Diodoerdieroalea, gaur egun gehien erabiltzen dena, material erdieroaleko pieza kristalino bat da, bi terminal elektrikoetara konektatuta p–n juntura duena[1]. Korronte-tentsio ezaugarriesponentziala du. Diodo erdieroaleak izan ziren lehengailu elektroniko erdieroaleak. Mineral kristalino baten eta metal baten arteko kontaktuan eroapen elektriko asimetrikoa,Ferdinand Braun fisikari alemaniarrak aurkitu zuen, 1874an. Gaur egun, diodo gehienaksilizioz eginak daude, baina beste material erdieroale batzuk ere erabiltzen dira, hala nolagalio artseniuroa etagermanioa[2].
balbula termoioniko diodo baten egitura. Harizpia bera katodoa izan daiteke, edo, normalean (hemen erakusten den bezala), katodo gisa balio duen metalezko hodi bereizi bat berotzeko erabiltzen da.
Diodo termioniko zaharkitua bielektrodo,katodo berotu bat eta plaka bat dituenbalbula termoioniko bat da. Bertan, elektroiak noranzko bakarrean joan daitezke, katodotik plakara.
Diodo baten funtziorik ohikoena da: korronte elektriko bat norabide batean pasatzea (diodoaren aurreko noranzko deritzona) eta kontrako norabidean blokeatzea (kontrako norabidean). Horren analogia hidraulikoa kontrol-balbula bat da. Noranzko bakarreko portaera horrek korronte alternoa (AC) korronte zuzen (DC) bihur dezake, artezketa izeneko prozesu bat.Artezgailu gisa, diodoak erabil daitezke irrati-hargailuetako irrati-uhinetatik modulazioa ateratzeko, adibidez.
Diodo erdieroale baten korronte-tentsioaren ezaugarri esponentzialak portaera konplexuagoa eragiten du pizte-ekintza sinple bat baino[3]. Funtzio esponentzialakbelaun tentsio gisa har daitezkeenez, sinpletasunagatik, diodo batek aurrerapen-atalaseko tentsioa duela esan ohi da, eta horren gainetik korronte esanguratsu bat dagoela eta haren azpitik ia korronterik ez dagoela. Hala ere, hori hurbilketa bat baino ez da, aurrerapenaren ezaugarria graduala baita korrontearen tentsio-kurban.
Diodo baten direkzio-tentsioaren erorketa pixka bat aldatzen denez korrontearekin eta, gehienbat, tenperaturaren funtzio bat denez, efektu hori tenperatura-sentsore gisa edo tentsio-erreferentzia zehaztugabe gisa erabil daiteke.
Alderantzizko noranzkoan doan korrontearen diodo baten erresistentzia handia, bat-batean, erresistentzia baxua izatera erortzen da diodoaren alderantzizko tentsioa etendura-tentsio deritzon balio batera iristen denean. Efektu hori tentsioa erregulatzeko (Zener diodoak) edo zirkuituak tentsio handiko gorakadetatik babesteko (diodo-mordoak) erabiltzen da.
Diodo erdieroale baten korronte-tentsioaren ezaugarria egokitu egin daiteke, fabrikazioan materialetan sartutako material erdieroaleak eta ezpurutasundopanteak hautatuz[3]. Teknika horiek funtzio asko betetzen dituzten erabilera bereziko diodoak sortzeko erabiltzen dira[3]. Adibidez, irrati- eta telebista-hargailuak elektronikoki sintonizatzeko (diodo baraktoreak), irrati-maiztasunekooszilazioak sortzeko (tunel-diodoak,Gunn diodoak,IMPATT diodoak) eta argia sortzeko (diodo argi-igorleak). Tunel, Gunn eta IMPATT diodoek erresistentzia negatiboa dute, beraz,mikrouhin-zirkuituetan eta kommutazioan erabilgarria.
Diodoak, hutsean zein erdieroaleak, jaurtiketa-zarata-sorgailu gisa erabil daitezke.
