miniatura|Analogia d'un díode amb una vàlvula hidràulica d'un sol sentit (Vàlvula antiretorn) miniatura|Alguns díodes rectificadors semiconductors En electrònica un díode és un dispositiu electrònic no lineal i polaritzat format per dos elèctrodes actius. El seu funcionament es pot extrapolar al d'una vàlvula hidràulica; així com una d'aquestes vàlvules antiretorn només deixen passar l'aigua en un sol sentit, un díode només deixa circular el corrent elèctric en un únic sentit i el bloqueja en el sentit contrari restringint el moviment dels electrons.
De vegades se'ls denomina rectificadors, ja que són dispositius capaços de convertir un corrent altern en corrent continu mitjançant un muntatge especial anomenat pont rectificador.
Els primers díodes foren tant de material semiconductor, díode de punta de contacte (Greenleaf Whittier Pickard, 1906), com basats en vàlvules electròniques, díode Fleming (John Ambrose Fleming, 1904). Avui dia gairebé tots els díodes són de silici o d'altres materials semiconductors.
Història miniatura|Estructura d'un díode de vàlvula de buit.
Encara que els díodes d'estat sòlid es van popularitzar abans que els díodes termoiònics, tots dos tipus es varen desenvolupar en paral·lel.
El principi bàsic del funcionament dels díodes termoiònics el va descobrir Frederick Guthrie el 1873. Guthrie va descobrir que un electroscopi carregat positivament es podria descarregar apropant-li una peça connectada a una presa de terra de metall blanc calent (però sense necessitat de tocar-lo). El fet que el mateix no era aplicable a un electroscopi carregat negativament, indicava que el flux de corrent només era possible en una direcció.
El principi va ser redescobert de manera independent per Thomas Edison el 13 de febrer de 1880. En aquella època Edison estava investigant per què, gairebé sempre, els filaments de carboni de les seves bombetes es cremaven per l'extrem connectat al pol positiu. Tenia una bombeta especial feta amb una làmina metàl·lica segellada amb un embolcall de vidre, i va poder confirmar que es podia treure un corrent invisible del filament brillant a través del buit cap a la làmina de metall, però només quan la làmina estava connectada al corrent positiu.
Edison va idear un circuit on la seva bombeta modificada més o menys reemplaçava la resistència en un voltímetre de corrent continu i amb aquesta base va aconseguir una patent el 1883 ([Patent dels EUA 307031]). en aquella època no hi havia cap ús pràctic aparent per a aquest mecanisme, i la presentació de la sol·licitud de patent va ser probablement només una simple precaució pel cas que algú altre trobés un ús a l'anomenat "Efecte Edison".
Aproximadament 20 anys més tard, John Ambrose Fleming (assessor científic a la Companyia Marconi i anterior empleat d'Edison) s'adonava que l'efecte Edison es podria utilitzar com a detector de ràdio de precisió. Fleming va patentar el primer díode termoiònic autèntic a la Gran Bretanya el 16 de novembre de 1904 (seguit per la Patent dels EUA 803684 el 7 de novembre de 1905).
El principi d'operació dels díodes semiconductors el va descobrir el 1874 el científic alemany, Karl Ferdinand Braun. Braun va patentar el rectificador de cristall el 1899. El descobriment de Braun va ser desenvolupat per Jagdish Chandra Bose per obtenir un mecanisme útil per a la detecció de ràdio.
El primer radioreceptor pràctic que feia servir un díode semiconductor el va construir Greenleaf Whittier Pickard. Pickard va rebre una patent per a un fotodetector de cristall de silici el 20 de novembre de 1906 (Patent dels EUA 836,531).
Altres experimentadors van provar diversos minerals i altres substàncies, encara que el més popular era de bon tros la galena. Tot i que d'altres substàncies oferien una eficiència una mica millor, la galena tenia l'avantatge de ser barata i fàcil d'obtenir, i s'utilitzava gairebé exclusivament en aparells fets a casa, fins a l'adveniment dels díodes de germani barats obtinguts a partir dels anys 1950.
