Pro "běžného uživatele" Arduina je otázka výběru "analogových součástek kolem" spíše obtěžující. Proto jsem už kdysi "ve vidlácích" prohlásil : najděte si pár oblíbených součástek jejichž parametry budete znát a ty používejte stále dokola. Jistý tajný projekt mě dovedl k precizním usměrňovačům : tedy ke kombinaci diod a operačních zesilovačů a "kombinace diod a operačních zesilovačů" mě zase přivedla k otázce, jestli by nestálo za to probrat myšlenkové pochody běžného elektro-vidláka při volbě diody do elektrického obvodu.
Z pohledu Arduina se zdá být nejlepší "sázka na jistotu" - potřebuju do obvodu, který bere 20mA max při 5V dát diodu ? Volba je jasná - použiju "diodu jako bejk" nejlépe nějakou lacinou od firmy "JingJang" z čínského e-shopu A výsledek je, že beru 15A10G která má závěrné napětí 1000V a propustný proud 15A. Je to tak správně ?
V principu je lepší nějaká dioda, než žádná, ale je třeba počítat s následujícími problémy : Pouzdro takové didody je taky "jako bejk", takže zabere místa jako půlka "Arduina nano". Úbytek napětí v propustném směru obrovský počítejte 0,8 - 1V. Parazitní proud v závěrném směru taky obrovský. A rychlost spínání níc moc, takže síťový usměrňovač při 50 Hz je maximum, ale nikam do žádných "precizních" zapojení ji nestrkejte ani omylem - jasné ?
Tudíž je dobré mít "ve svém" repertoáru více než jednu diodu a osobně nejčastěji používám tuto trojici.
1N4148 - signálová "hrotová" dioda - má nepatrnou kapacitu PN přechodu proto zvládá vysoké frekvence, má relativně vysoký úbytek napětí v propustném směru ( kvůli konstrukci a malé ploše PN přechodu ) ovšem má nepatrný parazitní proud v závěrném směru ( kvůli malé ploše PN přechodu ). Nominální parametry : Závěrné napětí 100V, propustný proud 150mA. Použítí : veškerá "precizní zapojení" - logaritnické zesilovače, limitery signálu, precizní usměrňovače, diodové přepínače do stovek KHz, ochrany proti přepólování malých mikrokontrolérů atd. -
1N4007 - typická usměrňovací dioda. Nominální parametry : Závěrné napětí 1000V propustný proud 1A. Relativně malé pouzdro, relativně vysoký úbytek v propustném směru. Daleko větší kapacita v propustném směru tudíž dalěko pomalejší spínání. Použítí : usměrňování zásuvkových napětí 220 - 380 V, ochrany proti přepólování, diodové přepínače napájení, ochranné diody v napájecích zdrojích a nabíječkách atd. Dvě zvláštní použití, kvůli kterým je dobré ji mít v zásobě : Přepínač vysokofrekvenčních signálů, které nezkresluje kvůli svým PIN vlastnostem. Nouzový varikap alias ladící dioda do LC oscilátorů.
BAT48 - je svými parametry velice podobná 1N4148 až na to že to je tzv schottky dioda. To jest PN přechod je konstruován pro co nejmenší úbytek v propustném směru, cenou za to je nízké napětí v závěrném směru ( jen 40V ) a velký parazitní proud v závěrném směru. Použítní : některá "precizní zapojení" zejména některé "preczní usměrňovače", odchrany proti přepólování, ochranné diody pro menší motorky, usměrňovací diody v menších spínaných zdrojích atd. Je vhodná i pro některá "vysokofrekvenční" použití ( detektor v AM rádiu ) - zejména tam, kde nevadí, že má větší kapacitu PN přechodu než 1N4148 ( tedy nedávat BAT48 třeba do zpětných vazeb operačních zesilovačů, kde vytvoří se zpětnovazebními odpory nechtěnou dolní propust ) .
