انواع دیود و کاربردهای آن

دیود یک وسیله الکتریکی دو پایانه است که اجازه می دهد جریان را فقط در یک جهت منتقل کند. دیود هم چنین به دلیل ویژگی جریان یک طرفه اش معروف است، جایی که اجازه می دهد جریان الکتریکی در یک جهت جریان یابد.

اساساً، یک دیود برای اصلاح شکل موج، در آشکارسازهای رادیویی یا در منابع تغذیه استفاده می شود. آن ها هم چنین می توانند در مدارهای مختلف الکتریکی و الکترونیکی مورد استفاده قرار گیرند که در آن نتیجه دیود”یک طرفه” مورد نیاز است. اکثر دیودها از نیمه هادی هایی مانند Si (سیلیکون) ساخته شده اند، اما در موارد کمی از Ge (ژرمانیوم) نیز استفاده می شود. گاهی اوقات خلاصه کردن انواع دیودهای موجود مفید است. برخی از انواع دیود ممکن است با همدیگر هم پوشانی داشته باشند، اما تعاریف مختلف ممکن است برای محدود کردن زمینه و ارائه نمای کلی انواع دیودها مفید باشد.

دیود چیست؟

دیودها دستگاه ها یا قطعات الکترونیکی دو پایانه هستند که به عنوان یک سوئیچ یک طرفه عمل می کنند، یعنی اجازه می دهند جریان فقط در یک جهت جریان یابد. این دیودها با استفاده از مواد نیمه هادی مانند سیلیکون، ژرمانیوم و گالیم آرسنید ساخته می شوند.

دو پایانه دیود با نام های آند و کاتد شناخته می شوند. بر اساس تفاوت بالقوه بین این دو پایانه، عملکرد دیود را می توان به دو صورت طبقه بندی کرد:

• اگر آند دارای پتانسیل بالاتری نسبت به کاتد باشد، گفته می شود که دیود در بایاس مستقیم قرار دارد و به جریان اجازه عبور می دهد.
• اگر کاتد پتانسیل بالاتری نسبت به آند داشته باشد، گفته می شود که دیود در بایاس معکوس قرار دارد و اجازه عبور جریان را نمی دهد.

دیودها در مدارهای الکترونیکی برای اصلاح، تنظیم کننده ولتاژ و غیره استفاده می شوند.

دیودها، که اولین بار به عنوان دیودهای لوله خلاء (دیودهای گرمایی) ظاهر شدند، توسط فردریک گاتری در سال 1873 اختراع شدند. آن ها نمونه اصلی اجزای غیرفعال، به عنوان مثال مقاومت ها هستند. با این حال، برخلاف مقاومت، دیودها از قانون اهم پیروی نمی کنند، زیرا آن ها یک جزء الکترونیکی غیر خطی هستند. جریانی که از آن عبور می کند متناسب با ولتاژ پایانه های آن است. وقتی قطعه دارای جهت گیری رو به جلو باشد، امپدانس پایینی دارد که باعث ایجاد جریان مذکور می شود.

دیودها هنگامی که دارای جهت گیری معکوس هستند از مقاومت بالایی برخوردارند و از جاری شدن جریان جلوگیری می کند. بایاس معکوس زمانی حاصل می شود که پایانه کاتد دیود مثبت تر از پایانه آند آن باشد.

کار دیود چیست؟

دیودها در فناوری مدرن دارایی های ارزشمندی هستند زیرا اجازه می دهند جریان ها در یک جهت عبور کنند. هنگامی که جریان از آند دیود به سمت کاتد می رود، دیود مانند یک سیم برهنه عمل می کند و اجازه عبور جریان را می دهد. هنگامی که همان جریان در جهت مخالف جریان می یابد، دیود به یک مقاومت قوی تبدیل می شود و راه را مسدود می کند.

بنابراین، حفاظت از لوازم الکترونیکی یکی از رایج ترین کاربردهای دیودها است.