En el moment de la seva invenció, aquests aparells es coneixien com a rectificadors. El 1919, William Henry Eccles encunyava el terme díode a partir de l'etimologia grega; dia vol dir "a través", i ode (procedent de ὅδος) vol dir "camí".
Díodes termoiònics miniatura|Símbol per al cas d'un díode termoiònic d'escalfament indirecte. De dalt a baix, els components són: l'ànode, el càtode i el filament calefactor. Els díodes termoiònics són vàlvules termoiòniques que consisteixen en uns elèctrodes dins d'un tub de vidre on s'ha fet el buit. Els primers exemples tenien una aparença similars a les bombetes incandescents.
En els díodes termoiònics el corrent que passa a través del filament calefactor fa que es produeixi calor i s'escalfi de manera indirecta el càtode, un altre elèctrode que acostuma habitualment ha estat tractat amb una barreja de bari i òxid d'estronci o un metall alcalinoterri. Aquestes substàncies s'escullen perquè tenen un valor petit de funció de treball. (Tanmateix també hi ha algunes vàlvules que utilitzen l'escalfament directe, en aquest cas un filament de tungstè fa les funcions de calefactor i càtode alhora).
L'escalfament provoca l'emissió termoiònica d'electrons al buit. L'ànode està carregat positivament i, per tant, atreu els electrons emesos. Tanmateix els electrons no s'alliberen fàcilment de la superfície de l'ànode quan en invertir la polaritat del voltatge aplicat es queda sense escalfament. D'aquí que qualsevol flux invers sigui negligible.
En una vàlvula de mercuri, es forma un arc entre un ànode conductor refractari i mercuri líquid que actua com a càtode. Aquestes vàlvules es van fabricar amb potències de fins a centenars de quilowatts, i van ser importants en el desenvolupament de la transmissió de corrent continu d'alta tensió (HVDC, del seu nom anglès High-voltage direct current). Alguns tipus rectificadors termoiònics petits de vegades són omplerts amb vapor de mercuri per tal de reduir la caiguda de tensió i per augmentar la capacitat de corrent per sobre les vàlvules termoiòniques de buit.
Durant gran part del els díodes termoiònics van ser utilitzats en aplicacions amb senyals analògics i també com a rectificadors de moltes fonts d'alimentació. Avui dia aquest tipus de díodes només tenen una certa utilització en aplicacions molt especialitzades, com ara rectificadors als amplificadors de les guitarres elèctriques o com a equips especials d'àudio de gamma alta.
Díodes de semiconductor Avui dia gairebé tots els díodes es fabriquen amb materials semiconductors. Els més comuns es basen en juncions PN, a un díode de tipus PN el corrent circula des de l'element semiconductor P, l'ànode, vers l'element semiconductor N, el càtode, però no ho pot fer en sentit contrari. Hi ha altres tipus de díodes com els Schottky que es fan a partir del contacte entre un metall i un semiconductor, en comptes d'una junció totalment de semiconductor com la PN.
Díode p-n (normal) Els díodes p-n són unions de dos materials semiconductors extrínsecs tipus p i n, per la qual cosa també reben la denominació d'unió p-n o junció p-n. miniatura|Formació de la zona de càrrega espacial En unir aquests dos cristalls, es manifesten dos processos:
La difusió de buits del cristall p al n (Jh), i Un corrent d'electrons del cristall n al p (Je).
En establir-se aquests corrents apareixen càrregues fixes a una zona a un costat i a l'altre de la unió, zona que rep diferents denominacions com: zona de càrrega espacial, d'esgotament, de deflexió, de buidatge, etc.
A mesura que progressa el procés de difusió, la zona de càrrega espacial va incrementant la seua amplària aprofundint en els cristalls a un costat i a l'altre de la unió. Tanmateix, l'acumulació de càrregues induïx una diferència de tensió (V) que actuarà sobre els electrons amb una determinada força de desplaçament que s'oposarà a la difusió de buits i al corrent d'electrons i acabarà detenint-los.
