמי אך שונה מדיודה רגילה כאשר היא מחוברת במתח אחורי. דיודת זנר יש מתח פריצה נמוך שנקרא מתח זנר ) Zener דרך לעבור מתחיל זרם, הזנר במתח פריצה מתרחשת, אחורי למתח מחוברת הדיודה כאשר Voltage). הדיודה והיא שומרת על מתח קבוע במתח זנר )כמו במתח קדמי(. למשל, כאשר דיודת זנר מחוברת במתח קדמי, המתח על הדיודה יהיה.0.7V כאשר היא מחוברת במתח אחורי של ) 3.2V מתח זנר של סוג מסוים של דיודות זנר( אז יתרחש תהליך פריצה בו יזרום זרם הפוך ורמת המתח תישאר על.3.2V דיודות זנר משמשות במעגלים חשמליים רבים. השימוש העיקרי הוא לווסת את רמות המתח בחל מסוים של המעגל ולשמור עליו ברמת מתח זנר. דיודת זנר שמחוברת בצורה מקבילית לחלק מסוים במעגל החשמלי תוודא כי רמת המתח בחלק במעגל החשמלי לא תעבור את מתח הזנר. במידה וכן, הדיודה הופכת לקצר )מוליכה זרם( ואין שום מעבר זרם דרך המעגל החשמלי במקרה זה. דוגמה לחיבורי דיודות זנר במעגלים חשמליים : 10 / 57

11 אופיין של דיודות זנר נראה בגרף הבא : By Fred the Oyster [ CC-BY-SA-3.0 ], via Wikimedia Commons 11 / 57

12 ? איך בוחרים דיודה - בחירת דיודה : דיודות זנר מסומנות במעגלים חשמליים בסימון הבא Point-Contact Diodes Used with permission 12 / 57

13 By [ GFDL or CC-BY-SA ], via Wikimedia F1jmm אלה ויוצר צומת. N בדיודות נקודת החומר רגילות. מוצמד על מדיודות מסוג P שונה למחצה מוליך שלהן המבנה של מאודאך רגילות צומת דק.N חוט דיודות Commons מסוג הן למחצה Contact-Point שכבת מוליך דיודת מיוצרת דיודות גביש ) (Diodes Crystal By F1jmm [ GFDL or CC-BY-SA ], via Wikimedia Commons דיודות גביש הן סוג של דיודות.Contact-Point דיודות גביש בנויות מחוט מתכת דק שלחוץ לגביש מוליך למחצה ).(Coal or Galena החוט מהווה את האנודה והגביש מהווה את הקתודה. דיודות זרם קבוע ) (Diodes Current Constant 13 / 57

14 דיודות אלה משמשות כמגבילות זרם. לרב משמשות כרכיב הגנה לדיודות זנר אשר מגבילות מתח. דיודות אלה מאפשרות זרימת זרם עד לרמת זרם מסויימת. כל עלייה נוספת במתח לא משפיעה על כמות הזרם שעוברת דרך הדיודה. אופיין של דיודות זרם קבוע נראה בגרף הבא : דיודות זרם קבוע מסומנות במעגלים חשמליים בסימון הבא : 14 / 57

15 Tunnel Diodes דיודות Tunnel מאופיינות באזור פעולה בעל מאפיינים של התנגדות נגדית. כאשר הדיודה מחוברת למתח חיובי, כאשר המתח מתחיל לעלות, הזרם מתחיל לעלות גם הוא. כאשר מעלים את המתח עוד יותר, הדיודה נכנסת למצב Tunnel שמאופיין ב Resistance Negative- שבו הזרם מתחיל לרדת. כאשר ממשיכים להעלות את המתח, הדיודה יוצאת מאזור ההתנגדות הנגדית והזרם מתחיל לעלות שוב בשלב זה הדיודה מתחילה להתנהג כמו דיודה רגילה. כאשר הדיודה מחוברת למתח אחורי, הן מתנהגות כמו ) Rectifier מיישרי זרם( עם מאפיינים של Zero. מצוינת וליניאריות Offset Voltage דיודות אלה מהירות ביותר, יכולות לפעול בטמפרטורות נמוכות ושדות מגנטיים גבוהים. אופיין של דיודות Tunnel נראה בגרף הבא : 15 / 57

