ნახევარგამტარული დიოდი

ნახევარგამტარული დიოდი.

დიოდი  ეწოდება ორელექტროდიან ელექტრონულ ხელსაწყოს, რომელიც დენს ატარებს ერთი მიმართულებით, ანოდიდან კათოდისაკენ. ანოდი მიერთებულია დენის წყაროს დადებით პოლუსთან, კათოდი კი -უარყოფით პოლუსთან.
თანამედროვე ტექნიკაში ძირითადად ნახევარგამტარულ დიოდებს იყენებენ.
ნახევარგამტარები ეწოდება ნივთიერებებს, რომელთა ელექტრული გამტარობა  შუალედურია გამტარებსა და დიელექტრიკებს შორის. ნახევარგამტარებს ეკუთვნის ბევრი ნივთიერება:  გერმანიუმი, სილიციუმი, სელენი, სხვადასხვა შენადნობები და ჟანგეულები. გამტარებლობის ხარისხის და გვარობის შეასაცვლელად ნახევარგამტარებს უმატებენ სხვადასხვა ნივთიერების მინარევებს. ამ პროცესს ლეგირება ეწოდება. ლეგირების შედეგად, ნახევარგამტარში დენის გატარებისას, მუხტის გადამტანები შეიძლება იყვნენ უარყოფითი ნაწილაკები – ელექტრონები, ან დადებითი ნაწილაკები – ხვრელები. პირველ შემთხვევაში ნახევარგამტარს n – ტიპის ნახევარგამტარი ეწიდება. მეორე შემთხვევაში – p-ტიპის. სინამდვილეში არავითარი ახალი დადებითი ნაწილაკი “ხვრელი” არ არსებობს. ეს უბრალოდ ის იონია კრისტალურ მესერში, რომელიც ელექტრონმა მიატოვა და დარჩა ვაკანსია. ეს იონი არსად არ გადაადგილდება – იგი მიბმულია კრისტალურ მესერზე. დენის გატარებისას ადგილი აქვს მეზობელი ატომიდან ელექტრონის მოგლეჯას და ამ ვაკანსიის შევსებას. სამაგიეროდ, ახლა ვაკანსია გაჩნდა მეზობელ ადგილზე და ეფექტი ისეთია, თითქოს დადებითმა მუხტმა – ხვრელმა გადაინაცვლა მეზობელ ადგილზე. ამგვარად, ვიღებთ სურათს, თითქოს მუხტი გადააქვს ზუსტად ისეთივე ნაწილაკს, როგორიც ელექტრონია, ოღონდ დადებითი მუხტის მქონეს. ამგვარი ვირტუალური ნაწილაკების შემოღება მიღებულია ფიზიკის სხვადასხვა დარგებში. მართლაც, თუ მისი არსებობის დაშვება არ ეწინააღმდეგება მოვლენის აღმწერ ფიზიკურ მოდელებს, თუ მისი ფორმულებში ჩასმით მიღებული გამოთვლები ემთხვევა ექსპერიმენტულ შედეგებს, მაშინ რატომაც არა, იყოს ხვრელი.
თუ ნახევაგამტარის კრიტალის ერთ ნაწილს ისეთ ლეგირებას გავუკეთებთ, რომ იგი p-ტიპის გახდება, ხოლო მეორე ნაწილს კი ისეთს, რომ იგი n-ტიპის ნახევარგამტარად იქცეს, მივიღებთ ნახევარგამტარულ ხესაწყოს, რომელსაც ნახევაგამტარული დიოდი ეწოდება.

თუ ასეთ სტრუქტურას ელექტრულ წრედში ჩავრთავთ ისე, რომ კვების წყაროს დადებით პოლუსს p-ტიპის ნაწილს მივუერთებთ, ხოლო უარყოფით პოლუსს – n-ტიპის ნაწილს, მაშინ ელექტრონები წავლენ დადებითი პოლუსისაკენ, ხოლო ხვრელები – უარყოფითისაკენ და ადგილი ექნება მუხტის გადატანას, ე.ი. წრედში დენი გაივლის.

