Dioda jest elementem elektronicznym, który umożliwia przepływ prądu elektrycznego tylko w jednym kierunku, przez jej dwa zaciski (anodę i katodę).
Idealnie możemy uznać, że w pierwszym przypadku ma zerową rezystancję, a w drugim nieskończoną.
Przy kilku okazjach omawialiśmy różne rodzaje diod i ich zastosowania, ale nie zagłębialiśmy się szczegółowo w to, jak działają te komponenty elektroniczne lub jakie inne typy istnieją oprócz diod LED.
Dioda półprzewodnikowa
Chociaż istnieje kilka rodzajów diod, termin ten odnosi się zwykle do diody półprzewodnikowej, która jest najbardziej rozpowszechniona. Innym rodzajem jest dioda próżniowa, która bazuje na zaworach próżniowych i generowaniu elektronów w pojedynczym terminalu za pomocą efektu joule’a, ale nie będziemy się tu nimi zajmować bardziej szczegółowo.
Skupimy się na badaniu diod półprzewodnikowych, ponieważ są one technologiczną podstawą oświetlenia LED. Nie będziemy jednak zagłębiać się w naukowe podstawy tej technologii, aby uczynić ją lżejszą w odbiorze.
Ten typ diody jest najczęściej połączeniem dwóch materiałów półprzewodnikowych o specjalnych właściwościach (złącze p-n). Jeden z materiałów (typu n) jest regionem naładowanym ujemnie (elektrony). Druga (typu p) jest naładowana dodatnio (dziury).
Symbol diody
Symbolem elektrycznym diody jest trójkąt równoboczny z prostą przechodzącą przez jeden z jego wierzchołków równej długości i równoległą do przeciwległego boku. Jego kształt jest podobny do strzały.
Jako ciekawostkę dodam, że kierunek, w którym wskazuje symbol, jest kierunkiem przeciwnym do kierunku, w którym porusza się prąd.
To właśnie połączenie tych dwóch obszarów definiuje zachowanie diody. Ponadto, to właśnie w każdym z tych regionów podłączony jest każdy terminal urządzenia.
Jak działa dioda
Jak właśnie widzieliśmy, to sposób w jaki urządzenie to jest skonstruowane definiuje jego działanie. Ogólnie można powiedzieć, że dioda zachowuje się na dwa sposoby:
- Jak zwarcie, przepuszczające prąd elektryczny (polaryzacja bezpośrednia).
- Jako obwód otwarty, uniemożliwiający przepływ prądu (polaryzacja odwrotna).
Różne typy diod mogą wykazywać unikalne zachowanie w zależności od zastosowanej polaryzacji, co pozwala na ich wykorzystanie w wielu różnych zastosowaniach, o czym przekonamy się poniżej.
Rodzaje diod
Istnieje wiele różnych diod o specjalnych właściwościach zależnych od ich wyglądu fizycznego, materiałów, zanieczyszczeń, itp. Diody te są używane w bardzo specyficznych zastosowaniach.
Niektóre z najbardziej popularnych i które omówimy bardziej szczegółowo to: dioda laserowa, Gunn, varicap i oczywiście dioda LED.
Dioda Gunna
Są one stosowane w elektronice wysokiej częstotliwości i charakteryzują się ujemną rezystancją w określonych warunkach. Diody Gunna są stosowane w budowie oscylatorów mikrofalowych.
W zależności od użytych materiałów można osiągnąć częstotliwości oscylacji powyżej 10GHz, a w przypadku diod z azotku galu nawet do 3THz.
Dioda pojemnościowa lub Warikap
Są one skonstruowane w taki sposób, że spolaryzowane odwrotnie zachowują się jak kondensator zmienny o pojemności zależnej od przyłożonego napięcia.
Stosowane są w obwodach przestrajanych, gdzie istotne są zmiany pojemności.
Dioda LED
Charakteryzują się tym, że w wyniku rekombinacji nośników ładunku powstają fotony, cząstki elementarne tworzące światło.
Jak już wspomnieliśmy w przeszłości, istnieją różne rodzaje diod LED, które stanowią podstawę nowoczesnych systemów oświetleniowych.
Dioda laserowa
Podobnie jak w przypadku diod LED, ten typ diody jest najbardziej powszechnym sposobem generowania lasera. Znajdują one zastosowanie w wielu dziedzinach, takich jak: komunikacja światłowodowa, wskaźniki, drukarki czy czytniki kodów kreskowych, by wymienić tylko kilka z nich.
Dioda Zenera
Dioda Zenera jest przeznaczona do pracy w układzie odwrotnym. Zamiast odcinać przepływ prądu jak konwencjonalna dioda, zaczyna przewodzić w odwrotnym kierunku po osiągnięciu określonego napięcia. Punkt, w którym napięcie to stabilizuje się, jest często określany jako napięcie Zenera.
Ten typ diody półprzewodnikowej jest podstawowym elementem regulatorów stałego napięcia.
Dioda Schottky’ego
Nazwa diody Schottky’ego pochodzi od nazwiska niemieckiego fizyka Waltera H. Schottky’ego. Jej główną cechą jest to, że może bardzo szybko przejść ze stanu odcięcia do stanu przewodzenia.
Stosowana w układach scalonych, gdzie wymagane są duże prędkości przełączania.
Dioda Shockleya
Dioda Shockleya różni się od poprzednich diod tym, że zawiera cztery naprzemienne warstwy półprzewodników P i N zamiast dwóch. Są one używane w aplikacjach cyfrowych, takich jak liczniki i obwody czasowe.
Ma nawet pomnik w Mountain View, w Kalifornii, przed budynkiem Shockley Semiconductor Laboratories.
Zastosowanie i wykorzystanie diod
Dioda Zenera jest przeznaczona do pracy w układzie odwrotnym. Zamiast odcinać przepływ prądu jak konwencjonalna dioda, zaczyna przewodzić w odwrotnym kierunku po osiągnięciu określonego napięcia. Punkt, w którym napięcie to stabilizuje się, jest często określany jako napięcie Zenera.
Prostownik z mostkiem falowym
Do najczęściej spotykanych prostowników mostkowych należą prostowniki półfalowe i pełnofalowe. Prostownik półfalowy eliminuje ujemną część prądu zmiennego.
Z kolei prostownik pełnofalowy zamienia ujemną część prądu na dodatnią.
Mostek Graetza
Bardzo powszechną konfiguracją jest ta, która wykorzystuje cztery diody i jest znana jako mostek Graetza lub prostownik z mostkiem dwufalowym. Mostki diodowe tego typu są bardzo często spotykane, np. w zasilaczach prądu stałego.
Jak widać, diody są urządzeniami o niezliczonej ilości zastosowań i są bardziej obecne niż nam się wydaje we wszelkiego rodzaju urządzeniach codziennego użytku, od żarówek po odtwarzacze Blu-ray.