16 דיודות Tunnel מסומנות במעגלים חשמליים בסימון הבא : Gunn Diodes 16 / 57

17 By ScAvenger [ CC-BY-SA-3.0 or GFDL ], via Wikimedia Commons דיודות שדומות בעיקרון הפעולה שלהם לדיודות.Tunnel דיודות אלה עשויות מחומר GaAs או InP ומשמשות למעגלים בתדר גבוה מאוד ).(oscillators microwave אופיין של דיודות Gunn נראה בגרף הבא : דיודות Gunn מסומנות במעגלים חשמליים בסימון הבא : דיודות לד ) (s'led - Diodes Emitting Light 17 / 57

18 ? איך בוחרים דיודה - בחירת דיודה By Afrank99 [ CC-BY-SA-2.0 ], via Wikimedia Commons כאשר על. ( היא דיודה הפולטת אור כתוצאה מהזרמת זרם דרכה LED Diode Emitting Light) דיודת לד.( דיודת לד מופעל מתח קדמי הדיודה פולטת אור באורכי גל שונים )תלוי בחומר ממנו עשויה הדיודה : מתחי העבודה והחומרים מהם הן עשויות,LED הטבלה הבאה מציגה את הצבעים השונים של דיודות Color Wavelength (nm) Voltage (V) Infrared λ > 760 ΔV < 1.9 Semiconductor Mate Gallium arsenide (GaAs) Aluminium gallium arsenide (AlGaAs) Red 610 < λ < Aluminium gallium arsenide (AlGaAs) Gallium arsenide phosphide (GaAsP) 18 / 57

19 ? איך בוחרים דיודה - בחירת דיודה Aluminium gallium indium phosphide (AlGaInP) Gallium(III) phosphide (GaP) Orange 590 < λ < 610 λ < 590 λ < Gallium arsenide phosphide (GaAsP) Aluminium gallium indium phosphide (AlGaInP) Gallium(III) phosphide (GaP) Yellow 570 < 2. Gallium arsenide phosphide (GaAsP) Aluminium gallium indium phosphide (AlGaInP) Gallium(III) phosphide (GaP) Green 500 < 1. Indium gallium nitride (InGaN) / Gallium(III) nitride (GaN) Gallium(III) phosphide (GaP) Aluminium gallium indium phosphide (AlGaInP) Aluminium gallium phosphide (AlGaP) Blue 450 < λ < Zinc selenide (ZnSe) 19 / 57

20 ? איך בוחרים דיודה - בחירת דיודה Indium gallium nitride (InGaN) Silicon carbide (SiC) as substrate Silicon (Si) as substrate (under development) Violet 400 < Purple or white with purple plastic Ultraviollet multiple types λ λ < < Δ < V < 3.1 < Δ V V = Diamond (235 nm)[48] Boron nitride (215 nm)[49][50] Aluminium nitride (AlN) (210 nm)[51] Aluminium gallium nitride (AlGaN) Aluminium gallium indium nitride (AlGaInN) (down to 210 nm)[52] White Broad spectrum Δ : דיודות לד נפוצות באות בתצורות הבאות 20 / 57

21 SMD 2 mm ) 3 mm (T1 )¾ 5 mm (T 1 10 mm מבנה פנימי של דיודת לד מופיע באיור הבא : 21 / 57

22 דיודות לד מסומנות במעגלים חשמליים בסימון הבא : דיודות לייזר ) (Diodes Laser דיודת לייזר היא התקן אלקטרוני שפולט קרן לייזר. התהליך מתרחש על ידי הזרמת זרם דרך הדיודה אשר פוגע בשכבת המוליך למחצה שבתוך הדיודה והיא בתורה פולטת לייזר דרך עינית מובנית. דיודות לייזר מסווגות לסוגים שונים על פי אורך הגל של הלייזר אותו הן פולטות : 22 / 57

