ΗΛΔΚΣΡΟΝΙΚΑ Ι ΚΔΦΑΛΑΙΟ 2 Ο :ΓΙΟΓΟΙ

Transcript

1 ΗΛΔΚΣΡΟΝΙΚΑ Ι ΚΔΦΑΛΑΙΟ 2 Ο :ΓΙΟΓΟΙ 1

2 1. ΔΠΑΦΗ p-n Φςζική λειηοςπγία Oη εκηαγσγνί κε πξνζκίμεηο είλαη δπν ηύπσλ. Οη εκηαγσγνί ηύπνπ Ν έρνπλ πεξηζζόηεξνπο αξλεηηθνύο θνξείο, δειαδή έρνπλ πεξίζζεηα ειεθηξνλίσλ θαη γηα ην ιόγν απηό νλνκάδνληαη ηύπνπ Ν. Αληηζέησο νη εκηαγσγνί ηύπνπ Ρ έρνπλ πεξίζζεηα ζεηηθώλ θνξηίσλ ή νπώλ. Οη νπέο είλαη έιιεηςε ειεθηξνλίσλ. Όηαλ έλα κηθξό θνκκάηη εκηαγσγνύ ηύπνπ Ν έιζεη ζ' επαθή κε θνκκάηη εκηαγσγνύ ηύπνπ Ρ, ηόηε δεκηνπξγείηαη κηα έλσζε ΡΝ ή επαθή ΡΝ ε νπνία απνηειεί έλα ειεθηξνληθό εμάξηεκα πνιύ ρξήζηκν θαη νλνκάδεηαη δίνδνο ΡΝ. Η επαθή ΡΝ θαίλεηαη ζην παξαπάλσ ζρήκα. Σν ζεκείν ηεο έλσζεο παξίζηαηαη κε κηα θάζεηε δηαθεθνκκέλε γξακκή. Σν ηκήκα ηύπνπ Ν απνηειείηαη από ζεηηθά ηόληα πεληαζζελνύο ζηνηρείνπ θαη ειεύζεξα ειεθηξόληα. Τπάξρεη επίζεο κηθξόο αξηζκόο νπώλ. ην ηκήκα ηύπνπ Ρ ππάξρνπλ αξλεηηθά ηόληα ηξηζζελνύο ζηνηρείνπ, αξθεηέο νπέο θαη κηθξόο αξηζκόο ειεθηξνλίσλ. 2

3 1. ΔΠΑΦΗ p-n Σε ζηηγκή ηεο δεκηνπξγίαο ηεο επαθήο ΡΝ, ηα ειεθηξόληα από ηνλ εκηαγσγό ηύπνπ Ν πνπ βξίζθνληαη θνληά ζην ζεκείν ηεο έλσζεο ζα θηλεζνύλ πξνο ηνλ εκηαγσγό ηύπνπ Ρ κε ζθνπό λα επαλαζπλδεζνύλ κε ηηο νπέο πνπ ππάξρνπλ εθεί. Έηζη δεκηνπξγείηαη επαλαζύλδεζε νπώλ θαη ειεθηξνλίσλ ζηα δπν ηκήκαηα θαη έηζη ζην κελ εκηαγσγό ηύπνπ Ν δεκηνπξγείηαη έλα ηκήκα κε ζεηηθά κόλν ηόληα ρσξίο ειεθηξόληα, ζην δε εκηαγσγό ηύπνπ Ρ δεκηνπξγείηαη έλα ηκήκα κε αξλεηηθά κόλν ηόληα, ρσξίο νπέο. Απηά ηα δπν ηκήκαηα είλαη «απνγπκλσκέλα» από ηνπο θνξείο ηνπο θαη απνηεινύλ καδί ηελ πεξηνρή απνγύκλσζεο όπσο θαίλεηαη ζην δηπιαλό ζρήκα. 3

4 1. ΔΠΑΦΗ p-n Έμσ από ηελ πεξηνρή απνγύκλσζεο ε δνκή ησλ εκηαγσγώλ δελ έρεη αιιάμεη θαη απνηειείηαη από ηόληα θαη θνξείο. Απηό ζπκβαίλεη δηόηη γηα λα κπνξέζεη έλα ειεθηξόλην λα επαλαζπλδεζεί κε κηα νπή ή αληίζηξνθα, πξέπεη λα ππεξπεδήζεη ηελ πεξηνρή απνγύκλσζεο, ε νπνία όκσο κε ηε ζπγθέληξσζε ησλ ηόλησλ ζ' απηήλ, απνηειεί έλα εκπόδην θαη δεκηνπξγεί έλα θξαγκό δπλακηθνύ. Σν δπλακηθό θξαγκνύ παξηζηάλεηαη κε V O ζην ζρήκα θαη είλαη κηα δηαθνξά δπλακηθνύ πνπ ε πνιηθόηεηα ηεο αληηηίζεηαη ζηε δηάρπζε ησλ θνξέσλ. Η επαθή ΡΝ πνπ δεκηνπξγήζεθε ιέγεηαη δίνδνο ΡΝ δηόηη αθήλεη λα δηέξρεηαη ειεθηξηθό ξεύκα από απηήλ κόλν πξνο κηα θαηεύζπλζε. Γηα λα δεκηνπξγεζεί κηα δίνδνο ΡΝ, ζπλδένληαη ηα άθξα ησλ δπν εκηαγσγηθώλ ηκεκάησλ ηύπνπ Ρ θαη Ν κε κεηαιιηθέο επαθέο θαη έηζη δεκηνπξγείηαη ε άλνδνο ηεο δηόδνπ από ηελ πιεπξά ηνπ εκηαγσγνύ Ρ θαη ε θάζνδνο ηεο δηόδνπ ζηελ πιεπξά Ν. Η δίνδνο ΡΝ ζπκβνιίδεηαη κε έλα βέινο ζηελ πιεπξά Ρ θαη κηα γξακκή ζηελ πιεπξά Ν. 4

