Dioda – dwu zaciskowy (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).
Ze względu na funkcję:
- 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 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 (przełączające) charakteryzują się niewielkim czasem przełączania przy zmianie
polaryzacji pomiędzy kierunkiem przewodzenia i zaporowym.
Rożnorakie diody specjalne spełniają w obwodach zadania inne niż jednokierunkowe przewodzenie
prądu. Należą do nich:
- 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 rożnej
charakterystyce, w zakresie ultrafioletu, podczerwieni i widzialnym należą diody
elektroluminescencyjne (LED) i diody superluminescencyjne (SLD).
- Diody laserowe - Jedną z klas laserow połprzewodnikowych są lasery złączowe, zwane diodami
laserowymi.
- Diody mikrofalowe to diody przeznaczone do prostowania, generacji i wzmacniania przebiegow
elektrycznych w zakresie częstotliwości mikrofalowych. Należą do nich diody tunelowe (Esakiego),
diody Gunna, diody ładunkowe i inne.
- Diody Zenera (stabilistory) mają określone napięcie w kierunku zaporowym, przy ktorym 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.
Dioda i zjawisko Zenera
Dioda Zenera – dioda ta zachowuje się w kierunku przewodzenia jak zwykła dioda półprzewodnikowa, ale ma bardzo dokładnie określone napięcie przebicia w kierunku zaporowym. Diod tych używa się do pracy w kierunku zaporowym i wykorzystuje się tzw. napięcie Zenera Uz(napięcie, przy którym prąd wsteczny diody gwałtownie rośnie). Dlatego szeregowo z diodą Zenera należy łączyć opornik lub inny element ograniczający prąd. Dopuszczalne napięcie wsteczne diody jest ograniczone przez napięcie przebicia, zwane napięciem Zenera (UZ). Dla wysokich napięć zaporowych natężenie pola elektrycznego jest tak duże, że generowane w złączu nośniki są przyspieszane do energii, przy których zderzając się z siecią krystaliczną powodują generację wtórnych par elektrondziura, które są dalej powielane itd. W rezultacie w złączu powstaje lawina nośników i złącze przewodzi. Dla bardzo silnych pól w złączu dodatkowo zachodzi efekt uwalniania nośników z sieci krystalicznej w wyniku odkształcenia pola wiążącego jony. Po przekroczeniu napięcia przebicia prąd diody
gwałtownie zwiększa się. Dzielnik napięcia z diodą Zenera wykorzystuje się do stabilizacji napięć. Przebicie Zenera występuje w złączach silnie domieszkowanych, tzn. takich w których koncentracja domieszek (akceptorów i donorów) jest bardzo duża i zachodzi dla napięć wstecznych mnieszych od 5-6V.
Dioda LED
Dioda zaliczana do półprzewodnikowych przyrządów optoelektronicznych, emitujących promieniowanie w zakresie światła widzialnego, jak i podczerwieni. Działanie diody LED opiera się na zjawisku rekombinacji nośników ładunku (rekombinacja promienista). Zjawisko to zachodzi w półprzewodnikach wówczas, gdy elektrony przechodząc z wyższego poziomu energetycznego na niższy zachowują swój pseudo-pęd. Jest to tzw. przejście proste. Podczas tego przejścia energia elektronu zostaje zamieniona na kwant promieniowania elektromagnetycznego. Przejścia tego rodzaju dominują w półprzewodnikach z prostym układem pasmowym, w którym minimum pasma przewodnictwa i wierzchołkowi pasma walencyjnego odpowiada ta sama wartość pędu.
Dioda pojemnościowa
Dioda pojemnościowa – dioda półprzewodnikowa, w której wykorzystuje się zjawisko zmiany pojemności złącz P-N pod wpływem zmiany napięcia przyłożonego w kierunku zaporowym. Konstrukcja złącz stosowanych w diodach pojemnościowych jest specjalnie przystosowane do wykorzystania tej właściwości; półprzewodnik z jakiego wykonywane są diody to zazwyczaj krzem lub arsenek galu. Wyróżnia się dwa rodzaje diod pojemnościowych: - Warikapy (od variable capacitance, zmienna pojemność) są używane głównie w układach automatycznego strojenia, jako elementy obwodów rezonansowych. Pojemności rzędu 10 - 500pF. - Waraktory (od variable reactor, zmienna reaktancja (elektryczność)), pojemności rzędu 0,2 - 20pF. Używane głównie w zakresie wysokich częstotliwości, jak również mikrofalowym (5 - 200 GHz). Znajdują zastosowanie np. w powielaczach częstotliwości
Dioda tunelowa
Dioda tunelowa, rzadziej dioda Esakiego - dioda półprzewodnikowa, która dla pewnego zakresu napięć polaryzujących charakteryzuje się ujemną rezystancją dynamiczną. Charakterystyka prądowo-napięciowa diody tunelowej Taką charakterystykę uzyskuje się w złączach silnie domieszkowanych, wówczas możliwe jest 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 − 13s 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. Diody tunelowe wykonywane są z krzemu, arsenku galu, antymonku galu, oraz obecnie już niezbyt często z germanu.
Dioda wsteczna
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. Konstrukcyjnie diody wsteczne są podobne do diod tunelowych, z tym, że z powodu słabszego domieszkowania złącza znika charakterystyczny punkt szczytowy.
Fotodioda
Fotodioda jest zbudowana podobnie jak zwykła dioda krzemowa. Różnica jest w obudowie, gdyż znajduje się tam soczewka płaska lub wypukła, umożliwiająca oświetlenie jednego z obszarów złącza. Fotodiody wykonuje się z krzemu lub arsenku galu. Fotodiodę można traktować jako źródło prądu o wydajności zależnej od natężenia oświetlenia. Fotodiodę polaryzuje się zaporowo zewnętrznym źródłem napięcia. Pod wpływem oświetlenia przez fotodiodę płynie prąd wsteczny, który zwiększa się ze wzrostem oświetlenia. Przy braku oświetlenia przez fotodiodę płynie niewielki ciemny prąd wsteczny I0 wywołany generacją termiczną
nośników. Prąd ten narasta liniowo wraz ze wzrostem wartości napięcia wstecznego.