23 ? איך בוחרים דיודה - בחירת דיודה The Photon [ GFDL, GFDL or CC-BY-SA ], via Wikimedia Commons : בטבלה הבאה ניתן לראות אורכי גל נפוצים של דיודות לייזר Wave Length 375nm 405nm 445nm 473nm 485nm 510nm 532nm 593nm 635nm 640nm 657nm 670nm Applications excitation of Hoechst stain, Calcium Blue, and other fluorescent dyes in fl InGaN blue-violet laser, in Blu-ray Disc and HD DVD drives InGaN Deep blue laser multimode diode recently introduced (2010) for use i Bright blue laser pointers, still very expensive, output of DPSS systems excitation of GFP and other fluorescent dyes Green diodes recently (2010). developed by Nichia for laser projectors AlGaAs-pumped bright green laser pointers, frequency doubled 1064 nm Nd Yellow-Orange laser pointers, DPSS AlGaInP better red laser pointers, same power subjectively 5 times as bright High brightness red DPSS laser pointers AlGaInP DVD drives, laser pointers AlGaInP cheap red laser pointers 23 / 57

24 ? איך בוחרים דיודה - בחירת דיודה 760nm 785nm 808nm 848nm 980nm 1064nm 1310nm AlGaInP gas sensing: O2 GaAlAs Compact Disc drives GaAlAs pumps in DPSS) Nd:YAG lasers (e.g. in green laser pointers or as a laser mice InGaAs pump for optical amplifiers, for Yb:YAG DPSS lasers AlGaAs fiber-optic communication InGaAsP fiber-optic communication 1480nm 1512nm 1550nm 1625nm 1654nm 1877nm 2004nm 2330nm 2680nm InGaAsP pump for optical amplifiers InGaAsP gas sensing: NH3 InGaAsP fiber-optic communication InGaAsP fiber-optic communication, service channel InGaAsP gas sensing: CH4 GaSbAs gas sensing: H2O GaSbAs gas sensing: CO2 GaSbAs gas sensing: CO GaSbAs gas sensing: CO2 : מבנה פנימי של דיודות לייזר נראה באיור הבא By Shigeru23 [ GFDL or CC-BY-SA-3.0 ], via Wikimedia Commons 24 / 57

25 דיודות לייזר מסומנות במעגלים חשמליים בסימון הבא : דיודות תרמיות ) (Diodes Thermal דיודות אלה פועלות באותו עיקרון של דיודות רגילות. ההבדל הוא שהן רגישות לשינויי טמפרטורה. כאשר דיודה תרמית מחוברת במתח קדמי, שינויים בטמפרטורה גורמים לשינויים במתח המוצא מהדיודה. פוטודיודות ) (Photodiodes 25 / 57

26 By John Maushammer [ CC-BY-SA-2.5 ], via Wikimedia Commons Measurement Specialties. היא מתרגמת רמות אור למתח או זרם חשמלי. כאשר הדיודה גלאי אור פוטודיודה היא דיודה המשמשת כ מחוברת במתח אחורי, שינויים ברמות האור גורמים לשינויים ברמות המתח. רב רכיבי הפוטודיודה מבוססים צמתי PIN מאשר צמתי.PN החומרים מהם עשוי הפוטודיודה משפיעים על אורך הגל של האור שאותו היא קולטת. בטבלה הבאה 26 / 57

27 מופיעים חומרים ואורכי הגל שהדיודה קולטת : Photodiode Material ) Electromagnetic Spectrum Wavelength (nm Silicon Germanium Indium Gallium Arsenide Lead (II) Sulfide < הגרף הבא מציג תגובה של פוטודיודה עשויה סיליקון לאורכי גל שונים של אור : By KaiMartin [ CC-BY-SA-3.0 or GFDL ], via Wikimedia Commons מאפיין חשוב בפוטודיודה שמזכיר זרם זליגה הוא.Current Dark זהו זרם שזורם דרך הדיודה כאשר קיים חושך מוחלט. כמו כן, פוטודיודה מאופיינת בליניאריות טובה ביחס שבין רמות אור למתח, רעש חשמלי נמוך, תגובה ספקטראלית רחבה ואורך חיים גבוה. 27 / 57

