Diode

Diode so osnovni polprevodniški elementi, ki omogočajo usmerjeno pretok električnega toka. Delujejo kot ventili – v smeri naprej (ko so polarizirane v naprej) omogočajo pretok toka, medtem ko pri obratni polarizaciji praktično popolnoma blokirajo tok. Ta lastnost jih naredi nepogrešljive za številne aplikacije, kot so usmerjanje, signalna demodulacija, zaščita vezij in stabilizacija napetosti.

Osnovna načela delovanja

Diode imajo dve terminali: anodo in katodo. Ko je anoda povezana z višjo potencialno vrednostjo kot katoda (naprej polarizirana dioda), se pri doseženem mejnem pragu – običajno približno 0,6–0,7 V za silicijaste diode – začne tok eksponentno naraščati. To je mogoče opisati s Shockleyjevo enačbo:

I=IS(eVnVT−1)I = I_S \left(e^{\frac{V}{nV_T}} - 1\right)I=IS​(enVT​V​−1)

kjer je:

• $I$ tok skozi diodo,
• ISI_SIS​ nazorni tok,
• $V$ napetost na diodi,
• $n$ idealnostni faktor,
• VTV_TVT​ termična napetost (približno 26 mV pri sobni temperaturi).

Pri obratni polarizaciji dioda prepreči tok, kar omogoča njeno uporabo v zaščitnih in usmerjevalnih vezjih.

Raznolikost tipov in aplikacije

Na trgu so na voljo različni tipi diod, prilagojeni specifičnim zahtevam:

• Standardne (usmerjevalne) diode: Uporabljajo se predvsem v napajalnih sklopih za pretvorbo izmeničnega toka (AC) v enosmerni tok (DC).
• Schottky diode: Z nizko napetostjo praga in hitrim odzivom so idealne za visoko hitrostne aplikacije in varnostne zaščite.
• Zener diode: Namenjene so stabilizaciji napetosti, saj se ob preboju v obratni smeri zanesljivo zlomijo na določeni, vnaprej določeni napetosti, kar omogoča regulacijo in zaščito napajanja.
• LED diode: Čeprav se uporabljajo predvsem kot svetlobni viri, delujejo po istem osnovnem principu in so del širše kategorije diod.

Diode se uporabljajo v številnih napravah – od osnovnih usmerjevalnih vezij v električnih napajalnikih, preko signalnih demodulatorjev, do naprednih zaščitnih in regulacijskih sistemov. Zaradi svoje robustnosti in preprostosti so ključni element skoraj vsakega sodobnega elektronskega vezja.

Tehnični parametri in izračuni

Pri izbiri diod je pomembno upoštevati:

• Napetostni prag: Določena je za vsako vrsto diode (npr. 0,7 V za silicijaste diode, 0,3 V za germanijaste diode, nekoliko nižja vrednost pri Schottky diodah).
• Nazorni tok (ISI_SIS​): Majhen tok, ki se meri pri obratni polarizaciji in je ključen za določanje eksponentne narave delovanja diode.
• Idealnostni faktor ($n$): Ta faktor (običajno med 1 in 2) vpliva na natančnost modeliranja diode s Shockleyjevo enačbo.
• Hitrost preklopa in kapacitivnost: Posebej pomembno pri uporabi diod v visokofrekvenčnih in hitrih preklopnih vezjih.

Uporaba diod v vezjih je ključna za učinkovito pretvorbo in zaščito električne energije. Pravilna izbira tipa diode, upoštevanje njenih specifikacij in ustrezna integracija v vezje so bistveni za zagotavljanje stabilnega in zanesljivega delovanja elektronskih naprav.