Een diode is een elektronische component die elektrische stroom slechts in één richting doorlaat, door zijn twee aansluitingen (anode en kathode).
Idealiter kunnen we ervan uitgaan dat de weerstand in het eerste geval nul is en in het tweede geval oneindig.
Bij verschillende gelegenheden hebben wij de verschillende soorten dioden en hun toepassingen besproken, maar wij zijn niet in detail ingegaan op hoe deze elektronische componenten werken of welke andere soorten er naast LED’s bestaan.
De halfgeleider diode
Hoewel er verschillende soorten diodes bestaan, verwijst deze term gewoonlijk naar de halfgeleiderdiode, die het meest wijdverbreid is. Een ander type is de thermionische diode, die gebaseerd is op vacuümkleppen en de opwekking van elektronen in één aansluitpunt door middel van het joule-effect, maar daarop zullen wij hier niet nader ingaan.
Wij zullen ons richten op de studie van halfgeleiderdioden, aangezien deze de technologische basis vormen van LED verlichting. Wij zullen echter niet diep ingaan op de wetenschappelijke grondslagen van deze technologie om de lezing wat luchtiger te houden.
Dit type diode is meestal een kruising van twee halfgeleidermaterialen met bijzondere eigenschappen (p-n-overgang). Een van de materialen (n-type) is een negatief geladen gebied (elektronen). Het andere (p-type) is positief geladen (gaten).
Diode symbool
Het elektrische symbool van de diode is een gelijkzijdige driehoek met een lijn door een van de hoekpunten op gelijke lengte en evenwijdig aan de tegenoverliggende zijde. De vorm lijkt op die van een pijl.
Als curiosum de richting is waarin het symbool wijst de tegengestelde richting waarin de stroom beweegt.
Het is de kruising van deze twee gebieden die het gedrag van de diode bepaalt. Bovendien is in elk van deze regio’s elke terminal van het toestel aangesloten.
Hoe werkt een diode
Zoals we zojuist hebben gezien, is het de manier waarop dit apparaat is geconstrueerd die bepalend is voor de werking ervan. In het algemeen kunnen we zeggen dat een diode zich op twee manieren gedraagt:
- Als een kortsluiting, waardoor elektriciteit doorgelaten wordt (directe polarisatie).
- Als een open circuit, dat de doorgang van stroom verhindert (omgekeerde polarisatie).
Verschillende soorten dioden kunnen een uniek gedrag vertonen, afhankelijk van de toegepaste polarisatie, waardoor zij in een grote verscheidenheid van toepassingen kunnen worden gebruikt, zoals wij hieronder zullen zien.
Soorten diodes
Er is een veelheid van verschillende dioden met speciale kenmerken, afhankelijk van hun uiterlijk, materialen, onzuiverheden, enz. Deze diodes worden gebruikt in zeer specifieke toepassingen.
Enkele van de meest voorkomende, die wij in meer detail zullen bespreken, zijn: de laserdiode, de Gunn, de varicap en, natuurlijk, de LED.
Gunn diode
Zij worden gebruikt in hoogfrequente elektronica en worden gekenmerkt door een negatieve weerstand onder bepaalde omstandigheden. Gunn-dioden worden gebruikt bij de bouw van microgolf-oscillatoren.
Afhankelijk van de gebruikte materialen kunnen oscillatiefrequenties van meer dan 10 GHz worden bereikt, en met galliumnitride-dioden zijn frequenties tot 3THz mogelijk.
Varicap of varactor diode
Zij zijn zo geconstrueerd dat zij zich, omgekeerd gepolariseerd, gedragen als een variabele condensator met een capaciteit die afhangt van de aangelegde spanning.
Zij worden gebruikt in afgestemde circuits waar capaciteitswijzigingen van essentieel belang zijn.
LED diode
Zij worden gekenmerkt door het feit dat recombinaties van ladingsdragers fotonen voortbrengen, de elementaire deeltjes die licht vormen.
Zoals we in het verleden al hebben vermeld, zijn er verschillende soorten LED’s die de basis vormen van moderne verlichtingssystemen.
Laser diode
Net als LED’s is dit type diode de meest gebruikelijke manier om een laser op te wekken. Zij worden toegepast op vele gebieden zoals: glasvezelcommunicatie, pointers, printers of barcodelezers, om er maar enkele te noemen.
Zener diode
Een Zener diode is ontworpen om in sperrichting te werken. In plaats van de stroom af te snijden zoals bij een conventionele diode, begint hij in omgekeerde richting te geleiden wanneer een bepaalde spanning wordt bereikt. Het punt waarop deze spanning zich stabiliseert, wordt vaak de Zenerspanning genoemd.
Dit type halfgeleiderdiode is een essentieel onderdeel van constante spanningsregelaars.
Schottky diode
De Schottky diode is genoemd naar de Duitse natuurkundige Walter H. Schottky. Zijn voornaamste kenmerk is dat hij zeer snel van de scheidingsstand naar de geleidingsstand kan overschakelen.
Gebruikt in geïntegreerde schakelingen waar hoge schakelsnelheden vereist zijn.
Shockley diode
De Shockley-diode verschilt van eerdere diodes doordat hij vier afwisselende lagen P- en N-halfgeleiders bevat in plaats van twee. Zij worden gebruikt in digitale toepassingen zoals tellers en timer-schakelingen.
Hij heeft zelfs een standbeeld in Mountain View, Californië, voor het gebouw van Shockley Semiconductor Laboratories.
Toepassingen en gebruik van diodes
Zoals we hebben gezien, zijn de toepassingen, afhankelijk van het type diode, zeer gevarieerd: ze worden gebruikt in verlichting, radiodemodulatoren, overspanningsbeveiligingen of login gates (essentieel elektronisch apparaat bij de bouw van microchips), maar een van de meest voorkomende is in voedingen, waar ze fungeren als golfgelijkrichters.
Gelijkrichter met golfbrug
De meest voorkomende bruggelijkrichters zijn de halfgolvige en de volgolvige bruggelijkrichters. Een halfgolvgelijkrichter elimineert het negatieve deel van de wisselstroom.
Een volledige gelijkrichter zet op zijn beurt het negatieve deel van de stroom om in een positieve.
Graetz Bridge
Een zeer gebruikelijke configuratie is die met vier dioden en staat bekend als een Graetz-brug of tweegolfs bruggelijkrichter. Diodebruggen van dit type zijn heel gebruikelijk, bijvoorbeeld in gelijkstroomvoedingen.
Zoals we kunnen zien, zijn diodes apparaten met een groot aantal toepassingen en zijn ze meer aanwezig dan we denken in allerlei alledaagse apparaten, van lampen tot Blu-ray-spelers.