PN přechod - dioda

Jak vyrobit ze střídavého proudu stejnosměrný?
Co je základem rádiového přijímače?
Jak ochránit přístroje proti špatnému zapojení (prohození svorek + a -)?
Jak chránit obvody s cívkami před indukovaným napětím?
Jak využít elektrickou energii co nejlépe?

Princip:

Polovodičová dioda je součástka s jedním PN přechodem, tedy s částí typu P a s částí typu N.

V okamžiku vytvoření diody (PN přechodu) vypadá situace takto:

obr. 1: Situace na PN přechodu v okamžiku jeho vytvoření

Protože v blízkosti přechodu je velký gradient (spád, změna) koncentrace děr i elektronů, pronikají elektrony do části P a díry do části N a vzájemně rekombinují. Tímto způsobem volné částice s nábojem mizí z oblasti přechodu a začíná se projevovat difuzní elektrické pole E_dvytvářené ionty příměsí. Další elektrony a díry se nemohou dostávat k přechodu, neboť jim v tom brání vytvořené elektrické pole. Oblast u přechodu, která neobsahuje volné částice s nábojem, se nazývá hradlová vrstva (viz obr. 2).

I v tomto stavu však přes přechod prochází neustále malé množství náboje. Některé elektrony z oblasti typu N a díry z oblasti typu P se přece jen přes přechod dostanou a tvoří malý elektrický proud (difuzní proud) I_d proti směru elektrického pole. Naopak ve směru elektrického pole teče malý proud (polní proud) I_ptvořený minoritními (menšinovými) částicemi (na obr. 2 nejsou zakresleny). Díry, které jsou minoritní v polovodiči typu N, se pohybují ve směru elektrického pole E_d nalevo a elektrony, které jsou minoritní v části typu P, se pohybují proti směru E_d napravo.
Rovnovážný stav na PN přechodu nastává, když je I_d=I_p.

Nyní připojme na PN přechod vnější napětí s kladným pólem na P a záporným na N. Toto vnější napětí vytváří vnější intenzitu elektrického pole E, která má směr proti intenzitě E_d. Celková intenzita elektrického pole na přechodu je dána vektorovým součtem intenzit E a E_d. Bude-li tedy E větší než E_d (přiložené napětí bude dostatečně velké), bude mít celková intenzita směr od P k N, kladně nabité díry a záporně nabité elektrony se budou pohybovat směrem k přechodu a přes přechod bude procházet elektrický proud. PN přechod je zapojen v propustném směru (viz obr. 3).

Nyní naopak přiložme napětí na přechod s opačnou polaritou, tj. kladným pólem na N. Intenzita vnějšího pole E a intenzita E_d mají stejný směr a "odtlačují" volné elektrony a díry ještě dále od přechodu. Přes přechod může téci jen proud způsobený minoritními nosiči, který je malý. Přechod je zapojen v závěrném směru (viz obr. 4).

Dioda je tedy součástka, kterou může procházet elektrický proud jen jedním směrem (propustným). O vlastnostech a použití diody bude řeč v další kapitole ¤.