თუ კვების წყაროს ჩართვის პოლარობას შევცლით, მაშინ ელექტრონები თავს მოიყრიან დადებით პოლუსთან, ხოლო ხვრელები უარყოფით პოლუსთან და წრედში დენი არ გაივლის.

p და n ნაწილების გამყოფ არეს p-n გადასასვლელი (p-n junction) ეწოდება.
დიოდის თვისებები დამოკიდებულია p-n გადასასვლელის სისქეზე, მალეგირებელი ნივთიერებების და თვით საწყისი ნახევარგამტარის გვარობაზე. ამ პარამეტრების შეჩევით ხდება სრულიად განსხვავებული თვისებებისა და დანიშნულების მქონე დიოდების დამზადება. მაგალითად, შესაძლებელია ისეთი დიოდის დამზადება, რომელიც გამტარებლობას იცვლის სინათლის ზემოქმედებით – ე.წ. ფოტოდიოდი;  შუქდიოდი კი პირიქით, მასში დენის გატარებისას ასხივებს ხილულ სინათლეს;  ზენერის დიოდი (სტაბილიტრონი) წრედში უკუღმა ჩართვისას ახორციელებს მასზე მოდებული ძაბვის სტაბილიზაციას – ძაბვა თითქმის არ არის დამოკიდებული გამავალ დენზე;  ვარიკაპის ელექტრული ტევადობა დამოკიდებულია მოდებულ ძაბვაზე და ამიტომ იგი გამოიყენება როგორც ძაბვის საშუალებით მართვადი კონდენსატორი;  ტუნელური დიოდები გამოიყენება გენერატორების სქემებში;  დინისტორი ისეთი დიოდია, რომელიც დენის გატარებას მხოლოდ რაიმე კონკრეტულ ძაბვაზე იყწებს;  გამმართველი დიოდები გამოიყენება ცვლადი დენის მუდმივში გარდასაქმნელად. ისინი განსხვავდებიან სიმძლავრით, და მუშა სიხშირით; ეს არ არის დიოდების ტიპების სრული ჩამონათვალი. მათ მართლაც უფართოესი გამოყენება აქვთ თანამედროვე ელექტრონიკაში.
ნახაზზე გამოსახულია დიოდში გამავალი I დენის ძალის დამოკიდებულება V ძაბვაზე. ამ დამოკიდებულებას დიოდის ვოლტ-ამპერული მახასიათებელი ეწოდება. გრაფიკის მწვანე უბანი შეესაბამება  შემთხვევას, როდესაც ძაბვა დიოდზე პირდაპირი მიმართულებით არის მოდებული. ამ შემთხვევაში, დაწყებული ძაბვის V0 მნიშვნელობიდან, ძაბვის ზრდასთან ერთად, დენი დიოდში იზრდება – დიოდი ამ მიმართულებით დენს ატარებს. ცისფერი უბანი შეესაბამება უკუპოლარობით ჩართულ დიოდს. ამ უბანზე დენი დიოდში თითქმის არ გადის. უარყოფითი ძაბვის V1 სიდიდის მიღწევისას, ადგილი აქვს p-n გადასასვლელის გარღვევას (ვარდისფერი უბანი) და დენი ისევ იწყებს გავლას, ამჯერად უკუ მიმართულებით.   აღსანიშნავია, რომ V0 ძაბვასთან შედარებით, გარღვევა იწყება უკუ ძაბვის გაცილებით მეტი მნიშვნელობისას (ამ გარემოებაზე მიუთითებს პუნქტირი V ღერძზე)  |V1|>>V0. გარღვევა არ ნიშნავს დიოდის მწყობრიდან გამოსვლას. ძაბვის მოხსნის შემდეგ საწყისი მდგომარეობა ისევ აღდგება. ზენერის დიოდებში (სტაბილიტრონებში) სწორედ ჩართვის ეს რეჟიმია გამოყენებული ძაბვის სტაბილიზაციისათვის.