Dioda je elektronická součástka, která umožňuje průchod elektrického proudu pouze jedním směrem, a to přes své dvě svorky (anodu a katodu).
V ideálním případě můžeme uvažovat, že má v prvním případě nulový odpor a v druhém případě nekonečný odpor.
Několikrát jsme se zabývali různými typy diod a jejich použitím, ale nedefinovali jsme podrobně, jak tyto elektronické součástky fungují a jaké další typy kromě LED existují.
Polovodičová dioda
Ačkoli existuje několik typů diod, tento termín obvykle označuje polovodičovou diodu, která je nejrozšířenější.Dalším typem by mohly být termionické diody, které svou činnost zakládají na vakuových ventilech a generování elektronů v jednom pólu pomocí jouleova jevu, ale nebudeme se jimi zde podrobněji zabývat.
Zaměříme se na studium polovodičových (solid-state) diod, protože ty jsou technologickým základem LED osvětlení. Přesto nebudeme podrobně rozebírat vědecké základy této technologie, abychom odlehčili čtení.
Tento typ diody je většinou přechodem dvou polovodičových materiálů se speciálními vlastnostmi (p-n přechod). Jeden z materiálů (typ n) je záporně nabitá oblast (elektrony). Druhý materiál (typ p) je kladně nabitý (díry).
Symbol diody
Elektrickým symbolem diody je rovnostranný trojúhelník s přímkou procházející jedním z jeho vrcholů ve stejné délce a rovnoběžnou s protější stranou. Jeho tvar je podobný šipce.
Zajímavé je, že směr, kterým symbol ukazuje, je opačný než směr, kterým se pohybuje proud.
Právě spojení těchto dvou oblastí určuje chování diody. Kromě toho jsou právě v každé z těchto oblastí připojeny jednotlivé svorky zařízení.
Jak dioda funguje
Jak jsme právě viděli, způsob, jakým je toto zařízení konstruováno, určuje jeho fungování. Obecně lze říci, že dioda se chová dvěma způsoby:
- Jako zkrat, který umožňuje průchod elektřiny (přímá polarizace).
- Jako otevřený obvod, který brání průchodu proudu (zpětná polarizace).
Různé typy diod mohou vykazovat jedinečné chování v závislosti na použité polarizaci, což umožňuje jejich použití v široké škále aplikací, jak uvidíme dále.
Typy diod
Existuje množství různých diod, které mají zvláštní vlastnosti v závislosti na svém fyzikálním vzhledu, materiálech, příměsích atd. Tyto diody se používají ve velmi specifických aplikacích.
Některé z nejběžnějších, které si podrobněji probereme, jsou: laserová dioda, Gunnova dioda, varikap a samozřejmě LED.
Gunnova dioda
Používají se ve vysokofrekvenční elektronice a vyznačují se záporným odporem za určitých podmínek. Gunnovy diody se používají při konstrukci mikrovlnných oscilátorů.
V závislosti na použitých materiálech lze dosáhnout oscilačních frekvencí nad 10 GHz, u diod na bázi nitridu galia až 3 THz.
Varikapová nebo varaktorová dioda
Jsou konstruovány tak, že se při opačné polarizaci chovají jako proměnný kondenzátor s kapacitou závislou na přiloženém napětí.
Používají se v laděných obvodech, kde jsou podstatné změny kapacity.
LED dioda
Jsou charakteristické tím, že rekombinací nosičů náboje vznikají fotony, elementární částice, které tvoří světlo.
Jak jsme se již zmínili při jiných příležitostech, existují různé typy LED diod, které tvoří základ moderních osvětlovacích systémů.
Laserová dioda
Podobně jako u LED je tento typ diody nejběžnějším způsobem generování laseru. Uplatňují se v mnoha oblastech, jako jsou například: komunikace pomocí optických vláken, ukazovátka, tiskárny nebo čtečky čárových kódů , abychom jmenovali alespoň některé.
Zenerova dioda
Zenerova dioda je navržena tak, aby pracovala s obrácenou polarizací. Místo aby přerušila tok proudu jako běžná dioda, začne při dosažení určitého napětí vést proud v opačném směru. Bod, ve kterém se toto napětí ustálí, se často nazývá Zenerovo napětí.
Tento typ polovodičové diody je základní součástí regulátorů konstantního napětí.
Schottkyho dioda
Schottkyho dioda je pojmenována podle německého fyzika Waltera H. Schottkyho. Její hlavní vlastností je, že dokáže velmi rychle přecházet z vypnutého stavu do stavu vodivosti.
Používá se v integrovaných obvodech, kde je vyžadována vysoká rychlost spínání.
Shockleyho dioda
Shockleyho dioda se od předchozích liší tím, že obsahuje čtyři střídavé vrstvy polovodičů P a N namísto dvou. Používají se v digitálních aplikacích, jako jsou čítače a časovací obvody.
V Mountain View (Kalifornie) má dokonce sochu před budovou, kde se nacházely Shockleyho polovodičové laboratoře.
Aplikace a použití diod
Jak jsme viděli, v závislosti na typu diody jsou její aplikace velmi rozmanité, používá se v osvětlení, rádiových demodulátorech, přepěťových ochranách nebo logických hradlech (nezbytné elektronické zařízení při konstrukci mikročipů), ale jedna z nejčastějších je v napájecích zdrojích, kde fungují jako usměrňovače vlny.
Vlnový můstkový usměrňovač
Mezi nejběžnější můstkové usměrňovače patří půlvlnné a plnovlnné můstkové usměrňovače. Polovlnný usměrňovač eliminuje zápornou část střídavého proudu.
Podobně plnovlnný usměrňovač převádí zápornou část proudu na kladnou.
Graetzův můstek
Velmi častá je konfigurace, která používá čtyři diody a je známá jako Graetzův můstek nebo dvouvlnný můstkový usměrňovač. Diodové můstky tohoto typu jsou velmi časté například ve stejnosměrných napájecích zdrojích.
Jak vidíme, diody jsou zařízení s nekonečným množstvím aplikací a jsou přítomny ve všech druzích každodenních zařízení, od žárovek až po přehrávače Blu-ray, více, než si myslíme.