قبل از ورود به دنیای الکترونیک باید بدانید دیود چیست و چطور کار میکند. همچنین باید علاوه بر دیود و انواع آن با نماد هایشان نیز بطور کامل آشنا شوید تا علاوه بر خواندن نقشه مدارات مختلف از آنها برای طراحی مدار هایتان استفاده کنید.
دیود چیست
دیود یک قطعه الکترونیکی پرکاربرد است که از اتصال دو نیم رسانا از نوع N و P ساخته میشود و مانند شیر برای عبور جریان عمل میکند! یعنی تنها در یک جهت جریان الکتریکی را از خود عبور می‌‌دهند و در جهت دیگر از عبور جریان جلوگیری میکند.
پایه متصل به نیمه هادی نوع N “کاتد” و پایه متصل به نیمه هادی نوع P “آند” نامیده میشود.
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 آن را آماده کار کنید.
به مقدار ولتاژی که باعث میشود تا دیود شروع به هدایت جریان الکتریکی نماید، ” ولتاژ آستانه” گفته میشود! مقدار این ولتاژ چیزی در حدود ۰٫۶ تا ۰٫۷ ولت می‌‌باشد.
برای درک بهتر میتوانید دیود را شیر آب و ولتاژ را سرشیری در نظر بگیرید که باعث باز و بسته شدن شیر آب میشود، همانطور که میدانید اگر تعداد دور های ( ولتاژ در حدود ۰٫۶ تا ۰٫۷ ولت ) سر شیر به حد کافی نرسد، آب از شیر جاری نمیشود!
انواع بایاس دیود
قبل از اینکه بتوانیم از اتصال P-N دیود و انواع آن، به‌عنوان یک وسیله‌ی کاربردی یا به‌عنوان یک دستگاه یکسوکننده استفاده کنیم؛ ابتدا باید اتصال را بایاس کنیم (منظور از باس اتصال، اعمال ولتاژ به دو سر اتصال P–N است).
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 ، دیود و انواع آن را در بایاس مستقیم یا موافق قرار داده ایم .
بایاس معکوس
هنگامی که شما ولتاژ معکوس به دیود و انواع 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.
دیود و انواع آن یک آستانه برای حداکثر ولتاژ معکوس دارند که اگر ولتاژ معکوس آنها بیش از آن شود، می‌‌سوزند و جریان را در جهت معکوس هم عبور میدهد، به این ولتاژ آستانه شکست یا در Breakdown میگوییم.
در بایاس معکوس، یک جریان بسیار کم (در حدود چند نانوآمپر) وجود دارد که به جریان اشباع معکوس یا جریان نشتی معروف است.
در محل پیوند دیود و انواع آن، یک میدان الکتریکی از طرف N به P وجود دارد، که در بایاس مستقیم، ولتاژ منبع باید بر آن غلبه کند تا جریان قابل قبول از دیود بگذرد. اما در بایاس معکوس، شدت این میدان افزایش یافته و ناحیه تهی بزرگتر میشود.
در دیود ایده آلی که در بایاس معکوس است، با افزایش ولتاژ جریان اشباع معکوس ثابتی از آن می گذرد. اما در دیود واقعی با رسیدن ولتاژ معکوس به حدی خاص، دیود وارد فاز شکست می شود. شکست دیود دو حالت دارد:
- شکست بهمنی
- شکست زنری
شکست بهمنی
در شکست بهمنی، اگر ولتاژ معکوسی که به دو سر دیود اعمال میشود بیشتر از حد آستانه باشد، باعث میشود که سرعت حرکت و شتاب الکترونها به شدت افزایش یابد! در چنین شرایطی حاملها به طور متوسط چنان شتاب می گیرند که انرژی کافی برای برخورد با یکی از پیوندهای کووالانسی مابین اتم‌های نیمه هادی را دارند و موجب شکستن پیوند آنها و به وجود آمدن یک زوج الکترون حفره میشوند.
الکترون جدید هم دوباره سرعت می گیرد و در برخوردهای دیگر، حامل های دیگری را با همان روش آزاد میکند و چرخه اشاره شده را بار دیگر تکرار میکند، این پدیده که شبیه پدیده ی بهمن در کوهستان ها است را ” پدیدهٔ شکست بهمنی ” می نامند.
نتیجه:
این پدیده باعث افزایش ناگهانی جریان معکوس دیود میشود.
در ادامه توضیحات دیود زنر کست زنری هم توضیح داده شده
انواع دیود
بطور کلی 22 نوع دیود در دنیای الکترونیک وجود دارد، اما 9 مدل از آنها که معروف تر هستند، کاربرد بیشتری هم دارند. بنابراین ما هم در آموزش دیود و انواع آن با این مدل ها بیشتر آشنا می شویم.
- دیود معمولی (دیود سیگنال)
- دیود زنر
- دیود تونل
- دیود شاتکی
- دیود ورکتور
- دیود نوری
- فوتودیود
- دیود TVS
- دیود Step Recovery
دیود معمولی
این دیود که که با نواری سفید رنگ از سایر دیودها متمایز میشود در اصل همان دیودی است که از ابتدای آموزش درباره آن صحبت کردیم و عملکرد آن را شناختیم. این دیود یکی از ساده ترین و پرکاربرد ترین انواع دیوداست که در اغلب موارد برای یکسوسازی در مدارهای الکتریکی استفاده می شود.