28 פוטודיודות מסומנות במעגלים חשמליים בסימון הבא : PIN Diodes sv-components דיודת PIN היא דיודה עם 3 שכבות של מוליכים. הדיודה מתנהגת כנגד משתנה כאשר היא מחוברת למתח קדמי וכמעגל RC כאשר היא מחוברת במתח אחורי. דיודה זו נמצאת בשימוש במעגלי,RF חיישני אור Photodetectors ומעגלי הספק. 28 / 57

29 דיודות PIN מסומנות במעגלים חשמליים בסימון הבא : דיודות שוטקי ) (Diodes Schottky דיודות שוטקי ) (Diodes Schottky הן דיודות שמאופיינות במתח קדמי נמוך ) (Voltage Forward Low ומיתוג מהיר ).(Switching Fast בעוד שמפל המתח על דיודות רגילות נע בתחום,1.7V-0.6V מפל המתח על דיודות שוטקי נע בתחום.0.45V-0.15V מפל מתח נמוך זה מאפשר מהירות מיתוג גבוהה ויעילות טובה יותר. החסרונות הבולטים בדיודות שוטקי הן מתח אחורי נמוך )עד (50V וזרם זליגה ) (Current Leakage גבוה יחסית. דיודות שוטקי מסומנות במעגלים חשמליים בסימון הבא : Snap-Off Diodes / Step Recovery Diodes 29 / 57

30 דיודות SRD הן דיודות שמסוגלות לייצר פולסים קצרים. כאשר הן עוברת ממתח קדמי למתח אחורי, זרם אחורי זורם באופן רגעי )כמו פולס.(STEP Varicap / Varactor Diodes דיודת Varactor היא דיודה שמסוגלת לשנות את מאפיין הקיבול שלה כפונקציה של המתח הפועל עליה. דיודות אלה נפוצות במגברים שניתן לשנות את מאפייני ההגבר שלהם או במתנדים שניתן לשנות את מאפייני התדר שלהם. לדוגמה, דיודות Varactor מיושמות בטלוייזיה לצורך שינוי של תחנות וערוצים. דיודת Varactor שמחוברת במתח אחורי אינה מוליכה זרם. אך שינויים במתח גורמים לשינוי הקיבול שלה. דיודות Varactor מסומנות במעגלים חשמליים בסימון הבא : 30 / 57

31 סימון דיודות ) (Coding and Numbering Diodes // לכל סוג דיודה יש מספר סידורי משלו ).(Number Part Diode דיודות מסומנות על פי שני סוגי תקנים : ). אירופאי תקן( -Pro Electron ו )אמריקאי תקן( EIA/JEDEC סימון דיודות בתקן (Numbering JEDEC/EIA Diodes) JEDEC/EIA דיודות מסומנות על ידי סדרת 1N ומספר סיריאלי של סוג הדיודה. לדוגמה : (Germanium Signal). דיודות הן 1N34A / 1N270 ) (Silicon Signal דיודות הן 1N914 / 1N4148 ) (Silicon 1A Power Rectifier דיודות הן 1N4001 1N4007 ) (Silicon 3A Power Rectifier דיודות הן 1N54xx - סימון דיודות בתקן JIS - Standard Industrial Japanese דיודות מסומנות על ידי ספרה, שתי אותיות )מייצגות את החומר ממנו עשויה הדיודה( וספרות שמייצגות את סוג הדיודה. בטבלה הבאה מופיעה הפירוט של קודים לסימון דיודה לפי תקן :JIS Description 31 / 57 Two Letters

32 Diodes Rectifier Avalanche Diodes Zener Diodes LED Signal Diodes SE SR ST SZ SQ SS הספרה הראשונה מייצגת את כמות הרגליים שיש לדיודה / טרנזיסטור פחות.1 לדוגמה, הרכיב SA הוא טרנזיסטור בעל 3 רגליים שמספרו הסידורי הוא.1187 הרכיב SR הוא דיודת יישור בעלת שתי רגליים שמספרה הסידורי הוא.5513 סימון דיודות בתקן (Numbering Electron Pro Diodes) Electron Pro דיודות מסומנות על ידי שתי אותיות )מייצגות את החומר ממנו עשויה הדיודה( וספרות שמייצגות את סוג הדיודה. בטבלה הבאה מופיעה הפירוט של קודים לסימון דיודה לפי תקן :Electron Pro 1st Letter Semiconductor Material 2nd Letter Type Of Device 32 / 57

