ساختار انواع دیود و عملکرد و کارایی مهمترین دیودها

در مدارهای الکتریکی که نیاز به یکسوسازی جریان وجود دارد از انواع دیود استفاده می‌شود. این قطعه نیمه‌هادی در مدارهای الکتریکی یکسوسازها، سوئیچ‌ها و تقویت و تثبیت‌کننده بسیار پرکاربرد است. دیود دارای دو پایه است. مسیر جریان تنها از طریق عبور از یکی از پایه‌ها امکان پذیر است و در صورتی که جهت جریان در مدار الکتریکی تغییر کند دیود اجازه‌ی عبور جریان را نمی‌دهد و مانند انواع مقاومت الکتریکی عمل می‌کند. در گذشته انواع دیود را به عنوان دریچه یا Valve می‌شناختند. برخلاف مقاومت‌های که رفتاری خطی نسبت به ولتاژ اعمال شده دارند، دیودها رفتاری نمایی دارند. در این صفحه تکنوکالا قصد دارد انواع دیود را معرفی کند و کاربر هرکدام را عنوان کند. با تکنوکالا تا انتها همراه باشید.

ساختار انواع دیود و طرز کار دیود

توسط عملیات Doping اتصالات P-N انواع دیود ساخته می‌شود. وجود ناخالصی‌های نوع P و N در طرفین باعث می‌شود که الکترون‌های آزاد و حفره‌هایی در پایه‌های مختلف دیود ایجاد شوند. برای ساخت ناحیه‌ی P  ناخالصی‌های همچون بور، آلومینیوم و گالیوم را به یک ماده‌ی نیمه‌هادی باید افزود. با ترکیب این مواد، ناحیه‌ی P  مملو از حفره خواهد شد. به ناحیه‌ی P دیود، آند (Anode) یا پلاریته‌ی مثبت دیود گفته می‌شود. در پلاریته منفی یا ناحیه‌ی P دیود از ناخالصی‌های همچون فسفر، آنتیموان و آرسنیک می‌توان استفاده کرد. ناحیه‌ی N یا کاتد (Cathode) دیود از وجود الکترون‌های زیادی برخوردار است. در اکثر دیود‌ها یک نوار طوسی رنگ در یک سر برخی از انواع دیود وجود دارد. این علامت نشان‌دهنده‌ی پلاریته مثبت دیود است. همچنین نماد مداری انواع دیود بصورت یک مثلث است  که یک خط عمود بر نوک آن وجود دارد. جهت نوک مثلث پایه‌ی کاتد دیود را مشخص می‌کند. در لحیم کاری انواع دیود باید به جهت قرارگیری پایه های مثبت و منفی آن ها دقت شود.

بایاس مستقیم و بایاس معکوس دیود

بطور کلی بایاس به نوع ولتاژ DC گفته می‌شود که به پلاریته‌های دیود اعمال می‌شود. یک تعریف مهم برای آشنایی با طرز کار دیود، بایاس مستقیم (Forward Bias) است. در حالت عادی و متعادل دیود، هیچ‌گونه جریانی و در نتیجه جابه‌جایی الکترونی در دیود وجود ندارد. تنها در صورتی که ولتاژ بایاس مستقیم به دیود وارد شود، جریان و انتقال الکترون صورت می گیرد. بصورت خلاصه بایاس مستقیم یعنی اعمال ولتاژ به پایه‌ی P دیود برای عبور جریان.  در صورتی که ولتاژ تغذیه در دیود را برعکس کنیم، باعث ‌می‌شود که هیچگونه جریانی از دیود عبور نکند. دلیل این موضوع جابه‌جایی حفره‌ها و الکترون‌ها در خلاف جهت است. در بایاس معکوس (Reverse Bias) ولتاژ مثبت به پلاریته‌ی منفی دیود و پایه‌ی منفی ولتاژ به پلاریته‌ی مثبت دیود متصل می‌شود. در این حالت جریان بسیار ناچیزی از اتصال P-N می‌گذرد و در اصطلاح گفته می‌شود ناحیه تخلیه عریض شده است. هرچه ناحیه تخلیه عریض‌تر شود، جریان عبوری به شدت کاهش پیدا‌ می‌کند. برخی از انواع دیود‌ها در بایاس معکوس آسیب می‌بینند و خراب می‌شوند. برخی دیگر از جمله دیود زنر یا بهمنی، در بایاس معکوس مورد استفاده قرار می‌گیرند.