Diodo termionikoak (huts-hodiak) eta egoera solidoko diodoak (erdieroaleak) bereizita garatu ziren, gutxi gorabehera, garai berean, 1900eko hamarkadaren hasieran, irrati-hartzaile detektagailu gisa[4]. 1950eko hamarkadara arte, huts-diodoak, maizen, irratietan erabiltzen ziren, hasierako ukipen-puntuko diodo erdieroaleak hain egonkorrak ez zirelako. Gainera, hartzaile gehienek huts-hodiak zituzten anplifikaziorako, zeinak hodian diodo termoionikoak erraz izan ditzaketen (adibidez, 12SQ7 diodo bikoitzeko triodoa), eta huts-hodi-zuzengailuak eta gasez betetako zuzengailuak tentsio handi batzuk maneiatzeko gai ziren. Korronte handiko zuzenketa lanak baino hobeto egiten zezaketenak, garai hartan eskuragarri zeuden diodo erdieroaleak baino (esaterako, selenio zuzentzaileak).
1873an,Frederick Guthrie-k ikusi zuen lurrari lotutako metalezko bola gori batek elektroskopio batetik hurbil jarrita positiboki kargatutako elektroskopioa deskargatuko zuela, baina ez negatiboki kargatutakoa[5][6]. 1880an,Thomas Edisonek berotutako eta berotu gabeko elementuen arteko noranzko bakarreko korrontea ikusi zuen bonbilla batean, geroago Edison efektua deitua, eta patente bat eman zioten fenomenoaDCvoltmetro batean erabiltzeko[7][8]. 20 bat urte geroago,John Ambrose Fleming (Marconi konpainiako aholkulari zientifikoa eta Edisoneko langile ohia) Edison efektua irrati-detektagailu gisa erabil zitekeela konturatu zen. Flemingek benetako lehen diodo termionikoa patentatu zuen,Fleming balbula,Britainia Handian 1904ko azaroaren 16an[9] (1905eko azaroan AEBko 803.684 patentearekin jarraituz). Huts-hodiaren garaian, balbula-diodoak ia elektronika-gailu guztietan erabili ziren, hala nola irratiak, telebistak, soinu-sistemak eta tresneria. 1940ko hamarkadaren amaieraz gero, merkatu kuota galdu zuten poliki-poliki, selenio-zuzengailuen teknologiagatik, eta, gero, diodo erdieroaleengatik 1960ko hamarkadan. Gaur egun, oraindik ere, potentzia handiko aplikazio batzuetan erabiltzen dira, non tentsio iragankorrak jasateko duten gaitasunak eta sendotasunak abantaila ematen dien gailu erdieroaleen aldean, eta musika-tresnen eta audiofiloen aplikazioetan.
1874an,Karl Ferdinand Braun zientzialari alemaniarrak «aldebakarreko eroapena» aurkitu zuen metal baten etamineral baten arteko kontaktu batean[10][11].Jagadish Chandra Bose zientzialari indiarra izan zen irrati-uhinak detektatzeko kristal bat erabili zuen lehena, 1894an[12].Greenleaf Whittier Pickard-ek, 1903an, kristal-detektagailua garatu zuen haririk gabeko telegrafiarako gailu praktiko bihurtzeko;siliziozko kristal-detektagailu bat asmatu, eta 1906ko azaroaren 20an patentatu zuen[13]. Beste esperimentatzaile batzuek beste mineral ugari probatu zituzten detektagailutzat. Lehen zuzentzaileen garatzaile horiek ez zituzten erdieroaleen printzipioak ezagutzen. 1930eko hamarkadan, fisikaren ulermenak aurrera egin zuen, eta, hamarkadaren erdialdera, Bell Telephone Laboratories-eko ikertzaileek kristal-detektagailuakmikrouhinen teknologian aplikatzeko ahalmena aitortu zuten[14]. Bell Labs, Western Electric, MIT, Purdue eta Erresuma Batuko ikertzaileek intentsiboki garatu zituzten ukipen puntuko diodoak (kristal zuzentzaileak edo kristal-diodoak)Bigarren Mundu Gerran radarretan aplikatzeko[14]. Bigarren Mundu Gerraren ostean, AT&Tk Ameriketako Estatu Batuak zeharkatu zituzten mikrouhin-dorreetan erabili zituen, eta, XXI. mendean ere, radar-ekipamendu askok erabiltzen dituzte. 1946an, Sylvania enpresa 1N34 kristal-diodoa eskaintzen hasi zen[15][16][17]. 1950eko hamarkadaren hasieran, lotune-diodoak garatu ziren.
2022an, kanpoko eremu magnetikorik gabeko lehen diodo supereroale efektua gauzatu zen[18].