33 ? איך בוחרים דיודה - בחירת דיודה Subsequent Characters A Germanium A Diode - low power or s B Silicon B Diode - variable capacita C Gallium Arsenide C Transistor - audio frequen D Compound materials D Transistor - audio frequen E F G H L N P Q R S Tunnel diode Transistor - high frequency, low power Miscellaneous devices Diode - sensitive to magnetism Transistor - high frequency, power Photocoupler Light detector Light emitter Switching device, low power, e.g. thyristor, diac, unijunction Transistor - switching low power, לדוגמה - הספק נמוך עשויות מגרמניום / דיודות אותות AA סדרת הספק נמוך עשויות סיליקון / דיודות אותות BA סדרת דיודות מיישרות עשויות סיליקון BY סדרת דיודות זנר עשויות סיליקון BZ סדרת 33 / 57

34 שימושים בדיודות ) (Applications Diodes לדיודות שימושים רבים במעגלים חשמליים. למטה מופיעים מספר שימושים נפוצים לדיודות : אפנון רדיו ) (Demodulation Radio דיודות משמשות ליישור מתחים מאופנני אמפליטודה ).(Modulation Amplitude AM ראשית הדיודה מיישרת את המתח המתקבל )מתח שמורכב מגל של מתחים שליליים וחיוביים(. לאחר מכן, קבל מסנן את התדרים הגבוהים ומתקבל הסיגנל המקורי שנשלח מתחנת השידור. באמצעות סיגנל זה ניתן להפיק את גלי הקול. מיישרי זרם ) (Rectifiers מיישרי זרם ) (Rectifiers הם רכיבים המורכבים ממספר דיודות ומשמשים ליישור זרם חילופין. רכיבים אלה וברכיבים הממירים מתח AC למתח.DC קיימים מספר סוגי מיישרי זרם : ספקי כוח נפוצים לרב ב 34 / 57

35 מיישר זרם חצי גל ) (Rectifier Wave Half מיישר זרם חצי גל משתמש בדיודה אחת ליישור הזרם. הדיודה מעבירה רק את הזרמים החיוביים שנכנסים אליה וחוסמת את הזרמים השליליים. הנוסחאות לחישוב המתחים המתקבלים משימוש במיישר זרם חצי גל הן : 35 / 57

36 מיישר זרם מלא ) (Rectifier Wave Full מיישר זרם מלא הוא רכיב שמורכב מ 4- דיודות )עבור טרנספורמר רגיל( או 2 דיודות )עבור טרנספורמר עם רגל מרכזית (Tap Center שמיישר זרם חילופין. כאשר זרם חיובי נכנס אל הרכיב הוא מועבר כמו שהוא. כאשר זרם שלילי נכנס לרכיב, הוא מומר לזרם חיובי ומועבר הלאה. הנוסחאות לחישוב המתחים המתקבלים משימוש במיישר זרם מלא הן : 36 / 57

37 הגנה בפני מתחי פרץ גבוהים ) (Protection Voltage Over מעגלים חשמליים שמחוברים לרשת החשמלית )מתח גבוה( חשופים לפרצי מתח גבוהים פתאומיים. כאלה מתח פרצי בפני רגישים חשמליים מעגלים על להגן מאפשר בדיודות שימוש (Voltage Surges). לרב הן מחוברות במתח אחורי ).(Biased Reverse כאשר המתח הנכנס למעגל החשמלי עובר את מתח הפריצה של הדיודה היא מתחילה להוליך ומסיטה את הזרם מהמעגל החשמלי הרגיש ומעבירה אותו אל ההארקה. 37 / 57

