Puslaidininkis diodas

Šiam straipsniui ar jo daliai . Jūs galite padėti Vikipedijai pridėdami su šaltiniais.

Puslaidininkis diodas – puslaidininkis prietaisas, turintis vieną elektroninę skylinę sandūrą, kuriame panaudotos savybės. Diodas paprastai turi du kontaktus, nebent viename korpuse jų būtų pagaminta keletas. Dažniausiai pritaikoma jų savybė praleisti elektros srovę tik viena kryptimi (atbulinis laidumas labai mažas), tačiau esama ir įvairesnių naudojimo būdų.

Įvairūs diodai

Voltamperinė charakteristika

Laidumas tiesiogine kryptimi

Paplitęs teiginys jog diodas tiesiog visada praleidžia srovę viena kryptimi yra labai supaprastintas. Prijungus nedidelę įtampą diodas srovės beveik nepraleidžia ir tiesiogine kryptimi. Stipresnė srovė ima tekėti tik įtampai pasiekus diodo atidarymo ribą. Silicio diodams ši riba yra apie 0,3..0,5 volto, germanio diodams – maždaug 0,2 volto, Šotkio diodams – 0,2..0,3 V o kai kuriems šviesos diodams net apie pusantro volto.

Šios diodo voltamperinės charakteristikos dalies kreivė iš tiesų yra logaritminė, tačiau jos posūkis toks aštrus jog galima kalbėti apie anksčiau minėtą atidarymo įtampą. Iš tiesų kreivę aprašo vadinamoji Shockley lygtis:

${\displaystyle I=I_{\mathrm {S} }\left({e^{qV_{\mathrm {D} } \over nkT}-1}\right)\,}$,

čia I – diodo srovė, I_S – diodui specifinis įsotinimo koeficientas, q – elektrono krūvis, k – Bolcmano konstanta, T – (°K), ir V_D – ant diodo krintanti įtampa. Nario kT/q (išreiškiamo voltais) reikšmė kambario temperatūroje lygi apie 26 mV. n (kartais praleidžiamas) yra emisijos koeficientas, priklausomai nuo naudotų medžiagų ir diodo konstrukcijos svyruojantis nuo 1 iki 2.

Praktikoje dažnai naudojama paprastesnė lygtis. Pakeičiant

${\displaystyle {\frac {kT}{q}}=V_{\mathrm {T} }}$

ir ${\displaystyle n=1}$, diodo srovė randama pagal formulę:

${\displaystyle I=I_{\mathrm {S} }\left({e^{V_{\mathrm {D} } \over V_{\mathrm {T} }}-1}\right)\,}$

kur ${\displaystyle V_{\mathrm {T} }=26mV}$ (kambario temperatūroje).

Panaudojus operacinį stiprintuvą, galima surinkti diodo analogą, kurio atsidarymo įtampa yra labai maža (diodo atsidarymo įtampa, padalyta iš stiprintuvo stiprinimo koeficiento – praktiškai lygi nuliui). Ši schema vadinama superdiodu.

Laidumas atbuline kryptimi

Esant nedidelei įtampai, laidumas atbuline kryptimi labai mažas (nors ir nelygus nuliui). Pasiekus vadinamąją pramušimo įtampa, laidumas staiga padidėja (vienpusis laidumas išnyksta). Yra keletas šio reiškinio priežasčių. Vienais atvejais (daugiausia taip dirbti neskirtiems diodams) šis reiškinys yra negrįžtamas, kitais (stabilitronams) – grįžtamas.

Sandara

Priklausomai nuo sandūros sudarymo būdo yra dviejų tipų diodai: plokštiniai ir taškiniai.

Plokštiniai diodai gaminami pagal lydytinę arba difuzinę technologiją. Difuzinių ir lydytinių lygintuvinių diodų konstrukcijos yra analogiškos. Difuzinių diodų sandūra aukštoje temperatūroje difunduojant priemaišoms į silicį ar germanį.

Taškiniuose dioduose pn sandūra yra sudaroma elektriniu būdu įlydant metalinį smaigalį į n puslaidininkį. Leidžiant trumpą srovės impulsą tiesiogine kryptimi, esantis prie smaigalio plonas puslaidininkio sluoksnis įgyja skylinį laidumą. Taškiniuose dioduode pn sandūros plotas yra labai mažas (10^-3 … 10^-4 mm²), todėl ir jos talpa labai maža. Taškiniai diodai dėl mažos talpos naudojami esant aukštiems dažniams.

Klasifikacija

Eil. Nr.	Diodo tipas	Žymuo	Sandūros savybės panaudojimas
1	Lygintuviniai, ,		Paprastai tariama jog jie tiesiog praleidžia srovę tik viena (ženkle – trikampio viršūnės rodoma) kryptimi. Jie naudojami srovės lygintuvuose, loginiuose elementuose ir kitose srityse. Šiuose dioduose taikomos pn sandūros vienpusio laidumo ypatybės.
2	Stabilitronas		Kintant diodu tekančiai srovei, palaiko pastovią jam tenkančią įtampą. Šie diodai jungiami „atvirkščia“ (srovė teka iš katodo į anodą) kryptimi.
3			Šis tipas dirba kaip įtampa valdomas kondensatorius ir dažnai naudojamas automatiniam programų derinimui televizoriuose ir radijo imtuvuose. Uždaryta pasižymi nemaža talpa, kuri priklauso nuo diodui tenkančios įtampos. Varikapo talpa gali būti maždaug nuo 3 iki 300 pF ir kintant valdymo įtampai keičiasi apie dešimt kartų. Valdymo įtampa gali siekti iki 30 V.
4			Šio diodo yra neigiamos diferencialinės varžos sritis. Tos srities ribose, mažinant diodui tenkančią įtampą, juo tekanti srovė stiprėja. Tuneliniai diodai tinka signalui sustiprinti. Įdomu, jog panašią charakteristiką turi gyvųjų ląstelių .
5			Padidintos koncentracijos puslaidininkių sandūros savybių panaudojimas.
6	Šotkio diodas		Šie diodai pasižymi labai mažu įtampos kritimu, srovei per juos tekant tiesiogine kryptimi. Tai svarbu loginiuose elementuose,impulsiniuose maitinimo keitikliuose.
7			Magnetinių reiškinių panaudojimas puslaidininkio tūryje
8	Fotodiodas		Veikia kaip šviesos daviklis (apšvietus padidėja laidumas atbuline kryptimi). Paprasti diodai kartais irgi naudojami kaip fotodiodai, jei jų korpusas pagamintas iš šviesai laidžios medžiagos. Skirtingai nuo fotorezistoriaus, fotodiodas į šviesą reaguoja labai greitai. Pavyzdžiui, elektrinėje gitaroje jų greičio pakanka registruoti stygos virpesiams.
9	Šviesos diodas		Srovei tekant tiesiogine kryptimi, šie diodai šviečia. Dėl didelio greitaeigiškumo tinka ir duomenims perduoti.