Діод — електронний прилад з двома електродами, що пропускає електричний струм лише в одному напрямі. Застосовується у радіотехніці, електроніці, енергетиці та в інших галузях, переважно для випрямляння змінного електричного струму, детектування, перетворення та помноження частоти, а також для переключення електричних кіл.
Назву «діод» запропонував у 1919 році Вільям Генрі Еклз, утворивши її від грецької частки ді-, яка означає два та — шлях.
Види діодів
За фізичними принципами реалізації своїх функцій діоди як електронні прилади бувають електровакуумними, які виготовляють у вигляді електронних (електровакуумних) ламп (електровакуумні діоди) або газорозрядних (газонаповнених) приладів (газорозрядні вентилі) та напівпровідниковими. Кожний з видів поділяється на низку підвидів, залежно від функцій, що виконуються ними в електричних колах.
Класифікація електровакуумних діодів Електровакуумний діод — вакуумна двоелектродна електронна лампа, що має лише анод і катодДСТУ 2385-94 Прилади електровакуумні Терміни та визначення..
Катод діода нагрівається до температур, при яких виникає термоелектронна емісія. При подаванні на анод позитивної відносно катода напруги частина емітованих електронів спрямовується до анода, формуючи його струм, у протилежному випадку емітовані катодом електрони повертаються на катод. Таким чином, діод випрямляє прикладену до нього змінну електричну напругу. Ця властивість діода використовується для випрямлення змінної напруги і детектування сигналів високої частоти. Практичний частотний діапазон традиційного вакуумного діода обмежується значеннями 500 МГц. Дискові діоди, що інтегровані у хвилеводи, здатні детектувати частоти до 10 ГГц. Залежно від призначення та виконання електровакуумні діоди бувають наступних виконань: Одинарний (одноанодний) діод — малопотужний різновид електровакуумного діода, призначений для детектування сигналів високої частоти. Подвійний (двоанодний) діод — те ж, але містить два діоди в одному корпусі із спільним розігрівом катода з метою використання їх у схемах двопівперіодного випрямлення. Кенотрон (від — порожній і (elec)tron) — електровакуумний діод, що використовується у випрямних та імпульсних режимах (потужний різновид електровакуумного діода). Одинарний (одноанодний) кенотрон містить катод прямого або непрямого розігріву і анод. Низьковольтні кенотрони (допустима зворотна напруга на аноді до 2 кВ, допустима сила прямого струму сягає декількох амперів) мають оксидні катоди. Високовольтні кенотрони (напруга до 1 МВ, сила струму до 500 мА) мають оксидний або карбідований катод. З розвитком напівпровідникової техніки кенотрони було повністю витіснено напівпровідниковими діодами. Механотрон — Електронно-керована лампа, в якій керування потоком електронів та іонів здійснюється механічним переміщенням одного чи кількох їх електродів відносно інших. Може виконуватись як електровакуумний або газорозрядний прилад. Зазвичай, це різновид діода, у якому силою електронного чи іонного струму можна керувати механічним впливом ззовні. Механотрон є одним з видів електронно-механічних перетворювачів. Призначений для прецизійного вимірювання лінійних переміщень, кутів, сил і вібрації в контрольно-вимірювальних пристроях.
