Dit hoofdstuk behandelt halfgeleiders en dioden. Dioden zijn componenten die stroom maar in één richting doorlaten, waarmee je van wisselstroom gelijkstroom kunt maken. Dit is essentieel voor voedingsschakelingen van zenders en ontvangers.
Sommige materialen zijn geen echte geleiders en geen echte isolatoren: halfgeleiders. De belangrijkste halfgeleiders zijn:
Pure halfgeleiderkristallen geleiden nauwelijks. Door kleine hoeveelheden "verontreiniging" (andere elementen) toe te voegen, krijgen ze bijzondere geleidingseigenschappen:
"Gaten" zijn plaatsen waar een elektron ontbreekt - ze gedragen zich als positieve ladingsdragers.
Het interessante gebeurt waar P- en N-materiaal aan elkaar grenzen: de PN-overgang of junctie.
Op de grens tussen P en N:
Afhankelijk van hoe je een spanningsbron aansluit:
| Aansluiting | Effect | Resultaat |
|---|---|---|
| + aan N, - aan P | Uitputtingszone wordt breder | Sperrichting - geen stroom |
| + aan P, - aan N | Ladingsdragers naar junctie getrokken | Doorlaatrichting - stroom loopt |
Een diode is een component met één PN-overgang. Het woord betekent letterlijk "tweeweg" (twee aansluitingen).
Ezelsbruggetje KNAP: Kathode Negatief, Anode Positief (voor geleiding)
De doorlaatrichting (technische stroomrichting) is van anode naar kathode. In schema's wijst de "pijl" van het diodesymbool in de doorlaatrichting.
Een diode gaat niet meteen geleiden. Er moet eerst een kleine spanning in doorlaatrichting overheen staan om de uitputtingszone te overbruggen.
Een ideale diode zou in sperrichting helemaal geen stroom doorlaten. In werkelijkheid loopt er een zeer kleine lekstroom:
De lekstroom neemt toe bij hogere temperatuur.
Bij stroom in doorlaatrichting veroorzaakt de drempelspanning (en enige interne weerstand) een klein vermogensverlies:
Bij verwaarlozing van de interne weerstand geldt voor een Si-diode: P ≈ IF × 0,6V
De uitputtingszone in een gesperde diode gedraagt zich als een diëlektricum. Een diode in sperrichting is dus ook een kleine condensator!
Dioden die speciaal hiervoor zijn ontworpen heten capaciteitsdioden of varicaps (variabele capaciteit). Ze worden gebruikt om frequenties elektronisch af te stemmen.
Gelijkrichting is het omzetten van wisselspanning naar gelijkspanning. Dit is nodig omdat elektronische apparatuur (zenders, ontvangers) op gelijkspanning werkt, terwijl het lichtnet wisselspanning levert (230V, 50 Hz).
De eenvoudigste gelijkrichter gebruikt één diode:
Nadeel: er zijn "gaten" in de uitgangsspanning, wat een bromtoon veroorzaakt (50 Hz).
Een bruggelijkrichter gebruikt vier dioden om beide halve perioden te benutten:
In de ene halve periode geleiden twee dioden, in de andere halve periode de andere twee. De stroom door de belasting loopt altijd dezelfde kant op.
Om van de pulserende spanning een vlakke gelijkspanning te maken, wordt een condensator parallel aan de uitgang geplaatst:
Hoe groter de capaciteit en hoe kleiner de belastingsstroom, des te vlakker de spanning.
Voor een echt vlakke gelijkspanning is één condensator vaak niet genoeg. Een klassiek afvlakfilter bestaat uit:
Dit filter is eigenlijk een laagdoorlaatfilter dat de wisselspanningsrimpel blokkeert en alleen de gelijkspanning (f = 0) doorlaat.
Een zenerdiode is een speciale diode die wordt gebruikt om een vaste spanning te maken. Het bijzondere: hij wordt in sperrichting aangesloten!
Als de spanning over een diode in sperrichting groot genoeg wordt, gaat hij toch geleiden. Bij een normale diode is dit ongewenst (kan de diode kapotmaken), maar een zenerdiode is hiervoor ontworpen.
Een eenvoudige spanningsstabilisator met zenerdiode:
Deze eenvoudige schakeling is alleen geschikt voor kleine stromen. Voor grotere vermogens worden complexere stabilisatorschakelingen gebruikt.
| Type | Functie | Toepassing |
|---|---|---|
| Gelijkrichtdiode | Stroom in één richting doorlaten | Voedingen, gelijkrichters |
| Zenerdiode | Vaste spanning leveren (in sperrichting) | Spanningsstabilisatie |
| Capaciteitsdiode (varicap) | Spanningsafhankelijke capaciteit | Elektronische afstemming |