Asmatu ziren garaian, eroapen asimetrikoko gailuakartezgailu gisa ezagutzen ziren. 1919an,tetrodoak asmatu ziren urtean,William Henry Eccles-ek diodo terminoa sortu zuen greziar sustraietatik di (δί-tik),bi esan nahi duena, eta oda (οδός-etik),bidea esan nahi duena. Diodo hitza, ordea, dagoeneko erabiltzen zen, baitaTriodo, tetrodo,pentodo,hexodo ere,telegrafiamultiplexaren terminotzat[19].
Goritasun-lanparak bezala, huts-hodiek harizpi bat dute (katodoa), nondikkorronte elektrikoa igarotzen den eta,Joule efektua dela-eta, berotzen den. Harizpiekbario oxidoz tratatzen dituzte, eta, beroketaren ondorioz,elektroiak igortzen ditu hutsera.Elektroi horiek,elektrostatikoki, plaka positibora (anodoa) eroanak dira, hortaz eroapena sortzen da. Bistan denez, katodoa berotzen ez bada, ezin izango ditu elektroiak igorri. Horrexegatik, huts-hodiak dituzten zirkuituek denbora behar dute berotze prozesuan ibiltzen hasi aurretik.
Ukipen puntuko diodoak 1930eko hamarkadatik aurrera garatu ziren, kristalen detektagailuaren teknologia goiztiarretik hasita, eta, gaur egun, 3 eta 30 gigahertz arteko tartean erabiltzen dira[14][20][21][22]. Ukipen puntuko diodoek diametro txikiko metalezko hari bat erabiltzen dute kristal erdieroale batekin kontaktuan, eta soldadurarik gabeko kontaktu motakoak edo soldatutako kontaktu motakoak dira. Soldatu gabeko kontaktu eraikuntzak Schottky hesiaren printzipioa erabiltzen du.
Alde metalikoa kristal erdieroalearekin kontaktuan dagoen diametro txikiko hari baten mutur zorrotza da[23]. Soldatutako kontaktu motan, P leku txiki bat sortzen da N motako kristalean metal-puntuaren inguruan, fabrikazioan korronte handi samarra gailutik une batez igaroz[24][25].] Ukipen puntuko diodoek, oro har, kapazitate txikiagoa, aurre-erresistentzia handiagoa eta alderantzizko isuri handiagoa erakusten dute lotune-diodoek baino.
P-N diodoak bi materialerdieroale estrintsekoen juntura dira: hots, P eta N motakoak. Material bakoitza neutroa da, ez baitu karga elektrikorik,protoi etaelektroi kopuru bera duelako.
P eta N kristalak batzean, elektroi difusioa gertatzen da, N kristalak elektroiak aske uzten ditu, eta P kristalak horiek bereganatzen ditu. Elektroi transferentziaren ondorioz, korronte elektriko bat sortzen da, eta karga elektrikoak agertzen dira.
Alabaina,ioi positiboen pilaketak N kristalean eta, aldi berean,ioi negatiboen pilaketak P kristalean,eremu elektriko bat sortzen du; horrek korronte elektrikoaren aurkako noranzkoan doan desplazamendu indar bat sortzen du, eta N kristalean aske dauden elektroiei eragiten die.
Diodoaren lehen erabilera izan zenanplitude modulatuko (AM) irrati-emisioen demodulazioa. Laburbilduz, AM seinaleairrati-uhin baten erpin positibo eta negatiboen txandakatzean datza, zeinarenanplitudea edo inguratzailea jatorrizko audio-seinalearekiko proportzionala den. Diodoak AM irrati-frekuentziaren seinalea zuzentzen du, uhin eramailearen erpin positiboak bakarrik utziz. Ondoren, audioaartezgailutako uhin eramailetik ateratzen dairagazki soil bat erabiliz, eta audio-anplifikadore edotransduktore batera sartzen da, zeinak soinu-uhinak sortzen dituen audiobozgorailuaren bidez.
Mikrouhinen eta uhin milimetrikoen teknologian, 1930eko hamarkadan hasita, ikertzaileek kristal-detektagailua hobetu, eta miniaturizatu zuten. Ukipen puntuko diodoak (kristal-diodoak) etaSchottky diodoak radar, mikrouhin eta uhin milimetrikoen detektagailuetan erabiltzen dira[26].
