Diode

Jeg forstår heller ikke, hvordan den figur skal bruges. Jeg kan ikke se noget om, hvorfor den skulle forklare, hvilken vej strømmen kan løbe.

Jeg vil prøve at skrive en forklaring, lidt senere.

Der er flere typer af halvledere, der kan benyttes til dioder. Jeg vil omtale silicium, der er det mest benyttede til ensretterdioder.

Siliciumatomet har 4 elektroner i yderste elektronskal, når det er frit. I en krystal binder atomerne sig sammen sådan, at der er 8 elektroner i yderste skal, idet naboatomerne deler elektronpar. I den rene krystal sidder elektronerne derfor ret godt fast. Hvis man tilsætter en lille smule fosfor, vil forforatomerne kunne erstatte nogle af siliciumatomerne, men forsfor har 5 elektroner i yderste skal, så der er en overskydende elektron, som ikke har nogen fast plads. Den vil dog have en vis tiltrækning fra fosforatomets positive ladning. Den overskydende elektron kan bevæge sig ret frit, så krystallen bliver ledende. Man siger, at krystallen er af n-type silicium, fordi der er negative ladningsbærere (elektronerne), der gør krystallen ledende.

Hvis man i stedet tilsætter en lille smule aluminium, vil det være aluminiumatomer, der sætter sig på nogle af pladserne. Aluminium har kun 3 elektroner i yderste elektronskal, så der mangler en elektron. Elektroner fra naboatomerne kan ret let flytte over i den tomme plads. På denne måde kan den tomme plads flytte sig i krystallen, hvilket gør, at krystallen er ledende. En sådan ledig plads kaldes et hul. Hullet opfører sig som om det var en positivt ladet elektron. Her taler man omp-type silicium, fordi hullerne er positivt ladede.

Har man en krystal, hvor den ene del er af p-type og den anden af n-type, vil nogle af de frie elektroner i n-delen komme i kontakt med huller fra p-delen. Der eliminerer de hinanden og der opstår et tyndt lag, hvor der hverken er elektroner eller huller.  

Hvis man lægger en spændingsforskel mellem de to dele (med ledninger udefra), vil elektronerne blive tiltrukket af den positive spænding og hullerne af den negative spænding. Hvis det er n-laget, der er positivt, bliver både elektroner og huller trukket væk fra grænselaget, så der ikke kan løbe strøm gennem krystallen.

Er det derimod p-laget, der er positivt, vil både elektroner og huller bevæge sig mod grænselaget. Er spændingsforskellen stor nok, vil de mødes i grænselaget og eliminere hinanden, hvilket bevirker, at nye elektroner og huller kan bevæge sig mod grænselaget, så der løber en strøm gennem krystallen. Der skal dog en vis mindste spændingsforskel til for at elektronerne og hullerne kan nå helt frem til grænselaget, da der jo i gitteret er nogle fosfor og aluminiumatomer, der har en ladning, der tiltrækker henholdsvis elektroner og huller. Denne tiltrækning skal overvindes før strømmen kan komme i gang.

Øverst: Symbolet for en diode i et diagram. Nederst: En fysisk diode med angivelse af katode.

Generelt om dioden set "udefra":

"Diode" er sammentrækning af di og elektrode. Altså en komponent med to tilslutninger, en anode og en katode. Anoden er direkte forbundet med P-laget i dioden.

En diode kan ses som en envejs-ventil for elektrisk strøm. Når spændingen på anoden målt i forhold til katoden er "0" eller negativ, er ventilen lukket og den kan nu opfattes som en nærmest uendelig stor modstand, da der ikke -, uanset spænding kan gå en strøm. Dog er dens evne til at spærre begrænset af den såkaldte "PIV" (Peak Inverse Voltage ≈ maks. omvendt spænding). Hvis denne overskrides bryder det som kaldes diodens spærrelag sammen og den vil sikkert kortslutte permanent uanset hvordan den forspændes.

Når spændingsforskellen øges fra de 0 V og går mod en bestemt spænding (afhængig af diodens konstruktion*) begynder "ventilen" at åbne, først ganske lidt, men ved den bestemte spænding er den helt åben for strøm og den kan nærmest opfattes som en kortslutning. Dog vil der stadig være et spændingsfald i lederetningen som ganget med strømmen giver en afsat effekt, der ikke må overskride oplysningerne i databladet.

* Hvis dioden er en siliciumdiode som i #2 åbner dioden ved ca. 0.6-0.7 V

Med hensyn til "knækspænding"; Nogle steder står der, at det er det samme som PIV. Og andre steder ses det at være den bestemte spænding, der åbner dioden fuldstændigt.