Diody opis oraz podział.

Dioda – jest elementem elektronicznym wyposażonym w dwie elektrody – anodę i katodę. Cechą charakterystyczną jest wyłącznie jednokierunkowy przepływ prądu od anody do katody. W praktyce, w zależności od sposobu wykonania, występuje większa lub mniejsza różnica między rezystancją mierzoną przy przepływie prądu w kierunku od anody do katody (kierunek przewodzenia – mała rezystancja) a mierzoną przy przepływie prądu w kierunku od katody do anody (kierunek zaporowy – duża rezystancja).

Anoda – Rodzaj elektrody przez który ładunek ujemny opuszcza dany układ elektryczny lub do układu jest dostarczany ładunek dodatni. W zależności od charakteru układu (kierunku przepływającego przez nie prądu elektrycznego), anoda może być elektrodą dodatnią lub ujemną i występuje zawsze w parze z elektrodą jej przeciwną pod względem znaku, czyli katodą.

Katoda – elektroda z której do układu dostaje się ładunek ujemny, lub jest absorbowany ładunek dodatni. W zależności od charakteru układu lub urządzenia elektrycznego (kierunku przepływającego przez nie prąd elektrycznego), katoda może być elektrodą dodatnią lub ujemną. Katoda występuje zawsze w parze z elektrodą jej przeciwną pod względem znaku, czyli anodą.

Rodzaje diod

Dioda próżniowa – Najprostszy rodzaj lampy elektronowej. Posiada tylko dwie elektrody – anodę i katodę. Katoda jest źródłem elektronów, a anoda ich odbiorcą. Emisja z katody zachodzi pod wpływem wysokiej temperatury (emisja termoelektronowa)- katoda jest żarzona najczęściej za pomocą prądu elektrycznego. Cechą charakterystyczną diody jest jednokierunkowy przepływ prądu elektrycznego: w kierunku od anody do katody (elektrony poruszają się w kierunku odwrotnym), w sytuacji gdy anoda ma potencjał dodatni względem katody. W sytuacji przeciwnej lampa prądu nie przewodzi. Jednokierunkowe przewodzenie prądu zachodzi na skutek tego, że rozgrzana katoda emituje elektrony a zimna anoda nie emituje elektronów. Po wyemitowaniu przez katodę zostaną one przyciągnięte przez anodę, gdy ta ma potencjał dodatni; gdy anoda ma potencjał ujemny elektrony zostaną przez nią odepchnięte i wrócą do katody – przepływ prądu nie nastąpi.

Dioda półprzewodnikowa – to dwu końcówkowy element półprzewodnikowy. Zbudowana jest z dwóch warstw półprzewodnika, odmiennie domieszkowanych – typu n i typu p, tworzących razem złącze p-n, lub z połączenia półprzewodnika z odpowiednim metalem – dioda Schottky’ego. Końcówka dołączona do obszaru n nazywa się katodą, a do obszaru p – anodą. Element ten charakteryzuje się jednokierunkowym przepływem prądu – od anody do katody, w drugą stronę prąd nie płynie (zawór elektryczny).

Dioda Schottky’ego – dioda półprzewodnikowa, w której w miejsce złącz p-n zastosowano złącze metal-półprzewodnik. Charakteryzuje się małą pojemnością złącza, dzięki czemu typowy czas przełączania wynosi tylko około 100 ps. Diody te znajdują zastosowanie w układach działających przy dużej częstotliwości. Diody Schottky’ego mają również mniejszy spadek napięcia w kierunku przewodzenia (UF = 0,3 V) niż diody krzemowe (UF = 0,6-0,7 V). Zwykle maksymalne napięcie wsteczne jest niewielkie i nie przekracza 100 V.

Dioda uniwersalna – są to diody germanowe i krzemowe charakteryzujące się niewielkim zakresem napięć (do 100 V) i prądów (do 100 mA) oraz częstotliwością pracy ograniczoną do kilkudziesięciu megaherców. Przeznaczone są głownie do stosowania w układach detekcyjnych i prostowniczych małej mocy.
Diody germanowe mają niższe napięcie progowe (0,2÷0,3 V) niż diody krzemowe (0,6÷0,7 V). Dlatego w zakresie polaryzacji w kierunku przewodzenia charakterystyka diody germanowej jest bardziej zbliżona do charakterystyki diody idealnej. Natomiast przy polaryzacji w kierunku zaporowym dioda krzemowa ma mniejszy prąd nasycenia, przez co jest lepszym przybliżeniem diody idealnej
W grupie parametrów charakteryzujących diody uniwersalne wyróżnia się parametry statyczne i dynamiczne.

