Диод

Диод
Поглед отблизо, показващ квадратния полупроводников кристал
Изобретен	Фердинанд Браун (1874)
Символично означение
Диод в Общомедия

Диод е полупроводников елемент с един електрода, който има различна проводимост в зависимост от посоката на електрическия ток, т.е. позволява протичане на ток само в едната посока. Диодът може да се разглежда като вентил за електрически ток, като действието му се дължи на физическите процеси, протичащи при прилагането на напрежение върху него. Някои разновидности на полупроводниковите диоди служат и за други цели.

Двата електрода (двата извода) на диода се наричат анод и катод. За да пропуска диодът ток, трябва анодът да се свърже с положителния полюс на напрежение на източник на ток, а катодът — с отрицателния полюс.

Ранните диоди включват "детекторни кристали" и електровакуумни лампи (лампови диоди, термоемисионни диоди). Днес диодите обикновено са направени от свръхчисти полупроводникови материали като силиций и германий, в които е създаден P-N преход.

История

Ламповите и полупроводниковите диоди се развиват успоредно. Принципът на действие на термоемисионните диоди е открит от Фредерик Гътри през 1873 година. Той установява, че положително зареден електроскоп може да бъде изпразнен чрез приближаването до него на заземено парче горещ метал. Явлението не се наблюдава при отрицателно зареден електроскоп, което показва, че токът може да протича само в едната посока.

Същият принцип е преоткрит от Томас Едисън на 13 февруари 1880 година. По това време той изследва лампите с нажежаема жичка и установява, че въглеродните жички винаги изгарят в края, свързан към положителния полюс. Той открива, че в специално конструирана за целта лампа между жичката и отдалечена от нея метална пластина протича ток, но само когато жичката е свързана към положителния полюс на източника. Едисън разработва схема, при която модифицираната лампа замества резистора в постояннотоков волтметър, за което получава патент през 1883 година. Тъй като по това време това устройство няма очевидно практическо приложение, искането за патент е само предпазна мярка за случай, в който някой друг би открил такова приложение.

Двадесет години по-късно Джон Амброуз Флеминг, бивш сътрудник на Едисън, а по това време научен съветник в компанията на Гулиелмо Маркони, разбира, че ефектът на Едисън може да бъде използван като прецизен радиодетектор. Той патентова първия същински термоемисионен диод във Великобритания на 16 ноември 1904 година и в Съединените щати година по-късно.

Принципът на действие на кристалните диоди е открит през 1874 г. от немския учен Карл Фердинанд Браун. Браун патентова кристалния изправител през 1899 г. . Първият радиоприемник, използващ кристален детектор, е сглобен около 1900 г. от Грийнлийф Уитиър Пикард. Пикард получил патент за силициев кристален детектор на 20 ноември 1906 г. (Щатски патент 836 531)

По времето на изобретяването си тези устройства са наричани просто "изправители". Терминът "диод" (diode) е въведен през 1919 г. от Уилям Хенри Екълс. Той идва от старогръцкото δίοδος (díodos), което означава "преход", "път"; думата е образувана от предлога διά (diá) - „през“ и съществителното ὁδός (hodós) - "път".

Видове диоди

Лампови диоди

Принципна схема на лампов диод

Ламповите (или термоемисионни) диоди са електровакуумни устройства, които се състоят от електроди, монтирани в стъклен съд от който е изтеглен въздуха. На външен вид наподобяват газоразрядни лампи.

По време на работа, катодът се нагрява и започва да отделя електрони. Когато на анода се подаде положителен потенциал, то той привлича електроните и през уреда протича ток. Когато му се подаде отрицателен потенциал, то той отблъсква електроните и ток през уреда не протича.

Електровакуумните диоди днес се използват главно във военната техника, заради по-високата си издръжливост и устойчивостта си на въздействието на радиация.

Полупроводникови диоди

Различни полупроводникови диоди

Модерните полупроводникови диоди са направени предимно от силиций,към който са добавени примеси за създаване на полупроводников P-N преход. В един p-n диод, електрическият ток може да тече от p-частта (анода) към n-частта (катода), но не и в обратната посока.