انواع دیود

دیود‌ انواع مختلفی دارد که مانند انواع ترانزیستور و انواع خازن و مقاومت هرکدام کارایی خاص خود را در مدارهای الکتریکی دارد. ساختار انواع دیود با یکدیگر متفاوت است که همین تنوع ساختاری باعث کارایی متفاوت انواع دیود شده است.

دیود شاتکی

ساختمان دیود شاتکی (Schottky Diode) از یک رسانا و یک نیمه‌هادی تشکیل می‌شود. فلز مورد استفاده برای ساخت انواع دیود شاتکی مولییدنوم، پلاتین، کروم و تنگستن است. نیمه‌هادی موجود در این دیود از نوع نیمه‌هادی N است. ولتاژ افت یا دراپ دیودهای شاتکی از دیودهای سیلیکونی معمولی بسیار کمتر است. همچنین سرعت سوئیچنگ این دیودها نسبت به دیودهای معمولی بسیار بالاتر است.

نحوه ی کار دیود شاتکی و کارایی آن در مدار الکتریکی

دیود بهمنی

عملکر دیود بهمنی (Avalanche Diode) کاملا شبیه به انواع دیود زنر است. اما بر خلاف دیود‌های زنر که در با اعمال ولتاژ زنر شکسته ‌می‌شوند، طراحی و ساخت این نوع از دیودها به گونه‌ای است که پس از اعمال ولتاژ شکست هیچ گونه آسیبی به آن‌ها وارد نمی‌شود. کاربرد انواع دیودهای بهمنی در مدارهای القایی، ولتاژ بالا و القایی است.

نحوه ی کار دیود بهمنی و کارایی آن در مدار الکتریکی

انواع دیود معکوس

همانطور که از نام دیود معکوس مشخص است (Back Diode) از این دیود در بایاس معکوس استفاده می‌شود. این دیود در محدوده‌ی بسیار پایین ولتاژ، تقریبا در محدوده دهم ولت، کار می‌کند و قابلیت عبور جریان بسیار بالا را دارد. همین موضوع نشان می‌دهد که با بالا رفتن ولتاژ جریان عبوری از دیود کاهش می‌یابد. محدوده‌ی ولتاژ کاری انواع دیود معکوس از 0.1 تا 0.7 ولت است.

از کارایی و دلیل استفاده از ترانزیستور BJT یا پیوندی دو قطبی در مدار الکتریکی مطلع هستید؟ مقاله ترانزیستور BJT را برای بررسی تخصصی ترانزیستور پیوند دوقطبی از دست ندهید.

دیود تونلی

ساختمان انواع دیودهای تونلی (Tunnel Diode) نیز از نوع پیوند نیمه‌هادی P-N است. عملکرد این نوع دیودها بر اساس خاصیت تونل زنی الکترون‌ها از سد پتانسیل است. دیود تونلی برای مدارهای بسیار سریع به کارگرفته می‌شود. برخی از این مدارها شامل تقویت کننده‌ها، نوسان سازها و کلید زنی می‌شود. از ویژگی این دیودها می‌توان به تولید مقاومت منفی در یک محدوده‌ی مشخص از ولتاژ است.

نحوه ی کار دیود تونلی و کارایی آن در مدار الکتریکی

دیود لیزری

از دیود‌های لیزری (Laser Diode) برای ساخت و تولید درایوهای DVD، CD و اشاره‌گرهای لیزری استفاده می‌شود. باید گفت که این دیودها با انواع دیود ساطع کننده نور کاملا متفاوت است. دلیل این تفاوت این است که دیودهای لیزری نورهای همدوس را تولید می‌کنند.

