دیود چیست؟ (بررسی ۱۲ نوع کاربردی Diode)

در بسیاری از مدارهای الکترونیکی نیاز به یکسو کردن جریان در مدار است و برای این کار باید بدانیم که دیود چیست و چگونه این کار را انجام می دهد؟

دیودها انواع متنوعی دارند که شناخت آن ها در انتخاب قطعه مناسب با هدف هر مدار به ما کمک می کند.

با تماشای این ویدیو و مطالعه مقاله با ساختار دیود، طرز کار و انواع آن آشنا خواهید شد.

همراه ما باشید.

1# دیود چیست؟ (Diode)

دیود یکی از انواع قطعات نیمه هادی است که در مدارهای الکترونیکی بسیاری استفاده می شود.

برای آن که بدانیم دیود چیست باید طرز کار اتصالات P-N در نیمه هادی ها را به خوبی بشناسیم.

این قطعات از یک اتصال P-N ساخته می شوند و دارای دو پایه یا ترمینال هستند که
در ادامه به بررسی آن ها می پردازیم.

1-1# ساختار داخلی دیود

اتصالات P-N در نیمه هادی ها توسط فرآیندی ساخته می شوند که doping نام دارد.

بررسی مبحث ساخت اتصالات P-N بسیار تخصصی بوده و از موضوع این مقاله دور است؛ اما به طور خلاصه می توان گفت که
در این فرآیند ناخالصی نوع n و p در طرفین اتصال قرار دارد و باعث ایجاد حفره ها و الکترون های آزاد می شود.

1) پایه های آند (Anode) و کاتد (Cathode)

برای ساخته شدن ناحیه P می توان ناخالصی هایی از نوع گالیوم، آلومینیوم و بور به ماده نیمه هادی اضافه کرد.

در اثر اضافه شدن این مواد تعداد بسیار زیادی حفره در این ناحیه ایجاد می شود.

ناحیه P در یک دیود به عنوان آند شناخته می شود و پلاریته مثبت آن را می سازد.

برای ناحیه N از ناخالصی هایی مثل فسفر، آنتیموان و آرسنیک استفاده می شود که
باعث ازدیاد الکترون در این ناحیه خواهد شد.

به ناحیه N کاتد گفته شده و دارای پلاریته منفی است.

پس هر نوع دیودی فارغ از ویژگی های اختصاصی دارای دو پایه به نام های آند و کاتد است.

با توجه به اینکه علامت بار پایه های دیود متفاوت است دو نوع بایاس برای آن می توان در نظر داشت.

2) بایاس مستقیم (forward bias)

یک موضوع مهم در استفاده از دیود این است که بدانیم بایاس مستقیم چیست؟

در حالت تعادل این قطعه هیچ جا به جایی الکترونی وجود ندارد تا زمانیکه ولتاژ بایاس مستقیم به آن اعمال شود و
جریان از آن عبور کند.

یعنی سر مثبت دیود (P – کاتد) به سر مثبت منبع تغذیه و سر منفی آن (N – آند) هم به سر منفی منبع تغذیه متصل شود.

به این حالت بایاس مستقیم گفته می شود.

3) بایاس معکوس (reverse bias)

برای آن که بدانیم بایاس معکوس چیست باید توجه داشته باشیم که به طور کلی به علت خواص اتصال P-N، جریان در یک جهت از دیود عبور می کند.

اگر جهت تغذیه اعمال شده به دیود را برعکس کنیم و
پایه مثبت تغذیه به ناحیه n و پایه منفی آن را به ناحیه p متصل کنیم باعث می شود که
حفره ها به سمت دیگر اتصال عقب نشینی کرده و الکترون ها هم در جهت مخالف حرکت می کنند.

وقتی این اتفاق رخ می دهد جریان بسیار ناچیری از اتصال P-N عبور می کند و ناحیه تخلیه عریض می شود.

با عریض تر شدن ناحیه تخلیه عبور جریان سخت تر می شود.

به این حالت بایاس معکوس گفته می شود.

استفاده از دیود در بایاس معکوس ممکن است باعث شکست ناحیه تخلیه و اصطلاحا سوختن دیود شود.

دیودهای خاص مثل زنر و یا بهمنی می توانند هدایت جریان معکوس را به دست گرفته و در این شرایط استفاده شوند که
در ادامه آن ها را بررسی می کنیم.

