دیود و انواع آن + کاربرد

تصویر شاخص دیود

دیود چیست؟

دیودها جریان الکتریکی را در یک جهت از خود عبور می‌‌دهند و در جهت دیگر در مقابل عبور جریان از خود مقاومت بالایی نشان می‌‌دهند.

این خاصیت آنها باعث شده بود تا در سالهای اولیه ساخت این وسیله الکترونیکی ، به آن دریچه یا Valve هم گفته شود.

از لحاظ الکتریکی یک دیود هنگامی عبور جریان را از خود ممکن می‌‌سازد که شما با برقرار کردن ولتاژ در جهت درست (+ به آند و – به کاتد) آنرا آماده کار کنید.

مقدار ولتاژی که باعث می‌شود تا دیود شروع به هدایت جریان الکتریکی نماید ولتاژ آستانه گفته می‌شود که چیزی حدود ۰٫۶ تا ۰٫۷ ولت می‌‌باشد. 

 

 

 

بایاس کردن اتصال P–N :

 هرگاه به دو سر اتصال P–N ولتاژی اعمال کنیم گوییم آن را بایاس نموده ایم . بایاس کردن اتصال P–N به دو صورت مستقیم و معکوس انجام می گیرد .

بایاس مستقیم:

 اگر قطب مثبت منبع تغذیه را به نیمه هادی نوع P و قطب منفی منبع تغذیه را به نیمه هادی نوع N وصل کنیم ،آن را در بایاس مستقیم یا موافق قرار داده ایم . در شکل بایاس مستقیم آن نمایش داده شده است .

بایاس معکوس:

هنگامی که شما ولتاژ معکوس به آن متصل می‌‌کنید یعنی+ به کاتد و – به آند، جریانی از آن عبور نمی‌کند، مگر جریان بسیار کمی که به جریان نشتی معروف است که در حدود چند µA یا حتی کمتر می‌‌باشد.

این مقدار جریان معمولا در بیشتر مدارهای الکترونیکی قابل صرف نظر کردن بوده و تأثیر در رفتار سایر المانهای مدار نمی‌گذارد.

اما نکته مهم آنکه تمام دیودها یک آستانه برای حداکثر ولتاژ معکوس دارند که اگر ولتاژ معکوس بیش از آن شود  می‌‌سوزد و جریان را در جهت معکوس هم عبور می‌‌دهد به این ولتاژ آستانه شکست یا در Breakdown میگوییم.

کاربرد دیود:

مهم‌ترین کاربرد عملی دیود، تبدیل جریان الکتریکی متناوب به مستقیم است.

در بسیاری از آداپتورها جریان برقی که به‌وسیلهٔ ترانسفورماتور کاهش یافته است

 به‌کمک یک دیود یکسوسازی نیم‌موج،

دو دیود در ترانسفورماتور با ثانویهٔ سه‌سر یکسوسازی تمام‌موج

 یا با چهار دیود در ترانسفورماتور با ثانویهٔ دوسر یکسوسازی تمام‌موج انجام می‌شود.

توجّه داشته باشید که ولتاژ یکسو پس از این دیودها، بسامد ریپل به میزان دوبرابر فرکانس متناوب (در حالت تمام‌موج) را دارد.

و جهت مستقیم شدن کامل ولتاژ بایستی خازن صافی با ولتاژ مجاز، ظرفیّت بالا (با توجّه به مقدار جریان مصرفی )

و با رعایت قطبیّت و پس از پُل-دیود نصب شود.

در گیرنده‌های AM مانند رادیو، دیود نقش آشکارساز را دارد.

چنانکه فرکانس میانی پس از تقویت در بخش تقویت کننده فرکانس میانی، وارد دیود می‌شود و خروجی آن سیگنال نهایی قابل استفاده است.

گرچه معمولاً بجای دیود از ترانزیستور استفاده می‌شود تا یک طبقهٔ تقویت صورت گرفته باشد

و دیود بِیْس-اِمیتِر ترانزیستور کار آشکارسازی را هم عملاً انجام خواهد داد.

در موردهای خاص، هنگامی که برای روشن کردن وسیله‌های الکتریکی تنها دسترسی به جریان الکتریکی مستقیم باشد.