Диодите могат да бъдат класифицирани и според техническите им характеристики: в зависимост от конструкцията, от използвания материал, работната честота и според разсейваната мощност.

Според техническите характеристики

В зависимост от конструкцията

• точкови
• плоскостни

Според материала от който са направени

• силициеви
• германиеви
• селенови
• галиево-арсенидни

В зависимост от работната честота

• Нискочестотни (НЧ)
• Средночестотни([СЧ])
• Високочестотни (ВЧ)
• Свръхвисокочестотни (СВЧ)

В зависимост от разсейваната мощност

• маломощни (максимален допустим ток в права посока до 0,3 А)
• средномощни (0,3÷3 А)
• мощни (над 3 A )

Тиристор - управляем електронен ключ

Според предназначението

В практиката диодите се класифицират основно според предназначението им:

• Графични означения на някои видове диоди
• 
  Изправителен диод(Общо означение)
• 
  Ценеров диод
• 
  Шотки диод
• 
  Тунелен диод
• 
  Светодиод
• 
  Фотодиод
• 
  Варикап
• 
  Тиристор

• Изправителни диоди - служат за преобразуване на променлив ток в постоянен - пропускат ток само в едната посока (вентилен ефект). Работят при ниски честоти (най-често между 50 и 60 херца), тъй като с нарастване на честотата се наблюдава увеличение на капацитивните токове и диодите губят изправителните си свойства. Най-често се изготвят от силиций, поради високите пробивни напрежения (1000 - 1600V). Имат голям брой специфични приложения в електронните схеми и се използват като основни елементи в изправителите,чиято основна функция е преобразуване на променливото напрежение от мрежата в постоянно.

• Тунелни диоди - разновидност на полупроводниковите диоди. Действието им се основава на явлението "тунелен ефект". Използват се в някои схеми на електронни генератори.

• Ценерови диоди (стабилитрони, опорни диоди): Използват се в "обратно" свързване (минусът към анода, плюсът - към катода). При тях се получава обратим пробив на p-n преход. Служат за стабилизиране на напрежението.

• Варикапи: Променят капацитета си при различни напрежения при обратно свързване. Служат за променливи кондензатори, настройвани чрез променяне на подаваното напрежение към тях.

• Светодиоди: Излъчват светлина при право свързване. Използват се за светлинна индикация, LED дисплеи и други.

• Фотодиоди: Запушеният преход се отпушва при облъчване със светлина. Използват се за преобразуване на светлинна енергия в електрическа. Виж Фотоклетка.

• Диод на Шотки: Диод с по-голямо бързодействие от обикновените изправителни диоди. Използват се главно в интегралните схеми.

• Тиристори: използват се за електрически превключватели в схеми с високо напрежение.

• Лазерен диод е лазер, в който активната среда е полупроводник подобен на използвания при светодиодите.

Приложения

Амплитудна демодулация

Най-ранната употреба на диодите е за демодулация на амплитудно модулиран радиосигнал (AM). Сигналът се състои от редуващи се положителни и отрицателни пикове на волтажа, чиято амплитуда е пропорционална на изходния аудиосигнал. Диодът изправя радиосигнала до аудиосигнал, който се филтрира за отстраняване на атмосферния шум и се подава на усилвател, който генерира звукови вълни.

Преобразуване на електричество

От диодите могат да се конструират токоизправители, които преобразуват променлив ток в постоянен ток. Типичен пример са автомобилните алтернатори, при които диодите стават по-ефективна алтернатива на традиционното динамо (електротехника).

Защита от свръхнапрежение

Диодите често се използват за предпазване на чувствителни електронни устройства от опасни свръхнапрежения. Обикновено те са непроводими в нормални условия, а при свръхнапрежение стават проводими.

Логически елементи

Диодите, в съчетание с други компоненти, могат да образуват логически елементи.

Измерване на температура

Диодите могат да се използват за измерване на температура, тъй като свойствата им зависят от нея.

Индикация

Светлодиодите масово се използват при различни устройства, за да индикират дадено състояние. Примерно в много автомобили има светодиоди на видно място, за да индикират наличието на аларми. В техниката се използват светодиоди, за да индикират, че има налично захранване към даден уред.

Вижте също

• Транзистор
• CMOS