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 edytuj
- 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 edytuj
Lampy elektronowe edytuj
Próżniowe edytuj
| Dioda próżniowa żarzona pośrednio | Dioda próżniowa żarzona bezpośrednio | Duodioda |
|---|---|---|
|
|
|
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 edytuj
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 edytuj
Podział ze względu na materiał edytuj
| Ogólny symbol diody |
|---|
|
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 edytuj
Ze względu na budowę diody półprzewodnikowe możemy podzielić na:
Diody złączowe (dawniej warstwowe) edytuj
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
| Symbol 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 edytuj
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
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
Diody uniwersalne edytuj
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
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
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
| Symbol diody pojemnościowej |
|---|
|
Diody pojemnościowe (warikapy, waraktory) pełniące rolę zmiennej pojemności sterowanej napięciem. Są wykorzystywane między innymi w przestrajanych elektronicznie obwodach rezonansowych.
Diody elektroluminescencyjne edytuj
| Symbol LED |
|---|
|
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
Jedną z klas laserów półprzewodnikowych są lasery złączowe, zwane diodami laserowymi.
Diody mikrofalowe edytuj
| Symbol diody tunelowej |
|---|
|
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
| Symbol 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 edytuj
Przypisy edytuj
- ↑ 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 edytuj
- 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.