Polovodičová dioda

Polovodičová dioda se skládá ze dvou příměsových polovodičů - jeden polovodič je typu N (katoda) a druhý polovodič je typu P (anoda). Na rozhraní polovodičů vznikne přechod P-N (hradlová vrstva), který v ideálním případě propouští proud pouze jedním směrem.

Základem diody bývá křemíková nebo germaniová destička, obohacená z jedné strany o prvek s pěti valenčními elektrony (fosfor, arsen), z druhé strany o prvek s třemi valenčními elektrony (bor, hliník, gallium, indium). Vzájemným silovým působením mezi částicemi se na přechodu P-N vytvoří vnitřní elektrické pole.

Kromě základního druhu polovodičové diody existují diody se speciálním chováním přechodu P-N:

• Fotodioda - dopadající světelné nebo jiné záření způsobí v oblasti přechodu P-N vytvoření dvojice elektron - kladná díra, a tím podle způsobu zapojení dojde ke zvýšení vodivosti nebo ke zvýšení napětí na přechodu P-N
• LED - rekombinace v oblasti přechodu P-N způsobují vydávání světelného záření
• Varikap - změnou napětí na diodě v závěrném směru se mění její kapacita, varikap je vyroben tak, aby tato změna byla co nejvýraznější
• Zenerova dioda - má nízké napětí, při kterém v závěrném směru dochází k nedestruktivnímu průrazu, a dá se tak v jednoduchém zapojení využít ke stabilizaci napětí
• Tunelová dioda - její voltampérová charakteristika obsahuje v propustném směru při napětí několika desetin voltu oblast záporného diferenciálního odporu. Lze s ní vyrobit oscilátor na velmi vysokých kmitočtech.

Dále se diody dělí podle schopnosti snést různý proud v propustném směru globálního a napětí v závěrném směru, nebo podle frekvence střídavého proudu (vysoko- a nízkofrekvenční diody), pro který jsou určeny.

• Prahové napětí - elektrické napětí, při kterém dojde ke zrušení hradlové vrstvy
• Průrazné napětí - elektrické napětí, které způsobí při zapojení v závěrném směru zničení přechodu P-N a průchod proudu diodou
• VA charakteristika - závislost proudu protékajícího diodou na napětí mezi vývody
• Maximální zatížení - největší možný výkon elektrického proudu nepoškozující diodu
• Maximální proud - největší proud, který může procházet diodou
• Teplotní rozmezí - rozmezí teplot, při kterých může dioda pracovat

Voltampérovou charakteristiku běžných polovodičových diod lze popsat rovnicí pojmenovanou podle spoluobjevitele tranzistoru Williama Bradforda Shockleyho. Rovnice popisuje základní chování diody v propustném i v závěrném směru:

${\displaystyle I=I_{\mathrm {0} }\left(e^{U_{\mathrm {D} }/(nU_{\mathrm {T} })}-1\right),\,}$

kde

I je proud diodou,

I₀ je závěrný saturační proud,

U_D je napětí přiložené na diodu,

U_T je tzv. tepelné napětí

n je činitel kvality, který se pohybuje od 1 do 2 v závislosti na výrobním procesu a materiálu polovodiče. V mnoha případech se dá uvažovat jako přibližně rovný 1 (pak n z rovnice vypadne).

Tepelné napětí U_T je při běžných "pokojových teplotách" okolo 300 K přibližně 25.85 mV. Obecně je definováno vzorcem:

${\displaystyle U_{\mathrm {T} }={\frac {kT}{q}}\,,}$

kde k je Boltzmannova konstanta, T je teplota p-n přechodu v Kelvinech, a q je velikost náboje elektronu (elementární náboj).

Shockleyho rovnice ideální diody počítá s tím, že v diodě působí pouze drift (daný elektrickým polem), dále difuze a tepelná rekombinace. Ostatní jevy včetně R-G proudů a fotoelektrických jevů jsou zde zanedbány. Také je zanedbán vnitřní ohmický odpor diody, projevující se při vysokých proudech v propustném směru. Tato rovnice rovněž nemodeluje oblast zpětného průrazu.

• Usměrňovací dioda - usměrnění střídavého proudu (samostatně nebo jako součást usměrňovače)
• Stabilizační (Zenerova) dioda - vyrovnávání průběhu napětí ve stabilizačních obvodech
• LED - signalizace průchodu proudu (s nízkým nárokem na spotřebu) nebo zdroj světla např. v optických myších
• Fotodioda - součást fotobuněk, polovodičových detektorů záření nebo slunečních článků

• Dioda
• Elektřina
• Elektrotechnická součástka
• Polovodič
• Diody v učebnici Praktická elektronika ve Wikiknihách
• Voltampérová charakteristika