Mälardalens högskola, Institutionen för Elektronik

Analog elektronik, Le1460
Föreläsning 9
sida 1
Mälardalens högskola, Institutionen för Elektronik
Analog elektronik – F3, forts
Halvledarmekanismen
Isolator
Keramik, glas
Halvledare (isolator vid absoluta nollpunkten)
Vanligast är grundämnena kisel (Si) och germanium (Ge) samt föreningen
galliumarsenid (GaAs)
4 valenselektroner  stark kristallinsk form (Jfr kol i kristallinsk form, diamant)
Ledare
Metaller, t ex silver, guld och koppar
Dopning
Halvledares egenskaper kan påverkas genom att tillsätta främmande atomer.
Tillför ett ämne som har 3 eller 5 valenselektroner.
Små mängder  kristallen behåller sin struktur
Aluminium (Al) är trevärt  en elektron saknas  överskott av positiva
laddningsbärare  P-dopat
Fosfor (P) är femvärt  en fri elektron ”skapas”  överskott av negativa laddningsbärare 
N-dopat
Institutionen för Elektronik, Mälardalens högskola
Analog elektronik, Le1460
Föreläsning 9
sida 2
Dioden – backventil för strömmen
En diod består av ett P-dopat och ett N-dopat material som man satt ihop.
Dioden fungerar som en backventil, d v s släpper igenom strömmen i en riktning och stänger i
motsatt riktning.



Fjäderns kraft är större än luftens tryck  ventilen stängd
Luftens tryckkraft är större än fjäderkraften  ventilen öppen
Luften och fjädern verkar åt samma håll  ventilen är helt stängd
Spärrspänning
Om man dopar en kiselkristall så att ena halvan är P-dopad och den andra halvan N-dopad får
man en PN-diod.
Symbol
Anod
P
N


Katod
Anod +
Katod (alltid märkt) –
Spärrspänning
Dioden börjar inte leda förrän framspänningen överstiger 0,5 V p g a spärrspänning.
Hur uppkommer spärrskiktet?
Institutionen för Elektronik, Mälardalens högskola
Analog elektronik, Le1460
Föreläsning 9
sida 3
P g a att det bildas joner i spärrskiktet uppstår en spärrspänning.
När leder dioden?
Framspänningen måste vara större än spärrspänningen för att dioden ska leda.
Backriktning
Om en diod är ansluten i backriktningen kommer den yttre spänningen och spärrspänningen
att samverka. Ingen ström kommer att flyta i kretsen. Diodens resistans blir mycket stor i
backriktningen.
Diodens karakteristik
Institutionen för Elektronik, Mälardalens högskola
Analog elektronik, Le1460
Föreläsning 9
sida 4
Sammanfattning







Dioden släpper fram ström i en riktning, framriktningen, och spärrar i andra
riktningen, backriktningen.
Dioden fungerar som en backventil.
Dioden är kopplad i framriktningen när anoden är positiv i förhållande till katoden.
Dioden är kopplad i backriktningen om anoden är negativ i förhållande till katoden.
Diodens ström och spänning betecknas IF och UF i framriktningen och UR respektive
IR i backriktningen.
Resistansen RF är liten i framriktningen och stor i backriktningen, RR.
Kurva för kiseldiod
Halvvågslikriktning
Helvågslikriktning (Graetz-brygga)
Zenerdioden
En zenerdiod har samma egenskaper som en vanlig diod om den förspänns i framriktningen.
Det speciella med en zenerdiod är vad som händer när man backförspänner den! Vid låga
spänningar är strömförbrukningen försumbar. Fortsätter man att öka utspänningen kommer
strömmen genom kretsen att plötsligt öka markant. Ytterligare ökning av utspänningen gör att
strömmen ökar medan spänningen över zenerdioden förblir  konstant. Denna spänning kallas
zenerspänning.
Institutionen för Elektronik, Mälardalens högskola
Analog elektronik, Le1460
Föreläsning 9
sida 5
Användningsområde: Som stabilisator
Zenerdioden används ofta i elektroniken som stabilisator, d v s när man vill stabilisera en
spänning så att den blir oberoende av ström- och spänningsvariationer. Detta ska ni få titta
närmare på under övningspasset.
Lysdioden (LightEmittingDiode)
En lysdiod har just de egenskaper som namnet syftar till. Den lyser då den öppnat sig i
framriktningen. Tillverkas av galliumarsenindföreningar och avger (emitterar) ljus (fotoner)
då exciterade elektroner faller ner till grundtillståndet. Beroende på vilken förening man
använder kan man få olika färg på ljuset pga olika stora energigap mellan grundtillståndet och
det exciterade tillståndet. Den finns i olika färger som också innebär att den öppnar vid olika
framspänningar.





Röd
Gul
Grön
Blå
Infraröd
Användningsområde: indikator, signallampa
Egenskaper:
 Polär
 Måste kopplas i framriktningen.
 Är strömstyrd till skillnad från glödlampan
 Strömrusning i framriktningen  kopplas i serie med en strömbegränsande resistor.
 Framströmmen som funktion av spänningen för en röd lysdiod.
 Överskrid aldrig Ifmax! Se datablad
Institutionen för Elektronik, Mälardalens högskola