Een diode is een elektronische component met twee aansluitingen die elektriciteit in slechts één richting geleidt, en alleen wanneer een bepaald minimaal potentiaalverschil of spanning op de twee aansluitingen wordt toegepast. Vroege diodes werden gebruikt om wisselstroom om te zetten naar gelijkstroom en om het signaal in radio's uit te filteren. Diodes zijn sindsdien alomtegenwoordig geworden, gebruikt om elektronica te beschermen, onze huizen te verlichten en signalen van afstandsbedieningen te verzenden.
De basisstructuur
Om de basis van het gebruik van een diode te begrijpen, helpt het om naar de structuur van een standaarddiode te kijken. De standaard pn-diode heeft twee halfgeleiders die contact maken en een interface vormen. Zuivere halfgeleiders geleiden niet, dus metaalverontreinigingen worden toegevoegd. In één halfgeleider van de pn-diode geeft het verontreinigende metaal gemakkelijk een elektron af; de andere is eveneens gedoteerd (onzuiver) met een metaal dat gemakkelijk een elektron accepteert. Op het grensvlak bewegen elektronen van de ene naar de andere kant, waardoor de atomen die de elektronen achterlieten positief geladen werden en de ontvangende atomen negatief. Deze afwijking van neutraliteit gebeurt alleen op het grensvlak. Het creëert een elektrisch veld zodat elektronen die van een externe stroom naar binnen stromen, meestal van de elektronenaccepterende kant naar de elektronendonerende kant gaan.
Vroege diodes: radio's
Deze unidirectionele eigenschap werd voor het eerst gebruikt in AM-radio's. Het radiosignaal oscilleert heen en weer, waardoor een wisselstroom in de antenne ontstaat. Voor versterking moet het signaal unidirectioneel worden gemaakt. De diode van een radio laat daarom de helft van het signaal door en beweegt de elektronen in de ene richting, maar niet de andere helft. Kortom, de AC wordt omgezet in DC. Condensatoren filteren vervolgens de hoge frequentie weg, waardoor alleen het audiosignaal klaar is voor versterking.
LED
Als je een spanning over een diode aanbrengt, bewegen elektronen van de elektrische stroom rond de elektrisch circuit zal een specifieke golflengte van licht uitzenden bij bevestiging aan de onzuiverheid die accepteert that een elektron. Dit is hoe light-emitting diodes (LED's) licht produceren. De elektronen bewegen dan over de halfgeleiderinterface vanwege het elektrische veld ertussen, kruisen de halfgeleider die elektronen doneert, en ga verder naar de achterkant van de spanningsbron om de circuit.
Fotodiodes en lichtgevoelige diodes
Net zoals diodes licht kunnen produceren, kunnen ze ook stroom creëren wanneer ze het ontvangen. De twee typen werken samen in een afstandsbediening, bijvoorbeeld voor je televisie. Dit laatste is hoe fotovoltaïsche panelen werken. Twee diodes zenden licht uit vanaf uw afstandsbediening: één zendt zichtbaar licht uit om u te laten weten dat het signaal wordt verzonden; de andere zendt een binair signaal uit op een onzichtbare golflengte (dus de noodzaak van de zichtbare fotodiode). De fotonen raken de elektronendonerende halfgeleider, waardoor elektronen vrijkomen en ze kinetische energie krijgen. De kinetische energie kan zich slechts in één richting vertalen, aangezien slechts één richting van elektrische stroom is toegestaan. Dit is dezelfde manier waarop zonnepanelen werken, waarbij fotonen van de zon slechts in één richting worden omgezet in elektrische stroom.
Circuitbeveiliging:
Een diode kan circuits beschermen tegen verkeerd geplaatste batterijen. De polariteit zal onjuist zijn, maar het zal het circuit langs de diode niet beschadigen, waardoor slechts een zwakke stroom doorlaat. Diodes spelen ook een rol bij overspanningsbeveiligingen. Zogenaamde "lawine"-diodes leiden naar een aardingsdraad, maar laten geen normale stroom door vanwege hun unidirectionele oriëntatie. Bij een voldoende hoge spanning laat een diode spanning door. Wanneer de spanning ver boven het operationele niveau stijgt, gaat de lawinediode open en laat de extra spanning door de aardedraad naar buiten.