5 2. ΑΝΑΣΡΟΦΗ ΚΑΙ ΠΡΟ ΣΑ ΠΡΟΩ (ΟΡΘΗ) ΠΟΛΩΗ Μέρξη ηώξα ε επαθή ΡΝ ήηαλ αλνηθηή, δειαδή δελ ππήξρε εμσηεξηθή ηάζε ζηα άθξα ηεο. Όηαλ εθαξκνζηεί εμσηεξηθή ηάζε ζηα άθξα κηαο δηόδνπ, ππάξρνπλ δπν ηξόπνη ζύλδεζεο ηεο πεγήο: θαηά ηελ πξνο ηα πξόζσ θαη θαηά ηελ αλάζηξνθε θνξά. Ππορ ηα ππόζω πόλωζη Μηα δίνδνο είλαη πνισκέλε πξνο ηα πξόζσ εάλ ε εμσηεξηθή πεγή είλαη ζπλδεκέλε ζην θύθισκα ώζηε ν ζεηηθόο πόινο ηεο λα είλαη ζην ηκήκα Ρ ηεο δηόδνπ θαη ν αξλεηηθόο πόινο ζην ηκήκα Ν ηεο δηόδνπ. Σα ειεύζεξα ειεθηξόληα ηεο πεξηνρήο Ν ζα θηλεζνύλ πξνο ηελ επαθή θαη έηζη ζα δεκηνπξγεζνύλ ζεηηθά ηόληα ζηελ πεξηνρή ηύπνπ Ρ. Ωο γλσζηόλ ζε κηα ειεθηξηθή πεγή ππάξρεη κεγάινο αξηζκόο ειεθηξνλίσλ ζηνλ αξλεηηθό πόιν απηά ζα θηλεζνύλ πξνο ην ηκήκα ηύπνπ Ν. Ο ζεηηθόο πόινο ηεο πεγήο ζπλδέεηαη κε ηνλ εκηαγσγό ηύπνπ Ρ θαη έηζη νη ειεύζεξεο νπέο ζα θηλεζνύλ πξνο ηα δεμηά δεκηνπξγώληαο αξλεηηθά ηόληα ζηελ πεξηνρή ηύπνπ Ν. Με ηε ζύλδεζε ηεο πεγήο κε ηε δίνδν θαηά ηελ πξνο ηα πξόζσ πόισζε, ειεύζεξα ειεθηξόληα θαη νπέο θηλνύληαη πξνο ηελ επαθή. Απηό έρεη σο απνηέιεζκα λα ππάξρεη ξνή ξεύκαηνο κεηαμύ ηεο δηόδνπ θαη ησλ αγσγώλ. 5

6 2. ΑΝΑΣΡΟΦΗ ΚΑΙ ΠΡΟ ΣΑ ΠΡΟΩ (ΟΡΘΗ) ΠΟΛΩΗ Η ζπγθέληξσζε ησλ νπώλ ζην ηκήκα Ρ κεγαιώλεη, ε πεξηνρή απνγύκλσζεο γίλεηαη ζηελόηεξε θαη νξηζκέλεο νπέο θαηαθέξλνπλ λα ππεξπεδήζνπλ ην θξαγκό δπλακηθνύ θαη λα κπνπλ ζην ηκήκα Ν ηεο δηόδνπ. Η ίδηα δηαδηθαζία ζπκβαίλεη θαη κε ηα ειεθηξόληα ηεο πεξηνρήο Ν πνπ εηζέξρνληαη ζην ηκήκα Ρ. Όζν απμάλεη ε εμσηεξηθή ηάζε ηόζν ε πεξηνρή απνγύκλσζεο γίλεηαη κηθξόηεξε κέρξη πνπ ζρεδόλ κεδελίδεηαη θαη έρνπκε ξνή ξεύκαηνο ζην θύθισκα πνπ νλνκάδεηαη ξεύκα νξζήο θνξάο ή ξεύκα δηάρπζεο Ι F. Η ηηκή ηεο εμσηεξηθήο ηάζεο πνπ πξέπεη λα εθαξκνζηεί ζηε δίνδν γηα λα δηέιζεη ξεύκα ζην θύθισκα πξέπεη λα είλαη κεγαιύηεξε από ην δπλακηθό θξαγκνύ πνπ είλαη V V 0 =0,3V γηα γεξκάλην θαη 0,5V γηα ππξίηην. Σν ξεύκα έρεη κηθξή ηηκή κέρξη κηα ηάζε πνπ ιέγεηαη ηάζε θαησθιίνπ ή γόλαηνο Vγ, κεηά ηελ νπνία ην ξεύκα απμάλεηαη εθζεηηθά. Η ηάζε γόλαηνο γηα κελ ην γεξκάλην είλαη 0,3V γηα δε ην ππξίηην είλαη 0,7V. 6