Класифікація газорозрядних вентилів (газонаповнених діодів) Газорозрядний вентиль — газорозрядний прилад, який має переважно односторонню провідність. Електроди газорозрядних вентилів — анод, що виготовляють з нікелю, сталі або графіту, і оксидний катод з прямим чи непрямим підігрівом (виняток становить ігнітрон з ртутним катодом) — поміщені в середовище інертного газу або суміші газів під тиском 0,1—0,25 мм рт. ст. або пари і під тиском 0,001—0,01 мм рт. ст. Залежно від призначення та виконання газонаповнені діоди включають такі різновиди: Газотрон — некерований газорозрядний вентиль з дуговим розрядом у газі чи парах металів у вигляді газонаповненої лампи як і електровакуумний діод також має гарячий катод і анод, однак відрізняється деякими конструктивними особливостями. Електрони, емітовані катодом, зазнають прискорення від позитивно зарядженого анода. Оскільки в лампі замість вакууму перебувають часточки газу, то довжина шляху вільного пробігу електрона є невеликою — він вдаряє у молекулу газу, вибиваючи з неї електрони і тим самим іонізуючи газ. В лампі утворюється іонізований газ, що складається з різних зарядів — мінусових електронів і плюсових іонів. Електрони рухаються до анода, іони — до катода. З огляду на різницю мас головним носієм струму є електрони, іони рухаються значно повільніше. Такі діоди знайшли застосування у підсилювачах великої потужності. Тиратрон (від — двері, вхід та (elec)tron), — іонний газорозрядний багатоелектродний комутатор струму (керований діод), в якому між анодом і катодом можуть міститися один (тріод), два (тетрод) або більше керуючих електродів. Для того, щоб запалити розряд між анодом і катодом, на сітку подається електричний сигнал. На відміну від вакуумних тріодів, при знятті керуючого сигналу струм між анодом і катодом триватиме до тих пір, поки напруга на аноді не впаде нижче за напругу підтримки розряду. В сучасній електроніці малопотужні тиратрони практично повністю витіснено напівпровідниковими приладами тиристорами. Сучасні потужні тиратрони застосовуються при комутації імпульсів струму до 10 кА і напруги до 50 кВ. Тиратрон тліючого розряду — тиратрон із холодним катодом, в якому необхідний струм є струмом тліючого розряду Ігнітрон (ртутний випрямляч) (від — вогонь та (elec)tron) — керований ртутний вентиль, в якому головний дуговий розряд виникає від ігнайтера (запалювача), зануреного в ртуть, на який подається електричний імпульс позитивної полярності відносно катода. Застосовується як ртутний електричний вентиль у потужних випрямних пристроях, електроприводах, електрозварювальних пристроях, тягових та випрямних підстанціях тощо із середньою силою струму у сотні ампер та випрямленою напругою до 5 кВ. Для ігнітрона характерним є незначний спад напруги (15—20 В) та високий ККД (98—99 %)Бензарь В. К. Словарь-справочник по электротехнике, промышленной электронике и автоматике. — Минск: Вышэйшая школа, 1985. — С. 54. — 176 с. Ігнітронні контактори мають значні переваги над електромагнітними контакторами, а саме: безінерційність, відсутність рухомих частин і вимикання струму в нульовій точці; все це забезпечує однорідність сили струму і відсутність перенапруг на трансформаторах при розмиканні струму. Стабілітрон (від — стійкий, сталий та (elec)tron) — двоелектродний газорозрядний а також напівпровідниковий пристрій (див. нижче), напруга на якому при зміні (у певних межах) струму, що проходить через нього змінюється незначно. Стабілітрони застосовують для підтримання сталої напруги на заданій ділянці електричного кола, наприклад, у стабілізаторах напруги. Серед газорозрядних стабілітронів розрізняють: Стабілітрон коронного розряду — іонний газорозрядний електровакуумний прилад, що призначений для стабілізації напруги (400 В…30 кВ) при малому споживанні струму (одиниці-десятки мікроампер) (для живлення електронно-променевих трубок, фотоелектронних помножувачів, лічильників Гейгера). Колби заповнюються воднем під тиском, близьким до атмосферногоГурлев Д. С. Справочник по электронным приборам. Киев: Техніка 1974. — 512 с.. Стабілітрон тліючого розряду (застаріле — стабіловольт) — іонний газорозрядний електровакуумний пристрій, призначений для стабілізування напруги. Стабілітрони тліючого розряду заповнені сумішшю інертних газів і призначені для стабілізації напруг від 80 В (аргоново-гелієва і неон-криптонова суміші) до 1,2 кВ (гелієво-неонова суміш). Ця конструкція стабілітрона зазвичай має лише історичну цінність. Механотрон (див. вище)
