Диод

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Обозначение лампового диода на схемах.

Обозначение обычного выпрямительного полупроводникового диода на схемах.

Дио́д (от ди- и -од^[1] из слова электрод^[2]) — двухэлектродный электронный прибор, проводящий ток только в одном направлении. Электрод диода, подключённый к положительному полюсу источника тока, когда диод открыт (т.е. имеет маленькое сопротивление), называют анодом, подключённый к отрицательному полюсу — катодом.

Диоды бывают как электровакуумными (кенотроны), так и полупроводниковыми. В настоящее время в подавляющем большинстве случаев применяются полупроводниковые диоды.

[править] История

Развитие диодов началось в третьей четверти XIX века сразу по двум направлениям: в 1873 году Фредериком Гутри был разработан принцип действия термионного диода, а в 1874 году Карл Фердинанд Браун разработал первые диоды на кристалле.

Принципы работы термионного диода были заново открыты тринадцатого февраля 1880 года Томасом Эдисоном, и затем запатентованы (патент США №307031). Однако дальнейшего развития в работах Эдисона идея не получила. В 1890 году Браун запатентовал выпрямитель на кристалле. В 1900 Гринлиф Пикард создал первый радиоприемник на кристаллическом диоде. Термионный диод был запатентован в Британии Джоном Амброзом Флемингом (научным советником компании Маркони и бывшим сотрудником Эдисона) шестнадцатого ноября 1904 года (патент США №803684 от ноября 1905 года). Пикард же запатентовал кремниевый детектор на кристалле двадцатого ноября 1906 года (патент США №836531).

В конце XIX века устройства подобного рода были известны под именем выпрямителей, и лишь в 1919 году Вильям Генри Еклс ввёл в оборот слово "диод", образованное от греческих корней "di" - два, и "odos" - путь^[1].

[править] Полупроводниковые диоды

Полупроводниковый диод в стеклянном корпусе. На фотографии виден полупроводник с контактами, подходящими к нему.

Основная статья: Полупроводниковый диод

Полупроводниковые диоды используют свойство односторонней проводимости p-n перехода — контакта между полупроводниками с разным типом примесной проводимости, либо между полупроводником и металлом.

[править] Ламповые диоды

Основная статья: Электровакуумный диод

Ламповые диоды представляют собой радиолампу с двумя рабочими электродами, один из которых подогревается нитью накала. Благодаря этому, часть электронов покидает поверхность разогретого электрода (катода) и под действием электрического поля движется к другому электроду — аноду. Если же поле направлено в противоположную сторону, электрическое поле препятствует этим электронам и ток (практически) не течет.

[править] Применение диодов

[править] Выпрямительные диоды

Диоды широко используются для преобразования переменного тока в постоянный (точнее, в пульсирующий). Диодный выпрямитель или диодный мост (то есть 4 диода для однофазной схемы (6 для трёхфазной полумостовой схемы или 12 для трёхфазной полномостовой схемы), соединённых между собой по мостовой схеме) — основной компонент блоков питания практически всех электронных устройств. Трёхфазный полумостовой диодный выпрямитель по схеме Ларионова применяется также в автомобильных генераторах, он преобразует переменный трёхфазный ток генератора в постоянный ток бортсети автомобиля. Использование диодного выпрямителя в сочетании с генератором переменного тока вместо генератора постоянного тока позволило значительно уменьшить размеры автомобильного генератора и повысить его надёжность.

В некоторых устройствах применяются селеновые выпрямители.

В высоковольтных выпрямителях применяются селеновые высоковольтные столбы из множества последовательно соединённых селеновых выпрямителей и кремниевые высоковольтные столбы из множества последовательно соединённых кремниевых диодов.

[править] Диодные детекторы

Диоды в сочетании с конденсаторами применяются для выделения низкочастотной модуляции из амплитудно-модулированного радиосигнала или других модулированных сигналов. Диодные детекторы применяются во всех^{[источник?]} радиоприёмных устройствах: радиоприёмниках, телевизорах и т. п.. Используется квадратичный участок вольт-амперной характеристики диода.

[править] Защитные диоды

Диоды применяются также для защиты разных устройств от неправильной полярности включения и т. п.

Известна схема диодной защиты схем постоянного тока с индуктивностями от скачков при выключении питания. Диод включается параллельно катушке так, что в «рабочем» состоянии диод закрыт. В таком случае, если резко выключить сборку, ток потечёт через диод и будет уменьшаться медленно (ЭДС индукции будет равна падению напряжения на диоде), и не возникнет мощного скачка напряжения, приводящего к искрящим контактам и выгорающим полупроводникам.

[править] Переключательные диоды

Применяются для коммутации высокочастотных сигналов. Управление осуществляется постоянным током, разделение ВЧ и управляющего сигнала с помощью конденсаторов и индуктивностей.

Этим не исчерпывается применение диодов в электронике, однако другие схемы, как правило, весьма узкоспециальны. Совершенно другую область применимости имеют специальные диоды, поэтому они будут рассмотрены в отдельных статьях.

[править] Специальные типы диодов

Стабилитроны (Диод Зинера (Зенера)). Используют обратную ветвь характеристики диода с обратимым пробоем для стабилизации напряжения.
Туннельные диоды. Диоды, существенно использующие квантовомеханические эффекты. Имеют область т. н. «отрицательного сопротивления» на вольт-амперной характеристике. Применяются как усилители, генераторы и пр.
Варикапы. Используется то, что запертый p—n-переход обладает большой ёмкостью, причём ёмкость зависит от обратного напряжения.
Светодиоды. В отличие от обычных диодов, при рекомбинации электронов и дырок в переходе излучают свет в видимом диапазоне, а не в инфракрасном.
Полупроводниковые лазеры. По устройству близки к светодиодам, однако имеют лазерный резонатор, излучают когерентный свет.
Фотодиоды. Запертый фотодиод открывается под действием света.
Диоды Ганна. Используются для генерации и преобразования частоты в СВЧ диапазоне.
Диод Шоттки. Диод с малым падением напряжения при прямом включении.
Лавинно-пролётный диод. Диод, работающий за счет лавинного пробоя.
Магнитодиод. Диод, вольт-амперная характеристика которого существенно зависит от значения индукции магнитного поля и расположения его вектора относительно плоскости p-n-перехода.
Стабисторы. При работе используется участок ветви вольт-амперной характеристики, соответствующий «прямому напряжению» на диоде.
Смесительный диод — предназначен для перемножения 2 высокочастотных сигналов.

[править] Интересные факты

В первые десятилетия развития полупроводниковой технологии точность изготовления диодов была настолько низкой, что приходилось делать «разбраковку» уже изготовленных приборов. Так, диод Д220 мог, в зависимости от фактически получившихся параметров, маркироваться и как переключательный (Д220А,Б), и как стабистор (Д220С). Радиолюбители широко использовали его в качестве варикапа.
Диоды могут использоваться как датчики температуры.
Диоды в прозрачном стеклянном корпусе (в том числе и современные SMD-варианты) могут обладать паразитной чувствительностью к свету (то есть радиоэлектронное устройство работает по-разному в корпусе и без корпуса, на свету).