Dioda – dwuzaciskowy (dwuelektrodowy) element elektroniczny, który przewodzi prąd elektryczny w sposób niesymetryczny, to jest bardziej w jednym kierunku 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 blokowanie jego przepływu w drugim. 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).

Dioda półprzewodnikowa – rodzaj diody wykonanej z materiałów półprzewodnikowych i zawierającej złącze prostujące. Zbudowana jest z dwóch warstw półprzewodnika, odmiennie domieszkowanych – typu n i typu p, tworzących razem złącze p-n, lub z połączenia półprzewodnika z odpowiednim metalem – dioda Schottky'ego.

Symbol diody półprzewodnikowej

Jest elementem dwukońcówkowym, przy czym końcówka dołączona do obszaru n nazywa się katodą, a do obszaru p – anodą. Element ten charakteryzuje się jednokierunkowym przepływem prądu– od anody do katody, w drugą stronę prąd nie płynie (zawór elektryczny).

Diody te są elementami nieliniowymi. Nieliniowość diod półprzewodnikowych polega na tym, że występujące na nich napięcie wzrasta proporcjonalnie do logarytmu płynącego przez nie prądu: U= A*ln(I) w stałej temperaturze złącza. Wynika z tego, że każdy (np. dziesięciokrotny) wzrost prądu powoduje przyrost napięcia o stałą wartość. W przypadku diod krzemowych jest to około 60 mV w 20 °C. Analogicznie, dwukrotny przyrost prądu powoduje zwiększenie napięcia o około 20 mV. Przedstawienie charakterystyki diody w liniowej funkcji prądu prowadzi do często spotykanego, acz niefortunnie w przypadku diody półprzewodnikowej stosowanego, pojęcia tzw. napięcia progowego (Vd). Wynika ono tylko z właściwości funkcji logarytmicznej przedstawianej liniowo. Różnicę obrazują zamieszczone obok charakterystyki napięciowo-prądowe: liniowa i logarytmiczna.

Podstawową cechą diod półprzewodnikowych jest umożliwianie przepływu prądu tylko w jedną stronę, jednak gama ich zastosowań jest o wiele szersza, w związku z tym rozróżnia się następujące rodzaje diod:

Przykładowy wykres napięcia na złączu p-n przedstawionego w funkcji logarytmu prądu.(Dioda krzemowa małej mocy)

Charakterystyka prądowo-napięciowa typowej diody uniwersalnej. Na wykresie zaznaczono obszary, w których dioda znajduje się w stanie przebicia (breakdown), jest spolaryzowana w kierunku zaporowym (reverse) oraz przewodzenia (forward). Na rysunku nie została zachowana skala − dla typowej diody napięcie przewodzenia   jest małe w stosunku do wartości bezwzględnej napięcia przebicia .

• prostownicza - jej podstawową funkcją jest prostowanie prądu przemiennego

• stabilizacyjna (dioda Zenera) - stosowana w układach stabilizacji napięcia i prądu

• tunelowa - dioda o specjalnej konstrukcji, z odcinkiem charakterystyki o ujemnej rezystancji dynamicznej

• pojemnościowa (warikap) - o pojemności zależnej od przyłożonego napięcia

• elektroluminescencyjna (LED) - dioda świecąca w paśmie widzialnym lub podczerwonym

• laserowa

• mikrofalowa (np. Gunna)

• detekcyjna - diody niewielkiej mocy, używane w układach modulacji AM

• fotodioda - dioda reagująca na promieniowanie świetlne (widzialne, podczerwone lub ultrafioletowe).

• stałoprądowa

• wsteczna

Dioda próżniowa – najprostsza lampa elektronowa, posiadająca dwie elektrody – anodę i katodę.

Rozgrzana katoda jest źródłem elektronów, które docierają do anody – w ten sposób możliwy jest przepływ prądu w jednym kierunku. Próżniowe diody prostownicze wysokiego napięcia nazywa się kenotronami.

Budowa I zasada działania[edytuj | edytuj kod]

Schemat diody próżniowej

Dioda próżniowa składa się z zamkniętych w próżniowej obudowie (najczęściej szklanej bańce) dwóch elektrod: wyposażonej w grzejnik katody i anody. Z rozgrzanej katody, na skutek zjawiska termoemisji, możliwa jest emisja elektronów. Przy dodatniej polaryzacji anody względem katody pole elektryczne między elektrodami przyspiesza elektrony, które docierają do anody – w ten sposób możliwy jest przepływ prądu elektrycznego. Przy polaryzacji odwrotnej pole elektryczne hamuje ruch elektronów nie dopuszczając do ich przepływu. Prąd więc płynie przez diodę tylko w jednym kierunku od anody do katody (elektrony poruszają się w kierunku przeciwnym) – wtedy, gdy anoda ma potencjał wyższy niż katoda.

