Εισαγωγική Επιμόρφωση για την εκπαιδευτική αξιοποίηση ΤΠΕ (Επιμόρφωση Β1 Επιπέδου) ΔΙΟΔΟΣ ΕΠΑΦΗΣ P-N Συστάδα 2: Φυσικές Επιστήμες, Τεχνολογία, Υγεία και Φυσική Αγωγή

ΔΙΟΔΟΙ

ΣΤΟΧΟΣ: Να μπορείτε να περιγράφετε τι είναι η δίοδος. Στην ηλεκτρονική, η δίοδος είναι ένα στοιχείο που περιορίζει τη κατευθυντήρια ροή των φορέων αγωγιμότητας (charge carriers). Ουσιαστικά, η δίοδος επιτρέπει στο ηλεκτρικό ρεύμα να περάσει από τη μια κατεύθυνση, αλλά μπλοκάρει την κίνηση από την αντίθετη κατεύθυνση. Έτσι, η δίοδος μπορεί να θεωρηθεί ως μια ηλεκτρονική εκδοχή της βαλβίδας, η οποία, για παράδειγμα, σε ένα σωλήνα νερού, δεν επιτρέπει ροή αντίθετη από την επιθυμητή. Οπότε, τα κυκλώματα που απαιτούν ροή προς μία μόνο κατεύθυνση περιλαμβάνουν μία ή περισσότερες διόδους στη σχεδίαση του κυκλώματος. Οι πρώτες δίοδοι περιλάμβαναν κρυστάλλους cat’s whisker και λυχνίες κενού. Σήμερα, οι περισσότερες δίοδοι είναι κατασκευασμένες από υλικά ημιαγωγών όπως πυρίτιο ή γερμάνιο.

Ημιαγωγός ΣΤΟΧΟΣ: Να μπορείτε να ορίζετε τι είναι ο Ημιαγωγός Ημιαγωγός είναι κάθε υλικό που έχει ειδική αντίσταση με τιμές ανάμεσα σε αυτές των μονωτών (μεγάλη αντίσταση) και των αγωγών (μικρή αντίσταση) και που εμφανίζει ραγδαία μείωση της ειδικής του αντίστασης με την αύξηση της θερμοκρασίας του.

Υλικά κατασκευής Ημιαγωγών ΣΤΟΧΟΣ: Να μπορείτε να αναφέρετε ημιαγωγά υλικά. Υλικά κατασκευής Ημιαγωγών Υπάρχουν δύο υλικά κατασκευής διόδων Το γερμάνιο Ge Το πυρίτιο Si Οι δίοδοι γερμανίου λειτουργούν μέχρι τους 750C Οι δίοδοι πυριτίου λειτουργούν μέχρι 2000 C γι’ αυτό χρησιμοποιούνται περισσότερο

Δημιουργία ημιαγωγών τύπου Ρ και τύπου Ν. ΣΤΟΧΟΣ: Να μπορείτε να αναφέρετε πως δημιουργούνται οι ημιαγωγοί τύπου Ρ και τύπου Ν. Δημιουργία ημιαγωγών τύπου Ρ και τύπου Ν. Ένας ημιαγωγός, όπως το πυρίτιο, στην καθαρή κρυσταλλική του μορφή, είναι καλός μονωτής. Ωστόσο, όταν έστω και ένα άτομο μέσα σε εκατομμύρια αντικατασταθεί από μία πρόσμιξη με υλικό (φωσφόρος ή αρσενικό) που προσθέτει ένα ηλεκτρόνιο στην κρυσταλλική δομή του, τότε η αγωγιμότητά τους αυξάνεται θεαματικά. Στη περίπτωση αυτή, προκύπτει ημιαγωγός τύπου n (n από negative καθώς έχουμε παραπάνω ηλεκτρόνια άρα και φορείς αρνητικού φορτίου) Το ίδιο συμβαίνει αν η πρόσμιξη γίνει με υλικό (βόριο, αργίλιο ή γάλλιο) που αφαιρεί από το άτομο ηλεκτρόνιο Στη περίπτωση αυτή, προκύπτει ημιαγωγός τύπου p (p από positive καθώς έχουμε επιπλέον οπές που δηλώνουν απουσία ηλεκτρονίων άρα ύπαρξη θετικού φορτίου). Αυτός ο τρόπος πρόσμιξης ονομάζεται νόθευση (doping).