2-1# عملکرد دیود ها

عملکرد این قطعات به صورت خلاصه به این شکل است که جریان الکتریکی را در یک جهت از خودش عبور می دهد و
در جهت مخالف مثل یک کلید باز عمل می کند.

اگر یک دیود معمولی را در نظر بگیریم نمودار جریان-ولتاژ آن مشابه شکل زیر خواهد بود.

به این معنا که در صورت بایاس مستقیم با بالارفتن ولتاژ، مقدار جریان عبوری از دیود نیز به صورت تقریبا خطی افزایش پیدا می کند.

اما در صورتی که ولتاژ به صورت بایاس معکوس به آن متصل شود جریان ناچیزی از آن عبور می کند که
در واقع مثل مدار باز شدن است.

هر دیود با توجه به ساختار نیمه هادی های درون آن، تا یک ولتاژ مشخصی قابلیت تحمل بایاس معکوس را دارد که
به آن ولتاژ شکست (V_br) می گویند.

بعد از گذشت ولتاژ معکوس از این مقدار، ساختار دیود بهم ریخته و در این حالت دیود سوخته و جریان شدیدی از جهت مخالف در مدار عبور می دهد.

3-1# نماد مداری Diode

در بیشتر دیودها یک نوار طوسی رنگ در یک سر قطعه وجود دارد که نشانگر جهت کاتد است.

نماد مداری آن یک مثلث است که به سمت کاتد اشاره می کند و یک خط در نوک آن عمود شده است.

این سمبل نشانگر این است که جریان قراردادی در مدار از سمت آند به کاتد هدایت می شود.

می دانیم که در عمل الکترون های مدار از سمت منفی به مثبت حرکت می کنند اما
به صورت قرار دادی جهت جاری شدن جریان خلاف حرکت الکترون هاست.

2# انواع دیود

دیودها مدل های بسیار مختلفی دارند که برای آنکه بدانیم دلیل استفاده از هر کدام چیست باید با ساختار آن ها به حد خوبی آشنا باشیم.

در ادامه با ما باشید تا انواع مهم و کاربردی این قطعه را بررسی کنیم.

1-2# دیود پیوند P-N یا معمولی (P-N Junction Diode)

این نوع در واقع همان دیودی است که از ابتدای مقاله درباره آن صحبت کردیم و عملکرد آن را شناختیم.

P-N Junction Diode یکی از ساده ترین انواع دیودهاست که
برای کاربرد یکسوسازی در مدارها استفاده می شود.

2-2# دیود معکوس (backward diode یا back diode)

این دیود نوع خاصی از دیودهای خانواده زنر است که در بایاس معکوس استفاده می شود و
در ولتاژ های بسیار پایین معکوس مورد استفاده است (در رنج دهم ولت) و جریان بسیار بالایی از خود عبور می دهد.

با بالاتر رفتن ولتاژ، جریان کمتری از آن عبور می کند. (محدوده کاری این دیود حدودا از 0.1 تا 0.7 ولت است)

از این خانواده می توان در مدارهای سوئچینگ سرعت بالا استفاده کرد.

3-2# دیود لیزری (laser diode)

این نوع از دیودها مشابه LED ها از خود نور ساطع می کنند با این تفاوت که نور همدوس از خود نمایش می دهند.

از این مدل برای کاربردهایی مثل درایورهای DVD و CD، اشاره گرهای لیزر نقطه ای و… استفاده می شود و
امروزه یکی از پرکاربرد ترین انواع لیزرها است.

4-2# دیود ساطع کننده نور (LED)

اسم این مدل از عبارت light emitting diode برگرفته شده است و یکی از پرکاربردترین انواع دیود است.

LEDها زمانی که به بایاس مستقیم متصل شوند و جریان از آن عبور کند، از خودشان نوری در بازه نورهای مرئی منتشر می کند.

5-2# فتو دیود (photodiode)

از این مدل برای تشخیص نور استفاده می شوند.

عملکرد این دیودها به این شکل است که در اثر تابش نور در آن ها الکترون و حفره تولید می شود و
این امر باعث می شود تا در مدار جریان برقرار شود.

به عبارتی می توان گفت فتودیودها عملکردی برعکس ال ای دی ها دارند.

از فتودیودها معمولا در شرایط بایاس معکوس استفاده می شود تا جریان بسیار کوچک ایجاد شده در اثر تابش نور راحت سنجیده شود.

