Een diode is een elektronische component met twee aansluitingen die elektriciteit in slechts één richting geleidt, en alleen wanneer een bepaald minimaal potentiaalverschil of voltage wordt toegepast op de twee klemmen. Vroege diodes werden gebruikt om AC naar DC om te zetten en het signaal in radio's uit te filteren. Dioden zijn sindsdien alomtegenwoordig, worden gebruikt om elektronica te beschermen, lichten onze huizen aan en sturen afstandsbedieningssignalen.

De basisstructuur

Om de basis van het gebruik van een diode te begrijpen, helpt het om te kijken naar een standaard diodestructuur. De standaard p-n-diode heeft twee halfgeleiders die contact maken en een interface vormen. Pure halfgeleiders geleiden niet, dus metaalverontreinigingen worden toegevoegd. In één halfgeleider van de p-n-diode geeft het verontreinigende metaal gemakkelijk een elektron af; de andere is eveneens gedoteerd (gezuiverd) met een metaal dat gemakkelijk een elektron kan opnemen. Aan het grensvlak bewegen elektronen van de ene naar de andere kant, waardoor de atomen die de elektronen positief hebben verlaten en de ontvangende atomen negatief zijn. Deze afwijking van neutraliteit gebeurt alleen op de interface. Het creëert een elektrisch veld zodat elektronen die van een externe stroom naar binnen stromen meestal van de elektron-accepterende zijde naar de elektron-donerende zijde gaan.

Vroege diodes: radio's

Deze unidirectionele eigenschap was eerst uitgebuit in AM-radio's. Het radiosignaal oscilleert heen en weer, waardoor een wisselstroom in de antenne ontstaat. Vóór de versterking moet het signaal unidirectioneel worden gemaakt. De diode van een radio laat daarom de helft van het signaal door, waarbij de elektronen in de ene richting worden bewogen, maar niet in de andere. Kortom, de AC wordt omgezet in DC. Condensatoren filteren vervolgens de hoge frequentie weg, waardoor alleen het audiosignaal overblijft, klaar voor versterking.

LED-verlichting

Als u een spanning over een diode uitoefent, bewegen elektronen van de elektrische stroom door het elektrische circuit zal een specifieke golflengte van licht afgeven wanneer hij zich hecht aan de onzuiverheid die een elektron accepteert. Dit is hoe lichtgevende diodes (LED's) licht produceren. De elektronen bewegen dan over de halfgeleiderinterface vanwege het elektrische veld daartussen, steken de halfgeleider over die elektronen doneert en gaan verder naar het achterste uiteinde van de spanningsbron om de schakeling te voltooien.

Fotodiodes en lichtgevoelig Diodes

Net zoals diodes licht kunnen produceren, kunnen ze ook actueel zijn wanneer ze deze ontvangen. De twee typen werken samen in een apparaat met afstandsbediening, bijvoorbeeld voor uw televisie. Het 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 met een onzichtbare golflengte (dus de behoefte aan de zichtbare fotodiode). De fotonen raken de elektronendonende halfgeleider, waardoor elektronen worden bevrijd en ze kinetische energie krijgen. De kinetische energie kan in slechts één richting worden vertaald, omdat slechts één richting van elektrische stroom is toegestaan. Dit is dezelfde manier waarop zonnepanelen werken, waardoor fotonen vanuit de zon in slechts één richting in elektrische stroom worden omgezet.

Circuitbeveiliging

Een diode kan circuits beschermen tegen onjuist geplaatste batterijen. De polariteit is onjuist, maar beschadigt het circuit niet voorbij de diode, waardoor er slechts een zwakke stroom doorheen gaat. Diodes spelen ook een rol bij piekbeschermers. Zogenaamde "lawine" diodes leiden naar een aardingsdraad, maar ze laten geen regelmatige 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, wordt de lawinediode geopend en wordt de extra spanning via de aardedraad losgelaten.