Vodiče, izolanty a polovodiče
Co to je a k čemu slouží?
Určitě jste již slyšeli slova: „vodič“ a „izolant“. Vodič je materiál, který vede elektrický proud (například kovy), izolant je materiál, který elektrický proud nevede (například guma či PVC). Kabely, jaké máte například u počítače jsou uvnitř vodivé, ale bývají obaleny izolantem. Tím je zamezeno zkratům mezi jednotlivými kabely a zmírněno riziko zranění.
Polovodiče jsou materiály, které za určitých okolností elektrický proud vedou a za jiných ne. Například křemík se chová jako vodič až při zahřátí. Při nízkých teplotách se chová jako izolant.
Dioda
Co to je a jak se dá využít?
Dioda je elektronická součástka. Vede elektrický proud pouze jedním směrem. Má dva vývody (říká se jim elektrody), jedné se říká „anoda“ a druhé „katoda“. Narozdíl od rezistoru záleží, jakým způsobem diodu zapojíme.
Na obrázku číslo 1 můžeme vidět symbol diody, na obrázku číslo 2 vidíme zapojení v takzvaném „propustném směru“ a na obrázku číslo 3 zapojení diody v takzvaném „závěrném směru“.
Aby dioda byla zapojená v propustném směru musí být její anoda připojena na vyšší napětí než katoda.
Dioda má jednu důležitou vlastnost. V propustném směru propouští elektrický proud až po překročení takzvaného „prahového napětí“. Toto napětí se u běžné diody pohybuje mezi 0,5 - 0,7 V. Tuto propustnost si nyní nasimulujeme.
Simulace využití diody v LTspice
Na obrázku číslo 4 vidíme obvod, který dnes použijeme. Diodu přidáme stejně jako zdroj napětí (ikonka „Component“, hledáme „diode“). Rezistoru nastavíme hodnotu 1 kΩ. Potřebujeme nasimulovat různá napětí zdroje, to lze realizovat několika způsoby.
První z nich by byl postupně nastavovat zdroji napětí různé hodnoty napětí. V takovém případě bychom museli simulaci pouštět pokaždé znovu (takto jsme simulovali obvody v předchozích dílech). Dnes se naučíme, jak zdroji napětí nastavit proměnné napětí.
Klikneme pravým tlačítkem myši na zdroj napětí a objeví se dialog jako na obrázku číslo 5. Klikneme na tlačítko „Advanced“, to otevře dialog jako na obrázku číslo 6. V tomto dialogu v levé části zvolíme možnost „TWL (t1 v1 t2 v2...)“ a dialog vyplníme podle obrázku číslo 7. Tím jsme nastavili následující: v čase 0 s bude napětí zdroje 0 V, poté se začne zvyšovat, až do času 2 s, kdy dosáhne 5 V. Strmost růstu napětí si simulační program spočítá sám.
Poté spustíme simulaci a změříme napětí mezi body před diodou a zemí. Vidíme, že graf již není rovná čára, ale v časovém úseku mezi 0 s a 2 s dojde k nárustu napětí z 0 V na 5 V (přesně jak jsme nastavili). Nyní změříme napětí mezi bodem za diodou a zemí. Hned vidíme, že napětí dosáhne pouze hodnoty 4,3 V. Na diodě dochází k „úbytku napětí“.
Nyní diodu otočíme. To provedeme následovně: diodu označíme (ikona ručičky) a stiskneme Ctrl+E. Spustíme simulaci. Označíme stejná místa pro měření napětí a hned vidíme, že za diodou žádné napětí není, protože dioda je otočena v závěrném směru.
Závěr
Dnes jsme si řekli, že existují i materiály, které vedou elektrický proud pouze za určitých podmínek (polovodiče). Dále jsme si představili první polovodičovou součástku jménem dioda a simulovali jsme její vlastnosti. V příštím díle začneme povídání o tranzistorech.
