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

Podział diod

Duodioda próżniowa AZ12

Lampy elektronowe

Próżniowe

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

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

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

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

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

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 jest małe w stosunku do wartości bezwzględnej napięcia przebicia
Diody uniwersalne

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

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

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

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


Diody elektroluminescencyjne
Symbol LED

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


Diody laserowe

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


Diody mikrofalowe
Symbol diody tunelowej

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

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

Przypisy

  1. ↑ Wykład Noblowski F. Brauna.
  2. ↑ J.A. Fleming, US patent 803684, Instrument for converting alternating electric currents into continuous currents.
  3. ↑ Victor Gabel, The crystal as a generator and amplifier, Wireless World and Radio Review, Oct. 1, 1924.
  4. ↑ Lars Grondahl, and Paul H. Geiger, A new electronic rectifier, Trans. AIEE, vol. 46, 1927, s. 357–366.
  5. ↑ R. Buderi, Radar..., s. 332–333.
  6. ↑ R. Buderi, Radar..., s. 334–339.
  7. ↑ Z.Mendrygał, „1000 słów...”, s. 80.
  8. ↑ Z.Mendrygał, „1000 słów...”, s. 165.
  9. ↑ Z.Mendrygał, „1000 słów...”, s. 120.
  10. ↑ CREE Power products. [dostęp 2010-12-18]. [zarchiwizowane z tego adresu (2010-12-24)].
  11. ↑ B. Wilamowski, Specjalne..., s. 50.
  12. ↑ B. Wilamowski, Specjalne..., s. 16–17.

Bibliografia

  • Bogdan Maciej Wilamowski: Specjalne przyrządy półprzewodnikowe. Warszawa: Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, 1982. ISBN 83-206-0283-1.
  • Zenon Mendygrał: 1000 słów o radiu i elektronice. Warszawa: Wydawnictwo Ministerstwa Obrony Narodowej, 1985. ISBN 83-11-07123-3.
  • John Orton: The Story of Semiconductors. Oxford: Oxford University Press, 2004. ISBN 0-19-853083-8.
  • Robert Buderi: Radar – wynalazek, który zmienił świat. Warszawa: Prószyński i S-ka, 2006. ISBN 83-7469-188-3.
This article is issued from Wikipedia. The text is available under Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0 unless otherwise noted. Additional terms may apply for the media files.