6-2# دیود PIN

نام گذاری این دیود براساس ساختمان داخلی آن انجام شده است که
نواحی N و P در آن مشابه دیودهای معمولی هستند با این تفاوت که بین این دو ناحیه یک بخش نیمه هادی ذاتی بدون فرآیند doping وجود دارد.

این ناحیه مشابه ناحیه تخلیه عریض بوده و یکسوسازی را به شدت تضعیف می کند؛
اما برای کاربردهایی مثل سوئیچیگ سریع، تضعیف کنندگی، تشخیص نور و مدارهای ولتاژ بالای الکترونیک قدرت استفاده می شود.

7-2# دیود شاتکی (schottky diode)

این مدل از پیوند یک نیمه هادی و یک رسانا ساخته می شود که معمولا فلز مورد استفاده مولیبدنوم، پلاتین، کروم‌ و یا تنگستن و نیمه هادی از نوع N است.

دیودهای شاتکی ولتاژ افت (drop) کمتری نسبت به دیودهای سیلیکونی معمولی دارند و
در جریان های پایین ولتاژ افتی در بازه 0.14 تا 0.4 ولت ممکن است داشته باشند در صورتی که ولتاژ مربوط به دیودهای سیلیکونی در رنج 0.6 تا 1.7 ولت است.

از طرفی به خاطر ساختار داخلی، این نوع از دیودها در مقایسه با مدل های معمولی سرعت سوئیچینگ بسیار بالاتری دارند.

شاتکی ها را با نماد زیر در مدار نمایش می دهند.

8-2# دیود تونلی (tunnel diode)

دیودهای تونلی نیز یک پیوند نیمه هادی P-N هستند با این ویژگی که براساس خاصیت تونل زنی مکانیک الکترون ها از سد پتانسیل عمل می کنند.

دیود تونلی در یک بازه ولتاژی مقاومت منفی تولید می کند که برای نوسان سازها، تقویت کننده ها و کلیدزنی استفاده می شود و
از آن برای مدارهای بسیار سریع استفاده می کنند.

نماد مداری این نوع قطعات به شکل زیر است.

9-2# دیود ورکتور (varactor diode)

ساختار ورکتور به نحوی است که بعد از اعمال ولتاژ به آن در طرفین پیوند پتانسیل مثبت و منفی ایجاد شده و
در نتیجه آن یک خازن ساخته می شود.

ظرفیت این خازن متناسب با مقدار ولتاژ متغیر است و به همین دلیل به این دیود خازن متغیر نیز گفته می شود.

10-2# دیود زنر (zener diode)

زنر یکی از انواع دیودهایی است که در ناحیه معکوس مورد استفاده هستند، به این معنی که
علاوه بر عبور جریان در حالت مستقیم مانند سایر مدل های معمولی، با اعمال مقدار ثابت و مشخصی بایاس معکوس به آن در جهت عکس هم جریان عبور می دهد.

این ولتاژ شکست به ولتاژ زنر معروف است و براساس ساختار دیودها از 1.7 تا 200 ولت خواهد بود که
به عنوان یک مرجع ولتاژ در مدارها مورد استفاده است.

از زنرها برای برش سیگنال، شیفت دهنده و رگولاتور ولتاژ استتفاده می شود.

11-2# دیود بهمنی (avalanche diode)

این نوع مشابه زنرها در ناحیه معکوس مورد استفاده هستند.

این دیودها طراحی شده اند تا در ولتاژ خاصی دچار شکست شوند بدون آن که صدمه ببینند.

از دیودهای بهمنی برای کاربردهای محافظتی، مدارهای القایی و مدارهای ولتاژ بالا استفاده می شود.

12-2# دیود سیگنال کوچیک (Small Signal Diode)

این نوع از diode ها از خانواده پیوند P-N ای ها هستند که عرض ناحیه پیوندها بسیار کوچک هست و
به همین دلیل توانایی عملکرد در فرکانس بالا و سوئیچینگ سرعت بالا را دارند و
در ولتاژهای کم کار می کنند.

اگر به دنبال یاد گرفتن مهارت بیشتر و افزایش درآمد هستید،

برای دریافت آموزش های رایگان مرتبط با حوزه علاقه‌مندی خود فقط کافیه فرم رو تکمیل کنید.

نظرتون درباره این مقاله چیه؟
ما رو راهنمایی کنید تا اون رو کامل تر کنیم و نواقصش رو رفع کنیم.
توی بخش دیدگاه ها منتظر پیشنهادهای فوق العاده شما هستیم.