7 2. ΑΝΑΣΡΟΦΗ ΚΑΙ ΠΡΟ ΣΑ ΠΡΟΩ (ΟΡΘΗ) ΠΟΛΩΗ Πόλωζη καηά ηην ανάζηποθη θοπά Μηα δίνδνο ΡΝ είλαη πνισκέλε θαηά ηελ αλάζηξνθε θνξά εάλ ν ζεηηθόο πόινο ηεο εμσηεξηθήο πεγήο είλαη ζπλδεδεκέλνο κε ην ηκήκα Ν ηεο δηόδνπ θαη ν αξλεηηθόο πόινο κε ην ηκήκα Ρ, όπσο θαίλεηαη ζην δηπιαλό ζρήκα. Σα ειεθηξόληα από ηνλ αξλεηηθό πόιν ηεο πεγήο εηζέξρνληαη ζην ηκήκα Ρ θαη επαλαζπλδένληαη κε ηηο νπέο πνπ ππάξρνπλ εθεί ζε κεγάιε ζπγθέληξσζε. Απηό έρεη σο απνηέιεζκα ηα ειεθηξόληα θαη νη νπέο λα απνκαθξύλνληαη από ηελ επαθή. Με ηηο επαλαζπλδέζεηο απηέο ε πεξηνρή απνγύκλσζεο απμάλεη δηόηη δεκηνπξγνύληαη πεξηζζόηεξα «απνγπκλσκέλα» ζεηηθά θαη αξλεηηθά ηόληα. Οξηζκέλα ειεθηξόληα κπνξεί λα ππεξπεδνύλ ηελ πεξηνρή απνγύκλσζεο θαη έηζη ζην θύθισκα ππάξρεη ξεύκα Ι 0 πνπ ιέγεηαη αλάζηξνθν ξεύκα θόξνπ θαη είλαη πνιύ κηθξό (ηεο ηάμεο κα). 7

8 3. ΥΑΡΑΚΣΗΡΙΣΙΚΗ ΡΔΤΜΑΣΟ ΣΑΗ ΠΟΛΩΗ (I-V) Mηα ηππηθή ραξαθηεξηζηηθή ξεύκαηνο ηάζεο δηόδνπ p-n θαίλεηαη ζην ζρήκα. Όζν ε ηάζε πόισζεο είλαη κηθξόηεξε από κηα δεδνκέλε ηηκή V γ (ηάζε θαησθιίνπ) ην ξεύκα είλαη κηθξό ηεο ηάμε ησλ na. Όηαλ μεπεξαζηεί απηή ε ηάζε ηόηε παξαηεξνύκε απόηνκε αύμεζε ηνπ ξεύκαηνο. Η ηάζε V γ γηα ην Si είλαη ίζε κε 0,7V ελώ γηα ην Ge είλαη ίζε κε 0,3V. Η ζρέζε πνπ πεξηγξάθεη ηελ εμάξηεζε ηνπ ξεύκαηνο από ηελ ηάζε ζε κία δίνδν pn είλαη ε εμίζσζε Shockley : Ι D = ξεύκα δηόδνπ V D = δηαθνξά δπλακηθνύ ζηα άθξα δηόδνπ Ι 0 = ξεύκα θόξνπ q= θνξηίν ειεθηξνλίνπ k= ζηαζεξά Boltzmann (1,38x10-23 J/K) n= παξάγνληαο ηδαληθόηεηαο Αλ ζέζνπκε ID I e qv D nkt 0 1 V T kt q 8

9 3. ΥΑΡΑΚΣΗΡΙΣΙΚΗ ΡΔΤΜΑΣΟ ΣΑΗ ΠΟΛΩΗ (I-V) Η εμίζσζε Shockley γίλεηαη: Γηα Σ=300 ν Κ ηόηε V T =26mV T Όηαλ ε δίνδνο είλαη πξνο πξόζσ πνισκέλε ηόηε θαη Η δπλακηθή αληίζηαζε ID I e D nvt r D D V 0 1 VD nv I I e 0 D Λακβάλνληαο ππόςε όηη V T =26mV θαη όηη ν n παίξλεη ηηκέο κεηαμύ 1 θαη 2 έρνπκε 1 rd did dv T nv I VD nv e 1 D T 26 (mv) (mv) rd 52 I I D D 9

10 3. ΥΑΡΑΚΣΗΡΙΣΙΚΗ ΡΔΤΜΑΣΟ ΣΑΗ ΠΟΛΩΗ (I-V) Από ηελ εμίζσζε Shockley γίλεηαη θαλεξό όηη ε ζεξκνθξαζία επεξεάδεη ζεκαληηθά ηελ ιεηηνπξγία ησλ δηόδσλ. Καζώο απμάλεηαη ε ζεξκνθξαζία ην V T απμάλεη θαη ειαηηώλεηαη ε ηάζε θαησθιίνπ V γ Σν απνηέιεζκα απηό θαίλεηαη ζην πην θάησ ζρήκα όπνπ Σ 1 < Σ 2 < Σ T1 T2 T3 6 I(A) ,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 VD(V) 10