Je mi jasné, že Arduínoví robotici mají po předchozím odstavci v hlavě zmatek takže se pokusím předvést nějaký "myšlenkový pochod" : Příklad 1: stavím demodulátor pro KV rádio. Jaká vlastnost diody je rozhodující ? Schopnost usměrnit MHz signály - použiju 1N4148 ( pokud ne nějaké ještě více specializované diody ). 1N4007 je pro tento účel opravdu k ničemu a BAT48 se za jistých okolností použít dá. Příklad 2 stavím měnič pro LED baterku kde "napětí na palubě" je 2,4V NiMh akupack. Jaká vlastnost diody je rozhodující ? Nízký úbytek v propustném směru, protože při 2,4V je 0,7V úbytku na diodě drtivá ztráta. Jakou diodu použiju ? ..................... Příklad 3 : Stavím distribuci napájení z centrálního akumulátoru do modulů robota a potřebuju "protiresetovací diody". Jaká vlastnost je rozhodující ? Totální blbuvzdornost ! Jaké diody použiju ? 1N4007 ( pokud ne 15A10G pro motorový modul ;-) )
Jasné ?
Zbývá probrat ještě jemné detaily : Třeba 1N4007 má "sesterské diody" 1N4001, 02 03, 04, 05, 06 stejně tak BAT 48 vlastně existuje BAT 41 - 48. Nechci detailně probírat technické parametry, proto napíšu jen pár obecných závislostí.
- Čím větší závěrné napětí tím větší je úbytek na diodě v propustném směru. Proto existuje 1N4001 - 7 a proto nepoužíváme "diody jako bejk" 1000V na 5V rozvod.
- Čím větší závěrné napětí tím menší je parazitní proud v závěrném směru.
- Čím větší je dovolený proud v propustném směru tím větší je skutečný parazitní proud v závěrném směru.
- Čím větší proud v propustném směru tím větší kapacita PN přechodu a tím horší usměrnění vysokých frekvencí ( rychlé spínání u jiskřících motorů ).
- Čím je větší dovolený proud v propustném směru tím menší úbytek napětí v propustném směru.
Jenom poznámka ke všem bodům - je jistý rozdíl mezi katalogovými parametry diody a jejími vlastnostmi ve skutečném elektrickém obvodu. Třeba bod 5 : pokud máme dvě jinak stejné diody, jednu na 2A a druhou na 10 A pak ta 10A bude mít při stejném proudu menší úbytek napětí než ta 2A. Zcela jiná situace je, pokud "malou" diodou necháte protékat 100mA a "velkou" diodou 5A - pak je reálný napěťiový úbytek na menší diodě menší ( navzodry katalogovým údajům ), kvůli rozdílné hustotě proudu v reálném obvodu. Jasné ?
Zbývá poslední otázka Arduínového robotika - tak kterou diodu tedy dát ( kamkoliv ) ale hlavně jako ochrané diody k motorům a cívkám. Jiří Rotta říkal, že : když vůbec nevíte odkud kam "univerzální dioda na všechno" je UF4007 - dioda, která je "blbuvzdorná" ( skoro ) jako 1N4007 a přitom rychlá ( skoro ) jako 1N4148.
Jasné ? Asi ne, ale lépe to popsat nedovedu.
Poznámka při druhém čtení - možná to lépe popsat dovedu. Vlastnosti diod rozhodujícím způsobem určují dva parametry :
- Plocha PN přechodu. Čím větší PN přechod tím více snese proudu v propustném směru a tím více pouští proudu v závěrném směru. "Hustota proudu" je u velikých PN přechodů malá proto i úbytek napěti v propustném směru je menší. Kapacita velkého PN přechodu je velká, proto od jisté frekvence funguje součástka jako kondenzátor ( pouští střídavý proud oběma směry ) čím větší PN přechod tím je ta "jistá frekvence" nižší.
- Konstrukce PN přechodu to jest jestli se v P-N oblasti stýkají "vysoce dopované" polovodiče - taková dioda má veliký úbytek napětí v propustném směru ale zato malý parazitní proud v závěrném směru - příklad 1N4007 nebo 1N4148. Nebo jestli se v oblasti PN přechodu stýkají polovodiče "málo dopované" to jest málo znečištěné trojmocnými a pětimocnými prvky - to jest "slabé P a slabé N" - příklad Schottky diody, PIN diody - vlastnosti takového PN přechodu : malý úbytek v propustném směru a velký proud v závěrném směru ( hlavě při teplotě nad 25 stupňů )
Samozřejmě, že existují kombinace různých velikostí a různých konstrukcí PN přechodu - příklad : malá dioda vysoce dopovaná - 1N4148. Velká dioda vysoce dopovaná 1N4007, Malá dioda nízce dopovaná BAT48, Velké diody nízce dopované - schottky diody z 3.3 a 5V větve PC zdroje atd....
Tak to asi opravdu líp popsat nedovedu....