Parametry statyczne:
napięcie statyczne UF przy określonym IF
prąd wsteczny IR przy określonym UR

Parametry dynamiczne:
pojemność diody przy określonej częstotliwości i określonym napięciu wstecznym
sprawność detekcji

Dioda prostownicza – Dioda prostownicza to rodzaj diody przeznaczonej głównie do prostowania prądu przemiennego, której głównym zastosowaniem jest dostarczenie odpowiednio dużej mocy prądu stałego.
Głównymi parametrami diod prostowniczych jest maksymalne dopuszczalne napięcie wsteczne (napięcia pomiędzy anodą i katodą w stanie zatkania) i maksymalny prąd przewodzenia, parametry te określają możliwość użycia diody w konkretnym zastosowaniu. Innymi parametrami ważnymi w tego rodzaju zastosowaniach jest maksymalny prąd chwilowy (określający odporność na przeciążenia), maksymalna moc tracona na diodzie, czas odzyskiwania zdolności zaworowej (wyznacza maksymalną częstotliwość prądu prostowanego).

Dioda impulsowa – Dioda impulsowa – dioda, która charakteryzuje się bardzo dużą szybkością pracy – rzędu nanosekund lub mikrosekund przy wyższych napięciach. W zależności od zastosowania mogą to być diody prostownicze, diody detekcyjne, diody zabezpieczające itp.
Podstawowym parametrem tych diod jest szybkość włączania (czas od momentu spolaryzowania złącza p-n w kierunku przewodzenia do osiągniecia przez prąd maksymalnej wartości), czas wyłączania (czas od momentu spolaryzowania diody w kierunku zaporowym do momentu ustania przepływu prądu). Dodatkowymi parametrami są te cechy diod, które są istotne w konkretnym zastosowaniu (np. maksymalny prąd i napięcie znamionowe dla diod prostowniczych).

Dioda pojemnościowa – Dioda pojemnościowa – dioda półprzewodnikowa, w której wykorzystuje się zjawisko zmiany pojemności złącza p-n pod wpływem zmiany napięcia przyłożonego w kierunku zaporowym. Konstrukcja złączy stosowanych w diodach pojemnościowych jest specjalnie przystosowana do wykorzystania tej właściwości; półprzewodnik, z jakiego wykonywane są diody pojemnościowe, to zazwyczaj krzem lub arsenek galu.
Wyróżnia się dwa rodzaje diod pojemnościowych:
Warikapy (od variable capacitance, zmienna pojemność), o pojemności rzędu 10-500 pF, używane głównie w układach automatycznego strojenia jako elementy obwodów rezonansowych.
Waraktory (od variable reactor, zmienna reaktancja), o pojemności rzędu 0,2-20 pF, używane głównie w zakresie wysokich częstotliwości, jak również mikrofalowym (5-200 GHz); znajdują zastosowanie np. w powielaczach częstotliwości.

Dioda tunelowa – rzadziej dioda Esakiego – dioda półprzewodnikowa, która dla pewnego zakresu napięć polaryzujących charakteryzuje się ujemną rezystancją dynamiczną.
Taką charakterystykę uzyskuje się w złączach silnie domieszkowanych, bowiem jest w nich możliwe przejście tunelowe nośników z pasma walencyjnego do pasma przewodzenia zarówno z obszaru półprzewodnika typu p+ do n+, jak i z obszaru n+ do p+, także przy polaryzacji złącza w kierunku przewodzenia (porównaj ze zjawiskiem Zenera). Czas tunelowego przejścia nośników jest rzędu 10-13 s, dlatego diody tego typu wykorzystuje się do wytwarzania, wzmacniania i detekcji słabych drgań wysokich częstości (rzędu kilkuset gigaherców), w układach impulsowych (np. cyfrowych) oraz jako elementy aktywne generatorów.

Dioda elektroluminescencyjna– dioda świecąca, LED (ang. light-emitting diode) – dioda zaliczana do półprzewodnikowych przyrządów optoelektronicznych, emitujących promieniowanie w zakresie światła widzialnego i podczerwieni.