11 4. ΔΤΘΔΙΑ ΦΟΡΣΟΤ ΚΤΚΛΩΜΑΣΟ ΓΙΟΓΟΤ ην ζρήκα θαίλεηαη έλα θύθισκα κε δίνδν πξνο ηα πξόζσ πνισκέλε από πεγή V DD κέζσ αληίζηαζεο R. Γηα ην θύθισκα απηό έρνπκε: V V V V I R V DD R D DD D D 1 1 I V V R R D D DD Η ζρέζε απηή παξηζηάλεη κηα επζεία κε θιίζε -1/R ε νπνία ηέκλεη ηνπ άμνλεο ζηα ζεκεία V DD /R θαη V DD Η επζεία θόξηνπ ηέκλεη ηελ ραξαθηεξηζηηθή I-V ηεο δηόδνπ ζην ζεκείν Q. Σν Q έρεη ηέηνηεο πληεηαγκέλεο ώζηε λα ηθαλνπνηείηαη ηόζν ε επζεία Φόξηνπ όζν θαη ε εμίζσζε Shockley 11

12 4. ΔΤΘΔΙΑ ΦΟΡΣΟΤ ΚΤΚΛΩΜΑΣΟ ΓΙΟΓΟΤ ηα ζρήκαηα πνπ αθνινπζνύλ θαίλνληαη νη κεηαβνιέο ζηελ επζεία θόξηνπ θαη Q όηαλ κεηαβάιιεηαη αξρηθά ην V DD (V DD1 < V DD2 < V DD3 ) θαη ζηελ ζπλέρεηα ην R (R 1 <R 2 <R 3 ). ην πξώην ζρήκα όπσο θαίλεηαη θαζώο απμάλεη ην V DD παξαηεξνύκε όηη ε επζεία θόξηνπ κεηαθέξεηαη παξάιιεια κεηαβάιινληαο ην Q. ην δεύηεξν ζρήκα βιέπνπκε όηη ε κεηαβνιή R πξνθαιεί κεηαβνιή ζηελ θιίζε ηεο επζείαο θόξηνπ θαη αληίζηνηρε κεηαβνιή ζηε ζέζε ηνπ Q. 12

13 4. ΔΤΘΔΙΑ ΦΟΡΣΟΤ ΚΤΚΛΩΜΑΣΟ ΓΙΟΓΟΤ ηελ πεξίπησζε πνπ καδί κε ηελ dc ηάζε V DD ηνπνζεηεζεί θαη κία πεγή εκηηνληθήο ηάζεο V sin t κε πιάηνο Vm κηθξόηεξν ηεο V DD ηόηε ε επζεία θόξηνπ δελ κέλεη ζηαζεξή s m αιιά κεηαβάιιεηαη όπσο ζην ζρήκα Η ζπλνιηθή ζηηγκηαία ηάζε ηεο δηόδνπ είλαη: (t) V (t) D DD s Η επζεία θόξηνπ κεηαθηλείηαη παξάιιεια έρνληαο ζηαζεξή θιίζε ίζε κε -1/R Αληίζηνηρα ην ζπλνιηθό ζηηγκηαίν ξεύκα: i D ( t ) I I s e V D s / V e T υ D e / V υ d T / V T I s e I (V D D e υ υ d d )/ V / V π I Αλ 1 i (t) I (1 ) i (t) I π I i V εv εv d d D D D D D d D d T T T I 1 i π π D d d d εvt rd T T 13

14 4. ΔΤΘΔΙΑ ΦΟΡΣΟΤ ΚΤΚΛΩΜΑΣΟ ΓΙΟΓΟΤ π d d Αλ 1 i D(t) I D(1 ) VT εvt I i (t) I π I i D D D d D d εvt I 1 i π π D d d d εvt rd Η δπλακηθή αληίζηαζε ηεο δηόδνπ r d είλαη r d g d εv I D 1 r d T id D i D I D 14

15 4.1 Κςκλωμαηική ςμπεπιθοπά Γιόδων 15

16 4.1 Κςκλωμαηική ςμπεπιθοπά Γιόδων 16

17 4.1 Κςκλωμαηική ςμπεπιθοπά Γιόδων 17

18 4.1 Κςκλωμαηική ςμπεπιθοπά Γιόδων 18

19 5. ΓΙΟΓΟ ZENER Μία δίνδνο pn όπσο αλαθέξζεθε δελ ιεηηνπξγεί ζηελ πεξηνρή θαηάξξεπζεο ζηελ αλάζηξνθε πόισζε γηαηί ππάξρεη θίλδπλνο θαηαζηξνθήο ηνπ ζηνηρείνπ. Τπάξρεη όκσο κηα δίνδνο ε zener ε νπνία είλαη θαηαζθεπαζκέλε λα ιεηηνπξγεί ζηελ πεξηνρή θαηάξξεπζεο. Η δίνδνο απηή από ηερλνινγηθήο πιεπξάο είλαη κηα απιή pn κε κεγάιεο ζπγθεληξώζεηο πξνζκίμεσλ θαη ζηηο δύν πιεπξέο. Απνηέιεζκα απηνύ είλαη ε θιίζε ηεο ραξαθηεξηζηηθήο, γηα ηάζεηο κεγαιύηεξεο ηεο ηάζεηο θαηάξξεπζεο, λα είλαη πνιύ κεγάιε. Η αλάζηξνθε ηάζε ζηελ νπνία εκθαλίδεηαη ε απόηνκε αύμεζε ηεο ραξαθηεξηζηηθήο I-V νλνκάδεηαη ηάζε Zener. Οη δίνδνη Zener ιεηηνπξγνύλ σο απιέο δίνδνη ζηελ πξνο ηα πξόζσ πόισζε ελώ ζηελ αλάζηξνθε άγνπλ ζην V Z. Υαξαθηεξηζηηθά κεγέζε ησλ δηόδσλ Zener είλαη ην δπλακηθό Zener V Z, ην κέγηζην ξεύκα ζην νπνίν αληέρεη ε δίνδνο I Zmax θαη ε ηζρύο ζηελ νπνία αληέρεη ε δίνδνο P Z = I Zmax * V Z 19

