Diodă

Istoric

Primele tipuri de diode au fost numite valve Fleming. Acestea erau tuburi cu vid. Acestea se aflau în interiorul unui tub de sticlă (la fel ca un bec). În interiorul becului de sticlă se aflau un fir metalic mic și o placă metalică mare. Firul metalic mic se încălzea și emitea electricitate, care era captată de placă. Placa metalică mare nu era încălzită, astfel încât electricitatea putea merge într-o direcție prin tub, dar nu și în cealaltă direcție. Supapele Fleming nu mai sunt folosite prea mult, deoarece au fost înlocuite de diode semiconductoare, care sunt mai mici decât supapele Fleming. Thomas Edison a descoperit, de asemenea, această proprietate atunci când lucra la becurile sale.

Construcție

Diodele semiconductoare sunt alcătuite din două tipuri de semiconductori conectați unul la celălalt. Un tip are atomi cu electroni în plus (numit partea n). Celălalt tip are atomi care doresc electroni (numită partea p). Din acest motiv, electricitatea va trece ușor de pe partea cu prea mulți electroni pe partea cu prea puțini. Cu toate acestea, electricitatea nu va curge cu ușurință în sens invers. Aceste tipuri diferite sunt realizate prin dopaj (semiconductor). Siliciul cu arsenic dizolvat în el este un bun semiconductor pe latura n, în timp ce siliciul cu aluminiu dizolvat în el este un bun semiconductor pe latura p. Pot funcționa și alte substanțe chimice.

Conectorul de pe partea n se numește catod, iar conectorul de pe partea p se numește anod.

Structura unei diode tubulare

Funcția unei diode

Tensiune pozitivă la partea p

Dacă dați o tensiune pozitivă pe partea p și o tensiune negativă pe partea n, electronii din partea n vor dori să meargă la tensiunea pozitivă de pe partea p, iar găurile din partea p vor dori să meargă la tensiunea negativă de pe partea n. Din această cauză, fluxul de curent poate exista, dar este nevoie de o anumită cantitate de tensiune pentru ca acest lucru să înceapă (o cantitate foarte mică de tensiune nu este suficientă pentru a face să circule curentul electric). Aceasta se numește tensiune de intrare. Tensiunea de tăiere a unei diode de siliciu este la aproximativ 0,7 V. O diodă de germaniu are nevoie de o tensiune de tăiere la aproximativ 0,3 V.

Tensiune negativă la partea p

Dacă, în schimb, dați o tensiune negativă pe latura p și o tensiune pozitivă pe latura n, electronii din latura n vor să se îndrepte spre sursa de tensiune pozitivă în loc de cealaltă parte a diodei. Același lucru se întâmplă și pe latura p. Astfel, curentul nu va trece între cele două părți ale diodei. Creșterea tensiunii va forța în cele din urmă curentul electric să circule (aceasta este tensiunea de rupere). Multe diode vor fi distruse de un flux invers, dar sunt fabricate unele care pot supraviețui.

Influența temperaturii

Atunci când temperatura crește, tensiunea de intrare scade. Acest lucru facilitează trecerea electricității prin diodă.

Tipuri de diode

Există mai multe tipuri de diode. Unele au utilizări foarte specifice, iar altele au o varietate de utilizări.

Simboluri

Iată câteva simboluri comune ale diodelor semiconductoare utilizate în diagramele schematice:

Dioda	Diodă Zener	Diodă Schottky	Diodă tunel
Diodă emițătoare de lumină	Fotodiodă	Varicap	Redresor controlat de siliciu

Diodă redresoare standard

Aceasta schimbă A/C (curent alternativ, ca în cazul unei prize de perete într-o casă) în D/C (curent continuu, utilizat în electronică). Dioda redresoare standard are cerințe specifice. Aceasta trebuie să suporte un curent ridicat, să nu fie afectată prea mult de temperatură, să aibă o tensiune mică de intrare și să suporte schimbări rapide în direcția fluxului de curent. Electronica modernă analogică și digitală utilizează astfel de redresoare.

Diodă emițătoare de lumină

Un LED produce lumină atunci când este străbătut de curent electric. Este un mod mai durabil și mai eficient de a crea lumină decât becurile cu incandescență. În funcție de modul în care a fost fabricat, LED-ul poate produce culori diferite. LED-urile au fost folosite pentru prima dată în anii 1970. Dioda emițătoare de lumină ar putea înlocui în cele din urmă becul electric, pe măsură ce tehnologia în curs de dezvoltare o face mai luminoasă și mai ieftină (este deja mai eficientă și durează mai mult). În anii 1970, LED-urile au fost folosite pentru a afișa numere în aparatele electrocasnice, cum ar fi calculatoarele, și ca modalitate de a indica faptul că aparatele mai mari erau alimentate.

