Základní škola a Mateřská škola Bílá Třemešná, okres Trutnov Škola pro 21. století Autor: Mgr. Petr Tomek Datum/období: podzim 2013 Číslo projektu: CZ.1.07/1.4.00/21.3315 Téma sady: Elektrický proud Název: VY_32_INOVACE_Polovodičová dioda a světlo

Polovodičová dioda a světlo

Opakování - Přechod PN Hradlová vrstva Obr. 1 Spojíme-li polovodič typu P a typu N vzniká tzv. PN přechod V blízkosti přechodu volné elektrony z části N zaplní díry v části P (rekombinace) a vzniká oblast bez volných nosičů náboje – hradlová vrstva V hradlové vrstvě nejsou žádné volné nosiče náboje – chová se jako izolant

Opakování - Zapojení přechodu PN v závěrném směru Hradlová vrstva se rozšíří Obr. 2 Pohyb elektronů od přechodu Pohyb děr od přechodu Přechod PN zapojíme do obvodu tak, že část typu P připojíme k zápornému pólu zdroje a část typu N připojíme ke kladnému pólu zdroje Volné elektrony (–) z části N budou přitahovány ke kladnému pólu (+) Díry (+) z části P budou přitahovány k zápornému pólu zdroje (–) Hradlová vrstva se rozšíří – chová se jako izolant = obvodem neprochází proud

Opakování - Zapojení přechodu PN v propustném směru Hradlová vrstva se zúží a zanikne Obr. 3 Pohyb elektronů k přechodu Pohyb děr k přechodu Přechod PN zapojíme do obvodu tak, že část typu P připojíme ke kladnému pólu zdroje a část typu N připojíme k zápornému pólu zdroje Volné elektrony (–) z části N budou odpuzovány od záporného pólu zdroje (–) Díry (+) z části P budou odpuzovány od kladného pólu zdroje (+) Hradlová vrstva se zužuje až zaniká – mizí izolační vrstva = obvodem prochází proud

Opakování - Polovodičová dioda Obr. 4 Elektrotechnická součástka obsahující jeden PN přechod = polovodičová dioda Proud prochází pouze při zapojení v propustném směru, při přepólování zdroje (zapojení v závěrném směru) proud neprochází = diodový jev

Polovodičová dioda jako jednocestný usměrňovač Obr. 6 Pokud do obvodu se zdrojem střídavého napětí zapojíme diodu, bude propouštět proud pouze v jednom směru – obvodem prochází kolísavý stejnosměrný (tepavý) proud Proud prochází obvodem jen v polovině periody, druhou půlperiodu proud obvodem neprochází (přicházíme o polovinu energie)

Polovodičová dioda jako dvojcestný usměrňovač (Graetzovo zapojení) Obr. 8 Obr. 7 Pokud do obvodu se zdrojem střídavého napětí zapojíme 4 diody, proud bude propouštět vždy dvojice diod (na obr.8 buď dvojice diod č. 1 a 2, nebo při změně polarity napětí dvojice diod č. 3 a 4) – obvodem prochází kolísavý stejnosměrný proud Proud prochází obvodem v obou půlperiodách (nepřicházíme o žádnou energii) Proudy 

LED Obr. 5 LED = Light Emitting Diode = elektroluminiscenční dioda = svítivá dioda V oblasti přechodu PN při zapojení v propustném směru dochází k zaplňování děr volnými elektrony (rekombinace). Při tom se uvolňuje energie ve formě světelného záření. Obr. 11

Fotodioda Obr. 11 Obr. 9 V oblasti přechodu PN dochází po osvětlení k tvorbě (generování) děr a volných elektronů Vzniklé částice se rozdělí do opačných částí fotodiody, mezi kterými vzniká napětí a to můžeme využívat Při spojení většího počtu fotočlánků vzniká sluneční článek

Typy diod Obr. 11

Co jsme se dozvěděli? Jak se dá využít dioda k usměrňování střídavého proudu (jednocestný usměrňovač, dvojcestný usměrňovač) Co je to LED Co je fotodioda

Závěrečné opakování Následující test se skládá z 5 uzavřených otázek Každá otázka nabízí 3 možné odpovědi Právě jedna odpověď je správná Jestli jste odpověděli správně, se dozvíte po kliknutí na odpověď Hodně štěstí …

Aby diodou procházel proud, musíme její část typu N připojit: ke kladnému pólu zdroje k libovolnému pólu zdroje k zápornému pólu zdroje

Když je polovodičová dioda zapojena svou částí typu P k zápornému pólu zdroje jedná se o zapojení: v propustném směru v závěrném směru v usměrňovacím směru

Diody, které vydávají světlo se nazývají: DEL EDL LED

Do které části fotodiody musí dopadat světelné paprsky, aby v ní vznikalo napětí: do oblasti přechodu PN do části typu N do části typu P

Dvojcestný usměrňovač v Graetzově zapojení využívá: 2 diody 4 diody 1 diodu

Použité zdroje Použitá literatura: RAUNER, Karel; HAVEL, Václav; RANDA, Miroslav. Fyzika 9 učebnice pro základní školy a víceletá gymnázia. Plzeň: Fraus, 2007, ISBN 978-80-7238-617-8. RAUNER, Karel; HAVEL, Václav; RANDA, Miroslav. Fyzika 9 pracovní sešit pro základní školy a víceletá gymnázia. Plzeň: Fraus, 2007, ISBN 978-80-7238-619-2. Jiné zdroje: Obr. 1,2,3 – AUTOR NEUVEDEN. cez.cz [online]. [cit. 2.1.2014]. Dostupný na WWW: http://www.cez.cz/edee/content/microsites/elektrina/fyz9.htm Obr. 4,8 – AUTOR NEUVEDEN. cs.wikipedia.org [online]. [cit. 2.1.2014]. Dostupný na WWW: http://cs.wikipedia.org/wiki/Polovodi%C4%8Dov%C3%A1_dioda Obr. 5 – AUTOR NEUVEDEN. cs.wikipedia.org [online]. [cit. 2.1.2014]. Dostupný na WWW: http://cs.wikipedia.org/wiki/LED Obr. 6,7 – AUTOR NEUVEDEN. cs.wikipedia.org [online]. [cit. 2.1.2014]. Dostupný na WWW: http://cs.wikipedia.org/wiki/Usm%C4%9Br%C5%88ova%C4%8D Obr. 9 – AUTOR NEUVEDEN. cs.wikipedia.org [online]. [cit. 2.1.2014]. Dostupný na WWW: http://cs.wikipedia.org/wiki/Fotodioda Obr. 10 – AUTOR NEUVEDEN. ekobydleni.eu [online]. [cit. 2.1.2014]. Dostupný na WWW: http://www.ekobydleni.eu/tag/fotovoltaicke-clanky/page/4 Obr. 11 – AUTOR NEUVEDEN. fosilum.si [online]. [cit. 15.1.2014]. Dostupný na WWW: http://www.fosilum.si/en/why-led-lights/led-diode/ Obr. 12 – AUTOR NEUVEDEN. engineersgarage.com [online]. [cit. 15.1.2014]. Dostupný na WWW: http://www.engineersgarage.com/tutorials/diodes?page=2 zdroj obrázků: www.office.microsoft.com