Bihurtzaileak diodoetatik egiten dira, nonkorronte alternoaren (AC) elektrizitateakorronte zuzen (DC) bihurtzeko erabiltzen diren. Automobilgintzako alternadoreak ohiko adibide bat dira, non diodoak (AC-a DC-ra bihurtzen duenak)kommutadoreak edo lehenagokosorgailu elektrikoak baino errendimendu hobea ematen duen. Era berean, diodoak Cockcroft-Walton tentsio biderkagailuetan ere erabiltzen dira AC tentsioa DC tentsio handiagoak bihurtzeko.
Zirkuitu elektroniko gehienak honda daitezkeenez beren elikatze-sarreren polaritatea alderantzikatzen denean, batzuetan, serie-diodo bat erabiltzen da horrelako egoeretatik babesteko. Kontzeptu hori gauza bera esan nahi duten hainbat izendapenen bidez ezagutzen da: alderantzizko tentsioaren babesa, alderantzizko polaritatearen babesa eta alderantzizko bateriaren babesa.
Diodoak, maiz, tentsio altu kaltegarriak gailu elektroniko sentikorretatik urrun eramateko erabiltzen dira. Orokorrean, alderantzizko polaritatea (ez-eroalea) izaten dute egoera normaletan. Tentsioa normaltasunetik gora igotzen denean, diodoak zuzenean polarizatzen dira (eroaleak). Esate baterako, diodoak (urrats-motorra eta H-zubia) motor-kontrolagailuetan etaerrele-zirkuituetan erabiltzen dira, bobinak energia azkar kentzeko, bestela gerta zitekeen tentsio-puntu kaltegarririk gabe. (Horrelako aplikazio batean erabiltzen den diodoari,flyback diodo deitzen zaio).Zirkuitu integratu askok ere diodoak sartzen dituzte konexio-pinetan kanpoko tentsioektransistore sentikorrak kalte ez ditzaten. Diodo espezializatuak potentzia handiagoko gaintentsioetatik babesteko erabiltzen dira.
Diodo-erresistentziaETA etaEDOate logikoak eraikitzen ditu.Inbertsioa emateko, osotasun funtzionala gailu aktibo bat gehituz lor daiteke (diodo-transistore logikarekin egiten den bezala).
Lehen aipatutako argiaz gain, diodo erdieroaleak erradiazioenergetikoagorenganako sentikorrak dira.Elektronikan,izpi kosmikoek eta erradiazio ionizatzaileen beste iturri batzuekzarata-pultsuak eta bit bakarreko eta anitzeko akatsak eragiten dituzte. Efektu hori, batzuetan, partikula-detektagailuek erradiazioa detektatzeko baliatzen dute. Erradiazio-partikula bakar batek, milaka edo milioikaelektroi-volten energiarekin, karga-eramaile pare asko sortzen ditu, bere energia material erdieroalean metatzen baita. Agortze-geruza nahikoa handia bada emari osoa harrapatzeko edo partikula astun bat geldiarazteko, partikularen energiaren neurketa nahiko zehatza egin daiteke eramandako karga soilik neurtuz, eta espektrometro magnetiko baten konplexutasunik gabe, etab. Erdieroaleen erradiazio-detektagailu horiek behar dituzte: karga-bilketa eraginkor eta uniformea eta ihes-korronte baxua. Askotan, nitrogeno likidoarekin hozten dira. Iraupen luzeagoko (zentimetro bat ingurukoa) partikulen kasuan, oso agortze-sakonera eta eremu handia behar dituzte. Ibilbide laburreko partikulen kasuan behar dute, gutxienez, gainazal batean dagoen edozein kontaktu edo erdieroale ez-agortua oso mehea izatea. Alderantzizko polarizazio-tentsioak etenduratik gertu daude (mila volt zentimetroko inguru).Germanioa etasilizioa ohiko materialak dira. Detektagailu horietako batzuek posizioaz gain energia ere detektatzen dute. Bizitza mugatua dute, batez ere partikula astunak detektatzen dituztenean, erradiazioen kaltea dela eta. Silizioa eta germanioa oso desberdinak diragamma izpiak elektroi-isuri bihurtzeko gaitasunean.
Energia handiko partikulen erdieroaleen detektagailuak asko erabiltzen dira. Energia-galeren gorabeherak direla eta, metatutako energiaren neurketa zehatza ez da hain baliotsua.