دیود زنر
دیود زنر در بایاس مستقیم، دقیقا مانند یک دیود معمولا کارایی دارد اما بر خلاف دیودهای معمولی که در بایاس مخالف، در منطقه شکست آسیب می بینند، دیودهای زنر به گونه ای ساخته می شوند تا بتوانند در منطقه شکست کار کنند!
یعنی وقتی ولتاژ بایاس مخالف دیود زنر را به تدریج از ۲٫۴ ولت تا ۲۰۰ ولت افزایش میدهیم، در یک ولتاژ خاص که آن را ولتاژ شکست (Vz) می نامند، دیود شروع به هدایت می کند. با هادی شدن دیود در ولتاژ شکست (Vz) ، ولتاژ دو سر دیود تقریبا ثابت می ماند و جریان عبوری از دیود افزایش می یابد.
با بهره گیری از همین خاصیت دیود زنر معمولا از آن برای تثبیت ولتاژ استفاده می کنند اما این نوع دیود، در مدارات برش دهنده های ولتاژ و … نیز کاربرد دارد. برای مثال در ساخت IC هایی مانند آیسی های EMI و ESD که مدارات الکترونیکی را در برابر ولتاژ محافظت میکنند، از دیود های زنر استفاده میشود.
نوار مشکی رنگ روی دیود زنر، نشان دهنده کاتد آن است.
شکست زنر
پدیده شکست زنر، هم مانند شکست بهمی نوعی از شکست الکتریکی است که در بایاس معکوس اتفاق می‌افتد. در بایاس معکوس، اگر ولتاژ معکوس از حد معینی بیشتر شود، شدت میدان الکتریکی به حدی می‌رسد که باعث تونل زدن الکترونها از درون لایه سد (جهش الکترون از باند ظرفیت به باند هدایت) میشود و به تبع آن تعداد زیادی از حامل‌های اقلیت سبب افزایش ناگهانی جریان معکوس میشود که به این پدیده شکست زنری گفته میشود.
دیود تونل
دیود تونلی بر خلاف دیودهای معمولی حجم بیشتری از ناخالصی های نوع P و N را در خود جا داده است، همین مسئله سبب شده است که ناحیه تهی دیودهای تونلی بسیار نازک تر از دیود های معمولی (حدود 0.01 دیودهای معمولی) باشد. علاوه براین به دلیل نازک بودن ناحیه تهی الکترون ها راحتی با حفره ها ترکیب می شوند و جریان سریعتر در مدار جاری می شود.
ناحیه مقاومت منفی
با بالا رفتن ولتاژ در محدوده ای مشخص جریان عبوری از دیود تونلی کم می شود به این ناحیه در اصطلاح ” ناحیه مقاومت منفی ” می گویند.
ویژگی های دیود تونلی
- قیمت ارزان
- اغتشاش کم
- سرعت زیاد
- توان مصرفی کم
دیود شاتکی
دیود های معمولی نمی توانند در مدارهایی که سرعت کلید زنی بالایی دارند خیلی سریع قطع و وصل شوند، بنابراین از دیودهای شاتکی استفاده می شود زیرا این دیودها از نیمه هادی و فلز ساخته می شوند و به دلیل قابلیت هدایت الکتریکی زیاد فلز، ز مان تاخیر این نوع دیودها بسار کم است.
هنگام عبور جریان از دیود مقداری افت ولتاژ در دو سر آن ظاهر میشود، این افت ولتاژ در دیودهای معمولی چیزی در حدود 0.6 تا ۰٫۷ ولت اما در دیود شاتکی افت ولتاژ حدود ۰٫۱۵ الی ۰٫۴۵ ولت است.
دیود ورکتور ( دیود خازنی )
برای درک بهتر عملکرد این دیود لازم است بدانید که دیود ها در محل پیوند خود تشکیل یک ظرفیت خازنی می دهند، در این ظرفیت خازنی ناحیه سد به عنوان دی الکتریک و دو نیمه هادی به عنوان تیغه های خازن در نظر گرفته می شوند. با این حساب زمانی که دیود را در بایاس معکوس قرار میدهیم، هرچه ولتاژ دیود بیشتر شود عرض ناحیه دی الکتریک بیشتر نیز بیشتر می شود، بنابراین یک خازن متغیر با ولتاژ خواهیم داشت.
محدوده ظرفیت خازنی این دیودها در محدوده پیکوفاراد است و کاربرد این دیود ها در مدار های مخابراتی و رادیویی به عنوان یک خازن متغیر است.
دیود نوری
واژه LED (Light Emitting Diode) به معنای دیود منتشر کننده نور است. این نوع دیود هرگاه در بایاس مستقیم قرار گیرد و جریان کافی از آن عبور کند از خود نور تولید می کند و این نور در محل اتصال نیمه هادی های N و P دیده می شود، زیرا در این محل الکترونها و حفره های بیشتری با یکدیگر ترکیب می شوند .