Aquesta diferència de tensió d'equilibri (V0) és de 0.7 V en el cas del silici i 0.3 V si els cristalls són de germani.
L'amplària de la zona de càrrega d'espacial una vegada aconseguit l'equilibri, sol ser de l'orde de 0,5 micròmetres però quan un dels cristalls està molt més dopat que l'altre, la zona de càrrega espacial és molt major.
Al dispositiu així obtingut se l'anomena díode, que en un cas com el descrit, tal que no es troba sotmès a una diferència de potencial externa, es diu que no està polaritzat. A l'extrem p, on s'acumulen càrregues negatives se'l denomina ànode, representant-se per la lletra A, mentre que la zona n, el càtode, es representa per la lletra C (o K).
A (p) Representació simbòlica del díode p-n.C ó K (n)Representació simbòlica del díode p-n.
Quan se sotmet al díode a una diferència de tensió externa, es diu que el díode està polaritzat, podent ser la polarització
inversa: Vp < Vn, o directa: Vp > Vn.
miniatura|Polarització inversa del díode p-n
Polarització inversa En aquest cas, el pol negatiu de la bateria es connecta a la zona p (la de menor tensió) el que fa augmentar la zona de càrrega espacial i, per tant, la tensió en la zona esmentada fins que s'aconseguix el valor de la tensió de la bateria.
En aquesta situació, el díode no hi hauria de conduir el corrent; no obstant, a causa de l'efecte de la temperatura es formaran parells electró-buit (vore semiconductor) a un costat i a l'altre de la unió produint un xicotet corrent (de l'orde d'1 μA) anomenat corrent invers de saturació.
Per efecte de la polarització inversa, les concentracions de minoritaris -- electrons en la zona p (n), i buits en la zona n (p) -- disminuïxen a mesura que ens aproximem a la unió des dels valors inicials del díode no polaritzat fins a anul·lar-se.
miniatura|Polarització directa del díode p-n.
Polarització directa En aquest cas, al contrari que en l'anterior, la bateria disminuïx la barrera de potencial de la zona de càrrega espacial, permetent el pas dels corrents d'electrons i buits a través de la unió; és a dir, el díode polaritzat directament conduïx l'electricitat.
Les concentracions de conductors minoritaris, s'incrementen des dels valors inicials a mesura que ens acostem a la unió.
En la representació simbòlica del díode, la fletxa indica el sentit de la polarització directa. miniatura|Corba característica
Corba característica del díode Tensió llindar, de colze o de partida (Vγ). La tensió llindar de polarització directa coincideix en valor amb la tensió de la zona de càrrega espacial del díode no polaritzat. Al polaritzar directament el díode, la barrera de potencial inicial es va reduint, incrementant el corrent lleugerament, al voltant de l'1% del nominal. Tanmateix, quan la tensió externa supera la tensió llindar, la barrera de potencial desapareix, de forma que per a xicotets increments de tensió es produïxen grans variacions de la intensitat.
Corrent màxim (Imax ). És la intensitat de corrent màxima que pot conduir el díode sense fondre's per l'efecte Joule. Atès que és funció de la quantitat de calor que pot dissipar el díode, depén sobretot del disseny d'aquest.
Corrent invers de saturació (Is). És el xicotet corrent que s'estableix al polaritzar inversament el díode per la formació de parells electró-buit. És funció de la temperatura del material, admetent-se que es duplica per cada increment de 10 °C en la temperatura.
Tensió de ruptura (Vr). Teòricament, al polaritzar inversament el díode, el díode conduirà el corrent invers de saturació; en la realitat, a partir d'un determinat valor de la tensió de l'orde de 5 V, el díode comença a conduir també en polarització inversa.
La ruptura pot deure's a dos efectes: