Podstawy

Działanie diody jest bardzo proste - przewodzi ona prąd tylko w jednym kierunku. Jeśli potencjał anody jest większy od potencjału katody dioda przewodzi prąd. W przeciwnym przypadku nie. Pokazuje to poniższa animacja.

Działa jak jednokierunkowy zawór - przepuszcza tylko w jedną stronę.

Teoretycznie, kiedy dioda przewodzi (czyli potecjał anody jest większy od potencjału katody) stanowi ona zwarcie, ale w praktyce występuje na niej spadek napięcia - ok.~1V. Również w kierunku zaporowym (odwrotnie spolaryzowana dioda - wyższy potencjał katody) teoretycznie prąd nie powinien płynąć, jednak pojawia się znikomo mały prąd wsteczny. Napięcie na diodzie w tym stanie jest równe napięciu zasilania.

Przy dużych napięciach rzędu 100, 200 i więcej V - napięcie na diodzie podczas przewodzenia jest pomijalne. Analogicznie pomija się również stosunkowo niewielki prąd wsteczny.

Wyznaczmy teraz charakterystykę prądowo-napięciową (statyczną) diody.
Będziemy przykładać różne napięcia (regulowane źródło zasilania) i zmierzymy odpowiadające im prądy (nie obchodzi nas zachowanie prądu pomiędzy poszczególnymi punktami - czyli zmiany dynamiczne, interesują nas tylko wartości ustalone - stąd nazwa ch-ka statyczna). Otrzymamy w ten sposób następującą charakterystykę:

Słowniczek indeksów: F,D - (forward,direct) w kierunku przewodzenia np.:UF R - (reverse) ÷ zaporowym; występuje samotnie lub na pierwszej pozycji np.:URWM R - (repeatable) powtarzalne; występuje na drugim miejscu np.:URRM M - (maximum) dopuszczalne W - (work) robocze, podczas pracy S - (single) pojedyncze tzn. niepowtarzalne np.:URSM (TO) - (treshold) próg zatrzaśnięcia (BR) - (breakdown) przebicie! BO - (breakover) przełączenie (OV) - (overload) przeciążenie RMS - (real mean square) wartość skuteczna AV - (avarage) wartość średnia

Dioda zaczyna przewodzić po przekroczeniu napięcia progowego na jej zaciskach - między anodą a katodą (ok. 1V dla diod mocy i 0,6V dla małych diod elektronicznych krzemowych - wynika ono z budowy diody [złącza pn]). Zwiększanie przepływającego prądu praktycznie nie zwiększa spadku napięcia. W kierunku zaporowym (zaworowym) napięcie rzędu setek woltów wywołuje prąd pomijalny (kilka mA w diodach mocy). Przekroczenie granicznej wartości napięcia wstecznego powoduje gwałtowny wzrost prądu wstecznego. Powoduje to lokalne przyrosty temperatury (200..250°C) w wyniku których najczęściej dochodzi do uszkodzenia ("spalenia") elementu. Tę część charakterystyki można wyznaczyć tylko raz! :-)
Obok chrakterystyki widać podręczny słowniczek najczęściej używanych indeksów. Teraz przyjrzyjmy się poszczególnym parametrom diody.

Prąd graniczny - I_FAVM (I_F(AV)M) - określa maksymalną wartość ciągłego obciążenia prądowego. Jest on podawany przez producentów dla wartości średniej prądu o kształcie półsinusoidy (patrz dalej) 50Hz w określonych warunkach chłodzenia. Może być też podana wartość skuteczna - I_F(RMS)M.
Przykładowa ch-ka:

Napięcie wsteczne:

· powtarzalne szczytowe napięcie wsteczne - U_RRM - nie można go przekroczyć przy pracy okresowej (można przekroczyć jego wartość impulsowo na krótki czas)

· niepowtarzalne szczytowe napięcie wsteczne - U_RSM - nie można przekroczyć w żadnych warunkach.

Obie wartości podawane są dla określonego zakresu temperatur.

Przeciążalność prądowa - I_F(OV) - podawana w postaci wykresu wartości prądów od czasu ich trwania. Przykładowy wykres:

Z powyższego przykładu wynika, że możemy obciążyć diodę przez 0,1s prądem nawet 2kA.

Z powyższego przykładu wynika, że możemy obciążyć diodę przez 0,1s prądem nawet 2kA.

Jednak po przekroczeniu tej wartości prądu dioda traci swoje właściwości blokowania (zaczyna przewodzić również w drugim kierunku! - może to zakończyć się trwałym uszkodzeniem)

Przy przetężeniach krótszych od 10ms przeciążalność określana jest przez parametr przeciążeniowy wyrażony w postaci I²t [A²s]. Jest on podstawą do doboru bezpieczników (zabezpieczanie elementów przed prądami zwarciowymi).

Proste układy z diodą

Podstawowym zastosowaniem diod są wszelkiego rodzaju prostowniki.

Najprostszy układ prostownika był już narysowany ... (na stronie z opisem diody).
Napięcie przemienne za pomocą diody zamieniamy na napięcie o dodatniej biegunowości (jego wartość nadal będzie się zmieniać - patrz przebiegi - natomiast znak pozostaje ten sam).

Na rysunku zaznaczono punkty w których obserwujemy napięcia (A i B).

Jak widać dioda przepuszcza tylko "dodatnie połówki" sinusoidy (widać również, że napięcie "wyprostowane" B jest nieco mniejsze do napięcia źródła - różnica ta 0,6÷1V to napięcie progowe przewodzenia diody), aby nieco ustabilizować zmiany napięcia równolegle do odbiornika podłącza się kondensator..

Kondensator ładuje się do maksymalnego napięcia (amplitudy) i "podtrzymuje" napięcie na w miarę stałym poziomie. Im większa pojemność kondensatora tym mniejsze zmiany napięcia wyprostowanego (tzw. tętnienia).

Mostek diodowy

Poprzedni układ ma tę wadę, że wykorzystuje tylko "dodatnią połówkę" sinusoidy.
Przedstawiony poniżej układ prostuje dwupołówkowo.

Na powyższym przebiegu przesadnie widać różnicę w wartościach napięcia wejściowego i wyprostowanego. Jest ona większa niż dla układu z jedną diodą. W każdej "połówce" sinusoidy przewodzą dwie diody, co powoduje dwukrotnie większy spadek napięcia.
Ponadto da się zauważyć, że diody nie przewodzą dla małych napięć (poniżej 0,6V) - dopiero po przekroczeniu tej wartości napięcie narasta - stąd krótkie przerwy pomiędzy wyprostowanymi "połówkami".

Wszystkie powyższe zjawiska zostały delikatnie przejaskrawione na powyższych przebiegach (układ zasilono napięciem 6V, przez co spadki rzędzu 1,2V są bardzo widoczne).

Po dołączeniu kondensatora uzyskamy o wiele mniejsze tętnienia napięcia wyjściowego.