Tohle je statická kopie kapitoly pro vyhledávače. Interaktivní verze má animované obrázky, kontrolní otázky a tlačítka, která příklad načtou do kalkulačky.
5. K čemu je dioda dobrá
1. Usměrňovač
Střídavé napětí ze sítě (viz ACLab) má obě
polarity. Dioda propustí jen jednu — to je jednocestný usměrňovač. Čtyři diody
v Graetzově můstku otočí i tu druhou půlvlnu nahoru: dvoucestný usměrňovač.
Usměrňovač otočí zápornou půlvlnu nahoru; kondenzátor za ním se nabije na vrchol a mezi vrcholy se pomalu vybíjí do zátěže. Rozdíl mezi vrcholem a nejnižším bodem je zvlnění, a zmenšit ho jde jen větší kapacitou nebo menším odběrem. Všimni si, že výstup je vždy o dvě diody níž než vstup — u můstku se platí dvakrát.
Můstek platí dvěma úbytky, ne jedním. V každém okamžiku vede
dvojice diod v sérii, takže se ztratí asi 1,4 V. Při usměrňování 5 V je to skoro
třetina. Právě proto se v nízkonapěťových zdrojích používá aktivní usměrňovač
z MOSFETů — a ten je v kapitole 11.
Za usměrňovač patří filtrační kondenzátor. Nabije se na vrchol a mezi vrcholy se
vybíjí do zátěže; rozdíl je zvlnění:
Uzvln ≈ Izátfzvln · C (fzvln = 2f u dvoucestného)zvlnění za filtračním kondenzátorem
2. Volnoběžná dioda — ta nejdůležitější
Cívka nesnese, aby se jí přerušil proud. Když se sepnutá cívka (relé, motor, elektromagnet)
rozepne, indukčnost se snaží proud udržet a vyrobí libovolně velké napětí, dokud si
někudy neprorazí cestu. Obvykle přes spínací tranzistor, který tím zničí.
Volnoběžná dioda zapojená obráceně přes cívku dá tomu proudu kudy dojet a napětí
omezí na jeden úbytek. Je to jedna součástka za tři koruny, která odděluje funkční obvod od
spáleného.
Volnoběžná dioda přes cívku. Když spínač rozepne, proud cívkou pokračuje smyčkou přes diodu a odezní; bez ní by si našel cestu přes spínač, a to jednou.
3. Zenerova dioda — průraz jako funkce
Zenerka je záměrně vyrobená tak, aby měla přesné a opakovatelné závěrné průrazné
napětí. V průrazu drží napětí skoro nezávisle na proudu — a to je referenční zdroj.
výstup 5,15 V · Zenerkou teče 12,2 mA — reguluje
Stabilizátor se Zenerovou diodou. Posuň vstupním napětím: výstup zůstává
skoro na místě. Ale stáhni ho dost nízko a regulace zmizí — proud Zenerkou klesne na
nulu a výstup jen sleduje vstup. Táž věc se stane, když se zvýší odběr zátěže. Tomuhle se říká
dropout a je to nejčastější způsob, jak tenhle obvod selže.
Zbytkový sklon je dynamický odpor. Výstup není úplně plochý —
zbývá rz = nz·VT/Iz, typicky jednotky až
desítky ohmů. Testy k tomuhle nástroji to měří a je u toho jedna past: protože napětí závisí na
logaritmu proudu, musí se dělit logaritmickým průměrem proudu, ne aritmetickým —
jinak vyjde chyba 20 %.
4. LED
Světlo vzniká rekombinací nosičů přes zakázaný pás. Protože se energie fotonu rovná šířce
zakázaného pásu, určuje materiál zároveň barvu i úbytek: červená ~1,8 V, zelená ~2,2 V,
modrá a bílá ~3,0 V. Křemíkových LED není — křemík má nepřímý zakázaný pás a nesvítí.
LED se nikdy nepřipojuje bez proudového omezení a nikdy se
nedávají paralelně bez vlastního odporu. Kvůli exponenciále stačí, aby jedna měla o pár
milivoltů nižší práh, a vezme si většinu proudu. Tenhle nástroj to umí ukázat: dvě LED lišící
se výrobním rozptylem si proud rozdělí zřetelně nerovnoměrně.