Dioda
Dioda – dwuzaciskowy (dwuelektrodowy) element elektroniczny, który przewodzi prąd elektryczny w sposób niesymetryczny, to jest w jednym kierunku bardziej 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 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) czy LED (emitujące światło).
Historia
- 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
Lampy elektronowe
Próżniowe
Dioda próżniowa żarzona pośrednio | Dioda próżniowa żarzona bezpośrednio | Duodioda |
---|---|---|
(c) Bastianow, CC BY-SA 4.0 | ![]() | ![]() |
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
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
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
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/a5/Diode-IV-Curve.svg/350px-Diode-IV-Curve.svg.png)
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
Diody pojemnościowe (warikapy, waraktory) pełniące rolę zmiennej pojemności sterowanej napięciem. Są wykorzystywane między innymi w przestrajanych elektronicznie obwodach rezonansowych.
Diody elektroluminescencyjne
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
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
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
- ↑ Wykład Noblowski F. Brauna.
- ↑ J.A. Fleming, US patent 803684, Instrument for converting alternating electric currents into continuous currents.
- ↑ Victor Gabel, The crystal as a generator and amplifier, Wireless World and Radio Review, Oct. 1, 1924.
- ↑ Lars Grondahl, and Paul H. Geiger, A new electronic rectifier, Trans. AIEE, vol. 46, 1927, s. 357–366.
- ↑ R. Buderi, Radar..., s. 332–333.
- ↑ R. Buderi, Radar..., s. 334–339.
- ↑ Z.Mendrygał, „1000 słów...”, s. 80.
- ↑ Z.Mendrygał, „1000 słów...”, s. 165.
- ↑ Z.Mendrygał, „1000 słów...”, s. 120.
- ↑ CREE Power products. [dostęp 2010-12-18]. [zarchiwizowane z tego adresu (2010-12-24)].
- ↑ B. Wilamowski, Specjalne..., s. 50.
- ↑ 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.
Media użyte na tej stronie
symbol of dual diode vacuum tube
Autor: H1voltage, Licencja: CC BY-SA 3.0
Diode I-V diagram. Includes three main areas of operation: breakdown, reverse-biased, and forward-biased. Vbr denotes the breakdown voltage, and Vd denotes the voltage that is typically considered "on" (conducting current). Note the reverse current scale is finer than the forward current scale: In almost all real devices, the forward current will not be less than the reverse current given the same voltage magnitude.
Autor: Ta ^specifik^ z W3C grafika wektorowa została stworzona za pomocą Inkscape ., Licencja: CC BY-SA 3.0
Symbol półprzewodnikowej diody elektroluminescencyjnej
Autor: Honina, Licencja: CC-BY-SA-3.0
Diodes only allow electric current to pass through one way.
Autor: Ta ^specifik^ z W3C grafika wektorowa została stworzona za pomocą Inkscape ., Licencja: CC BY-SA 3.0
Symbol diody tunelowej
Autor: JA.Davidson, Licencja: Copyrighted free use
A galena cat's-whisker detector, an early radio wave detector used in crystal radio receivers from about 1905 to the 1940s. The fine metal wire attached to the adjustable arm touches the face of a natural semiconducting crystal of galena (lead sulfide) in the capsule at right. The contact forms a PN junction making a crude semiconductor diode. In a crystal radio its function is to rectify the alternating current radio signal, extracting the audio (sound) signal from the radio frequency carrier wave. Only certain sites on the crystal surface function as rectifying junctions, so the device had to be adjusted before each use by dragging the wire across the crystal to find a "sweet spot".
Autor: Ta ^specifik^ z W3C grafika wektorowa została stworzona za pomocą Inkscape ., Licencja: CC BY-SA 3.0
Symbol diody Schottky'ego
Autor: vector version Bastianow, Licencja: CC BY-SA 2.5
Dioda bezposrednio żarzona - symbol
Autor: Ta ^specifik^ z W3C grafika wektorowa została stworzona za pomocą Inkscape ., Licencja: CC BY-SA 3.0
Symbol diody pojemnościowej
Autor: Ta ^specifik^ z W3C grafika wektorowa została stworzona za pomocą Inkscape ., Licencja: CC BY-SA 2.5
Symbol diody Zenera