Класифікація напівпровідникових діодів Напівпровідниковий діод — це напівпровідниковий прилад з одним випрямним електричним переходом і двома зовнішніми виводами. Випрямним електричним переходом в напівпровідникових діодах може бути електронно-дірковий перехід, гіперперехід або контакт метал-напівпровідник. Класифікацію напівпровідникових діодів проводять за наступними ознаками: за методом отримання переходу бувають: точкові, у яких використовується пластинка германію або кремнію з електропровідністю n-типу, завтовшки 0,1…0,6 мм і площею 0,5…1,5 мм²; з пластинкою стикається загострений провідник з нанесеною на вістря домішкою. При цьому з вістря в основний напівпровідник дифундують домішки, які створюють область з іншим типом електропровідності. Таким чином біля вістря утворюється мініатюрний p-n-перехід півсферичної форми; планарні, у яких р-n-перехід утворюється двома напівпровідниками з різними типами електропровідності, причому площа переходу у різних типів діодів лежить в межах від сотих долей квадратного міліметра до кількох десятків квадратних сантиметрів (силові діоди). Площинні діоди виготовляються методами сплавлення (вплавлення) або дифузії; діод Шотткі (названий на честь німецького фізика Вальтера Шотткі), також відомий як «діод з гарячими носіями», є напівпровідниковим діодом з низьким значенням падіння прямої напруги, та дуже швидким перемиканням. Діоди Шотткі використовують перехід метал-напівпровідник, як бар'єр Шотткі, (замість p-n-переходу, як у звичайних діодів); за матеріалом напівпровідникові діоди бувають: германієві, кремнієві, арсенідо-галієві тощо; за фізичними процесами, на використанні яких базується робота діода: тунельні (діоди Лео Есакі) — напівпровідникові елементи електричного кола з нелінійною вольт-амперною характеристикою, на якій існує ділянка з від'ємною диференційною провідністю, наявність якої базується на кванотовомеханічних ефектах. Застосовуються як підсилювачі, генератори тощо; лавинно-пролітні напівпровідникові діоди, що працюють в режимі лавинного розмноження носіїв заряду при зворотному зміщенні електричного переходу та призначені для генерування надвисокочастотних коливаньДСТУ 2449-94 Прилади напівпровідникові. Терміни та визначення.; фотодіоди — це приймачі оптичного випромінювання, які перетворюють світло, що падає на його фоточутливу область в електричний заряд за рахунок процесів в p-n-переході. Його можна класифікувати як напівпровідниковий діод, в якому використовується залежність його вольт-амперної характеристики від освітленості; світлодіоди () — напівпровідникові пристрої, що випромінюють некогерентне світло при пропусканні через них електричного струму (ефект, відомий як електролюмінесценція). Випромінюване світло традиційних світлодіодів лежить у вузькій ділянці спектра, а його колір залежить від хімічного складу використаного у світлодіоді напівпровідника. Сучасні світлодіоди можуть випромінювати світло від інфрачервоної ділянки спектра до майже ультрафіолету ; діоди Ганна — тип напівпровідникових діодів, що використовується для генерації та перетворення коливань у діапазоні НВЧ. На відміну від інших типів діодів, принцип дії діода Ганна заснований не на властивостях p-n-переходів, а на власних об'ємних властивостях напівпровідника.
за призначенням напівпровідникові діоди поділяють на;: випрямні напівпровідникові діоди, призначені для перетворення змінного струму в пульсуючий; імпульсні — напівпровідникові діоди, що мають малу тривалість перехідних процесів в імпульсних режимах роботи; варикапи (діод Джона Джеумма) — напівпровідникові діоди, ємність яких керується зворотною напругою, і які призначені для застосування в ролі елементів з електрично керованою ємністю; стабілітрони (діод Зенера) — напівпровідникові діоди, що працюють в режимі зворотного пробою та використовується як джерело опорної напруги; напівпровідникові діоди, що працюють в режимі зворотного пробою та використовується як згладжувачі викидів (піків) напруги () детекторні — напівпровідникові діоди, призначені для детектування сигналу; детекторні НВЧ — напівпровідникові діоди, призначені для детектування надвисокочастотного сигналу; параметричні — варикапи, що застосовуються в діапазоні надвисоких частот у параметричних підсилювачах,