Ce este o dioda?
O dioda este un dispozitiv semiconductor cu doua terminale care actioneaza ca un intrerupator pentru curentul electric. Aceasta permite curentului sa ‘’curga intr-o singura directie (are rezistenta 0). Dar restrictioneaza accesul curentului din partea opusa (rezistenta foarte mare).
Diodele sunt cunoscute si ca redresoare pentru ca schimba curentul alternativ in curent continuu. Acestea sunt clasificate in functie de tipul, tensiunea si capacitatea lor. Dioda are polaritate determinata de un anod (pozitiv) si catod (negativ). Majoritatea permit curentului sa ‘’curga’’ doar cand tensiunea pozitiva este aplicata anodului.
Tipuri de diode
Acestea sunt intalnite in configuratii variate din metal, plastic, sticla.
Dioda de plastic.
Dioda de sticla.
Cand dioda permite curentului sa treaca, polarizarea este inversa. Vom observa ca atunci cand aplicam tensiune pozitiva catodului, acesta nu va permite curentului sa treaca.
O dioda cu vid sau termionica este un tub vidat cu doi electrozi, un catod incalzit si o placuta. Electronii pot trece doar intr-o singura directie – de la catod la placuta.
Cea semiconductoare, este cea mai folosita in zilele noastre. Este o piesa cristalina dintr-un material semiconductor cu o jonctiune PN conectata la doua terminale electrice.
Acestea au fost primele aparate electronice semiconductoare. Descoperirea conductivitatii asimetrice prin contact intre un mineral cristalin si un metal a fost facuta de fizicianul german Ferdinand Braun in 1874.
In ziua de astazi, majoritatea sunt realizate din silicon, dar si din arseniura de galiu si germaniu. Caracteristicile tensiunii pot fi modificate prin materialele semiconductoare si introducerea impuritatilor in materiale in timpul fabricarii. Aceste tehnici sunt folosite pentru a crea diode cu functii speciale.
De exemplu, sunt intalnite diode care regleaza tensiunea (diodele Zener), pentru a proteja circuitele de incarcarile mari de tensiune (diode avalansa). De asemenea si pentru a genera oscilatii de frecventa radio (dioda Gunn, dioda tunel sau Esaki) sau de a produce lumina (diode emitatoare de lumina).
Pot fi concepute pentru a produce curent continuu cand lumina vizibila, transmisii infrarosii sau energia ultravioleta le ating. Sunt cunoscute ca celule fotovoltaice si reprezinta baza sistemelor de energie electrica solara si a fotosenzorilor.
Etimologie
Originar numindu-se redresor pentru abilitatea sa de a transforma curentul alternativ in curent continuu, a fost redenumit dioda in 1919. Fizicianul englez William Henry Eccles care l-a creat din termenul ‘di’ , cuvant de origine greaca ce inseamna doua si oda. Oda reprezentand o forma prescurtata a electrodului. Cel din urma a fost inventat de omul de stiinta Michael Faraday din cuvantul grec ‘elektron’ si ‘hodos’ care inseamna cale, conexiune.
Structura fizica a unei diode poate parea simpla. In plus fata de redresare, emisii de lumina, sesizarea luminii si caracteristicile rezistentei negative, diodele semiconductoare isi extind capacitatile in fiecare sistem electric si electronic, de la detector de microunde pana la folosita sursa LED. Cele doua structuri: termionice si semiconductoare, au fost descoperite la 12 luni distanta, in a doua jumatate a secolului XIX.
Dioda termionica
In 1873, omul de stiinta englez, Frederick Guthrie a observat ca un electroscop incarcat pozitiv poate fi descarcat prin apropierea unei bucati legate la pamant de metal alb incins. Acest lucru nu se intampla daca electroscopul este incarcat negativ.
In 1880, William J. Hammer, asistentul lui Thomas Edison , a raportat o stralucire albastra in jurul polului pozitiv si o innegrire a firului la polul negativ al unui bec. Numit “Umbra fantomei lui Hammer”, angajatorul lui l-a redenumit “Efectul Edison”, cand a patentat becul cu lumina incandescenta, in 1883.
Ambii cercetatori au descoperit independent fluxul incalzit indus intr-o singura directie. Acesta este cunoscut ca emisie termionica, insa nici unul nu a prevazut o aplicatie practica pentru descoperirile lor.
20 de ani mai tarziu, John Ambrose Fleming a realizat ca efectul Edison poate fi folosit pentru a detecta semnalul radio. Fleming a patentat dioda termionica ca primul tub electronic cu vacuum in Anglia, in 1904.
Dioda semiconductoare
Fizicianul german Ferdinand Braun, absolvent al Universitatii din Berlin, a studiat caracteristicile electrolitilor si cristalelor care conduc electricitatea. In 1874, el conecta cristale galena (sulfuri de plumb) la un punct dintr-un fir din metal subtire. Atunci a observat ca electricitatea ‘curge’ liber intr-o singura directie. Braun a descoperit efectul redresarii electrice ce are loc la punctul de contact dintre metale si unele materiale cristaline. El a facut o demonstratie cu dispozitivul semiconductor la Leipzig in 1876. Dar nu a gasit nici un domeniu in care sa fie aplicat, pana in 1900, o data cu aparitia radioului.
C.E. Fitts a construit un redresor folosind seleniu in America in 1886. Acesta nu a fost folosit pana in 1930, cand deja AC era transformat in DC in aplicatiile industriale cu puteri necesare mari.
Incepand cu 1902, inginerul american de telegrafie si telefonie Greenleaf W. Pickard a testat sute de minerale pentru a le verifica propietatile redresoare
Multi altii au experimentat cu diferite materiale. Henry Dunwoody a primit brevet pentru un detector cu carbura de siliciu la doua saptamani dupa Pickard.
Cu toate ca dispozitivele semiconductoare permiteau ca un simplu radio sa functioneze fara putere externa, la mijlocul anilor ‘20, diodele cu vacuum le-a inlocuit in majoritatea aplicatiilor de radio. Semiconductoarele si-au recastigat locul ca radio-detectoare in cel de-al doilea Razboi Mondial datorita abilitatii lor de a functiona la microfrecvente.
Diodele emitatoare de lumina.
Intr-o scrisoare catre ‘Lumea electrica’ in 1907, H.J. Round, un pionier englez in radio, descria electrolumina de la un cristal din carbura de siliciu. Acesta este primul raport de emisie a luminii de la un semiconductor, principiul din spatele lampii moderne cu LED.
In 1922-1923, inginerul rus Oleg Losev, a raportat emisii de lumina de la un cristal radio si in 1927 a completat un brevet cu un releu de lumina care a facut dispozitivele lui utile pentru comunicarea telegrafica si telefonica rapida. Munca lui sta in spatele diodelor optoelectronice care sunt fundamentale in legaturile fibrei optice moderne.
Rubin Braunstein a raportat emisii infrarosii de la arseniura de galiu, in 1955. Doi cercetatori ce lucrau la Texas Instruments, au fost premiati cu primul brevet pentru LED, si Nick Holonyak Jr. a fost numit “parintele LED-ului” deoarece a dezvoltat primul dispozitiv practic ce emitea un spectru de lumina vizibil in 1962.
Dar despre sursele LED vom povesti pe larg intr-un alt articol.
