En diod är en elektronisk komponent med två terminaler som leder el i endast en riktning, och endast när en viss minsta potentialskillnad, eller spänning, appliceras på dess två terminaler. Tidiga dioder användes för att omvandla växelström till likström och för att filtrera bort signalen i radioapparater. Dioder har sedan dess blivit allestädes närvarande, används för att skydda elektronik, tända våra hem och skicka fjärrkontrollsignaler.
Grundstrukturen
För att förstå grunden för en diods användning, hjälper det att titta på en standarddiodstruktur. Standard p-n-dioden har två halvledare som tar kontakt och bildar ett gränssnitt. Rena halvledare leder inte, så metallföroreningar läggs till. I en halvledare av p-n-dioden ger den förorenande metallen lätt en elektron; den andra är likaledes dopad (orenad) med en metall som lätt accepterar en elektron. Vid gränssnittet rör sig elektroner från ena sidan till den andra, vilket gör atomerna som elektronerna lämnade positivt laddade och de mottagande atomerna negativa. Denna avvikelse från neutralitet sker bara vid gränssnittet. Det skapar ett elektriskt fält så att elektroner som strömmar in från en yttre ström för det mesta går från den elektronmottagande sidan till den elektrondonerande sidan.
Tidiga dioder: Radios
Denna enkelriktade egendom utnyttjades först i AM-radio. Radiosignalen svänger fram och tillbaka och skapar en växelström i antennen. Innan förstärkningen måste signalen göras enkelriktad. En radios diod släpper därför igenom hälften av signalen som rör elektronerna i en riktning, men inte den andra halvan. Kort sagt förvandlas växelströmmen till likström. Kondensatorer filtrerar sedan ut högfrekvensen och lämnar bara ljudsignalen, redo för förstärkning.
LED
Om du spänner över en diod, rör sig elektroner från den elektriska strömmen runt elektrisk krets kommer att avge en viss våglängd när den fäster vid den förorening som accepteras en elektron. Så här producerar ljusdioder (LED) ljus. Elektronerna rör sig sedan över halvledargränssnittet på grund av det elektriska fältet däremellan, korsar halvledare som donerar elektroner och fortsätter till den bakre änden av spänningskällan för att slutföra krets.
Fotodioder och ljuskänsliga dioder
Precis som dioder kan producera ljus kan de också skapa ström när de tar emot det. De två typerna fungerar tillsammans i en fjärrkontrollenhet, till exempel för din TV. Det senare är hur solcellspaneler fungerar. Två dioder avger ljus från din fjärrkontroll: En avger synligt ljus för att meddela att signalen skickas; den andra avger en binär signal vid en osynlig våglängd (därmed behovet av den synliga fotodioden). Fotonerna träffar den elektrondonerande halvledaren, frigör elektroner och ger dem kinetisk energi. Den kinetiska energin kan bara översättas i en riktning, eftersom endast en riktning av elektrisk ström är tillåten. Detta är på samma sätt som solpaneler fungerar och översätter fotoner från solen till elektrisk ström endast i en riktning.
Kretsskydd
En diod kan skydda kretsar från felaktigt isatta batterier. Polariteten kommer att vara felaktig, men det kommer inte att skada kretsarna förbi dioden, vilket endast tillåter en svag ström genom. Dioder spelar också en roll i överspänningsskydd. Så kallade “lavin” -dioder leder till en jordledning, men de släpper inte igenom regelbunden ström på grund av sin enkelriktade orientering. Vid en tillräckligt hög spänning släpper en diod igenom spänningen. När spänningen ökar långt över driftsnivåerna öppnas lavindioden och släpper ut extra spänning genom jordledningen.