20 5. ΓΙΟΓΟ ZENER ΣΑΘΔΡΟΠΟΙΗΣΗ ΣΑΗ Σν θύθισκα ηνπ ζρήκαηνο είλαη έλα ηππηθό θύθισκα ζηαζεξνπνίεζεο ηάζεο κε δίνδν Zener ζην θνξηίν R L. Όπσο έρνπκε δεη ε ηάζε ζηα άθξα ηεο Zener παξακέλεη πεξίπνπ ζηαζεξή θαη ίζε κε V Z θαζώο ην ξεύκα κεηαβάιιεηαη κεηαμύ I ZMIN θαη I ZMAX. ην θύθισκα ε R L κπνξεί λα κεηαβάιιεηαη κεηαμύ νξηζκέλσλ ηηκώλ γηα δεδνκέλε ηάζε πόισζεο V S έηζη ώζηε ε V Z λα παξακέλεη ζηαζεξή, ελώ θαη αληηζηνηρία γηα δεδνκέλε R L ε ηάζε V S κπνξεί λα κεηαβάιιεηαη κεηαμύ νξηζκέλσλ ηηκώλ έηζη ώζηε ε V Z λα παξακέλεη ζηαζεξή. Γηα ην θύθισκα έρνπκε R V V V V I I I S Z S Z R Z L Δμεηάδνπκε ηηο πην θάησ ζπλζήθεο γηα λα έρνπκε V Z ζηαζεξό 1. I Z = I ZMIN, I L = I LMAX, V S = V SMIN έηζη έρνπκε VSMIN R I I ZMIN V Z LMAX 20

21 5. ΓΙΟΓΟ ZENER ΣΑΘΔΡΟΠΟΙΗΣΗ ΣΑΗ 2. I Z = I ZMΑΥ, I L = I LMΙΝ, V S = V SMΑΥ έηζη έρνπκε Δμηζώλνληαο ηηο εμηζώζεηο έρνπκε ηελ πην πάλσ εμίζσζε είλαη άγλσζηα κόλν ηα I ZMΙΝ θαη I ZMΑΥ επίζεο γλσξίδνπκε όηη I ZMΙΝ =0,1*I ZMΑΥ Έηζη κπνξνύκε λα ππνινγίζνπκε ηελ R VSMAX R I I ZMAX ηελ πξάμε ε ηάζε εμόδνπ V O κπνξεί λα δηαθέξεη από ηε V Z κπνξνύκε λα νξίζνπκε ην ζπληειεζηή ζηαζεξνπνίεζεο γλσξίδνληαο ηα V Omax θαηv Omin V Z LMIN (VSMIN V Z) (IZMAX I LMIN ) (VSMAX V Z) (IZMIN I LMAX ) I ZMAX I LMIN (VZ V SMIN ) I LMAX (VSMAX V Z) V 0, 9V 0, 1V SMIN Z SMAX V OMAX V V Z OMIN 21

22 6. ΑΛΛΑ ΔΙΓΗ ΓΙΟΓΩΝ Η ΙΟ Ο ΜΔΣΑΒΛΗΣΗ ΥΩΡΗΣΙΚΟΣΗΣΑ Η δίνδνο κεηαβιεηήο ρσξεηηθόηεηαο ή δίνδνο Varactor ή δίνδνο Varicap είλαη µηα αλάζηξνθα πνισκέλε δίνδνο, ηεο νπνίαο ε πεξηνρή απνγύκλσζεο αληηζηνηρεί ζε κεηαβιεηό ππθλσηή µε ρσξεηηθόηεηα αληηζηξόθσο αλάινγε ηεο εμσηεξηθήο ηάζεο, ζύκθσλα µε ηε ζρέζε: C T K (V V ) 0 όπνπ Κ ζηαζεξά εμαξηώκελε από ηε γεσκεηξία θαη ην πιηθό ηνπ εκηαγσγνύ, V 0 ην δπλακηθό θξαγκνύ θαη V R ε ηάζε. H ρσξεηηθόηεηα ιακβάλεη ηηµέο κεηαμύ pf. Η δίνδνο Varactor ρξεζηκνπνηείηαη γηα ηε δηακόξθσζε αθνπζηηθνύ ζήκαηνο θαη γηα ηελ επηινγή ζπρλόηεηαο ζε άιιεο ηειεπηθνηλσληαθέο εθαξκνγέο, π.ρ. επηινγή ζπρλόηεηαο ζπληνληζκνύ ζε ξαδηνθσληθό ή ηειενπηηθό δέθηε, όπνπ κηθξή κεηαβνιή ηεο ρσξεηηθόηεηαο πξνθαιεί κεγάιε κεηαβνιή ηεο ζπρλόηεηαο θαη αληίζηξνθα. R n 22

