Діод – це двоелектродний електронний компонент, що має різну електричну провідність залежно від полярності прикладеної до діода напруги.
Діоди бувають електровакуумні (кенотрони), газонаповнені (газотрони, ігнітрони, стабілітрони коронного і тліючого розряду), напівпровідникові та ін. В даний час в переважній більшості випадків застосовуються напівпровідникові діоди, тому про них і піде мова далі.
Напівпровідниковий діод – це напівпровідниковий електронний компонент, який має один p-n перехід та призначений для випрямлення змінного струму на пульсуючий постійний струм.
p-n перехід – це контакт двох напівпровідників з різним типом провідності.
Загалом, механізм односторонньої провідності у діодів однаковий, проте для його створення можна використовувати не лише виключно напівпровідники, а й метали, наприклад діод Шотткі який на відміну від звичайних діодів в основі p-n переходу яких є напівпровідник-напівпровідник, то в діоді Шотткі основу p-n переходу складає метал-напівпровідник.
Діоди мають полярність, яку визначають як анод (позитивний вивід) та катод (негативний вивід). Найчастіше струм проходить через діод лише за подачі позитивної напруги на анод.
Умовне графічне позначення діода:
Принцип роботи діода
Напівпровідниковий діод складається з напівпровідникового матеріалу (кремній або германій) одна сторона – електропровідністю р-типу (діркова провідність), тобто приймає електрони. Інша сторона віддає електрони і відповідно електропровідністю n-типу (електронна провідність). На зовнішні поверхні нанесені контактні металеві шари, до яких припаяно дротяні виводи електродів діода.
У контакті напівпровідників р- і n-типу відбувається взаємна дифузія електронів і дірок та їх нейтралізація, унаслідок чого виникає запірний шар, який має великий опір. У запірному шарі створюється електричне поле Е0 напрямлене від n до p, і контактна різниця потенціалів (потенціальний бар’єр) який обмежує подальшу дифузію носіїв заряду.
Дифузія — це процес взаємного проникнення молекул або атомів однієї речовини поміж молекул або атомів іншої, що зазвичай приводить до вирівнювання їх концентрацій у всьому займаному об’ємі.
Пряме включення діода (р—n – переходу)
Якщо створити поле E, напрямлене від р- до n-типу напівпровідника, опір запірного шару зменшиться і через р—n перехід починає протікати прямий струм. Опір переходу при такому підключенні знижується, а ширина запірного шару зменшується. При такому підключенні р—n перехід відкритий.
Зворотне включення діода (р—n – переходу).
Якщо створити поле E, напрямлене від n- до p-типу напівпровідника, то напрям електричного поля співпадає з внутрішнім електричним полем. Опір збільшується , запірний шар збільшуєтся.
Вольт-Амперна характеристика діода (р—n – переходу).
Пряма вітка (пряме підключення)
А – Пряме електричне поле менше за запираюче та струм що проходить через р—n – перехід незначний.
В – З ростом прямої напруги р—n – перехід відкривається.
Зворотня вітка (зворотне підключення)
D – При зворотньому підключенні потенційний бар’єр для носіїв заряду зростає. Результуючий струм збільшиться але далі буде незмінним, тому що кількість неосновних зарядів обмежена, всі приймають участь в механізмі переносу струму наступає – “насичення”.
Е – При подальшому збільшенні зворотньої напруги призводить до зростання швидкості руху носіїв заряду їх кінетична енергія досягає до величини ударної іонізації атомів р—n переходу при цьому лавиноподібно збільшується кількість електронів і дірок у р—n переході, це обумовлює зростанням струму при незмінній напрузі – лавиноподібний пробій р—n переходу. Має зворотній характер.
Подальше зростання струму веде до розігрівання кристалу, що викликає генерацію додаткових зарядів і наступає тепловий пробій р—n переходу.
F – в наслідок пробою р—n перехід руйнується.
Корпуси діодів
Зазвичай це циліндри які можуть бути скляними або пластиковими. Наприклад корпуси серії DO, як і R. Смужкою позначений катод.
Також існують діоди для поверхневого монтажу, так звані SMD діоди.
Користуються попитом і діодні мости з випрямних діодів, які використовуються для випрямлячів.