38 Renesas Electronics 38 / 57

39 שערים לוגיים ) (Gates Logic שערים לוגיים ניתן ליישם במספר דרכים. אחת הדרכים היא שימוש בדיודות. לדוגמה, שער AND עובד בצורה הבאה : כאשר שתי הדיודות מקבלות מתח חיובי )מחוברות במתח אחורי( לא זורם זרם דרך הדיודות. הזרם שזורם דרך הנגד מייצר מתח חיובי ולכן הסיגנל שמתקבל הוא "."1 כאשר אחת מהדיודות מקבלת מתח אפס )" "0 לוגי(, הזרם יזרום דרך הנגד אל הדיודה והמתח ביציאה של הרכיב יהיה "."0 לדוגמה, שער OR עובד בצורה הבאה : כאשר אחת מהדיודות מקבלות מתח חיובי )מחוברות במתח קדמי( יזרום זרם דרך הדיודה אל הנגד וייתקבל מתח ביציאה )" "1 לוגי(. אם שתי הדיודות לא יקבלו מתח, לא יזרום זרם דרך הנגד וייתקבל מתח אפס )" "0 לוגי(. 39 / 57

40 בדוגמה הבאה מופיעה מעגל מסובך יותר שמשלב מספר שערים לוגיים : מדידות טמפרטורה ) (Measurements Temperature דיודות יכולות לשמש למדידות טמפרטורה. מוליכות של דיודה מושפעת משינויים בטמפרטורה. שימוש במקדם טמפרטורה שמוגדר לכל דיודה, ניתן למצוא את הקשר בין המתח / זרם בדיודה לבין הטמפרטורה. בגרף הבא ניתן לראות את ההשפעה של טמפרטורה על מתחי הדיודה : 40 / 57

41 Copyright Maxim Integrated Products. Used by permission. כיוון זרם חשמלי ) (Steering Current דיודות משמשות לוויסות הכיוון של זרמים חשמליים. לדוגמה, בעת הפסקת חשמל, דיודה יכולה לווסת זרימת זרם מבטרייה אל המעגל החשמלי. דוגמה נוספת היא במקלדות מוזיקה בהן משתמשים במטריצת דיודות לוויסות הזרמים החשמליים והפקודות הנשלחות מהקלידים אל המעגל החשמלי שמפענח אותם. wbo2.com 41 / 57

42 ? איך בוחרים דיודה - בחירת דיודה By Alessio Damato [ GFDL, CC-BY-SA-3.0 or CC-BY-SA ], via Wikimedia Commons (Diode Flyback / Protection EMF Back) התנגדות לזרמי השראה 42 / 57

43 בכל פעם שמנוע, סלונואיד או כל רכיב שמורכב מסליל מופעל, נוצרים זרמי השראה זרמים שזורמים בכיוון הפוך כתוצאה משטף מגנטי שעובר דרך הסליל. זרמים אלה יכולים להיות גבוהים ועלולים לגרום לנזקים במעגלים חשמליים. לכן באמצעות שימוש בדיודות ניתן להגן על מעגלים חשמליים מפני זרמי השראה. מספר דוגמאות למעגלים חשמליים ושימוש בדיודת Flyback המתנגדת לזרמי השראה : 43 / 57

44 מכפיל מתח ) (Multiplier Voltage 44 / 57

45 מכפיל מתח ) (Multiplier Voltage הוא מעגל חשמלי שמאפשר להפוך מתח AC למתח DC גבוה יותר באמצעות שימוש בדיודות וקבלים. הסכמה הבאה מציגה מעגל חשמלי שמיישם מיישר ומכפיל מתח : הסכמה הבאה מציגה את ההבדלים בין מעגל מכפיל מתח מיישר חצי גל לבין מיישר גל מלא : 45 / 57

46 ניתן גם ליישם מכפילי מתח שליליים או חיוביים : 46 / 57

47 דוגמאות נוספות : מגביל זרם ) (Limiter Current 47 / 57

48 מגביל זרם ) (Limiter Current הוא יישום שמשמש לשם הגבלת המתח / זרם שמוזרם אל מעגל חשמלי. לדוגמה, עבור מעגלים חשמליים מבוססים מגברים ) (Amplifiers יש צורך להגביל את כמות הזרם שנכנס למגבר לשם הגנה על המשך המעגל החשמלי. הדוגמאות הבאות מציגות סכמות לדוגמא של מגבילי זרם : 48 / 57