دیود ساطع کننده نور

از پر کاربردترین دیود‌های صنعت الکترونیک انواع دیودهای ساطع کننده نور (Light Emitting Diode) است. با این نوع دیود به دفعات بالا برخورد داشته اید. دیود LED تنها در صورتی که بایاس مستقیم به پایه‌ی مثبت آن متصل شود، جریان را از خود عبور می‌دهد و باعث تولید نور می‌شود. کیفیت و رنگ نور تولید شده بستگی به مواد به کار گرفته شده در نیمه‌هادی دیود دارد. از مزایای LED می‌توان موارد زیر را نام برد:

  • اشغال فضای کم
  • قطع و وصل سریع
  • کاهش تلفات حرارتی
  • کار در محدوده‌ی ولتاژ و جریان پایین
  • پایین بودن توان کاری
  • نحوه ی کار دیود LED و کارایی آن در مدار الکتریکی

انواع دیود ورکتور

نحوه‌ی کار این نوع دیود مانند یک خازن متغیر است. با اعمال کردن یک ولتاژ در پایه‌های مثبت و منفی انواع دیود ورکتور(Varactor Diode)، در طرفین پیوند پتانسیل مثبت و منفی ایجاد می‌شود. ظرفیت خازنی این دیود با میزان ولتاژ متغیر اعمال شده به دو سر آن رابطه‌ی معکوس دارد. از این دیود در مدارات الکتریکی آمپلی فایرهای پارامتری، اسیلاتورها و سینتی سایزرهای فرکانس استفاده می‌شود.

برای یکسوسازی جریان و ولتاژ در انواع اینورتر خودرو از انواع دیود استفاده می شود.

فتودیود

فتودیود (Photo Diode) را برای تشخیص نور به کار می‌برند. در صورتی که این دیودها در برابر تابش نور قرار بگیرند، در آن ناحیه P-N بوجود می آید و الکترون و حفره‌هایی تولید می‌شوند. حرکت الکترون و حفره‌های تولید شده باعث عبور جریان از دیود می‌شود. از این دیودها در بایاس معکوس استفاده می‌کنند. دلیل این موضوع راحتی و بالا رفتن دقت تشخیص تابش نور است. روی فتودیودها یک لنز بسیار کوچک نصب می‌شود تا نور تابیده شده را در محل پیوند متمرکز کند.

دیود پین

ساختمان انواع دیود پین (Pin) با ساختمان دیود معمولی شبیه به یکدیگر است. تنها تفاوت موجود میان دیود پین و دیودهای معمولی این که در دیود پین میان ناحیه P-N یک بخش نیمه‌هادی ذاتی وجود دارد که بدون فرایند Doping ساخته می‌شود. وجود این ناحیه باعث تضعیف یکسوسازی می‌شود و به عنوان یک ناحیه‌ی تخلیه عریض عمل می‌کند. از انواع دیود پین برای مدارهای الکتریکی تضعیف کنندگی، سوئیچینگ با سرعت بالا، و تشخیص نور استفاده می‌شود.

انواع دیود زنر

دیود زنر(Zener Diode) در بایاس معکوس کار می‌کند. انواع دیود زنر علاوه بر داشتن عملکرد کاری در بایاس مثبت، در صورتی که مقدار مشخص و البته ثابتی بایاس معکوس به پایه‌های آن وارد شود، می تواند جریان را عبور دهد. ولتاژ معین و ثابتی که انواع دیود زنر در بایاس معکوس نیز جریان را از خود عبور می‌دهد را ولتاژ زنر یا ولتاژ شکست می‌گویند. در دیودهای زنر این ولتاژ از 1.7 تا 200 ولت است که به عنوان مرجعی در مدارات الکتریکی مورد استفاده قرار می‌گیرد. کاربرد دیود زنر در برش سیگنال، تثبیت ولتاژ و شیفت دهنده‌ها است. در صورت اعمال بایاس معکوس، این دیودها شکسته می‌شوند و از کار خواهند افتاد.

برای خرید انواع مختلف دیود می توانید از فروشگاه تجهیزات الکتریکی تکنوکالا خرید کنید.

مقالات پیشنهادی تکنوکالا:

 

دیدگاهتان را بنویسید

بستن
مقایسه