Dioda

Dioda – dwuzaciskowe (dwuelektrodowe) urządzenie elektroniczne, które przewodzi prąd elektryczny w sposób niesymetryczny (generalnie – w jednym kierunku).

Historycznie pierwszymi diodami były detektory kryształkowe i diody próżniowe. Obecnie najczęściej spotykanym rodzajem są diody półprzewodnikowe, zbudowane z dwóch warstw odmiennie domieszkowanego półprzewodnika, tworzących razem złącze p-n.

Istotą działania większości diod jest przewodzenie prądu w jednym kierunku (zwanym kierunkiem przewodzenia) i znaczne blokowanie jego przepływu w drugim (tu występuje wada diod; mają tzw. prąd wsteczny, prąd upływu). Właściwość tę wykorzystuje się do prostowania napięcia przemiennego oraz demodulacji sygnałów w odbiornikach radiowych.

Poprzez odpowiedni dobór materiałów oraz parametrów wytwarzania złącza p-n można zmienić charakterystykę diody, dzięki czemu może się ona zachowywać w sposób bardziej skomplikowany niż prosty zawór elektryczny. Przykładem są diody Zenera (używane do stabilizowania napięcia), diody pojemnościowe (używane w obwodach strojenia), diody tunelowe (używane w generatorach mikrofalowych) i LED (emitujące światło).

Historia

Detektor kryształkowy

• W 1897 Ferdinand Braun odkrył zjawisko prostowania na złączu metal-półprzewodnik, za co między innymi otrzymał w 1909 roku Nagrodę Nobla z fizyki^[1].
• W 1904 John Ambrose Fleming skonstruował diodę próżniową^[2].
• W 1922 Oleg Władimirowicz Łosiew zbudował radio z półprzewodnikowym wzmacniaczem (krystadyna) zawierającym złącze metal-półprzewodnik^[3].
• W 1927 Lars Grondahl i Paul Geiger zbudowali prostownik kuprytowy^[4], wkrótce uruchomiono ich seryjną produkcję.
• W 1939 Russell Shoemaker Ohl zbudował złącze p-n^[5].
• W trakcie II wojny światowej rozpoczęto masową produkcję germanowych diod ostrzowych do celów radarowych^[6].

Podział diod

Duodioda próżniowa AZ12

Lampy elektronowe

Próżniowe

Osobny artykuł: Dioda próżniowa.

Dioda próżniowa żarzona pośrednio	Dioda próżniowa żarzona bezpośrednio	Duodioda

Lampowe diody próżniowe składają się z dwóch elektrod umieszczonych w szklanej lub rzadziej metalowej bańce o wysokiej próżni^[7]. Katoda jest żarzona za pomocą prądu elektrycznego, a pod wpływem wysokiej temperatury zachodzi emisja termoelektronowa. W ten sposób katoda staje się źródłem elektronów, a ich przepływ jest możliwy tylko w jedną stronę: od katody do anody. Były produkowane w dwóch zasadniczych rodzajach: diody detekcyjne (do niewielkich sygnałów) i prostownicze (do układów zasilających).

Próżniowe diody prostownicze (zwłaszcza na wyższe napięcia) były nazywane kenotronami^[8]. Lampę złożoną z dwóch diod w jednej bańce nazywa się duodiodą.

Diody próżniowe wyszły z użycia i zostały zastąpione przez diody półprzewodnikowe.

Gazowane

Osobny artykuł: Gazotron.

Gazotron również składa się z dwóch elektrod (żarzonej katody i anody), ale są one umieszczone w bańce wypełnionej gazem (zwykle gazem szlachetnym, parami rtęci lub ich mieszaniną)^[9]. Były stosowane w urządzeniach zasilających większej mocy (wyszły z użycia).

Półprzewodnikowe

Osobny artykuł: dioda półprzewodnikowa.

Podział ze względu na materiał

Różne diody półprzewodnikowe; na samym dole mostek prostowniczy (Graetza)

Ogólny symbol diody

Na różnych etapach rozwoju techniki półprzewodnikowej wprowadzano do użytku różne materiały.

• Wczesne diody półprzewodnikowe, używane jako detektor kryształkowy, były wytwarzane głównie z kryształów galeny, rzadziej z innych minerałów.
• W latach 50. i 60. XX w. dominowały diody germanowe.
• Obecnie większość diod to diody krzemowe
• W diodach na duże napięcia i moce używa się też węgliku krzemu^[10].
• Bardzo duża rozmaitość materiałów półprzewodnikowych występuje w diodach (elektroluminescencyjnych, laserowych i fotodiodach) będących przyrządami elektronowo-optycznymi, na przykład arsenek galu, azotek galu, antymonek indu.

Podział ze względu na budowę

Ze względu na budowę diody półprzewodnikowe możemy podzielić na:

Diody złączowe (dawniej warstwowe)

Są zrealizowane jako złącze p-n składające się z dwóch obszarów półprzewodnika o różnym typie przewodnictwa. To współcześnie najpopularniejszy rodzaj diody półprzewodnikowej.