23 6. ΑΛΛΑ ΔΙΓΗ ΓΙΟΓΩΝ Η ΓΙΟΓΟ SCHOTTKY H δίνδνο Schottky πξνθύπηεη από ηελ επαθή κεηάιινπ κε εκηαγσγό-n (ην κέηαιιν παίδεη ην ξόιν ηνπ εκηαγσγνύ-p). Παξνπζηάδεη παξαπιήζηα ραξαθηεξηζηηθά κε ηε δίνδν p-n, κε ην εμήο επηπιένλ πιενλέθηεκα: Καηά ηελ νξζή πόισζε ηεο δηόδνπ, νη πιενλάδνληεο θνξείο ηνπ εκηαγσγνύ-n (ειεθηξόληα) εηζέξρνληαη ζην κέηαιιν θαη καδί κε ηα ειεύζεξα ειεθηξόληα ηνπ ζπληεινύλ ζηε κε ζπζζώξεπζε θνξηίσλ ζηε δώλε απνγύκλσζεο. Λόγσ απηήο ηεο ζπκπεξηθνξάο, ε δίνδνο Schottky ρξεηάδεηαη πνιύ κηθξόηεξν ρξόλν (κεξηθά ns) από ηελ απιή δίνδν p-n γηα λα κεηαβεί από ηελ αγώγηκε θαηάζηαζε (νξζή πνιηθόηεηα) ζηελ θαηάζηαζε απνθνπήο (αλάζηξνθε πνιηθόηεηα). Υξεζηκνπνηείηαη ζε ςεθηαθά θπθιώκαηα πνπ απαηηείηαη ηαρεία κεηάβαζε από ηελ αγσγηκόηεηα ζηελ απνθνπή, ζε παικνηξνθνδνηηθά θαη ζε εθαξκνγέο ρακειήο ηάζεο ιόγσ ηνπ ρακεινύ δπλακηθνύ θξαγκνύ ( V). 23

24 6. ΑΛΛΑ ΔΙΓΗ ΓΙΟΓΩΝ Γίοδορ ήπαγγαρ Η Γίοδορ Esaki. Η δίνδνο ζήξαγγαο (tunnel diode) ή δίνδνο Esaki νθείιεη ηελ νλνκαζία ηεο ζην θβαληνκεραληθό θαηλόκελν ζήξαγγαο. Η δίνδνο ζήξαγγαο θαηαζθεπάδεηαη κε ηε πξνζζήθε κεγάινπ αξηζκνύ πξνζκίμεσλ ζε κία δηάηαμε επαθήο p-n. Η ζπγθέληξσζε ησλ πξνζκίμεσλ ζηα δύν ηκήκαηα είλαη πάξα πνιύ κεγάιε π.ρ. > cm 3. ' απηή δηαθξίλνπκε ηελ ηάζε V p όπνπ ην ξεύκα παίξλεη κηα κέγηζηε ηηκή I p (ηηκή peak). Αθνινπζεί έλα θαηεξρόκελν ηκήκα κε αξλεηηθή δπλακηθή αληίζηαζε dv/di κέρξη ηελ ηηκή ηάζεο V V όπνπ αληηζηνηρεί κηα ειάρηζηε ηηκή ξεύκαηνο I V απ όπνπ θαη πέξα πξαθηηθά έρνπκε ηε κνξθή ηεο θνηλήο δηόδνπ. Tν κεγάιν ελδηαθέξνλ πνπ παξνπζηάδεη ε δίνδνο ζήξαγγαο δελ νθείιεηαη κόλν ζηελ παξνπζία ηνύ ηκήκαηνο αξλεηηθήο αληίζηαζεο πνύ πξνζθέξεηαη γηα ηε ρξήζε ζε ιεηηνπξγίεο παξαγσγήο θπκάλζεσλ θη ελίζρπζεο, αιιά θπξίσο ζην όηη ε δηάηαμε απηή, έρεη πνιύ κεγάιε ηαρύηεηα απόθξηζεο πξάγκα πνύ ηελ θάλεη θαηάιιειε γηα ρξήζε ηεο ζε πνιύ πςειέο ζπρλόηεηεο (κέρξη πνιιέο δεθάδεο GΗz) θαζώο θαη γηα ηαρύηαηνπο δηαθόπηεο, ζε αληίζεζε κε ηηο ζπκβαηηθέο δηαηάμεηο, πνύ είλαη πνιύ βξαδείο. 24

25 6. ΑΛΛΑ ΔΙΓΗ ΓΙΟΓΩΝ Φωηοδίοδορ Η θσηνδίνδνο είλαη κηα αλάζηξνθα πνισκέλε επαθή ΡΝ, ζηελ νπνία ην αλάζηξνθν ξεύκα κεηαβάιιεηαη αλάινγα κε ηε θσηεηλή ξνή ηεο πξνζπίπηνπζαο αθηηλνβνιίαο. Απηό νθείιεηαη ζην όηη ε πξνζπίπηνπζα αθηηλνβνιία έρεη ηελ ηθαλόηεηα λα πξνθαιέζεη κέζα ζηελ πεξηνρή απνγύκλσζεο ηε γέλεζε δεπγαξηώλ νπώλ-ειεθηξνλίσλ κε ηε δηάζπαζε ησλ νκνηνπνιηθώλ δεζκώλ. Αλ ε θσηνδίνδνο πνισζεί θαηά ηελ αληίζηξνθε θνξά θαη δελ πξνζπίπηεη θσο, ηόηε ην δηεξρόκελν ξεύκα ζην εμσηεξηθό θύθισκα είλαη πνιύ κηθξό ηεο ηάμεο ησλ κα θαη ιέγεηαη ξεύκα ζθόηνπο. Αλ ηελ θσηίζνπκε κε θσο θαηάιιειεο ζπρλόηεηαο, ην αληίζηξνθν ξεύκα απμάλεη ζεκαληηθά θαη είλαη αλάινγν πξνο ηε θσηεηλή ξνή ηεο πξνζπίπηνπζαο αθηηλνβνιίαο. Οη θσηνδίνδνη ρξεζηκνπνηνύληαη ζε ειεθηξνληθέο δηαηάμεηο απηνκάηνπ ειέγρνπ, ζηνλ θηλεκαηνγξάθν, ζε κεραλήκαηα ειέγρνπ θαη ξύζκηζεο ηνπ θσηόο, ζε απηόκαηνπο δηαθόπηεο, ζηα ζπζηήκαηα ππξαζθάιεηαο θιπ. 25