Dioda Zenera – (stabilistor) – odmiana diody półprzewodnikowej, której głównym parametrem jest napięcie przebicia złącza p-n. Po przekroczeniu napięcia przebicia ma miejsce nagły, gwałtowny wzrost prądu. W kierunku przewodzenia (anoda spolaryzowana dodatnio względem katody) zachowuje się jak normalna dioda, natomiast przy polaryzacji zaporowej (katoda spolaryzowana dodatnio względem anody) może przewodzić prąd po przekroczeniu określonego napięcia na złączu, zwanego napięciem przebicia. Przy niewielkich napięciach (do ok. 5 woltów) podstawową rolę odgrywa zjawisko Zenera, w zakresie od 5 do 8 woltów zjawisko Zenera i przebicie lawinowe, a powyżej 8 woltów – wyłącznie przebicie lawinowe. Napięcie przebicia jest praktycznie niezależne od płynącego prądu i zmienia się bardzo nieznacznie nawet przy dużych zmianach prądu przebicia (dioda posiada w tym stanie niewielką oporność dynamiczną).

Dioda Gunna – dioda półprzewodnikowa stosowana w układach elektronicznych o bardzo wysokich częstotliwościach pracy. Jej działanie opiera się zależności prędkości elektronów od natężenia pola elektrycznego (tzw. zjawisko Gunna) i wytworzeniu konduktancji ujemnej. Diody Gunna wykonane z arsenku galu mogą pracować do częstotliwości 200 GHz, natomiast z azotku galu działają nawet do 3 THz.

Dioda krzemowa– pracuje przy małych prądach mając napięcie progowe nie przekraczające 0,7 V, przy czym diody mocy posiadają napięcie progowe co najmniej 1V. Jeśli napięcie zaporowe przekroczy wartość katalogową wówczas dioda niszczy się. Dioda krzemowa znalazła obecnie szerokie zastosowanie.

Dioda germanowa – to dioda półprzewodnikowa wykonana z kryształu germanu. Odznacza się niskim spadkiem napięcia w kierunku przewodzenia (0,2 V) i małą odpornością na wysoką temperaturę.
Ze względu na prostotę produkcji powszechnie stosowana do lat 70. Całkowicie wyparta z układów mocy przez diody krzemowe. Germanowe diody ostrzowe są rozwinięciem detektora kryształkowego.

Dioda PIN – (od ang. p-type, intrinsic, n-type semiconductor) to półprzewodnik ze złączem warstw typu p-n z wbudowaną pomiędzy nimi warstwą wewnętrzną (niedomieszkowaną – najlepiej warstwa półprzewodnika samoistnego), stosowany jako rezystor w układach wysokiej częstotliwości.
Schemat zastępczy diody PIN
Diody te charakteryzuje wysoka rezystancja oraz niska pojemność dla polaryzacji w kierunku zaporowym, a w układzie pracy ze zmienną impedancją: niewielkie tłumienie diody załączonej i wysokie tłumienie, gdy dioda nie przewodzi. Zmiany te mogą być ogromne, a czas powrotu do napięcia zaporowego, zwany bezwładnością zależy od czasu życia nośników mniejszościowych. Poniżej określonej granicy diody te funkcjonują jak zwykłe złącze p-n.

Dioda ładunkowa – posiada trzy warstwy, w której zmiana rezystancji odbywa się gwałtownie przy niewielkiej zmianie ładunku między materiałami P i N. Pozwala to na uformowanie impulsów prądu posiadających bardzo strome zbocza co pozwala otrzymać wiele częstotliwości harmonicznych przebiegu podstawowego. Jest to dioda stosowana w powielaczach częstotliwości dla zakresu wielkich częstotliwości.

Dioda wsteczna – (odwrócona, zwrotna, jednotunelowa) – dioda półprzewodnikowa, której charakterystyka jest bardzo zbliżona do idealnego zaworu (jeśli pracuje w kierunku polaryzacji zaporowej). Z tego powodu jest stosowana do detekcji i mieszania sygnałów.

Laser półprzewodnikowy – (laser diodowy, dioda laserowa) – laser, którego obszarem czynnym jest półprzewodnik. Najczęściej laser półprzewodnikowy ma postać złącza p-n i obszar czynny jest pompowany przez przepływający przez złącze prąd elektryczny.

Materiały dzięki uprzejmości Profesora Jerzego Duszy.