Dioda

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacji, wyszukiwania

Dioda – dwuzaciskowy (dwuelektrodowy) element elektroniczny, który przewodzi prąd elektryczny w sposób niesymetryczny, to jest bardziej w jednym kierunku niż w przeciwnym.

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 blokowanie jego przepływu w drugim. 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) czy LED (emitujące światło).

Historia[edytuj | edytuj kod]

Detektor kryształkowy

Podział diod[edytuj | edytuj kod]

Duodioda próżniowa AZ12.

Lampy elektronowe[edytuj | edytuj kod]

Próżniowe[edytuj | edytuj kod]

Information icon.svg Osobny artykuł: Dioda próżniowa.
Dioda próżniowa żarzona pośrednio Dioda próżniowa żarzona bezpośrednio Duodioda
Dioda symbol.svg Dioda bezposr zarzona.svg Duodioda-symbol.png

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.

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

Gazowane[edytuj | edytuj kod]

Information icon.svg 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. Obecnie wyszły z użycia.

Półprzewodnikowe[edytuj | edytuj kod]

Information icon.svg Osobny artykuł: dioda półprzewodnikowa.

Podział ze względu na materiał[edytuj | edytuj kod]

Różne diody półprzewodnikowe; na samym dole mostek prostowniczy.
Ogólny symbol diody
Diode-EN A-K.svg

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 węglika krzemu[10].
  • Bardzo duża rozmaitość materiałów półprzewodnikowych występuje w diodach będących przyrządami elektronowo-optycznymi (elektroluminescencyjnych, laserowych i fotodiodach), na przykład arsenek galu, azotek galu , antymonek indu.

Podział ze względu na budowę[edytuj | edytuj kod]

Ze względu na budowę diody półprzewodnikowe możemy podzielić na:

Diody złączowe (dawniej warstwowe)[edytuj | edytuj kod]

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[edytuj | edytuj kod]
Symbol diody Schottky'ego
Diode-Schottky-EN A-K.svg
Information icon.svg 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[edytuj | edytuj kod]
Information icon.svg 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[edytuj | edytuj kod]
Information icon.svg 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[edytuj | edytuj kod]

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 v_{d} jest małe w stosunku do wartości bezwzględnej napięcia przebicia v_{br}.
Diody uniwersalne[edytuj | edytuj kod]
Information icon.svg 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[edytuj | edytuj kod]
Information icon.svg 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[edytuj | edytuj kod]
Information icon.svg 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[edytuj | edytuj kod]
Symbol diody pojemnościowej
Varicap-EN A-K.svg
Information icon.svg 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[edytuj | edytuj kod]
Symbol LED
LED-EN A-K.svg

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


Diody laserowe[edytuj | edytuj kod]
Information icon.svg Osobny artykuł: laser półprzewodnikowy.

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


Diody mikrofalowe[edytuj | edytuj kod]
Symbol diody tunelowej
Diode-tunnel-EN A-K.svg
Information icon.svg 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[edytuj | edytuj kod]
Symbol diody Zenera
Diode-Zener-EN A-K.svg
Information icon.svg 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.

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, str. 357-366.
  5. R. Buderi, Radar..., str. 332-333.
  6. R. Buderi, Radar..., str. 334-339.
  7. Z.Mendrygał, "1000 słów...", str. 80.
  8. Z.Mendrygał, "1000 słów...", str. 165.
  9. Z.Mendrygał, "1000 słów...", str. 120.
  10. CREE Power products. [dostęp 2010-12-18].
  11. B. Wilamowski, Specjalne..., str. 50.
  12. B. Wilamowski, Specjalne..., str. 16-17.

Bibliografia[edytuj | edytuj kod]

  1. Bogdan Maciej Wilamowski: Specjalne przyrządy półprzewodnikowe. Warszawa: Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, 1982. ISBN 83-206-0283-1.
  2. Zenon Mendygrał: 1000 słów o radiu i elektronice. Warszawa: Wydawnictwo Ministerstwa Obrony Narodowej, 1985. ISBN 83-11-07123-3.
  3. John Orton: The Story of Semiconductors. Oxford: Oxford University Press, 2004. ISBN 0-19-853083-8.
  4. Robert Buderi: Radar – wynalazek, który zmienił świat. Warszawa: Prószyński i S-ka, 2006. ISBN 83-7469-188-3.

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]