50ohm-contents-dl/contents/sections/diod_2.md

pn-dioden består av två halvledarområden som genom dopning har antingen ett överskott av fria elektroner (n) eller fria hål (p). På båda sidor om gränsytan uppstår en så kallad rymdladdningszon, som praktiskt taget inte innehåller några fria laddningsbärare. N-området utgör katoden, p-området anoden.

Läggs en framspänning på dioden (plus på anoden, minus på katoden) skickas elektroner från det n-dopade området mot p-området och hål från p-området mot n-området.

Något förvirrande kan vara att den tekniska strömriktningen är motsatt elektronflödets riktning. Strömpilen pekar alltså från anoden till katoden, trots att elektronflödet går från katoden till anoden.

pn-dioder uppvisar ett exponentiellt beroende av diodströmmen av diodspänningen. Mättnadsströmmen ökar med stigande temperatur. Det gör att den diodspänning som behövs för en viss diodström blir mindre med stigande temperatur. ”Framspänningen” sjunker alltså (som tumregel \qty{-2}{\milli\volt\per\kelvin} vid temperaturökning).

Diodströmmen är:

I_D(T) = I_S(T) \cdot e^{\frac{U_D}{U_T}}

I_S är mättnadsströmmen, U_T = k T/q den så kallade termiska spänningen. Här är k Boltzmanns konstant och q elementarladdningen.

Med stigande temperatur ökar mättnadsströmmen och exponentialfunktionen minskar. Mättnadsströmmens temperaturberoende dominerar dock.

---

Kapacitansdioden (varaktorn, jämför figur [ref:a_diode_kapazitaet]) utnyttjar kapacitansen mellan n- och p-områdena över rymdladdningszonen, analogt med en plattkondensator. Då får ingen nämnvärd likström flyta, så dioden måste polas i backriktningen.

[picture:1068:a_diode_kapazitaet:Kretssymbol för kapacitansdiod]

Ju mer negativ diodspänningen är (dvs. ju högre backspänning), desto mer vidgas rymdladdningszonen och desto lägre blir diodkapacitansen.

Antiparallella dioder kan användas för att begränsa amplituden hos en växelspänning. Sådana kopplingar används t.ex. för att skydda mottagaringångar mot spänningar som skulle kunna förstöra ingångstransistorerna.

Är det kiseldioder, som har en tröskelspänning på cirka \qty{0,6}{\volt}, slår den högra dioden till när ingångsspänningen överskrider \qty{0,6}{\volt}. Understiger den \qty{-0,6}{\volt} slår den vänstra dioden till. Halvvågor vars amplitud understiger tröskelspänningen överförs oförändrade, medan högre amplituder ”klipps” vid \qty{\pm 0,6}{\volt}.

Med germaniumdioder, vars tröskelspänning är cirka \qty{0,3}{\volt}, klipps motsvarande vid \qty{\pm 0,3}{\volt}, så fler halvvågor klipps.

Härnäst beskrivs komponenter som samverkar med ljus: fotomotståndet och fotodioden.

Fotomotståndet är en komponent med två icke-spärrande kontakter. Det beter sig som ett vanligt ohmskt motstånd - strömmen ökar linjärt med den pålagda spänningen. Motståndsvärdet kan minskas genom absorption av ljus - de absorberade fotonerna ökar tätheten av fria laddningsbärare. Ligger ingen spänning på flyter ingen ström.

---

Fotodioden däremot är en pn-diod (jämför figur [ref:a_photodiode]). Ljuset absorberas här i rymdladdningszonen, elektron-hål-par uppstår och separeras i rymdladdningszonens elektriska fält. Detta fält finns även utan yttre förspänning. Det flyter en ström (kortslutningsström) även för U_D=0. Denna ström har motsatt riktning mot den vanliga diodströmmen.

[picture:1069:a_photodiode:Kretssymbol för fotodiod]

---

Optokopplare förenar en lysdiod och en fotodiod i ett hölje, där ingångssidan (lysdioden) och utgångssidan (fotodioden) är isolerade från varandra (galvaniskt åtskilda).

Dessa komponenter används för att galvaniskt skilja gränssnitt åt, till exempel för att förhindra jordslingor som kan ge inkopplat nätbrum.

[picture:1070:a_optokoppler:Kretssymbol för optokopplare]