اجزای الکترومغناطیسی، مانند موتورها و رله ها، هنگام خاموش شدن، بارهای اضافی را آزاد می کنند و جریان ها را از طریق مدار به عقب برمی گردانند و می توانند به قسمت های حساس آسیب برسانند. دیودی که روی موتورها و رله ها قرار می گیرد، جریان را از بقیه مدار دور می کند.

پردازش سیگنال های رادیویی (دلیل اصلی اختراع دیودها) هنوز هم استفاده رایجی از دیودها است. دیودها فراتر از رادیوهای AM مدرسه قدیمی، هم چنین در انواع مختلف دستگاه های مدرن، از تلویزیون تا اجاق های مایکروویو و حتی ماهواره های ارتباطی، ادغام شده اند.

دیود چگونه کار می کند؟

دیودهای امروزی از مواد نیمه هادی مانند سیلیکون، ژرمانیوم یا گالیم آرسنید ساخته شده اند. تولیدکنندگان نیمه هادی ناخالصی های خاصی را به این مواد وارد می کنند تا ویژگی خاصی را به دیود بدهند.

این فرآیند “دوپینگ” سه ناحیه در دیود ایجاد می کند. اول، یک ناحیه p با بار مثبت در آند وجود دارد که در آن دوپینگ تعداد زیادی حفره الکترون ایجاد می کند. سپس، یک ناحیه n با بار منفی در کاتد وجود دارد، که در آن دوپینگ تعداد زیادی الکترون آزاد ایجاد می کند. این دو در محل اتصال p-n ملاقات می کنند، جایی که الکترون های ناحیه n پرش می کنند تا حفره های الکترون ناحیه p را پر کنند-این سومین “ناحیه تخلیه” را ایجاد می کند که به عنوان یک عایق عمل می کند و در برابر جریان مقاومت می کند.

انواع دیود

انواع مختلفی از دیودها وجود دارند که به کاربردهای دنیای واقعی کمک می کنند. هر دسته از دیودها ویژگی های منحصر به فردی را ارائه می دهند که در این مقاله توضیح داده خواهد شد. اجازه دهید اکنون به طور مختصر انواع دیود را مورد بررسی قرار دهیم.

دیود PN (مثبت-منفی)

دیود PN یک دیود نیمه هادی است که از سیلیکون خارجی یا فرعی ساخته شده است. هنگامی که سیلیکون اصلی توسط یک عنصر پنج ظرفیتی (مانند فسفر و آرسنیک) دوپینگ می شود، سیلیکون فرعی نوع n (یعنی منفی) تشکیل می شود. سیلیکون فرعی نوع P (یعنی مثبت) هنگامی ایجاد می شود که سیلیکون اصلی توسط یک عنصر سه ظرفیتی (مانند بور و آلومینیوم) دوپ شده شود. سیلیکون نوع P و نوع n  به هم متصل می شوند تا یک دیود PN ایجاد شود.

یک دیود PN با استفاده از حرکت حفره ها و الکترون ها الکتریسیته را هدایت می کند. نوع p (که پایانه آند را تشکیل می دهد) حامل حفره های اکثریت است، در حالی که نوع n (که پایانه کاتد را تشکیل می دهد) حامل الکترون های اکثریت است. هنگامی که جزء دارای جهت گیری رو به جلو است، حفره ها و الکترون ها به سمت یکدیگر حرکت می کنند و با هم ترکیب می شوند، بنابراین اجازه می دهد جریان عبور کند. این امر ناشی از میدان الکتریکی ناشی از بایاس دیود است. “ناحیه تخلیه” هنگامی که سوگیری معکوس داشته باشد، گسترده می شود.

هنگامی که ولتاژ خرابی معکوس قطعه به دست آید، یک دیود PN می تواند در حالت بایاس معکوس آسیب ببیند.

دیود PN در اصلاح AC به DC، حفاظت از قطبیت معکوس، دروازه های دیود و گیره های دیود کاربرد دارد.

دیود زنر

این یک نوع دیود است که اجازه می دهد جریان در دو جهت عبور کند. برخلاف دیود PN، دیود زنر می تواند در منطقه ولتاژ شکست معکوس کار کند. دیود زنر دارای مقاومت دینامیکی است که با جریان عبوری از آن متناسب است.

دیود زنر در تنظیم خط و بار و هم چنین تنظیم منبع تغذیه کاربرد دارد.

این یک عنصر منفعل است که تحت اصل “شکست زنر” کار می کند. اولین بار توسط کلارنس زنر در سال 1934 تولید شد، شبیه دیود معمولی در حالت بایاس مستقیم است، یعنی اجازه عبور جریان را می دهد.

اما در حالت بایاس معکوس، دیود تنها زمانی هدایت می شود که ولتاژ اعمال شده به ولتاژ شکست برسد که به شکست زنر معروف است. این دستگاه برای جلوگیری از پالس های ولتاژ لحظه ای سایر وسایل نیمه هادی طراحی شده است. به عنوان تنظیم کننده ولتاژ عمل می کند.

دیود شاتکی

دیود شاتکی معمولاً به عنوان دیود “حامل گرم” شناخته می شود. از ترکیب آلومینیوم یا طلا و سیلیکون نوع n ساخته شده است. دارای قابلیت سوئیچ با فرکانس بالا است و قادر است بین حالت های رسانا و غیر رسانا جا به جا شود. خازن اتصال در دیود شاتکی کوچک است بنابراین دارای افت ولتاژ کم به جلو و جریان نشتی بالا است. می توان از آن در مدارهای الکتریکی که نیاز به سرعت سوئیچینگ سریع دارند استفاده کرد. هم چنین کاربردهایی در اصلاح منبع تغذیه پیدا می کند.

دیود پین

دیودهای PIN نوعی دیود هستند که از سیلیکون نوع n و p نیز ساخته می شوند. با این حال، دارای لایه ای از سیلیکون سبک است که مواد n و p را از هم جدا می کند. این باعث می شود که هنگام تعصب معکوس، ظرفیت اتصال کم باشد.

در مواردی که فرکانس های بالا در مدارهای الکتریکی برای سوئیچینگ در برنامه های RF و مایکروویو مورد نیاز است، استفاده می شود. این می تواند به عنوان یک مقاومت متغیر عمل کند که مقدار آن توسط یک جریان متقابل DC به جلو کنترل می شود، بنابراین آن را به یک مقاومت تحت کنترل جریان تبدیل می کند. این جزء هم چنین به عنوان آشکارسازهای نوری در سیستم های فیبر نوری استفاده می شود.

دیود تونل

مانند دیودهای PIN، دیودهای تونل نیز در برنامه های فرکانس بالا استفاده می شوند. آن ها در بایاس مستقیم عمل می کنند و می توانند مقاومت منفی از خود نشان دهند. مقاومت منفی زمانی اتفاق می افتد که افزایش ولتاژ اعمال شده باعث کاهش جریان عبوری از دیود شود.

دیود واراکتور

این نوع دیود به عنوان دیود خازن متغیر شناخته می شود. به گونه ای طراحی شده است که هنگام بایاس معکوس، ظرفیت اتصال آن متفاوت است. می توان از آن در مدارهای RF با فرکانس بالا استفاده کرد.

دیود ساطع نور (LED)

این دیودها انرژی الکتریکی را به انرژی نوری تبدیل می کنند. اولین تولید در سال 1968 آغاز شد. این فرآیند تحت الکترولومینسانس قرار می گیرد که در آن حفره ها و الکترون ها مجدداً برای تولید انرژی در قالب نور در شرایط بایاس مستقیم، ترکیب می شوند.

در روزهای اولیه، LED ها بسیار پرهزینه هستند و فقط در موارد خاص مورد استفاده قرار می گیرند. اما در طول سال ها، هزینه LED ها به میزان قابل توجهی کاهش یافته است. این واقعیت که آن ها بسیار کارآمد هستند، LED ها را به عنوان منبع اصلی روشنایی در خانه ها، ادارات، خیابان ها (برای روشنایی خیابان ها و چراغ های راهنمایی)، خودروها، تلفن های همراه تبدیل می کند

این یک نوع دیود است که هنگام بایاس مستقیم الکترولومینسانس را نشان می دهد. دیود ساطع کننده نور (یا LED) از نیمه هادی های معدنی مانند آلومینیوم گالیم آرسنید (AlGaA) یا آلومینیوم گالیم فسفید (یا AlGaP) ساخته شده است.

جریان معمولی ورودی به ال ای دی 35OmA است. این قطعه توان کمی مصرف می کند زیرا می تواند از منابع ولتاژ کم تا 3 ولت کار کند. بنابراین، مصرف برق کم تری دارد. این برنامه، کاربردی در روشنایی خانه پیدا می کند و هم چنین می تواند به عنوان چراغ قوه در تلفن های همراه استفاده شود.

دیودهای شاکلی

این ها نوع دیگری از دیودها هستند که برای کاربردهای سوئیچینگ نیز استفاده می شوند. دارای مقداری ولتاژ پایه است که به آن ولتاژ ماشه ای گفته می شود.

اگر ولتاژ اعمال شده به این مقدار کم تر از مقدار ماشه اولیه باشد، نمی تواند تغییر کند زیرا در حالت مقاومت بالا باقی می ماند. با افزایش ولتاژ اعمال شده از مقدار ماشه اولیه، مسیر مقاومت کم ایجاد می شود. به این ترتیب، دیودهای شاکلی کار می کنند.

دیود بارت

BARITT مخفف زمان انتقال تزریق مانع است. در این نوع دیودها، انتشار ناشی از انرژی حرارتی است. این نویز در مقایسه با نوع دیگری از دیودها کم تر است.

این دستگاه ها در دستگاه های مختلف مانند میکسرها قابل استفاده هستند، می توانند بر اساس قابلیت سیگنال کوچک تقویت کننده باشند یا ممکن است نوسان ساز باشند.

دیود گان

این یک دیود اساسی است که دارای دو پایانه است. مانند سایر دیودها محل اتصال P-N را ندارد. اسیلاتورهای ساخته شده از دیودهای گان در ارتباطات رادیویی مورد استفاده قرار می گیرند.

این ها هم چنین در مناطق نظامی مورد استفاده قرار می گیرند. تاکومترهای اصلی از این دیود در آن تشکیل شده است. امروزه در سیستم های مانیتورینگ برای باز کردن درها سنسورها مورد نیاز است که این امر می تواند توسط دیودهای گان امکان پذیر شود. در مدارهای آلارم مزاحم نیز این دیود ارجحیت دارد.

دیود لیزری

نمی توان آن را همان LED معمولی نامید. از آن جا که نور دیگری از این نوع دیودها منتشر می شود، نور منسجم نامیده می شود. این نور به عنوان نقطه ای متشکل از قطر کم تر از یک میکرومتر است.

از آن جایی که زمان پاسخ گویی در این نوع دیودها سریع تر است، از این دستگاه ها به عنوان دستگاه های ذخیره سازی نوری و هم چنین در دستگاه های پخش کننده سی دی استفاده می شود. امروزه می توان اسکنرهای بارکد را مشاهده کرد، این یکی از کاربردهای دیود لیزر است. این موارد هم چنین در چاپگرهای لیزری، دستگاه های فکس و غیره دیده می شود.

فوتو دیود

همان طور که از نامش مشخص است وقتی دیود با نور تعامل می کند، جریان نور تولید می شود. این بدان معناست که در مرحله تاریکی هیچ جریانی وجود ندارد که نشان داد وضعیت مدار باز است.

هنگامی که دیود با نور تماس پیدا می کند، برهم کنش می شود و مقدار جریان در مدار باعث می شود که دیود روشن شود.

مقدار فعلی و مقدار شدت نور مستقیماً با یکدیگر متناسب است. این زمان ها هم چنین دارای زمان پاسخ دهی به اندازه کافی سریع هستند که در نانو ثانیه است. این نوع دیودها هم چنین می توانند ظرفیت تولید برق را داشته باشند.

