Warto przeczytać

DiodaDiodaDioda (Rys. 1.) jest elementem elektronicznym, którego istotną właściwością jest niejednakowe przewodzenie prądu w dwóch kierunkach. W kierunku dobrego przewodzenia, przy napięciu o stałej wartości, natężenie prądu może być ponad milion razy większe, niż w kierunku przeciwnym – nazywanym zaporowym.

RQmQbcOjbqkTl

Rys. 1. Na ilustracji widać symbol diody wykorzystywany w schematach układów elektronicznych. Na poziomej czarnej linii widoczny jest czarny grot strzałki skierowany w prawo z przyległą do czubka grotu pionową czarną kreską. Zwrot grotu wskazuje kierunek przewodzenia prądu.

Działanie diody dobrze ilustruje charakterystyka prądowo‑napięciowa, czyli zależność natężenia prądu płynącego przez diodę od przyłożonego napięcia - Rys. 2. Charakterystyka ta wygląda podobnie dla większości typów diod.

RHkHdMV0MZ8wu

Rys. 2. Na ilustracji widoczny jest wykres natężenia prądu elektrycznego wielka litera I w funkcji napięcia wielka litera U. Wykres narysowany jest czarnymi strzałkami. Na wykresie widoczna jest funkcja , narysowana czarną linią, która przedstawia natężenie prądu płynącego przez diodę pod wpływem przyłożonego napięcia. Funkcja jest nieliniowo rosnąca. Dla ujemnych wartości napięcia funkcja gwałtownie rośnie od wartości ujemnych natężenia prądu do wartości bliskiej zera ale nadal ujemnej. Jest to zakres przebicia. Później funkcja łagodnie zbiega do wartości zera na osi natężenia. W tej części funkcja jest prawie równoległa do poziomej osi napięcia. Dla napięcia równego zero natężenia prądu płynącego przez diodę również jest równe zero. Ten zakres napięć nazwany został zakresem zaporowym ponieważ przez diodę płynie bardzo mały prąd. Dla dodatnich wartości napięcia wykres funkcji rośnie wykładniczo osiągając wysokie wartości dodatnie natężenia prądu. Ten zakres napięć nazywany jest zakresem przewodzenia.

Wykres pokazuje, że w kierunku przewodzenia (napięcia dodatnie), już przy niewielkim napięciu – zazwyczaj poniżej - 1V przez diodę zaczyna płynąć prąd o dosyć dużym natężeniu. Napięcia, przy których pracują diody w kierunku przewodzenia, wynoszą od około 0,3 V dla diod germanowych, do około 4 V dla LEDLEDLED emitujących światło fioletowe. Natężenie pracy wykorzystywane w praktyce wynosić może od kilkudziesięciu miliamperów w LED, do kilku kiloamperów w diodach stosowanych w elektrotechnice. Wszystkie diody mają określone maksymalne natężenie prądu, przekroczenie którego grozi zniszczeniem struktury diody.

W kierunku zaporowym przez diody płynie bardzo mały prąd o natężeniu nawet poniżej 10Indeks górny -6^-6 A. Po osiągnięciu napięcia przebicia, natężenie prądu gwałtownie rośnie i w niewielkim stopniu zależy od przyłożonego napięcia.

Napięcie przebicia mieści się w zakresie od kilku woltów dla typowej diody do kilku tysięcy woltów dla diod stosowanych w elektrotechnice. Więcej o budowie i zasadzie działania diod przeczytasz w e‑materiałach: „Budowa diody półprzewodnikowej” i „Zasada działania diody półprzewodnikowej”.

Prawo Ohma stwierdza, że natężenie prądu płynącego przez przewodnik lub inny element obwodu elektrycznego jest wprost proporcjonalne do napięcia przyłożonego do tego przewodnika (innego elementu obwodu). Prawo to możemy wyrazić wzorem:

gdzie U to napięcie przyłożone do przewodnika, I – natężenie płynącego prądu spowodowanego tym napięciem, a R – opór elektrycznyOpór elektryczny (czynny)opór elektryczny przewodnika (lub innego elementu obwodu).

Prawo Ohma jest spełnione dla tych elementów obwodu, dla których opór jest stały i nie zależy od napięcia.

Prawo Ohma spełnione jest dla przewodników metalowych, ale nie w pełnym zakresie natężenia prądu. Przy dużych natężeniach przewodniki w wyniku przepływu prądu zaczynają się grzać, a wzrost temperatury powoduje wzrost ich oporu elektrycznego.

Dla elementów obwodu, w zakresie napięć, przy których spełnione jest prawo Ohma, wykresem zależności natężenia prądu od napięcia jest linia prosta (Rys. 3.), niezależnie od kierunku przyłożonego napięcia. Nachylenie wykresu jest zależne od oporu elektrycznego danego elementu.

R1XIHzqf3fh0Y

Rys. 3. Na rysunku widoczny jest układ współrzędnych narysowany czarnymi strzałkami. Oś pionowa skierowana jest w górę i oznaczona wielka litera I i w nawiasie kwadratowym wielka litera A. Przedstawia ona natężenie prądu wyrażone w amperach. Oś pozioma skierowana jest w prawo i oznaczona wielką literą U i w nawiasie kwadratowym wielka litera V. Przedstawia ona napięcie prądu elektrycznego wyrażone w woltach. W układzie widoczna jest także liniowa funkcja rosnąca wychodząca z początku układu współrzędnych i narysowana niebieską linią. Funkcja ta prezentuje w sposób graficzny prawo Ohma dla materiałów liniowych takich jak na przykład oporniki. Natężenie jest liniowo zależne od napięcia.

Jeżeli wykresem zależności natężenia od napięcia nie jest linia prosta, to dany element obwodu nie spełnia prawa Ohma – opór elektryczny tych elementów zmienia się wraz z napięciem (Rys. 4.).

R1HycUHNPbk0Q

Rys. 4. Na rysunku widoczny jest układ współrzędnych narysowany czarnymi strzałkami. Oś pionowa skierowana jest w górę i oznaczona wielka litera I i w nawiasie kwadratowym wielka litera A. Przedstawia ona natężenie prądu wyrażone w amperach. Oś pozioma skierowana jest w prawo i oznaczona wielką literą U i w nawiasie kwadratowym wielka litera V. Przedstawia ona napięcie prądu elektrycznego wyrażone w woltach. W układzie widoczne są dwie funkcje rozpoczynające się w początku układu współrzędnych. Jedna z nich narysowana jest niebieską linią i jest to funkcja rosnąca wykładniczo. Druga funkcja narysowana jest zieloną linią i także jest rosnąca. Początkowo jest silnie rosnąca a dla większych wartości napięcia zaczyna się wypłaszczać i staje się prawie równoległa do osi napięcia. Funkcja w tej części nadal jest rosnąca ale dynamika jej wzrostu jest o wiele mniejsza.

Jak widać z charakterystyki prądowo‑napięciowej diody przedstawionej na Rys. 2., diody nie spełniają prawa Ohma, a ich opór elektryczny zmienia się w bardzo szerokim zakresie i zależy zarówno od wartości napięcia jak i od kierunku, w którym jest przyłożone. Przyczyną tych własności diod są zjawiska zachodzące w złączu p‑n, o czym możesz przeczytać w e‑materiale „Zasada działania diody półprzewodnikowej”.

Słowniczek