Κατασκευή και συμβολισμός της Διόδου ΣΤΟΧΟΣ: Να μπορείτε να σχεδιάζετε το σύμβολο της διόδου, αναγνωρίζετε τους ακροδέκτες της και να αναφέρετε τα χαρακτηριστικά της. Κατασκευή και συμβολισμός της Διόδου Οι δίοδοι αποτελούνται από υλικό τύπου Ρ και υλικό τύπου Ν ενωμένα μεταξύ τους. Το υλικό Ρ είναι η ΑΝΟΔΟΣ και το υλικό Ν η ΚΑΘΟΔΟΣ Σύμβολο της Διόδου Κατασκευή της Διόδου

ΣΤΟΧΟΣ: Να μπορείτε να περιγράφετε τη συμπεριφορά επαφής ΡΝ σε ορθή πόλωση. Ορθή πόλωση διόδου PN Ο ( + ) πόλος της πηγής συνδεθεί με το τμήμα Ρ (Άνοδο) Ο ( - ) πόλος της πηγής συνδεθεί με το τμήμα Ν (Κάθοδο) Στην περίπτωση αυτή, της ΟΡΘΗΣ πόλωσης, η δίοδος άγει.

Ανάστροφη πόλωση διόδου PN ΣΤΟΧΟΣ: Να μπορείτε να περιγράφετε τη συμπεριφορά επαφής ΡΝ σε ανάστροφη πόλωση. Ανάστροφη πόλωση διόδου PN Ο ( + ) πόλος της πηγής συνδεθεί με το τμήμα Ν (Κάθοδο) Ο ( - ) πόλος της πηγής συνδεθεί με το τμήμα Ρ (Άνοδο) Στην περίπτωση αυτή, της ΑΝΑΣΤΡΟΦΗΣ πόλωσης, η δίοδος ΔΕΝ άγει.

Video – Part1 https://youtu.be/hupxvxgHbm0

Χαρακτηριστικά

Γραφική παράσταση διόδου

Τάση λειτουργίας Οι δίοδοι γερμανίου για να αρχίσουν να άγουν πρέπει η τάση μεταξύ ανόδου και καθόδου να ξεπεράσει τα 0.2V περίπου. Ενώ οι δίοδοι πυριτίου πρέπει να ξεπεράσουν τα 0.6V

Video Part2 https://youtu.be/0-oMm7rCldM

ΔΙΟΔΟΙ ΕΙΔΙΚΕΣ ΕΠΑΦΗΣ ΖENER LED VARICAP ΑΚΙΔΑΣ PIN TUNNEL LASER ΣΤΟΧΟΣ: Να μπορείτε να κατονομάζετε τις διάφορες κατηγορίες διόδων. Κατηγορίες διόδων Οι δίοδοι χωρίζονται σε τρεις κατηγορίες. ΔΙΟΔΟΙ ΕΙΔΙΚΕΣ ΕΠΑΦΗΣ ΖENER LED VARICAP PIN TUNNEL LASER ΑΚΙΔΑΣ

Λειτουργία διόδων (Επαφής) Οι δίοδοι επαφής χρησιμοποιούνται για μεγάλα ρεύματα σε χαμηλές συχνότητες συνήθως για ανόρθωση. Χαρακτηρίζονται με το συνεχές ρεύμα που μπορούν να δίδουν και την μέγιστη ανάστροφη τάση που αντέχουν. π.χ. όταν λέμε για μία δίοδο ότι είναι 1Α – 400Α εννοούμε ότι μπορεί να περνά 1Α συνεχούς Ρεύματος. Προσέξτε το στιγμιαίο ρεύμα που μπορούν να δώσουν είναι πολύ μεγαλύτερο. Λειτουργία διόδων (Ακίδας) Οι δίοδοι ακίδας χρησιμοποιούνται για μικρά ρεύματα αλλά σε ψηλές συχνότητες. Συνήθως κατασκευάζονται από ΓΕΡΜΑΝΙΟ (Ge)