Diody bezpośrednio żarzone[edytuj | edytuj kod]

Widoczna w postaci cienkiego drucika katoda w bezpośrednio żarzonej diodzie prostowniczej

Symbol diody żarzonej bezpośrednio

od góry: anoda, katoda

W diodach żarzonych bezpośrednia katoda ma postać cienkiego drucika lub taśmy pełniących jednocześnie rolę grzejnika. Początkowo stosowano katody wolframowe, później wolframową taśmę lub drucik pokrywano mieszaniną tlenków o dużej zdolności termoemisji.

Pierwsze diody były żarzone bezpośrednio. Diody wysokiego napięcia pozostały przy tej metodzie żarzenia do końca rozwoju techniki lampowej. Również lampy przeznaczone do zasilania z baterii mają przeważnie katodę żarzoną bezpośrednio.

Diody pośrednio żarzone[edytuj | edytuj kod]

Elementy pośrednio żarzonej diody PY88

Symbol diody żarzonej pośrednio

od góry: anoda, katoda, żarzenie

W diodach żarzonych pośrednio grzejnik ma postać cienkiego włókna umieszczonego wewnątrz katody w kształcie rurki, zwykle jest od niej odizolowany. Rurka katody jest pokryta tlenkami o dużej zdolności emisyjnej.

W miarę rozwoju techniki lampowej w większości rodzajów diod producenci przeszli na żarzenie pośrednie.

Historia[edytuj | edytuj kod]

• W 1883 Thomas Alva Edison badając przyczyny zużywania się żarówek odkrył, że pomiędzy rozżarzonym włóknem żarówki, a zewnętrzną elektrodą jest możliwy przepływ prądu. Edison opatentował swoje odkrycie, ale nie kontynuował prac w kierunku jego zbadania ani wykorzystania.

• Pierwszą diodę próżniową skonstruował angielski fizyk John Ambrose Fleming w roku 1904.

• Irving Langmuir pracując dla General Electric w latach 1909 – 1916 udoskonalił znacznie technikę próżniową i wynalazł pompę dyfuzyjną, co umożliwiło osiąganie wysokiej próżni i poprawiło znacznie parametry diody. Langmuir odkrył też wpływ domieszkowania torem na wzrost wydajności emisyjnej katod wolframowych.

• W 1925 RCA i General Electric wypuściły na rynek UX213, pierwszą masowo produkowaną pełnookresową diodę prostowniczą.

Rodzaje I zastosowania[edytuj | edytuj kod] Diody detekcyjne[edytuj | edytuj kod]

Struktura wewnętrzna pośrednio żarzonej duodiody detekcyjnej 6H6

Diody detekcyjne (sygnałowe) pierwotnie stosowane były głównie w detektorach AM odbiorników radiowych, ale znalazły też zastosowanie w różnorakich układach pomiarowych, impulsowych, przełączających i logicznych.

Posiadają niewielkie elektrody, charakteryzują się dopuszczalnym prądem przewodzenia rzędu miliamperów i dopuszczalnym napięciem wstecznym nie przekraczającym paruset woltów. Stosunkowo niewielka pojemność pomiędzy katodą i anodą pozwala na pracę przy wielkich częstotliwościach.

Przykłady:

• EA50, EA71; DA50, DA90, 1R4, 2D1S, 2D2S (bateryjne).

• duodiody: AB1, AB2, EB1, EB2, EB11, CB1, CB2, 6H6, EAA91; KB1, KB2 (bateryjne).

Diody detekcyjne wchodziły często w skład lamp złożonych, na przykład:

• Z triodą: ABC1, EBC3, EBC41, 6R7, 6Q7 (duodioda i trioda); EABC80 (trzy diody i trioda).

• Z pentodą napięciową (przeważnie selektodą): DAF91, DAF92, 1S5T (bateryjne), EAF42 (dioda i pentoda napięciowa); EBF2, EBF11, EBF80, EBF89 (duodioda i pentoda napięciowa).

• Z pentodą mocy: ABL1, EBL1, EBL21 (duodioda i pentoda mocy).