Eine Diode lässt aufgrund ihrer inhärenten Halbleiterstruktur und der Art ihrer Dotierung den Stromfluss nur in eine Richtung zu. Konkret besteht eine Diode aus einem P-N-Übergang, bei dem eine Seite mit einem Material dotiert ist, das einen Überschuss an freien Elektronen aufweist (N-Typ), und die andere Seite mit einem Material dotiert ist, das einen Überschuss an Elektronenmangel oder „Löchern“ aufweist. (P-Typ). Wenn eine Durchlassspannung an die Diode angelegt wird (positive Spannung auf der P-Typ-Seite und negative Spannung auf der N-Typ-Seite), verringert sich die Breite des Verarmungsbereichs am Übergang, sodass der Strom problemlos vom P fließen kann -Typ auf die N-Typ-Seite. Diese Konfiguration ermöglicht den Stromfluss durch die Diode in einer Richtung, von der Anode (P-Typ) zur Kathode (N-Typ).
Eine Diode ist aufgrund ihrer asymmetrischen Halbleiterstruktur und der Eigenschaften des PN-Übergangs unidirektional. Elektronen fließen leicht vom N-Typ-Material zum P-Typ-Material, wenn sie in Vorwärtsrichtung vorgespannt sind, stoßen jedoch aufgrund des Verarmungsbereichs am Übergang auf einen hohen Widerstand, wenn sie versuchen, in die entgegengesetzte Richtung zu fließen. Diese Eigenschaft macht Dioden zu unverzichtbaren Komponenten in Schaltkreisen, die eine Gleichrichtung erfordern, wo sie Wechselstrom (AC) in Gleichstrom (DC) umwandeln, indem sie den Stromfluss nur in eine Richtung zulassen.
Dioden sind gerichtete Komponenten, da ihre Fähigkeit, Strom zu leiten, von der Richtung der angelegten Spannung und der Dotierung ihrer Halbleitermaterialien abhängt. Bei einer Vorwärtsvorspannung, bei der die Anode relativ zur Kathode positiv ist, können aufgrund der verringerten Barriere am Übergang Elektronen durch die Diode fließen. Bei umgekehrter Vorspannung (Anode negativ relativ zur Kathode) blockiert die Diode jedoch den Strom effektiv, da sich der Verarmungsbereich erweitert, wodurch ein erheblicher Elektronenfluss über den Übergang verhindert wird.
Der Strom fließt nicht rückwärts durch eine Diode, hauptsächlich aufgrund des Vorhandenseins des Verarmungsbereichs im P-N-Übergang. Bei einer umgekehrten Vorspannung (negative Spannung an der Anode und positive Spannung an der Kathode) weitet sich der Verarmungsbereich aus, wodurch ein hoher elektrischer Widerstand entsteht, der verhindert, dass sich Elektronen über den Übergang bewegen. Diese Barriere blockiert effektiv den Stromfluss in Rückwärtsrichtung und stellt sicher, dass eine Diode bei richtiger Vorspannung nur Strom in Vorwärtsrichtung durchlässt. Diese Eigenschaft ist von entscheidender Bedeutung bei Anwendungen, bei denen eine präzise Steuerung des Stromflusses und die Gleichrichtung von Wechselstromsignalen erforderlich ist.