Έλεγχος διόδων Οι δίοδοι μπορεί να παρουσιάσουν βραχυκύκλωμα ή ανοικτό κύκλωμα μπορούμε να τις ελέγξουμε με ένα πολύμετρο. Οι καλές δίοδοι θα παρουσιάσουν μικρή αντίσταση στην ορθή πόλωση και πολύ μεγάλη στην ανάστροφη πόλωση. Χρειάζεται κάποια πείρα για να ξέρουμε πόση πρέπει να είναι αυτή η μικρή αντίσταση ή την συγκρίνουμε με μια καλή δίοδο του ίδιου τύπου. Ψηφιακό πολύμετρο : Αυτά έχουν ειδική θέση για έλεγχο διόδου Αναλογικό πολύμετρο: Αυτό ρυθμίζετε στη κλίμακα για μέτρηση Ωμ. Ο μαύρος ακροδέκτης ενώνεται στην Άνοδο και ο κόκκινος στην κάθοδο. Έτσι μετρούμε την ορθή πόλωση και η αντίσταση είναι μικρή. Αντιστρέφοντας τους ακροδέκτες η αντίσταση πρέπει να είναι μεγάλη.

Εφαρμογές διόδων Στα ηλεκτρονικά αναλογικά κυκλώματα σαν ΑΝΟΡΘΩΤΕΣ (Ελεγχόμενοι διακόπτες για τη διέλευση ή όχι του ρεύματος) Στη Ραδιοφωνία & Τηλεόραση για την επιλογή της συχνότητας εκπομπής (Δίοδοι μεταβλητής συχνότητας) Πολλαπλασιαστής Τάσης (Ανύψωση της Τάσης)

ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ Το βέλος στον συμβολισμό μιας διόδου ΡΝ α) Δείχνει την κάθοδο της διόδου β) Δείχνει ότι η τάση μπορεί να μεταβάλλεται γ) Δείχνει ότι το ρεύμα μπορεί να μεταβάλλεται δ) Δείχνει την διεύθυνση της ορθής φοράς του ρεύματος 2. Μια δίοδος είναι ανάστροφα πολωμένη όταν α) Η κάθοδος είναι αρνητικότερη της ανόδου β) Η άνοδος είναι αρνητικότερη της καθόδου γ) Ούτε το Α ούτε το Β δ) Και το Α και το Β 3. Η περιοχή απογύμνωσης μιας διόδου γίνεται μικρότερη όταν α) Όταν αυξάνεται το ρεύμα ορθής φοράς β) όταν μειώνεται η εξωτερική τάση γ) Όταν η αντίσταση της διόδου είναι άπειρη δ) Όταν αυξηθεί η εξωτερική τάση 4. Να περιγράψετε πως ελέγχουμε μία δίοδο με ένα αναλογικό πολύμετρο.

ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΑΣΚΗΣΗ Να συναρμολογείστε απλό κύκλωμα με δίοδο και ελέγξετε την λειτουργία της διόδου σε ορθή και ανάστροφη πόλωση.

ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΑΣΚΗΣΗ: BHMA 5 0,02 0.04 0,06 0.08 0,1 0,3 0,4 0,5 0.7 0,9 1 2 V(d) 3

ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΒΗΜΑ 7 V(V) 1 2 3 4 5 6 8 10 13 16 20 I mA

ΓΡΑΦΙΚΗ ΠΑΡΑΣΤΑΣΗ 1 0,9 0,7 0,5 0,3 0,2 0,1 0,08 0,06 0,04 0.02 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

ΕΙΔΙΚΕΣ ΔΙΟΔΟΙ Οι ειδικές δίοδοι κατασκευάζονται για διάφορες εφαρμογές. Οι πιο γνωστές ειδικές δίοδοι είναι: Δίοδος Ζener Δίοδος LED Δίοδος PIN Δίοδος Varicap Δίοδος Tunnel Δίοδος Laser Εμείς θα εξετάσουμε στο επόμενο μάθημα τις διόδους Ζener και τις διόδους LED.