برای جلوگیری از سوختن وسیلهٔ الکتریکی براثر اتّصال معکوس سیم مثبت و منفی، از یک دیود در ابتدای مسیر جریان برق استفاده می‌کنند.

 اگر این دیود در مسیر مثبت جریان با مصرف کننده در حالت سِری باشد به آن دیود یکسوساز می‌گویند.

ولی اگر بصورت موازی با مصرف کننده و بشکل معکوس قرار گرفته باشد به آن «دیود محافظ در بایاس معکوس» می‌گویند.

 از نوعی دیود به نام  زِنِر در ساخت نوعی تنظیم کننده ولتاژ استفاده می‌شود.

 

دیود چگونه ساخته شده (بیشتر بدانید) 

دیودها از نیمه هادی های نوع N و P ساخته می شوند .

 هرگاه دو کریستال نیمه هادی نوع N و P به هم اتصال یابند الکترونهای آزاد نیمه هادی نوع N که در نزدیکی محل اتصال P–N قرار دارند به منطقه P نفوذ می نمایند و با حفره های کریستال نوع P ترکیب می شوند

و به این ترتیب حفره هایی از بین می روند و الکترونهای آزاد به صورت الکترون های ظرفیت درمی آیند .

عبور یک الکترون از محل اتصال سبب ایجاد یک جفت یون می شود.

زیرا وقتی الکترونی از ناحیه N به ناحیه P وارد می شود در ناحیه N یک اتم پنج ظرفیتی الکترونی را از دست داده و به یون مثبت تبدیل می شود و در مقابل ،

 در ناحیه P یک اتم سه ظرفیتی الکترونی را دریافت می کند و به یون منفی تبدیل می شود .

 به این ترتیب در اثر عبور تعداد زیادی الکترون از محل اتصال نیمه هادی ها ، در محل پیوند تعداد زیادی یون مثبت و منفی ایجاد می شود .

این یون ها در کریستال ثابت هستند زیرا به علت پیوند کووالانس بین الکترونهای اتم ها ، نمی توانند مانند الکترونهای آزاد حرکت کنند .

بنابراین در محل پیوند ناحیه ای به نام لایه تخلیه به وجود می آید که در آن حامل های هدایت الکتریکی یعنی الکترونها و حفره ها وجود ندارند .

به ناحیه تخلیه ، ناحیه سد هم گفته می شود .

یون های مثبت و منفی در ناحیه تخلیه سبب ایجاد میدان الکتریکی می شوند .

این میدان الکتریکی با عبور الکترونهای آزاد از محل اتصال مخالفت می کند .

 هرگاه میدان ایجاد شده به حدی برسد که مانع عبور الکترون از محل اتصال گردد

حالت تعادل به وجود می آید و به این صورت دیود کریستالی ساخته می شود .

ولتاژ ایجاد شده در ناحیه تخلیه ، پتانسیل سد نامیده می شود .

 

در این شکل یون های مثبت ومنفی در ناحیه تخلیه و میدان الکتریکی ایجاد شده بین یون ها و همچنین نیمه هادی های نوع N و P به خوبی نمایش داده شده است .

در این شکل دایره های سفید رنگ ، بیانگر حفره ها و دایره های دنباله دار قرمز رنگ ، بیانگر الکترونهای آزاد در حال حرکت هستند .

 

پدیده شکست ضرب بهمنی (بیشتر بدانید) 

 دیدیم که در بایاس معکوس دیود با زیاد شدن ولتاژ معکوس ، عرض ناحیه تخلیه بیشتر می شود و همچنین شدت میدان الکتریکی در این ناحیه افزایش می یابد .

حال اگر ولتاژ معکوس آن به مقدار خاصی برسد ، در اثر میدان الکتریکی قوی ایجاد شده ، حامل های اقلیت نیمه هادی نوع P در خلاف جهت میدان شروع به حرکت کرده و به سرعت شتاب می گیرند .

این حامل ها با شتاب گرفتن خود می توانند با شدت زیاد با یون ها و اتم های واقع در ناحیه تخلیه برخورد نموده و ضمن شکستن پیوندهای کووالانس آنها ، تعدادی حامل جدید را نیز آزاد نمایند .

حامل های جدید نیز تحت تأثیر میدان الکتریکی زیاد در ناحیه تخلیه قرار گرفته و پس از برخورد با یون ها و اتم های دیگر ، حامل های بیشتری را از پیوندهای کووالانس آنها جدا می سازند .

