A dióda nemlineáris eszköz. Ezt a következő ábra illusztrálja, amelyen látható, hogy az áramerősség–feszültség grafikonja nem egyenes vonal.

 

 

 

A grafikon nyitási területén az a feszültség, amelynél az áramerősség hirtelen növekedni kezd, a dióda könyökfeszültsége.

A diódát tartalmazó áramkörök vizsgálatakor általában azt határozzák meg, hogy a dióda feszültsége nagyobb vagy kisebb-e a könyökfeszültségnél. A szilíciumdiódák könyökfeszültsége kb. 0,7 V, a germániumdiódáké pedig 0,3 V.

Ha a könyökfeszültség nagyobb, a dióda jól vezet.

Ha a könyökfeszültség kisebb, a dióda rosszul vezet.

A félvezető dióda áramköri viselkedését az áramerősség–feszültség karakterisztika, vagyis az I–V grafikon határozza meg. A görbe alakját a töltéshordozók áramlása határozza meg az úgynevezett kiürítési rétegben vagy kiürítési régióban, amely a különböző félvezetők közötti p–n átmenetnél alakul ki. A p–n átmenet első létrejöttekor a vezetési sávban lévő (szabadon mozgó) elektronok az N-típusú területről a P-típusú területre vándorolnak át, mely utóbbiban nagy mennyiségű „lyuk” (elektronhiányos hely) található. Amikor egy szabadon mozgó elektron rekombinálódik egy lyukkal, a lyuk és az elektron is „eltűnik”, és egy kötött helyű, pozitív töltésű donort (adalékanyag) hagynak maguk után az N-oldalon, valamint egy negatív töltésű akceptort (adalékanyag) a P-oldalon. A p–n átmenet körüli területről kiürülnek a töltéshordozók, és elkezd szigetelőként viselkedni.

A kiürítési régió szélessége (a kiürített réteg) azonban nem növekedhet korlátlanul. Minden rekombinálódottelektron–lyuk párhoz egy pozitív töltésű adalékanyag-ion marad hátra az N-típusú régióban, és egy negatív töltésű adalékanyag-ion a P-típusú régióban. A rekombináció előrehaladtával egyre több ion keletkezik, és a kiürítési zónában növekvő elektromos tér jön létre, amely először lassítja, majd leállítja a rekombinációt. Ezen a ponton a kiürítési zónában „beépített” potenciál van jelen.

Ha a diódára a beépített potenciállal megegyező polaritású külső feszültséget vezetnek, a kiürítési zóna továbbra is szigetelőként fog működni, megakadályozva az áram jelentős mértékű átfolyását (kivéve, ha az átmenetnél elektron–lyuk párok aktív keletkezése zajlik, például fénykibocsátás hatására; lásd: fotodióda). Ez a záróirányú előfeszítés jelensége. Ha azonban a külső feszültség polaritása ellentétes a beépített potenciállal, a rekombináció ismét megkezdődhet, ami jelentős elektromos áramot eredményez a p–n átmeneten (azaz az átmenetnél nagy számú elektron és lyuk rekombinálódik). Szilíciumdiódák esetén a beépített potenciál kb. 0,7 V (germánium esetén 0,3 V, Schottky-diódák esetén pedig 0,2 V). Így ha a diódán külső áram halad át, kb. 0,7 V feszültség keletkezik a diódán úgy, hogy a P-típusú régió pozitív töltésű lesz az N-típusú régióhoz képest, és a dióda „bekapcsol”, mivel a nyitóirányú előfeszítés állapotába kerül.

Nagyon nagy záróirányú előfeszítés esetén a maximális zárófeszültségen (PIV) túl úgynevezett záróirányúletörésre kerül sor, amely nagy növekedést okoz az áramban (azaz nagy számú elektron és lyuk keletkezik a p–n átmenetnél és távolodik onnan), amitől az eszköz gyakran tönkremegy. A lavinadiódákat kifejezetten úgy tervezik, hogy a lavinahatás tartományában működjenek. A Zener‑diódában a PIV fogalma nem alkalmazható. A Zener-diódában erősen adalékolt p–n átmenet van, amely lehetővé teszi az elektronok az alagútáram nevű jelenség révén a p-típusú anyag vegyértéksávjából az n-típusú anyag vezetési sávjába jussanak oly módon, hogy a zárófeszültség egy ismert értékre stabilizálódik (Zener-feszültség), és a lavinahatás nem következik be. Azonban mindkét eszközben korlátozott a maximális áram és teljesítmény a stabilizált zárófeszültség tartományában. Emellett bármely diódában a nyitóirányú vezetés végét követően rövid idejű zárófeszültség lép fel. A zárófeszültség megszűnéséig az eszköz nem éri el teljes záróirányú ellenállást.

A második tartományban a PIV feszültségnél pozitívabb záróirányú előfeszítés esetén csak nagyon kis záróirányú telítési áram lép fel. Egy normál P–N egyenirányító dióda záróirányú előfeszítési tartományában az eszközön áthaladó áram nagyon alacsony (µA-es nagyságrendű). Ez azonban hőmérsékletfüggő, és megfelelően magas hőmérsékletnél jelentős mértékű záróirányú áram figyelhető meg (mA vagy több).

A harmadik tartományt nyitóirányú, de kis mértékű előfeszítés jellemzi, amelynél csak kis mértékű nyitóirányú áram vezetésére kerül sor.

Az áramerősség–feszültség görbe exponenciális. Normál szilíciumdiódában névleges áramerősség mellett a bekapcsolási feszültséget 0,6–0,7 V értéken definiálják. Ez az érték más diódatípusoknál eltér ettől: Schottky-diódáknál 0,2 V, germániumdiódáknál 0,25–0,3 V, piros vagy kék fénykibocsátó diódáknál (LED-ek) pedig 1,4 V, ill. 4,0 V.

Magasabb áramerősségnél a dióda nyitóirányú feszültségesése nő. Egyenirányító diódáknál teljes névleges áram esetén jellemzően 1–1,5 V feszültségesés következik be.