دیود بازیابی سریع

بر اساس عنوان، دیود زمان بازیابی سریع تری خواهد داشت. در طول اصلاح، AC به عنوان سیگنال ورودی اعمال می شود. این دارای سطوح مثبت و منفی است. برای تغییر در قطب ها از مثبت به منفی یا از منفی به مثبت، زمان بازیابی باید سریع باشد.

در طول برنامه های با فرکانس بالا، داشتن سریع ترین زمان بازیابی الزامی است. بنابراین این دیود در چنین مواردی ترجیح داده می شود. این نتایج در نمایش باید به شیوه ای دقیق باشد و یکپارچگی سیگنال را حفظ کند.

دیود بازیابی مرحله

می توان آن را بخشی از دیود مایکروویو نامید. در محدوده فرکانس بالا، این امر تمایل به تولید پالس دارد. این دیودها به نوع دیودهایی وابسته هستند که بر اساس عملکرد آن ها دارای ویژگی خاموش شدن سریع هستند.

این نوع دیودها نوع خاصی هستند که بار پالس مثبت را ذخیره می کنند و در نبض منفی سیگنال های سینوسی استفاده می کنند. زمان افزایش پالس فعلی برابر با زمان ضربه محکم و ناگهانی است. به دلیل این پدیده، پالس های بازیابی سرعت دارد.

کاربردهای این دیودها در ضرایب مرتبه بالاتر و در مدارهای شکل دهنده پالس است. فرکانس قطع این دیودها بسیار زیاد است که تقریباً به ترتیب گیگا هرتز است.

به عنوان چند برابر کننده، این دیود دارای محدوده فرکانس قطع 200 تا 300 گیگاهرتز است. در عملکردهایی که در محدوده 10 گیگاهرتز انجام می شوند، این دیودها نقش حیاتی ایفا می کنند. بازده برای ضرب کننده های درجه پایین بالا است.

کاربردهای دیود

انواع مختلفی از دیودها وجود دارد و از این دیودها به روش های مختلف استفاده می شود.

• اساسی ترین عملکرد تغییر جریان AC به جریان DC با حذف قسمتی از سیگنال است. این عملکرد آن ها را اصلاح کننده می کند. از آن ها در سوئیچ های الکتریکی استفاده می شود و در محافظ های برق استفاده می شود زیرا می توانند از جهش ولتاژ جلوگیری کنند.
• دیودها در انجام منطق دیجیتال کمک می کنند. میلیون ها دیود مشابه دروازه های منطقی استفاده می شود و در پردازنده های مدرن استفاده می شود.
• آن ها برای جداسازی سیگنال ها از منبع استفاده می شوند. به عنوان مثال، یکی از کاربردهای عمده دیودها حذف سیگنال های منفی از جریان AC است. این به عنوان تغییر شکل سیگنال شناخته می شود. این عملکرد اساساً در رادیوها به عنوان یک سیستم فیلترینگ به منظور استخراج سیگنال های رادیویی از یک موج حامل استفاده می شود.
• آن ها هم چنین در ایجاد منبع تغذیه و دو برابر کننده ولتاژ استفاده می شوند. استفاده از یک سو کننده موج کامل به ارائه ولتاژ پایدار کمک می کند. ترکیبی از یک دیود با یک خازن به ضرب ولتاژ AC کوچک کمک می کند تا ولتاژ بسیار بالایی ایجاد شود.
• دیودهای ساطع کننده نور یا LED ها در سنسورها و هم چنین در دستگاه های لیزری و سایر دستگاه های روشنایی دیگر استفاده می شود.
• دیودهای زنر به عنوان تنظیم کننده ولتاژ و واراکتورها در تنظیم الکترونیکی و واریستورها در سرکوب خطوط AC استفاده می شوند.
• دیودها اساس op-amps و ترانزیستورها هستند.

ما را در اینستاگرام دنبال کنید.