بنابراین تعداد حامل هایی که می توانند در ایجاد جریان دخالت کنند بطور ناگهانی افزایش یافته و باعث افزایش سریع جریان می شوند .

این پدیده را که موجب افزایش ناگهانی جریان معکوس دیود می شود ، پدیده شکست ضرب بهمنی گویند . 

 

 

تست بوق در دیود:

در حالی که دیود روی بورد است از آن تست بوق( تست اتصال کوتاه) بگیرید اگر صدای بوق(بازر) شنیده شد آن خراب می باشد.

تست دیود با مولتی متر:

در ابتدا آن را از مدار جدا کنید.

سلکتور مولتی متر را روی دیود قرار داده و پروب قرمز را به سر آند و پروب مشکی را به سر کاتد (سمت نوار سفید روی ) وصل کنید.

در این حالت مولتی متر مقداری را بر حسب ولت نشان می دهد.

حال اگر جای پروب ها را عوض کرده و پروب مشکی را به آند و پروب قرمز را به کاتد وصل کنید

  مولتی متر باید مقدار بینهایت را بصورت OL  نشان دهد.

یعنی  جریانی را در جهت عکس خود عبور نمی دهد.

انواع دیود :

 معمولی   
 زنر   
 LED
شاتکی
پل دیود
 گان
خازنی

 

معمولی

ظاهر دیود های معمولی بصورت زیر است.

نوار سفید رنگ روی بدنه مشخص کننده کاتد می باشد.

 

زنر

کاربرد دیود زنر در  تثبیت ولتاژ میباشد. نوار مشکی روی دیود زنر، کاتد است.

ولتاژ دو سر  زنر تقریبا ثابت است و تغییرات جریان در آن تاثیری ندارد.

از این دیود ها در ناحیه شکست استفاده می شود.

ولتاژ شکست این دیود ها را ولتاژ زنر می نامند و آن را با Vz نمایش می دهندو مقدار آن بین ۲٫۴ ولت تا ۲۰۰ ولت ساخته می شوند.

چون دیود زنر باید بصورت معکوس بایاس شود کاتد آن به مثبت منبع ولتاژ (تغذیه)  و آند آن به قطب منفی منبع ولتاژ وصل می شود، در این صورت جهت جریان از کاتد به آند خواهد بود.

تست این دیود توسط مولتیمتر همانند دیود معمولی میباشد.


نور دهنده یا LED  

واژه LED از عبارت Light Emitting Diode به معنای دیود منتشر کننده نور گرفته شده است .

دیود نور دهنده از دو نیمه هادی نوع N و P ساخته شده است . هرگاه  دیود در بایاس مستقیم قرار گیرد و جریان به اندازه کافی باشد ،LED از خود نور تولید می کند .

نور تولیدی در محل اتصال نیمه هادی های N و P ایجاد می شود .

 رنگ نور تولیدی به جنس نیمه هادی های استفاده شده در دیود بستگی دارد و این نیمه هادیها معمولاً دارای نورهایی به رنگ های آبی ، قرمز ، زرد ، نارنجی ، سفید و سبز هستند .

 نور تولید شده ، نتیجه بعضی از ترکیبات بین الکترونها و حفره ها می باشد که به صورت پالس های نور ظاهر می شود .

 لازم به تذکر است که این عمل برای دیودهای معمولی نیز اتفاق می افتد ولی در این دیودها فرکانس نور تولید شده به اندازه ای است که نور قابل رؤیت نمی باشد .

بیشترین نور در محل اتصال نیمه هادی های نوع N و P تولید می شود.

 زیرا در این محل ، الکترونها و حفره های بیشتری با یکدیگر ترکیب می شوند . در شکل تصویری از چند LED و در شکل  علامت اختصاری آن نمایش داده شده است .

شاتکی

این نیمه هادی با افت ولتاژ پایین در حالت بایاس مستقیم و سرعت کلید زنی بسیار سریع می‌باشد.

هنگام عبور جریان الکتریکی از دیود مقداری افت ولتاژ در دو سر آن ظاهر می‌شود.

در دیودهای سیلیکونی معمولی مقدار افت ولتاژ حدود ۰٫۶ تا ۰٫۷ ولت است

در حالی که در دیود شاتکی افت ولتاژ حدود ۰٫۱۵ الی ۰٫۴۵ ولت است.

