Dioda ir elektroniska detaļa ar diviem elektrodiem (savienotājiem) — anodu un katodu — kas veido p‑n pāreju un ļauj elektrībai plūst galvenokārt vienā virzienā. Parasti, kad dioda tiek polarizēta pareizajā virzienā (uz priekšu), caur to plūst strāva; pretējā virzienā strāva ir ļoti maza līdz tiek sasniegts sadalījuma (breakdown) spriegums.

Kā darbojas dioda

Diodas darbības pamatā ir p‑n pāreja. P‑tipa materiālā ir pāri ar pozitīvām "caurumiem", n‑tipa materiālā — brīvie elektroni. Ja uz anodu tiek uzlikts pozitīvs spriegums attiecībā pret katodu (uz priekšu polarizācija), pāreja tiek novērsta un elektroni var šķērsot robežu — dioda vada. Ja spriegums mainīts pretējā virzienā (apgriezta polarizācija), p‑n pāreja bloķē strāvu, izņemot mazu noplūdes strāvu.

Diodes strāvas‑sprieguma raksturojumu aptuveni apraksta Šoklija (Shockley) vienādojums: I = I_s (e^{V/(nV_T)} − 1), kur I_s ir noplūdes strāva, V_T ir termiskais spriegums un n ir ideāluma koeficients. Praktiski svarīgi parametri ir priekšējā sliekšņa spriegums (piem., silīcija diodām ~0,7 V), atpakaļējā izlādes spriegums (breakdown) un noplūdes strāva.

Biežākie diodu veidi un īss raksturojums

  • Standarta taisnošanas dioda — izmanto maiņstrāvas pārvēršanai līdzstrāvā (piem., diodu tilts), barošanas blokos un aizsardzībai.
  • Šotkija dioda (Schottky) — zems sprieguma kritums priekšējā virzienā (~0,2–0,4 V), ātra pārslēgšanās; lieto barošanas regulatoros un ātras elektronikas ķēdēs.
  • Zenera dioda — īpaši izstrādāta strādāt apgrieztā režīmā līdz noteiktam sabrukuma spriegumam; izmanto sprieguma regulēšanai un stabilizācijai.
  • Gaismu izstarojošā dioda (LED) — LED pārveido elektrisko enerģiju gaismā; atšķiras pēc krāsas, priekšējā sprieguma un efektivitātes.
  • Fotodioda — darbojas pretēji LED: reaģē uz iedarbinošu gaismu, ģenerējot strāvu; izmanto optiskajās sensoru un sakaru ierīcēs.
  • Tunelējuma (Tunnel) dioda — ātra ar negatīvu pretestības apgabalu, izmantojama augstas ātruma oscilatoros un pastiprinātājos.
  • Kapacitatīvā (varikaps) dioda — maina kapacitāti atbilstoši pielietotajam apgrieztajam spriegumam; bieži lieto frekvenču regulēšanas ķēdēs (VCO).

Materiāli un iepakojums

Visizplatītākie pusvadītāju materiāli ir pusvadītāji kā silīcijs un germānijs, kā arī III–V grupas savienojumi (piem., GaAs) LED un speciālām diodām. Diodes tiek ražotas dažādos iepakojumos: caurcauruma (through‑hole), SMD (virsmas montāža) un īpašos augstas jaudas korpusos ar dzesēšanas iespēju.

Praktiskie parametri un īpašības

  • Priekšējā sliekšņa spriegums: silīcija ~0,6–0,8 V, germānija ~0,2–0,3 V, Šotkija zemāks, LED parasti 1,8–3,3 V atkarībā no krāsas.
  • Atpakaļējā izturība un noplūde: apgrieztajā režīmā strāva ir ļoti maza, bet pie pārāk liela sprieguma var notikt iznīcinošs sabrukums (vai kontrolēts Zenera režīms).
  • Jauda un temperatūra: diodes siltumu ierobežo jaudas zudumi; jaudas diodām nepieciešami radiatoru elementi.
  • Ātrums: signāldažiem un frekvenču lietojumiem svarīga diodes atšķirība starp klasiskajām šuntēšanas un ātrajām (fast recovery, Schottky) diodām.
  • Kapacitāte: apgrieztā režīmā diodai ir neliela p‑n pārejas kapacitāte, kas ietekmē augsto frekvenču darbību.

Pielietojumi

  • Maiņstrāvas taisnošana un barošanas avoti (piem., diodu tilts).
  • Sprieguma regulēšana un stabilizācija (Zenera diodas).
  • Signālu klipēšana, ierobežošana un aizsardzība pret pārspriegumu.
  • Ātra pārslēgšanās elektronikā un digitālajās ķēdēs.
  • Gaismas avoti un indikatori — LED (apgaismojums, displeji, signālindikatūra).
  • Optiskie sensori un sakaru ierīces (fotodiodas, optoizolatori).
  • Radio signālu demodulācija (piemēram, kristāla radio), kur dioda izved kā detektors.

Praktiski padomi

  • Pievērs uzmanību polaritātei: diodas ķermeņos parasti ir svītra, kas apzīmē katodu.
  • LED izmanto kopā ar ierobežojošo rezistoru, lai neļautu caur to plūst pārmērīgai strāvai.
  • Ja nepieciešama zemas sprieguma nokrišana un ātra darbība, izvēlies Šotkija diodu.
  • Augstas jaudas diodām nodrošini pareizu dzesēšanu, lai nepieļautu termisku bojājumu.

Apkopojot: dioda ir pamatelements elektroniskajās ķēdēs ar daudzveidīgām īpašībām un pielietojumiem — no vienkāršas taisnošanas līdz optiskai pārvēršanai un precīzai sprieguma regulācijai. Mūsdienās visizplatītākās diodes ir izgatavotas no pusvadītāju materiāliem, piemēram, silīcija vai dažkārt no germānija, un tās ir neatņemama daļa no plaša spektra elektronisko ierīču.