Diody Schottky’ego

Symbol diody Schottky’ego

Osobny artykuł: dioda Schottky’ego.

Dioda Schottky’ego jest złączem metal-półprzewodnik. Formalnie do tej grupy zaliczyć można także detektory kryształkowe składające się z półprzewodnikowego kryształu i metalowego drucika. Złącze metal-półprzewodnik występuje także w pierwszych produkowanych wielkoseryjnie prostownikach: kuprytowym i selenowym. W prostowniku kuprytowym (produkowanym w latach 30. i 40. XX w. i wypartym przez prostowniki selenowe) było to złącze Cu-Cu₂O.

Diody ostrzowe

Osobny artykuł: dioda ostrzowa.

Diody ostrzowe to diody, w których jedną z elektrod stanowi metalowe ostrze będące w kontakcie z półprzewodnikiem. W zależności od technologii wytwarzania mogą mieć strukturę fizyczną złącza p-n albo złącza metal-półprzewodnik. Obecnie mają znaczenie jedynie historyczne.

Diody PIN

Osobny artykuł: dioda PIN.

Diody PIN (ang. p, intrinsic, n) posiadają pomiędzy warstwami złącza p i n warstwę niedomieszkowaną. Charakteryzują się małą pojemnością złącza i są używane w układach wielkiej częstotliwości^[11].

Ze względu na funkcję

Charakterystyka prądowo-napięciowa typowej diody uniwersalnej. Na wykresie zaznaczono obszary, w których dioda znajduje się w stanie przebicia (breakdown), jest spolaryzowana w kierunku zaporowym (reverse) oraz przewodzenia (forward). Na rysunku nie została zachowana skala – dla typowej diody napięcie przewodzenia ${\displaystyle v_{d}}$ jest małe w stosunku do wartości bezwzględnej napięcia przebicia ${\displaystyle v_{br}}$

Diody uniwersalne

Osobny artykuł: dioda uniwersalna.

Diody uniwersalne charakteryzują się umiarkowanymi maksymalnymi napięciami wstecznymi i dopuszczalnymi prądami, średnimi częstotliwościami pracy i czasami przełączania. Są stosowane w obwodach sygnałowych jako detektory, przełączniki itp.

Diody prostownicze

Osobny artykuł: dioda prostownicza.

Diody prostownicze służą do prostowania prądu przemiennego w układach zasilających. Charakteryzują się dużymi dopuszczalnymi napięciami wstecznymi i dopuszczalnymi prądami, natomiast zwykle mają niewielką maksymalną częstotliwość pracy.

Diody impulsowe

Osobny artykuł: dioda impulsowa.

Diody impulsowe (przełączające) charakteryzują się niewielkim czasem przełączania przy zmianie polaryzacji pomiędzy kierunkiem przewodzenia i zaporowym^[12].

Różnorakie diody specjalne spełniają w obwodach zadania inne niż jednokierunkowe przewodzenie prądu. Należą do nich:

Diody pojemnościowe

Symbol diody pojemnościowej

Osobny artykuł: dioda pojemnościowa.

Diody pojemnościowe (warikapy, waraktory) pełniące rolę zmiennej pojemności sterowanej napięciem. Są wykorzystywane między innymi w przestrajanych elektronicznie obwodach rezonansowych.

Diody elektroluminescencyjne

Symbol LED

Osobne artykuły: dioda elektroluminescencyjna i dioda superluminescencyjna.

Do diod emitujących promieniowanie elektromagnetyczne o różnej charakterystyce, w zakresie ultrafioletu, podczerwieni i widzialnym, należą diody elektroluminescencyjne (LED) i diody superluminescencyjne (SLD).

Diody laserowe

Osobny artykuł: laser półprzewodnikowy.

Jedną z klas laserów półprzewodnikowych są lasery złączowe, zwane diodami laserowymi.

Diody mikrofalowe

Symbol diody tunelowej

Osobny artykuł: dioda mikrofalowa.

Diody mikrofalowe to diody przeznaczone do prostowania, generacji i wzmacniania przebiegów elektrycznych w zakresie częstotliwości mikrofalowych. Należą do nich diody tunelowe (Esakiego), diody Gunna, diody ładunkowe i inne.

Diody Zenera

Symbol diody Zenera

Osobny artykuł: dioda Zenera.

Diody Zenera (stabilistory) mają określone napięcie w kierunku zaporowym, przy którym zaczyna gwałtownie wzrastać ich prąd wsteczny. Są wykorzystywane w układach stabilizacji napięcia. Podobne diody lawinowe stosuje się w układach zabezpieczających przed przepięciami, mają one dużą zdolność absorbowania energii.

Zobacz też

Informacje w projektach siostrzanych

Multimedia w Wikimedia Commons

Definicje słownikowe w Wikisłowniku

• pasmowa teoria przewodnictwa
• diak, transil, triak, tyrystor