 به دلیل افت ولتاژ پایین در این نوع دیود می‌توان مدارهایی با سرعت کلید زنی بالا و کارایی بهتری طراحی کرد.

پل دیودی

مداری است که با تغییردادن پلاریتهٔ تغذیهٔ ورودی آن، پلاریتهٔ خروجی آن تغییر نمی‌کند و معمولاً برای یکسوسازی جریان متناوب و به دست آوردن جریانِ مستقیمِ تمام‌موج استفاده می‌شود.

این مدار نسبت به یکسوسازهای تمام موجی که از ترانسفورماتور سه‌سر بهره می‌برند هزینه و وزن کمتری دارد.

 

 

 

گان

این نیمه هادی است که دارای دو سر می‌باشد و مقاومت منفی از خود نشان می‌دهد.

از این دیود در فرکانس‌های بالا استفاده می‌شود. این قطعه بر اساس «اثر گان» که توسط جی بی گان فیزیکدان اهل بریتانیا در سال ۱۹۶۲ کشف شد، کار می‌کند.

 عمده استفاده از این نوع در نوسانسازهای الکترونیکی برای تولید امواج مایکروویو است.

ساختمان داخلی آن بر خلاف سایر دیودها، تنها از نیمه هادی نوع n تشکیل یافته است

به همین علت جریان را در هر دو جهت هدایت می‌کند و قابلیت یکسوسازی جریان متناوب را ندارد و به این دلیل بعضی از منابع اصطلاح «دیود» را بکار نمی‌برند.

و بجای آن از اصطلاح «المان الکترون انتقال یافته» استفاده می‌کنند.

در دیود گان سه ناحیه وجود دارد:

 دو مورد آنها دارای ناخالصی بالا از نوع n در سمت هر یک از سرهای دیود است که مابین این دو لایه یک لایه نازک از نیمه هادی نوع n با ناخالصی کم قرار دارد.

هنگامی که ولتاژی در دو سر این دیود قرار می‌گیرد، عمده آن بر روی ناحیه نازک میانی با ناخالصی کم، افت می‌کند.

 اگر ولتاژ افزایش یابد، جریان دیود افزایش می‌یابد ولی نهایتاً با افزایش بیشتر ولتاژ، هدایت الکتریکی لایه نازک میانی کم شده

و مقاومت آن افزایش می‌یابد و باعث کاهش یافتن جریان کل این المان می‌شود.

 این رفتار به معنی این است که دیود گان دارای یک ناحیه مقاومت منفی در مشخصه جریان-ولتاژ خود است که در این ناحیه،

افزایش ولتاژ باعث کاهش جریان می‌شود.

از این مشخصه دیود گان می‌توان به عنوان تقویت کننده در تقویت کننده‌های رادیویی فرکانس بالا و یا به عنوان نوسانساز استفاده کرد.

 

خازنی 

این دیود که خازنی نیز نامیده می شود در بایاس معکوس کاربرد دارد.

همان طور که گفته شد دیود ها در محل پیوند خود تشکیل یک ظرفیت خازنی را می دهند که ناحیه سد به عنوان دی الکتریک و دو نیمه هادی به عنوان تیغه های خازن در نظر گرفته می شوند.

ظرفیت خازن هم به مساحت و طول دو نیمه هادی و جنس و ضخامت دی الکتریک بستگی دارد.

 در بایاس معکوس هر چه ولتاژ بیشتر شود عرض دی الکتریک بیشتر می شود بنابراین یک خازن متغیر با ولتاژ خواهیم داشت.

محدوده ظرفیت خازنی این دیودها در محدوده پیکوفاراد است.

 کاربرد این دیود ها در مدار های مخابراتی و رادیویی به عنوان یک خازن متغیر است.

در جدول زیر محدوده تقریبیاین ظرفیت نسبت به ولتاژ نشان داده شده است.

 

 

 
 
امیدواریم از مطالب استفاده کافی برده باشید و در آموزش های بعدی کار برد های بیشتری از قطعات پایه در مدار های مختلف را آموزش میدهیم .
همراه ماباشید در خبر نامه های تلگرامی و اینستاگرام ما. ممنون از حسن انتخابتون

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *