Dioden är en icke-linjär elektrisk komponent som idealt leder elektrisk ström i endast en riktning. Namnet kommer av att den har två elektroder, katod och anod. Ström kan bara gå från anod (pluspol) till katod (minuspol) - men inte tvärtom. Den första dioden var kristalldetektorn som användes i ljudradions barndom på 1920-talet. Dioder kan vara ett elektronrör, men numera är det vanligaste att dioden består av halvledare. En vanlig tillämpning av dioder är likriktning av växelström. Detta görs med en så kallad likriktarbrygga.
En vanlig halvledardiod består av halvledare, vanligen kisel, som i ena änden är p-dopad och i andra n-dopad. Skiktet mellan det p- och det n-dopade området kallas för en pn-övergång.
Dioder gjorda av dopat kisel börjar leda i framriktningen när spänningen över elektroderna överstiger ungefär 0,65 volt. Detta kallas framspänningsfall. En äldre typ, germanium-dioden har ett lägre framspänningsfall vilket kan vara användbart i vissa tillämpningar. Ett annat material som används är galliumarsenid som används i lysdioder och för dioder som ska fungera vid mycket höga frekvenser.
Om dioden backspänns, det vill säga att katoden läggs på en högre potential än anoden, så leds en mycket liten ström, läckström, genom dioden. Typiskt värde på denna kan vara ett fåtal μA för vanliga kiseldioder. Om backspänningen görs tillräckligt hög sker ett så kallat genombrott, och dioden börjar leda ström bra även i backriktningen, men skadas om strömmen inte är kraftigt begränsad.
Texten ovan hämtad där Wikipedia skriver om diod
I elektronikkretsar används dioder för att skydda kretsen mot felpolarisering och för att likrikta växelspänning.
Läs den här artikeln på Kjell & Company om Dioder och lysdioder.
Titta på denna diodsimulering på Fahlstad.
Lär mer genom att läsa på Wikipedia:Diode samt Wikipedia:Light-emitting_diode.
Laborationen på ström-spänningkarekteristik bygger på denna instruktion.
Halvledareteori: PN Junction Theory och PN Junction Diode på Electronics Turials.
Detta är en laborationsbeskrivning i cirka tjugo steg vilket kan synas detaljerat och noggrant beskrivet men det är omöjligt att beskriva utförandet i alla dess detaljer. Syftet med beskrivningen är att staka ut en väg som visar några fundamentala aspekter av dioder. Ett av målen är att träna dig i att dra slutsatser på egen hand och söka den information du behöver på egen hand genom att läsa datablad, googla, fråga andra och diskutera. Så arbetar även erfarna elektronikkonstruktörer.
Framspänningsfallet Lysdioder är praktiska för du ser när de är rätt inkopplade. Lysdioderna har olika längd på benen. Det längre benet ska kopplas till positiv spänning.
Koppla för att mäta ström och spänning med den svarta dioden
Svart diod. Nu byter vi till en klassisk kiseldiod som inte lyser. Den heter 1N4007. Den bör ha ett framspänningsfall kring 0.7 V.
Vi ska göra en så kallad IV-karakteristik. Det är är en mätning av strömmen som funktion av spänningen.
Tänkbara förbättringar av mätningarna Det här behöver du absolut inte göra om du inte har väldigt gott om tid
Nu är du klar med första delen av laborationen.
Transistor är en halvledarkomponent som används som signalförstärkare, strömbrytare, spänningsreglerare och för signalmodulering, men även andra applikationer förekommer. Den fungerar som en varierbar "ventil" som styr en utspänning eller utström baserat på en inspänning eller inström. Transistorer tillverkas som diskreta komponenter eller som delar av integrerade kretsar.
Transistorer kan delas in i två huvudtyper, bipolära transistorer baserade på PN-övergångar (NPN eller PNP polaritet) samt unipolära fälteffekttransistorer (N-kanal eller P-kanal).
En transistor har vanligen tre anslutningar (elektroder) som, i simpla termer, tillåter en spänning eller ström på en av anslutningarna att styra strömflödet genom de två andra. Man kan också se det som att det är en resistans som kan påverkas av en elektrisk ström eller spänning. Transistorn är en nyckelkomponent inom modern elektronik. I digitala kretsar verkar flera sammankopplade transistorer som snabba omkopplare och bygger därigenom upp till exempel Logisk grind och RAM (arbetsminne). I analoga kretsar används transistorer för linjära eller icke linjära förstärkare samt för många andra (mestadels) kontinuerliga funktioner som byggs upp tillsammans med passiva komponenter.
Transistorn anses av många vara en av de största uppfinningarna i modern historia, i samma klass som boktryckarkonsten, bilen, och telefonen. Transistorer är nyckelkomponenter i nästan all modern elektronik. Den stora användningen av transistorer beror på att de är billiga att masstillverka genom högautomatiserade processer som driver ner kostnaden av en enskild transistor till nästan ingenting.
Bipolära transistorer görs i komplementära utföranden, så kallade polariteter, som är varandras spegelbild, det vill säga att strömmar och spänningar har motsatta tecken. De bipolära utförandena kallas NPN och PNP. I fråga om funktionssätt finns ingen skillnad mellan en PNP- och en NPN-transistor. Men den motsatta polariteten gör att strömmarna flyter i motsatt riktning.
Wikipedia skriver om Transistor
BC547
Byt till en "starkare" transistor av bipolärtyp
De transistorer du kan välja på är BD139 och BD140. De har samma egenskaper men BD139 är NPN och BD140 är PNP-typ
De här komponenterna kommer vi att använda igen då vi bygger H-bryggor.
MOSFET (metal oxide semiconductor field effect transistor) också känd som MOS är en fälteffekttransistor, utan sådan PN-övergång i kanalen som i en bipolär transistor. En MOSFET består av en kanal med halvledarmaterial av n- eller p-typ och kallas med detta som grund för nMOSFET eller pMOSFET. Traditionellt används kisel som halvledarmaterial.
MOSFET är idag den totalt vanligaste och mest spridda transistortypen. Den förekommer i stort sett i alla sorters digital elektronik, inklusive mikroprocessorer och minnen. Med den moderna planarprocessen har tillverkningen av högdensitetskretsar (VLSI) förenklats.
Den stora utbredningen beror på att digitala kretsar baserade på MOSFET endast använder energi i själva övergångsögonblicket, då laddning i olika kapacitanser överförs, vilket betyder att energiförbrukningen är proportionell mot frekvensen. Med komplementär teknik, med p samt n-kanals MOS, görs CMOS som inte behöver tomgångsström utan har extremt låg energiförbrukning vid stillastående.
I n-kanals MOSFET går strömkanalen från drain till source. Om spänningen mellan styre och source är under en viss gränsspänning, är transistorn strypt. I en anrikningstyp är denna spänning nära noll volt. Om styrets spänning ökar, sker "anrikning" av rörliga elektroner i kanalen och transistorn leder allt bättre i ett tämligen linjärt område, tills den når ett bottnat läge, vid ett fåtal volt högre gate-source-spänning. I en p-kanals-MOSFET sker allt i motsatt riktning, dvs. source ansluts till positiv istället för negativ spänning.
Wikipedia skriver om MOSFET
Electronics Tutorials: The MOSFET
Vi har tidigare drivit en motor med Darlingtonkopplade bipolärtransistorer. Det finns sådana att köpa och andra transistorer som ger högre stömmar till att driva en motor men nu ska vi använda en kraftig MOSFET istället.
IRF520
Nu är du klar med laborationen. Lämna in din rapport!