DIODOVÝ JEV
Pomůcky:
dioda (polovodičová součástka), žárovka, ampérmetr, spínač, zdroj stejnosměrného napětí, spojovací vodiče
Ke zdroji je připojena žárovka, ampérmetr a spínač (1.).
Když demonstrátor sepne spínač, obvodem začne protékat proud, což pozorujeme na ampérmetru (přibližně 45 mA). Žárovka se rozsvítí. Po vypnutí spínače proud obvodem neprotéká. Demonstrátor postupně mění zapojení obvodu – přidává diodu, zaměňuje polohu diody a polaritu zdroje. Zkoumáme, jak se dioda chová v obvodu stejnosměrného proudu.
Jednotlivá zapojení:
1.
2.
3.
4.
5.
2. Po sepnutí spínače žárovka svítí, proud obvodem protéká.
3. Po sepnutí spínače žárovka nesvítí, obvodem neprotéká (měřitelný) proud.
4. Po sepnutí spínače žárovka svítí, proud obvodem protéká.
(Demonstrátor změnil polaritu zdroje a prohodil vodiče vedoucí k ampérmetru tak, aby proud vstupoval do kladné zdířky zdroje, která je uprostřed.)
5. Po sepnutí spínače žárovka nesvítí, obvodem neprotéká (měřitelný) proud.
DIODOVÝ JEV:
Dioda se chová nesymetricky vzhledem k polaritě připojeného zdroje. Prochází jí proud pouze v jednom směru – tzv. propustný směr.
Vysvětlení:
Diodový jev je jev probíhající na rozhraní dvou polovodičů s různým typem vodivosti. V místě rozhraní, kde se mění vodivost typu P ve vodivost typu N, vzniká přechod PN. Dioda (kterou jsme použili v pokusu) je polovodičová součástka s jedním přechodem PN.
Co je to polovodič typu P?
Co je to polovodič typu N?
Při spojení polovodičů typu P a typu N dochází k difúzi volných elektronů z části N do části P a k difúzi děr z části P do části N (respektive k difúzi elektronů z N do P). Když volný elektron narazí na díru, spojí se (tzv. rekombinace). Tím zanikají elektron a díra jakožto volné částice s nábojem.
Polovodiče se v blízkosti přechodu nabíjí vlivem nepohyblivých iontů.
Jak se nabije polovodiče typu P a jak se nabije polovodič typu N?
Opačně nabité strany jsou příčinou vytvoření tzv. hradlové vrstvy s elektrickým polem.
Jaký směr má intenzita tohoto pole?
Toto elektrické pole zabraňuje další difúzi elektronů a děr. V blízkosti přechodu vzniká oblast, v níž je následkem rekombinace párů elektron – díra nedostatek volných částic s nábojem. Proto má přechod PN velký odpor.
Jak se bude chovat dioda po připojení k napětí?
Jak je orientováno elektrické pole vytvořené v polovodiči působením zdroje, když připojíme kladný pól zdroje napětí k části P? Shodně s polem hradlové vrstvy nebo opačně než pole hradlové vrstvy?
Většinové nosiče náboje tak mohou znovu pronikat do oblasti přechodu PN o obvodem prochází elektrický proud. Dioda je zapojena v propustném směru.
Co se stane, když připojíme kladný pól zdroje napětí k části N (zapojení v závěrném směru)?
Závislost elektrického odporu polovodiče s přechodem PN na polaritě vnějšího zdroje napětí se nazývá diodový jev.
Diodou prochází proud pouze od anody (vývod spojený s oblastí P) ke katodě (vývod spojený s oblastí N).
Poznámka1:
Napětí připojené k přechodu PN v propustném směru musí dosahovat určité minimální hodnoty, aby došlo k potlačení hradlové vrstvy (intenzita vnějšího pole je větší nebo rovna intenzitě pole hradlové vrstvy).
Poznámka 2:
Při překročení určité hodnoty napětí v závěrném směru dochází k lavinovitému tvoření volných částic s nábojem, přechodem začne protéká větší proud a dioda se může poškodit.
Poznámka 3:
Dioda (přechod PN) se využívá např. k usměrnění střídavého proudu. Mnoho spotřebičů a spotřební elektroniky (CD a DVD přehrávač, nabíječka na mobilní telefon, rádio, …) funguje na stejnosměrný proud, přesto je napájíme z elektrické zásuvky, kde je střídavé napětí. Proto musí obsahovat usměrňovač – diodu nebo častěji několik diod spolu s dalšími součástkami. Také tramvaj a metro fungují na stejnosměrný proud.