PrihlásiťKto si?

Fyzika · 3. ročník SŠ › Elektrický prúd v kovoch a polovodičoch › lekcia 5 z 5

Polovodiče, dióda a LED

Prečo LED svieti len jedným smerom a prečo nesmie ísť priamo na batériu?

⏱️ 13 min🧠 kvíz 8 otázok✅ skontrolované 16.10.2026
🎯 Čo zvládneš (4)

V mobile sú miliardy tranzistorov, v nabíjačke diódy, v obrazovke aj v baterke svietia LED. Všetko je z polovodičov — látok, ktoré vedú prúd lepšie ako izolant, ale horšie ako kov, a dajú sa „naprogramovať“ prímesami. Dnes pochopíš diódu a vypočítaš rezistor, aby ti LED neodišla po sekunde.

Polovodič: elektróny a diery

Najpoužívanejší polovodič je kremík (Si). Každý jeho atóm má 4 valenčné elektróny a viaže sa so štyrmi susedmi. Pri veľmi nízkej teplote sú všetky elektróny vo väzbách a kremík nevedie. Teplom sa niektoré elektróny uvoľnia — stanú sa voľnými a po sebe nechajú prázdne miesto, dieru. Diera sa správa ako kladný náboj: zaplní ju elektrón zo susednej väzby a diera sa tým presunie. To je vlastná vodivosť.

Čím vyššia teplota, tým viac voľných elektrónov a dier — preto odpor polovodiča s teplotou klesá (u kovov rastie). Využíva to termistor (NTC) — snímač teploty v nabíjačke, v batérii mobilu či v elektronickom teplomere. Podobne svetlom klesá odpor fotorezistora (súmrakový spínač pouličnej lampy).

Prímesi: typ N a typ P

Do čistého kremíka sa pridá nepatrné množstvo inej látky (prímes):

typprímesčo pribudneväčšinové nosiče náboja
N (negatívny)5-mocný prvok — fosfor, arzénvoľný elektrón navyšeelektróny
P (pozitívny)3-mocný prvok — bór, gálium, indiumchýbajúci elektrón = dieradiery

To je prímesová vodivosť. Pozor: polovodič typu N ani P nie je nabitý — prímesové atómy sú neutrálne, len dodajú pohyblivé nosiče.

„P = kladne nabitý“ je chyba. P aj N sú ako celok elektricky neutrálne. Písmeno hovorí len o tom, aké nosiče náboja prevládajú: v P sú to diery (správajú sa ako kladné), v N elektróny.

PN prechod a dióda

Keď sa stretne vrstva P s vrstvou N, elektróny z N zaplnia diery v P pri rozhraní. Vznikne tenká hradlová (ochudobnená) vrstva takmer bez voľných nosičov — kladie veľký odpor. Súčiastka s jedným PN prechodom je dióda.

Dióda je teda elektrický ventil. V každej nabíjačke sú diódy v usmerňovači, ktorý zo striedavého prúdu robí jednosmerný.

+ − 5 V R = 150 Ω · 3 V anóda (P) katóda (N) LED · 2 V I = 20 mA

LED v priamom smere s predradným rezistorom. Trojuholník značky ukazuje dohodnutý smer prúdu, čiara je katóda.

LED a predradný rezistor

LED (dióda vyžarujúca svetlo) svieti v priamom smere. Jej prahové napätie závisí od farby: červená asi 2 V, modrá a biela asi 3 V. Nad prahom prúd prudko rastie — LED pripojená priamo na batériu by dostala príliš veľký prúd a zničila by sa. Prúd preto obmedzuje predradný rezistor za sebou s LED. Podľa 2. Kirchhoffovho zákona:

R=U−ULEDIR = \frac{U - U_\text{LED}}{I}

Červenú LED (2 V, 20 mA) chceš napájať z USB 5 V. Aký predradný rezistor?

  1. Na rezistore musí byť UR=5−2=3 VU_R = 5 - 2 = 3\,\mathrm{V}
  2. R=3 V0,02 A=150 ΩR = \dfrac{3\,\mathrm{V}}{0{,}02\,\mathrm{A}} = 150\,\Omega
  3. Výkon na rezistore: P=RI2=150⋅0,022=0,06 WP = RI^2 = 150\cdot0{,}02^2 = 0{,}06\,\mathrm{W} — stačí bežný malý rezistor. R=150 ΩR = 150\,\Omega

Ak vypočítaná hodnota nie je v predaji, vyber najbližšiu vyššiu — prúd bude o trochu menší. Biela LED (3 V) v aute na 12 V: 90,02=450 Ω\dfrac{9}{0{,}02} = 450\,\Omega, vyberieš 470 Ω a prúd bude asi 19 mA.

Ako poznáš nožičky LED? Dlhšia nožička je anóda (+), kratšia katóda (−); na okraji puzdra pri katóde býva aj zrezaná plôška. A keď LED nesvieti, prvé, čo skúsiš: otočiť ju.

🧪 Pokus: LED ako ventil (doma alebo v laboratóriu)

Pomôcky: plochá batéria 4,5 V, červená LED, rezistor 220 Ω, vodiče s krokosvorkami (alebo nepájivé kontaktné pole).

  1. Zapoj za sebou batériu, rezistor a LED — dlhšou nožičkou ku kladnému pólu. Svieti?
  2. Otoč LED. Svieti teraz?
  3. Vypočítaj prúd: I=4,5−2220I = \dfrac{4{,}5 - 2}{220}.

Bezpečnosť: LED nikdy nepripájaj na batériu bez rezistora a používaj len batériu 4,5 V.

Čo uvidíš

V priamom smere LED svieti, prúd je asi 11 mA — bezpečne pod 20 mA. Po otočení nesvieti, lebo je v závernom smere a prúd netečie. Takto sa dá rýchlo zistiť aj polarita malej batérie s nečitateľným označením (len batérie do 4,5 V, nikdy nie zásuvka či neznámy adaptér).

Roztrieď, čo patrí k polovodiču typu N a čo k typu P:

Chyť správny výsledok — predradný rezistor, LED a dióda:

Zapamätaj si

🧠 Kvíz — over si, či to sedí

8 otázok, po každej hneď vysvetlenie. Otázky sa premiešajú; tie, ktoré pokazíš, sa ti budú vracať v Opakovaní.