26 6. ΑΛΛΑ ΔΙΓΗ ΓΙΟΓΩΝ Γίοδορ LED To LED είλαη κηα δίνδνο ε νπνία αλ πνισζεί νξζά εθπέκπεη θσο ζ' έλα από ηα ρξώκαηα: θόθθηλν, πξάζηλν, θίηξηλν, πνξηνθαιί ή κπιέ. Η αξρή ιεηηνπξγίαο ηνπο είλαη ε εμήο: Όηαλ ε δίνδνο LED είλαη πνισκέλε θαηά ηελ νξζή θνξά, δεκηνπξγνύληαη επαλαζπλδέζεηο ειεθηξνλίσλ-νπώλ ζηελ επαθή ηεο δηόδνπ. Με ηελ επαλαζύλδεζε ειεπζεξώλεηαη ελέξγεηα από ηα ειεθηξόληα πνπ επηζηξέθνπλ ζηε δώλε αγσγηκόηεηαο. Η ελέξγεηα απηή εκθαλίδεηαη ζαλ θβαληηθή ειεθηξνκαγλεηηθή αθηηλνβνιία. Οη δίνδνη LED ιεηηνπξγνύλ κε νξζή πόισζε. Ο αθξνδέθηεο ηεο θαζόδνπ δείρλεηαη κε ην κηθξόηεξν κήθνο. Ο άιινο αθξνδέθηεο είλαη απηόο ηεο αλόδνπ θαη ζπλδέεηαη κε ην ζεηηθό ζεκείν ηνπ θπθιώκαηνο. Η θαλνληθή ηάζε ιεηηνπξγίαο κηαο δηόδνπ LED είλαη θαηα κέζν όξν 2V. Η ηηκή απμάλεηαη όηαλ κεηαβαίλνπκε από ην ππέξπζξν (1,5V) πξνο ην κπιε (3,7V) Οη δίνδνη LED ρξεζηκνπνηνύληαη ζήκεξα θπξίσο ζαλ ελδεηθηηθά ζηνηρεία ζ' έλα κεγάιν πιήζνο ειεθηξνληθώλ δηαηάμεσλ, ρξεζηκνπνηνύληαη ζε όξγαλα κέηξεζεο, ζε θπθιώκαηα ειέγρνπ, ζε ζπζηήκαηα επηθνηλσληώλ, γηα ηελ δεκηνπξγία νπηηθώλ εθέ θιπ. 26

27 7. ΔΦΑΡΜΟΓΔ ΓΙΟΓΩΝ Κςκλώμαηα ψαλιδιζμού ην θύθισκα θαίλεηαη κηα δίνδνο 27

28 7. ΔΦΑΡΜΟΓΔ ΓΙΟΓΩΝ Λογικέρ πύλερ ην θύθισκα θαίλεηαη κηα ινγηθή πύιε πνπ πξαγκαηνπνηείηαη κε δηόδνπο 28

29 7. ΔΦΑΡΜΟΓΔ ΓΙΟΓΩΝ Ημιανόπθωζη Σν θύθισκα πνπ αθνινπζεί είλαη έλα θύθισκα ην νπνίν ρξεζηκνπνηείηαη γηα εκηαλόξζσζε, δειαδή ηε δηαδηθαζία θαηά ηελ νπνία από κηα ac ηάζε κπνξνύκε λα πάξνπκε dc ηάζε ζηελ έμνδν ηνπ θπθιώκαηνο. ην θύθισκα απηό όηαλ ν αθξνδέθηεο Α είλαη ζεηηθόηεξνο ηνπ Β ηόηε ε δίνδνο άγεη θαη ξεύκα θπθινθνξεί ζην θύθισκα. ηελ αληίζεηε πεξίπησζε ε δίνδνο είλαη αλάζηξνθα πνισκέλε θαη έηζη ζην θύθισκα δελ θπθινθνξεί ξεύκα. ηα άθξα ηεο αληίζηαζεο R L εκθαλίδεηαη ε πηώζε ηάζεο πνπ θαίλεηαη ζην ζρήκα, δειαδή ζηα άθξα ηεο αληίζηαζεο εκθαλίδεηαη ηάζε κόλν θαηά ηελ πξνο ηα πξώζν πόισζε ηεο δηόδνπ ε νπνία ιεηηνπξγεί σο αλνξζσηήο δειαδή παξέρεη ζηελ αληίζηαζε ξεύκα κίαο κόλν θνξάο όηαλ ε είζνδνο ζην θύθισκα είλαη ac. 29