Fotodiodă

O fotodiodă este un fotodetector (opusul unei diode emițătoare de lumină). Aceasta răspunde la lumina care intră. Fotodiodele au o fereastră sau o conexiune de fibră optică, care lasă lumina să pătrundă în partea sensibilă a diodei. Diodele au, de obicei, o rezistență puternică; lumina reduce rezistența.

Diodă Zener

O diodă Zener este ca o diodă normală, dar în loc să fie distrusă de o tensiune inversă mare, aceasta lasă să treacă electricitatea. Tensiunea necesară pentru acest lucru se numește tensiune de rupere sau tensiune Zener. Deoarece este construită cu o tensiune de rupere cunoscută, poate fi utilizată pentru a furniza o tensiune cunoscută.

Diodă Varactor

Dioda varicap sau varactor este utilizată în multe aparate. Aceasta utilizează regiunea dintre partea p și partea n a diodei, unde electronii și găurile se echilibrează reciproc. Aceasta se numește zona de epuizare. Prin modificarea valorii tensiunii inverse, se modifică dimensiunea zonei de epuizare. În această zonă există o anumită capacitate care se modifică în funcție de dimensiunea zonei de epuizare. Aceasta se numește capacitate variabilă sau, pe scurt, varicap. Este utilizată în PLL (bucle cu blocare de fază), care sunt folosite pentru a controla frecvența de mare viteză la care funcționează un cip.

Modul de recuperare în trepte

Simbolul este simbolul unei diode cu un fel de piedică. Se utilizează în circuitele cu frecvențe înalte de până la GHz. Se oprește foarte repede atunci când tensiunea directă se oprește. Pentru a face acest lucru folosește curentul care circulă după ce polaritatea a fost inversată.

Diodă PIN

Construcția acestei diode are un strat intrinsec (normal) între latura n și latura p. La frecvențe mai mici, se comportă ca o diodă standard. Dar la viteze mari nu poate ține pasul cu schimbările rapide și începe să se comporte ca o rezistență. Stratul intrinsec îi permite, de asemenea, să gestioneze intrări de putere mare și poate fi utilizată ca fotodiodă.

Diodă Schottky

Simbolul este simbolul diodei, cu un "S" în vârf. În loc ca ambele părți să fie semiconductoare (cum ar fi siliciul), o parte este metal, cum ar fi aluminiul sau nichelul. Acest lucru reduce tensiunea de tăiere la aproximativ 0,3 volți. Aceasta reprezintă aproximativ jumătate din tensiunea de prag a unei diode obișnuite. Funcția acestei diode este că nu sunt injectați purtători minoritari - pe latura n există doar găuri, nu și electroni, iar pe latura p există doar electroni, nu și găuri. Pentru că este mai curată, aceasta poate reacționa mai repede, fără capacitate de difuzie care să o încetinească. De asemenea, creează mai puțină căldură și este mai eficient. Dar are unele scurgeri de curent cu tensiune inversă.

Atunci când o diodă trece de la un curent în mișcare la un curent care nu se mișcă, acest lucru este cunoscut sub numele de comutație. Aceasta durează zeci de nanosecunde într-o diodă tipică; acest lucru creează un anumit zgomot radio, care degradează temporar semnalele radio. Dioda Schottky comută într-o fracțiune mică din acest timp, mai puțin de o nanosecundă.

Diodă tunel

În simbolul diodei tunel există un fel de paranteză pătrată suplimentară la sfârșitul simbolului obișnuit.

O diodă tunel este formată dintr-o joncțiune pn puternic dopată. Din cauza acestui nivel ridicat de dopaj, există doar un spațiu foarte îngust prin care electronii pot trece. Acest efect de tunel apare în ambele direcții. După ce a trecut o anumită cantitate de electroni, curentul prin întrefier scade, până când începe curentul normal prin diodă la tensiunea de prag. Acest lucru determină o zonă cu o rezistență negativă. Aceste diode sunt utilizate pentru a face față unor frecvențe foarte înalte (100 GHz). De asemenea, este rezistentă la radiații, așa că sunt utilizate în navele spațiale. De asemenea, sunt utilizate în microunde și în frigidere.

Diodă de întoarcere

Simbolul are la capătul diodei un semn care seamănă cu un I mare. Este realizată similar cu dioda tunel, dar stratul n și p nu sunt dopate la fel de mult. Ea permite curentului să circule în sens invers cu tensiuni negative mici. Poate fi utilizată pentru a rectifica tensiuni mici (mai puțin de 0,7 volți).

Rectificator controlat cu siliciu (SCR)

În loc de două straturi, ca o diodă normală, aceasta are patru straturi, fiind practic două diode puse împreună, cu o poartă în mijloc. Atunci când tensiunea trece între poartă și catod, tranzistorul inferior se va activa. Acest lucru lasă curentul să treacă, care activează tranzistorul superior, iar apoi curentul nu va trebui să fie pornit de o tensiune de poartă.