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 .
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.
فتودیود
فتود (آشکار سازهای نور) به این صورت عمل می کند که نور را از محیط اطراف خودش جذب کرده و آن را به جریان الکتریکی تبدیل می کند. برای جذب بهتر نور در محل پیوند P-N این محل را با مواد پلاستیکی سیاه نمی پوشانند، بلکه محل این پیوند توسط شیشه یا پلاستیک شفاف پوشیده می شود.
عملکرد فتودیود به این صورت است که زمانی که یک فوتون با انرژی کافی به سطح فتو دیود بخورد، باعث تولید یک زوج حفره الکترونی (Electron-Hole) می شود که مکانیزم اثر فتوالکتریک داخلی اسم این مکانیزم است. در صورتی که جذب از پیوند ناحیه تخلیه (Depletion Region Junction) آغاز شود، حامل ها با میدان الکتریکی داخلی منطقه تخلیه از پیوند حذف می شوند.
به همین دلیل حفره ها در آن منطقه به سمت آند حرکت می کنند و هم زمان الکترون ها به سمت کاتد حرکت می کنند و منجر به تولید جریان نوری (Photo current) می شوند. جریان کلی در فتودیودها مساوی است با مجموع جریان نوری و جریان تاریکی جریانی که در صورت نبود نور از دیود می گذرد.
کاملا واضح است که برای بالا بردن حساسیت فتودیود باید جریان تاریکی را کم کنیم.
دیود TVS
دیود TVS (Transient Voltage Suppression) نیز مانند دیود زنر میتواند بصورت بایاس معکوس به منبع ولتاژ DC وصل شود، این دیود برخلاف دیود زنر عملکرد سریعی دارد میتواند ولتاژ گذرا را سریع دنبال کرده (دیود روشن شود) و آن را محدود کند.
بر اساس همین ویژگی دیود TVS می توان از این دیود بعنوان محافظ برای حذق ولتاژ گذرا در مدار های الکترونیکی استفاده کرد.
دیود بازیابی پله ای ( Step Recovery )
این قطعه که به دیود ضربه ای ناگهانی یا ذخیره کننده بار نیز معروف است، دارای قابلیت ذخیره سازی بار در پالس مثبت سیگنال و بکارگیری طریقه سینوسی آن در پالس منفی بوده و مطابق با زمان ضربه، زمان صعود در آن رخ می دهد و بدین جهت دارای پالس های بازیابی سرعت است. این وسیله با برخورداری از فرکانس قطع بالا در محدوده گیگاهرتز، کاربرد زیادی در ضرب کننده های مراتب بالا و پایین دارد.
دیود بازسازی پله‌ای قادر به سوئیچینگ خیلی سریع از حالت ON به حالت OFF است.
پل دیود چیست
اگر چهار دیود معمولی را همانند شکل زیر کنارهم قرار دهیم، میتوانیم یک مدار یکسو ساز تمام موج درست کنیم، مداری که با تغییردادن پلاریتهٔ تغذیهٔ ورودی آن، پلاریتهٔ خروجی آن تغییر نمی‌کند. این مدار که معمولا برای تبدیل جریان متناوب (AC) را به جریان مستقیم (DC) استفاده می شود، از ترانسفورماتور سه‌سر بهره می‌برند هزینه و وزن کمتری دارد.
پل دیود بخش مشترک بیشتر منابع تغذیه الکترونیکیاست، زیرا تمامی وسایل الکترونیکی برای تأمین برق اجزای مختلف خود به منبع تغذیه اصلاح شده DC نیاز دارند.
انواع روش های تست دیود
شما میتوانید با کمک مولتی متر دیود و انواع آن را به دو صورت تست بگیرید:
1- مولتی متر را روی تست دیود قرار بدهید
در این حالت اگر دیود را در بایاس مستقیم قرار دهیم ( یعنی پراپ قرمز به پایه آند و پراپ منفی به پایه کاتد بزنیم) مولتی متر تا 0.8 ولت عدد نمایش می دهد. اما اگر دیود را در بایاس معکوس ( یعنی پراپ قرمز به پایه کاتد و پراپ منفی به پایه آند بزنیم ) مولتی متر OL (عدد 1) را نشان می دهد.
2- مولتی متر روی تست اهم قرار بدهید
در این حالت در بایاس مستقیم ( زمانی که پراپ قرمز به پایه آند و پراپ منفی به پایه کاتد است ) مولتی متر عدد صفر را نمایش میدهد یعنی مقاومت 0 است و در بایاس معکوس مولتی متر OL نمایش میدهد یعنی مقاومت آن بی نهایت است.
امیدواریم که از این آموزش و مطالب گفته شده درباره دیود و انواع آن لذت برده باشید.
_______ _______
مقالات مرتبط
اگر می‌خواهید از آخرین و محبوب‌ترین مقالات ما در ایمیل خود مطلع شوید، همین الان ایمیل و شماره موبایل خود را در کادر زیر وارد کنید: 
با عضویت در ربات افزار میتوانید :