Dioda

Dioda je nelinearni poluvodički elektronički element s dva priključka koji posjeduje ispravljačka svojstva. Poluvodičke diode se izvode se temelju pn-spoja ili na temelju spoja metal–poluvodič. Diode se mogu razvrstati po materijalu na kojemu su rađene (silicij, germanij, galijev arsenid, silicijev karbid) i po tipu (ispravljačke, svijetleće, foto-diode, Zener-diode, Schottky-diode, tunel-diode itd.).


Fizikalne osnove rada
Građa i simbol diode
Osnova rada većine današnjih dioda se temelji na strukturi koja se naziva pn-spoj. Kod pn dioda (spojnih) u ovisnosti o narinutom naponu, teče struja. Uz narinuti napon priključen tako da je negativan pol izvora na katodi a pozitivan na anodi, dioda je propusno polazirana i vodi stuju. Uz suprotan polaritet narinutog napona dioda neće voditi, točnije kroz diodu će teći mala reverzna struja zasićenja. Drugi tip dioda su Schottky diode, koje svoj rad temelje na spoju metal-poluvodič.


Strujno-naponska karakteristika


U-I karakteristika diode
Ovisnost struje diode o priključenom naponu, odnosno strujno-naponsku karakteristiku (i(u) karakteristiku), opisuje Shocklyeyeva jednadžba.
Na i(u) karakteristici postoje tri područja: područje zapiranja, područje vođenja i područje proboja. Napon koljena, koji se nekada naziva i napon uključenja diode, je onaj napon u području vođenja u kojem dioda naglo počinje voditi struju. Napon koljena ovisi o materijalu izrade, te iznosi 0.7V za silicij, 0.3V za germanij, 1V za galij-arsenid i 0.2V za spoj metal-poluvodič.


Tipovi dioda

Postoje različiti tipovi dioda, a klasifikacija se radi po funkciji koju dioda obavlja:

Ispravljačke (signalne) diode
Ispravljačke diode su diode koje se koriste za ispravljanje izmjeničnih veličina u istosmjerne. Njihov rad je već opisan u uvodu: diode vode struju kada su propusno polarizirane, a ne vode kada su nepropusno. Zovu se još i signalne jer se koriste u demodulaciji radio signala. Ispravljačke diode su bile osnovni elementi jednih od prvih elektroničkih logičkih vrata (DTL - Diode Transistor Logic)




Zener dioda
Zener diode su diode koje se uglavnom koriste kao referentni izvori napona. Izraženo područje proboja kod tzv. Zenerovog napona se koristi za dobivanje stabilnog referentnog napona.

Svjetleća dioda (LED)
Svjetleće diode emitiraju svjetlost kada su propusno polarizirane. Boja svjetlosti ovisi o primjesama u poluvodiču, a mogu varirati od ultraljubičaste do infracrvene. Koriste se za prijenos signala (infracrvene) i signalizaciju. Koriste se i prilikom galvanskog odvajanja električnih krugova, najčešće u optokaplerima.

Schottky dioda
Schottkyeva dioda temelji svoj rad na ispravljačkom spoju metal-poluvodič. Osnovna karakteristika ove diode je da ima na mjestu PN prijelaza pločastu poluvodičku izolaciju koja se zatvara u vremenu od 100 ps i mali napon koljena (0.2 V). Zbog oblika strujno-naponske karakteristike te kratkog vremena oporavka prikladna je za primjenu u brzim, impulsnim sklopovima ili kao zaštitni element.

Tunel (Esakijeva) dioda
Kod tunelskih dioda dolazi na uskom zapornom sloju do efekta tuneliranja kod čega slobodni elektroni i šupljine prelaze s jedne na drugu stranu PN-spoja kod malih napona.

Tunelske diode se koriste u oscilatorima velikih frekvencija do 10GHz. Odonos između struje Ip i Iv iznosi Ip/Iv=(5 do 10).

Varikap dioda
Varikap (varaktor, kapacitivna dioda) je dioda s naponski upravljanim kapacitetom. Kapacitet je posljedica osiromašenog sloja u pn-spoju. Upotrebljava se u modulatorima. Najčešće radi u nepopropusnom području. Kapacitet se kreće između 10 i 200pF, a probojni naponi su oko 40V. Kapacitivne diode se koriste za ugađanje tirajnih krugova i za automatsku regulaciju frekvencije u radiotehnici.