Dióda

A dióda két kivezetéssel ellátott, egy p-n átmenetet tartalmazó félvezető eszköz, amely egyenirányításra, rádióvevő készülékekben demodulálásra alkalmas. A félvezető diódákban a p-n átmenet tulajdonságait használjuk ki. A félvezető kristályban donor, és akceptor atomokkal egy p és egy n típusú réteget alakítanak ki. A két szennyezés határán egy p-n átmenet jön létre. Ez az átmenet ideális esetben, az egyik irányban az áramot átengedi, másik irányban nem. A valóságos dióda ezt a feladatot kissé eltérően valósítja meg.

Működés

Nyitóirányú karakterisztika

A dióda p-n átmenete kis feszültségen a diffúziós hatás miatt az áram útjában gátat képez. Nyitóirányú feszültség növekedése esetén ha a külső feszültség eléri a küszöbfeszültséget, a zárórétegben megindul az elektronok áramlása. A küszöbfeszültség szilícium félvezető esetén 0.6V, germánium félvezető esetén 0.2V. A feszültség növekedés hatására az áram növekedése kezdetben exponenciális jellegű, később lineárissá válik. A görbült karakterisztika miatt meg kell különböztetni az egyenáramú és a differenciális ellenállást. Az egyenáramú ellenállás értéke a diódán eső pillanatnyi feszültség és a hatására átfolyó áram hányadosa:

$Re=Um/Im$

Ahol:

$Um=$ munkaponti feszültség $Im=$ munkaponti áram.

A differenciális ellenállás a karakterisztika adott m munkapontjához húzható érintő iránytangense. Ezt közelítőleg a feszültség kis megváltozásának és a hozzátartozó áramváltozásnak hányadosa:

$Rd=dU/dI$

Ahol: $DU=$ Feszültségváltozás a munkapont körül $dI=$ Áramváltozás a munkapont körül

Záróirányú karakterisztika

A dióda p-n átmenetére záró feszültséget kapcsolva, a p-n átmenetben a kiürített réteg szélessége nagyobb lesz. A kristály hőmérsékletének hatására kisebbségi töltéshordozók keletkeznek, amelyeket kialakult térerősség a határréteg irányába sodor, amely az átmeneten keresztül záróáramot hoz létre. Az előfeszített p-n átmenet értéke egy erősen hőmérsékletfüggő áramgenerátort alkot. Szilícium félvezetőn keresztül csak néhány nanoamper, germánium esetén mikroamper nagyságrendű áram áthaladása lehetséges. A záróirányban előfeszített dióda egy kondenzátort alkot. Fegyverzetekként a p és az n réteg viselkedik, a köztük lévő kiürített záróréteg a dielektrikum. Mivel a kiürített réteg szélessége a rákapcsolt záróirányú feszültséggel nő, a dióda-kondenzátor kapacitása csökken a zárófeszültség növekedésével, így olyan kondenzátor jön létre, amelynek a kapacitása a rákapcsolt feszültséggel arányos. Azt a diódatípust amely ezt a hatást felhasználja, változó kapacitású diódának, vagy ’’varicap’’ diódának nevezzük. Növelve a zárófeszültséget, a kiürített rétegben az elektromos térerősség akkora értéket érhet el, amely kiszakítja a kristálykötésből az elektronokat. A töltéshordozók megnövekedett száma miatt a záróirányú áram növekedni kezd. A szabad elektronok a nagy térerősség hatására gyorsulnak, mozgási energiájuk nő, amelyet a kristály atomjaiba ütközve a leadott energia újabb elektronokat szakít ki a kötésből. Ez egy lavina effektust eredményez, és a záróréteget hirtelen elárasztják az elektronok és a lyukak, az áram ugrásszerűen megnő. Az áram korlátozása nélkül a kristály túlmelegszik és tönkremegy. Ezt a jelenséget felfedezőjéről Zener effektusnak nevezik. Ezt a jelenséget feszültségstabilizációra lehet felhasználni. A zener effektust alkalmazó diódát ’’Zener’’ diódának, vagy stabilizátor diódának nevezik.

Dióda típusok

• Egyenirányító dióda
• Fényt emittáló dióda (LED)
• Fotodióda
• Napelem
• Változó kapacitású dióda
• Zener dióda