49 Todayscircuits.com Lakshmi Anand K מאפייני דיודות ) (Characteristics Diodes בחירת דיודות מאופיינת משיקולים רבים. למטה מופיע פירוט של מאפייני דיודות נפוצים שלרב מופיעים בדפי הנתונים של הדיודות : הסבר סימון מאפיין מתח אחורי מקסימלי Peak Inverse Voltage Peak Reverse Voltage PIV 49 / 57

50 PRV המתח האחורי המקסימלי שמותר להפעיל על הדיודה לפני שהיא תגיד למתח הפריצה שלה. Maximum Repetitive Reverse V Voltage אינסופי עבור דיודה אידיאלית. RRM Maximum DC reverse voltage or V DC R V DC Blocking Voltage המתח המקסימלי שהדיודה מסוגלת לספוג כאשר היא מחוברת במתח אחורי, תחת מתח קבוע. ערך זה צריך להיות אינסופי עבור דיודה אידיאלית. מפל מתח קדמי דיאלי ערך זה צריך להיות אפס. F Maximum forward voltagev Maximum (average) forward I current ) F(AV הזרם הממוצע המקסימלי שהדיודה מסוגלת להעביר כאשר היא מחוברת במתח קדמי. תרמיות : עם כמה חום הצומת בדיודה מסוגלת להתמודד. נתון זה תלוי בהגבלות PN or I F(sur ערך זה צריך להיות אינסופי עבור דיודה אידיאלית. Maximum (peak or surge)i forward current FSM. גם כאן, נתון זה מושפע מהיכולות התרמיות של הדיודה. נתון זה לרב גבוה בהרבה מנתון הזרם הממוצע המקסימלי. ערך זה צריך להיות אינסופי עבור דיודה אידיאלית. הספק מקסימלי D Maximum total dissipationp 2 באמצעות הנוסחא I = IV = P : המותר על הדיודה. מחושב R ההספק ) (Watts J 50 / 57 Operating junction temperature T

51 . בדיודה. המקסימלית המותרת על צומת ה - PN הטמפרטורה C לרב נתון ביחידות o ככל שהטמפרטורה על הדיודה תישמר נמוכה יותר כך אורך החיים שלה יהיה גדול יותר. תחום טמפרטורת אחסון מותר דיודה )כאשר היא אינה פועלת(. STG Storage temperature range T התנגדות טרמית ) R(Θ JA Thermal resistance הדיודה לבין הטמפרטורה בחוץ של) (R(Θ הפרש הטמפרטורות בין צומת ה - PN C/W לרב נתון ביחידות. o ס. כלומר, האריזה של הדיודה היא מוליך טרמי מושלם אשר מאפשר להעביר את כל החום הנוצר בדיודה כלפי חוץ. ככל שנתון זה גבוה יותר, החום שהדיודה תייצר עבור הספק נתון יהיה גדול יותר. זרם זליגה Maximum reverse current Leakage Current 51 / 57

52 R I כאשר מופעל עליה מתח אחורי V שעובר דרך הדיודה כאשר היא DC מחוברת במתח אחורי. כמות הזרם המקסימלי. נתון זה נקרא גם זרם זליגה ) (Leakage Current באופן אידיאלי, נתון זה יהיה אפס. Typical junction capacitance C J ת בצומת בדיודה. השוני בין החומרים השונים בצומת מהווים כמעין חומר תווך דיאלקטרי המפריד בין האנודה לקתודה.. rr pf נמוך מאוד הנמדד ביחידות לרב ערך זה הוא Reverse recovery time t הזמן שלוקח לדיודה "להכבות" כאשר המתח עליה משתנה ממתח קדמי למתח אחורי. עבור דיודה אידיאלית, ערך זה יהיה שווה לאפס. ) (Rectifying Diode עבור דיודות יישור זרם ערך זה נמדד בעשיריות מיקרושניות. ערך זה יכול להגיע למספר בודד של ננושניות (Fast Recovery Diodes). לדיודות מהירות איך בוחרים דיודה? 52 / 57