30 7. ΔΦΑΡΜΟΓΔ ΓΙΟΓΩΝ Ημιανόπθωζη Σν ξεύκα ζηελ αληίζηαζε γηα ηελ εκηπεξίνδν πνπ άγεη ε δίνδνο είλαη: Η δε κέζε ηηκή ηεο ηάζεο ζηα άθξα ηεο R L είλαη: Αληίζηνηρα γηα ην ξεύκα έρνπκε: Όπνπ V m θαη I m ηα αληίζηνηρα πιάηε. Οη αληίζηνηρεο ηεο ηάζεο θαη ηνπ ξεύκαηνο πνπ εκθαλίδνληαη πάλσ ζηελ αληίζηαζε R L είλαη: V 2 i L V v R m V dc 0, 318 Vm I m V 05, Vm m I dc 0, 318 Im L L I 2 m I 05, Im 30

31 7. ΔΦΑΡΜΟΓΔ ΓΙΟΓΩΝ Ημιανόπθωζη Ωο κέηξν ηεο πνηόηεηαο ηνπ αλνξζσκέλνπ ξεύκαηνο νξίδνπκε ην ζπληειεζηή θπκάησζεο r πνπ είλαη: r θαη ε ηάζε θπκάησζεο Ο ζπληειεζηήο θπκάησζεο r από ηηο πην πάλσ ζρέζεο είλαη ίζνο κε: Η κεγάιε ηηκή ηνπ r νθείιεηαη ζην γεγνλόο όηη ππάξρνπλ πνιιέο αξκνληθέο ζπρλόηεηεο ζην εκηαλνξζσκέλν ζήκα. Ο βαζκόο απόδνζεο είλαη Αλ ιάβνπκε ππόςε όηη: Σόηε Vr V dc V V V r 2 2 dc 2 r 1 1, 21 ή r 121% 4 P P I 2 2 m Pdc Idc R L R I 2 L P I R R 4 4 0, 405 ή 40, 5% 2 dc ac 2 2 m ac L L 31

32 7. ΔΦΑΡΜΟΓΔ ΓΙΟΓΩΝ Κύκλωμα πλήποςρ ανόπθωζη Γηα λα πεηύρνπκε αλόξζσζε θαη γηα ηηο δύν εκηπεξηόδνπο ηνπ ελαιιαζζνκέλνπ ζήκαηνο ρξεζηκνπνηνύκε ην πην θάησ θύθισκα. ην θύθισκα απηό ππάξρεη κεηαζρεκαηηζηήο κεζαίαο ιήςεο 32

33 7. ΔΦΑΡΜΟΓΔ ΓΙΟΓΩΝ Κύκλωμα πλήποςρ ανόπθωζη Οη dc ηηκέο ηεο ηάζεο θαη ηνπ ξεύκαηνο ζην θνξηίν γηα ηελ πιήξε αλόξζσζε είλαη: V dc V V V m m 2 m m m m Idc Η ελεξγόο ηηκή ηάζεο θαη ξεύκαηνο είλαη: V V m m I I 2 2 I I 2I Ο ζπληειεζηήο θπκάησζεο: V 2 Vdc r , 483 ή r 48, 3% V Ο βαζκόο απόδνζεο ηνπ θπθιώκαηνο: dc 8 P I R 2 dc dc L 2 2 Pac Iac R L 8 0, 811 ή 81, 1% 33

34 7. ΔΦΑΡΜΟΓΔ ΓΙΟΓΩΝ Κύκλωμα πλήποςρ ανόπθωζη Από ηελ πξνεγνύκελε αλάιπζε είλαη θαλεξό όηη ην θύθισκα ηεο πιήξνπο αλόξζσζεο παξέρεη έλαληη ηνπ θπθιώκαηνο εκηαλόξζσζεο ηα εμήο πιενλεθηήκαηα : Α) Παξέρεη δηπιάζηαdc ηάζε Β) Έρεη ρακειόηεξν ζπληειεζηή θπκάησζεο Γ) Γίλεη δηπιάζην ζπληειεζηή απόδνζεο. ηελ πξάμε ρξεζηκνπνηνύληαη άιινπ είδνπο θπθιώκαηα γηα ηελ πιήξε αλόξζσζε όπσο ην θύθισκα κε γέθπξα 34

35 7. ΔΦΑΡΜΟΓΔ ΓΙΟΓΩΝ Φίληπα εξομάλςνζηρ ηηο πην πάλσ αλνξζσηηθέο δηαηάμεηο ε πνηόηεηα ηνπ dc ξεύκαηνο δελ είλαη ηόζν θαιή ιόγσ ηεο θπκάησζεο πνπ εκθαλίδεηαη. Γηα ηε βειηίσζε ηνπ ξεύκαηνο ρξεζηκνπνηνύληαη θίιηξα εμνκάιπλζεο έηζη ώζηε ε ζπληειεζηήο θπκάησζεο λα είλαη κηθξόηεξνο από 1 %. Σν πην απιό θίιηξν απνηειείηαη από έλα ππθλσηή C παξάιιεια ζπλδεδεκέλν κε κηα αληίζηαζε θνξηίνπ R L όπσο θαίλεηαη ζην ζρήκα. Ο ζπληειεζηήο θπκάησζεο είλαη r 1 4 3f CR L Όπνπ f ε ζπρλόηεηα ηνπ ac ζήκαηνο 35

36 7. ΔΦΑΡΜΟΓΔ ΓΙΟΓΩΝ Κύκλωμα διπλαζιαζμού ηάζηρ 36