Diodo battenperatura neurtzeko gailutzat erabil daiteke, diodoaren tentsio-jaitsiera zuzena tenperaturaren araberakoa baita, siliziozko debekatu-bandako tenperatura sentsore batean bezala. Shockley-ren diodo idealaren ekuaziotik, balirudike tentsioak tenperatura-koefiziente positiboa duela (korronte konstante batean), baina, normalean, alderantzizko saturazio-korronte terminoaren aldakuntza, izan ere, esanguratsuagoa da tentsio termikoaren terminoaren aldakuntza baino. Diodo gehienek, beraz, tenperatura koefiziente negatiboa dute, normalean -2 mV/°C siliziozko diodoentzat. Tenperatura-koefizientea, gutxi gorabehera, konstantea da 20kelvin inguruko tenperaturetan. Grafiko batzuk ematen dira 1N400x serierako[27], eta CY7 tenperatura-sentsore kriogenikorako[28].
Diodoek nahi ez diren norabideko korronteak saihestuko dituzte. Korrontea hutsegite batean zirkuitu elektriko bati elektrizitatea hornitzeko, zirkuituakbateria batetik har dezake korrontea.Etenik gabeko elikatze-iturri batek diodoak erabil ditzake horrela korrontea bateriatik behar denean bakarrik ateratzen dela ziurtatzeko. Era berean, itsasontzi txikiek, normalean, bi zirkuitu dituzte, bakoitzak bere bateria/pilekin: bata motorra abiarazteko erabiltzen dena, eta, bestea, etxe-lanetarako erabiltzen dena. Normalean, biak alternadore bakar batetik kargatzen dira, eta, karga handiagoko bateria (normalean motorraren bateria) karga baxuko bateriaren bidez deskarga ez dadin saihesteko, karga-zatituko diodo astun bat erabiltzen da, alternadorea martxan ez dagoenean.
Diodoak musika teklatu elektronikoetan ere erabiltzen dira. Musika-teklatu elektronikoetan behar den kable kopurua murrizteko, instrumentu horiek, maiz, teklatu matrize-zirkuituak erabiltzen dituzte. Teklatu kontrolatzaileak errenkadak eta zutabeak eskaneatzen ditu jotzaileak zein nota sakatu duen zehazteko. Matrize-zirkuituen arazoa da, hainbat nota aldi berean sakatzen direnean korrontea, zirkuituan zehar, atzerantz joan daitekeela etatekla fantasmak eragin dezakeela,nota fantasma notak erreproduzitzea eraginez. Nahi ez diren notak ez abiarazteko, teklatuaren matrize-zirkuitu gehienek diodoak dituzte teklatu musikaleko tekla bakoitzaren azpian etengailuarekin soldatuta. Printzipio bera erabiltzen da etengailu-matrizerako ere egoera solidokopetako makinetan.
Diodo-besarkagailu sinple horrek sarrerako uhin-formaren erpin negatiboak trenbide tentsio arruntera atxikiko ditu.
Besarkagailu-diodo zirkuitu batek balio positiboen eta negatiboen artean oszilatzen duenkorronte alternoko seinale periodikoa har dezake, eta bertikalki desplazatu, hala nola erpin positiboak edo negatiboak agindutako mailan gerta daitezen. Besarkagailuak ez du seinalearen erpinetik erpinerako txangoa mugatzen, baizik eta seinale osoa gora edo behera mugitzen du erpinak erreferentzia mailan jartzeko.
Diodoaren korronte-tentsio erlazio esponentziala baliatzen da balio esponentziala eta bere alderantzizko funtzioa, logaritmoa, ebaluatzeko tentsio-seinale analogikoak erabiliz.
Diodoak, normalean, D siglaz aipatzen dirazirkuitu inprimatuko (PCB ingelesez) diodoetarako. Batzuetan, ingelesezko CR sigla erabiltzen da kristal-bihurtzailearentzat[29].
↑(Frantsesez)Spindler, Paul (de Chemnitz) Auteur du texte; Meyer, Georg (1857-1950) Auteur du texte; Meerburg, Jacob Hendrik Auteur du texte. (1874). «Annalen der Physik»Gallica(kontsulta data: 2024-06-10).
↑(Ingelesez)Sarkar, T. K.; Mailloux, Robert; Oliner, Arthur A.; Salazar-Palma, Magdalena; Sengupta, Dipak L.. (2006-01-30). History of Wireless. John Wiley & Sons ISBN978-0-471-78301-5. (kontsulta data: 2024-06-10).
.JPG)