53 על מנת לבחור את הדיודה המתאימה יש לענות על מספר שאלות :.1 מהו הזרם הצפוי לזרום בדיודה?.2 מהו המתח המקסימלי הצפוי ליפול על הדיודה?.3 האם יש חשיבות למהירות התגובה של הדיודה?.4 מה תפקיד הדיודה במעגל? מהו הזרם הצפוי לזרום בדיודה? יש לבחון את הזרם המקסימלי שצפוי לזרום במקום שבו תחובר הדיודה. לחישוב הזרם יש לחבר את כל התנגדויות שקיימות על הענף החשמלי בו תחובר הדיודה. חלוקה של המתח על הענף בהתנגדויות )לפי חוק אוהם( תיתן את הזרם הצפוי לזרום בענף. 53 / 57

54 בסכמה למעלה, מחלקים את המתח שקיים על הנגד בהתנגדות שלו. המתח שקיים על הנגד שווה למתח הכללי בענף ) (Vs פחות המתח הקדמי של הדיודה ) (Vf נתון שמופיע בדפי הנתונים של הדיודות. את הנתון שהתקבל יש להכפיל את הנתון שהתקבל בשני מקדמי בטחון : הכפלה במקדם בטחון אחד )בדרך כלל ( נותנת גבול תחתון של הזרם אותו נחפש בקטלוגים והכפלה במקדם בטחון שני )בדרך כלל (2-2.5 נותנת את הגבול העליון של הזרם. לדוגמה : בסכמה הבאה המתח על הנגד הוא.9.3V = / 57

55 הזרם שזורם דרך הנגד הוא.1mA = 0.001A = 9.3kΩ / 9.3V מכאן הזרם שיזרום דרך הדיודה הוא.1mA נכפיל בשני מקדמי בטחון 1.5 ו.2.5- בקטלוגים נחפש אחר דיודה שהזרם המקסימלי המותר דרכה הוא בין 1.5mA ל.2.5mA- דוגמה נוספת עבור דיודה בעל מתח קדמי של :2V המתח על הנגד הוא.8V = 10-2 הזרם דרך הנגד הוא 0.86mA = 9.3kΩ / 8 מכאן הזרם שיזרום דרך הדיודה הוא.0.86mA נכפיל בשני מקדמי בטחון 1.5 ו.2.5- בקטלוגים נחפש אחר דיודה שהזרם המקסימלי המותר דרכה הוא בין 1.3mA ל.2.15mA- מהו המתח המקסימלי הצפוי ליפול על הדיודה? 55 / 57

56 יש לבחון מהו מפל המתח המקסימלי שצפוי ליפול על הדיודה. יש להכפיל את הנתון שהתקבל בשני מקדמי בטחון : הכפלה במקדם בטחון אחד )בדרך כלל ( נותנת גבול תחתון של המתח אותו נחפש בקטלוגים והכפלה במקדם בטחון שני )בדרך כלל (2-2.5 נותנת את הגבול העליון של המתח. האם יש חשיבות למהירות התגובה של הדיודה? מעגלים חשמליים שמייצרים אותות בתדר גבוה מצריכים שימוש בדיודות בעלות זמן תגובה מהיר. נתון חשוב עבור יישום זה הוא.Time Recovery Reverse הדיודות המתאימות עבור יישומים כאלה הן דיודות סיגנלים ).(Diodes Recovery Fast / Diodes Signal דוגמאות לדיודות כאלה הן : Step Recovery Diodes Schottky Diodes PIN Diodes Gunn Diodes Tunnel Diodes 56 / 57 -

57 מה תפקיד הדיודה במעגל? האם מטרת הדיודה ליישר זרם גבוה? לאפנן תדר רדיו?AM לקבוע כיווני זרם חשמלי? לשמש כחיישני אור או להציג סטטוס של המערכת? נכתב ע"י ערן צנציפר )מנהל אתר (Design-Machines-and-Robot 57 / 57