Naprava in princip delovanja diode
Dioda je najpreprostejša polprevodniška naprava, ki jo danes najdemo na tiskanem vezju vsake elektronske naprave. Glede na notranjo strukturo in tehnične lastnosti delimo diode na več vrst: univerzalne, usmerniške, impulzne, zener diode, tunelske diode in varikape. Uporabljajo se za usmerjanje, omejevanje napetosti, detekcijo, modulacijo itd. — odvisno od namena naprave, v kateri se uporabljajo.
Osnova diode je p-n-stičiščetvorijo polprevodniški materiali z dvema različnima vrstama prevodnosti. Na diodni kristal sta povezani dve žici, imenovani katoda (negativna elektroda) in anoda (pozitivna elektroda). Na anodni strani je polprevodniško območje p-tipa, na katodni strani pa polprevodniško območje n-tipa. Ta diodna naprava ji daje edinstveno lastnost - tok teče samo v eni (naprej) smeri, od anode do katode. Nasprotno pa normalno delujoča dioda ne prevaja toka.
V anodnem območju (p-tip) so glavni nosilci naboja pozitivno nabite luknje, v katodnem območju (n-tip) pa negativno nabiti elektroni. Vodniki diod so kontaktne kovinske površine, na katere so prispajkane žice.
Ko dioda vodi tok v smeri naprej, to pomeni, da je v odprtem stanju. Če tok ne prehaja skozi p-n-spoj, se dioda zapre. Tako je lahko dioda v enem od dveh stabilnih stanj: odprta ali zaprta.
S priključitvijo diode v tokokrog izvora enosmerne napetosti, anode na pozitivni pol in katode na negativni pol, dobimo prednapetost pn-spojnice. In če se izkaže, da je napetost vira zadostna (0,7 voltov je dovolj za silicijevo diodo), se bo dioda odprla in začela prevajati tok. Velikost tega toka bo odvisna od velikosti uporabljene napetosti in notranjega upora diode.
Zakaj je dioda prešla v prevodno stanje? Ker so ob pravilnem vklopu diode elektroni iz n-območja pod vplivom EMF vira hiteli na njegovo pozitivno elektrodo, do lukenj iz p-območja, ki se zdaj premaknejo na negativno elektrodo vira, na elektrone.
Na meji regij (na samem p-n-stičišču) v tem času pride do rekombinacije elektronov in lukenj, njihove medsebojne absorpcije. In vir je prisiljen nenehno dovajati nove elektrone in luknje v območje p-n spoja, kar povečuje njihovo koncentracijo.
Kaj pa, če je dioda obrnjena, s katodo na pozitivnem priključku vira in anodo na negativnem priključku? Luknje in elektroni se razpršijo v različne smeri - proti terminalom - od stičišča, in območje, osiromašeno z nosilci naboja - potencialna ovira - se pojavi v bližini stičišča. Tok, ki ga povzroča večina nosilcev naboja (elektroni in luknje), preprosto ne bo nastal.
Toda diodni kristal ni popoln; poleg glavnih nosilcev naboja ima v sebi tudi manjše nosilce naboja, ki bodo ustvarili zelo zanemarljiv povratni tok diode, merjen v mikroamperih. Toda dioda v tem stanju je zaprta, ker je njen p-n spoj vzvratno pristranski.
Napetost, pri kateri dioda preklopi iz zaprtega stanja v odprto stanje, se imenuje prednja napetost diode (glej - Osnovni parametri diod), ki je v bistvu padec napetosti na p-n spoju.Upornost diode na prednji tok ni konstantna, odvisna je od velikosti toka skozi diodo in je reda velikosti več ohmov. Napetost povratne polarnosti, pri kateri se dioda izklopi, se imenuje povratna napetost diode. Povratni upor diode v tem stanju se meri v tisočih ohmov.
Očitno lahko dioda preklopi iz odprtega stanja v zaprto stanje in obratno, ko se spremeni polarnost napetosti, ki se nanjo nanaša. Na tej lastnosti diode temelji delovanje usmernika. Torej bo v sinusnem izmeničnem tokokrogu dioda prevajala tok samo med pozitivnim polvalovanjem in bo blokirana med negativnim polvalovanjem.
Glej tudi na to temo:Kakšna je razlika med impulznimi diodami in usmernikom