معرفی کامل دیود ها

[Borna66]

کریستال مربعی شکل نیمه رسانا در دیود



اشکال مختلف دیود ها پائین: یکسو کننده بریج


دیودها قطعاتی با دوپایه می باشند که نسبت به عبور جریان در یک سمت مقاومت کمی نشان داده ولی وقاومت آن ها نسبت به عبور جریان در سمت مخالف بسیار بیالا است. این خاصیت آنها باعث شده بود تا در سالهای اولیه ساخت این وسیله الکترونیکی، به آن دریچه هم اطلاق شود. دلیل ویژگی مذکور را در BJT مطالعه بفرمایید. از لحاظ الکتریکی یک دیود هنگامی عبور جریان را از خود ممکن می‌سازد که با برقرار کردن ولتاژ در جهت درست (+ به آند و - به کاتد) آن را آماده کار کنید. مقدار ولتاژی که باعث می‌شود تا دیود شروع به هدایت جریان الکتریکی نماید "ولتاژ آستانه" یا (forward voltage drop) نامیده می‌شود که چیزی حدود ۰٫۶ تا ۰٫۷ ولت می‌باشد. اما هنگامی که شما ولتاژ معکوس به دیود متصل می‌کنید (+ به کاتد و - به آند) جریانی از دیود عبور نمی‌کند، مگر جریان بسیار کمی که به "جریان نشتی" موسوم است. جریان مذوکور در حدود چند µA یا حتی کمتر می‌باشد که به طور معمول در اغلب مدارهای الکترونیکی قابل صرف نظر است و تأثیری در رفتار سایر المانهای مدار نمی گذارد. اما نکته مهم آن که تمام دیودها یک آستانه برای حداکثر ولتاژ معکوس دارند که اگر ولتاژمعکوس بیش از آن شود دیوید می‌سوزد و جریان را در جهت معکوس هم عبور می‌دهد. به این ولتاژ آستانه شکست گفته می‌شود.

[Borna66]

وقتی دیود در حال هدایت باشد ولتاژ اندکی بر روی آن افت می کند. این ولتاژ "افت ولتاژ در بایاس مستقیم" نامیده می شود و مقادیر معمول آن برای دیودهای ژرمانیوم و سیلیکون متفاوت است که در جدول 1-1 ذکر شده است.

جدول 1-1 جریان عبوری افت ولتاژ در بایا مستقیم دیود سیلیکون دیود ژرمانیوم 10 میکرو آمپر 0.43 ولت 0.12 ولت 100 میکرو آمپر 0.58 ولت 0.26 ولت 1 میلی آمپر 0.65 ولت 0.32 ولت 10 میلی آمپر 0.75 ولت 0.43 ولت
مقادیر جدول 1-1 برای دو دیود 1n4148 و oa91 بیان شده است.

[Borna66]

دسته بندی دیود ها

در دسته بندی اصلی، دیودها را به سه قسمت اصلی تقسیم می‌کنند، دیودهای سیگنال که برای آشکار سازی در رادیو بکار می‌روند و جریانی در حد میلی آمپر از خود عبور می‌دهند، دیودهای یکسوکننده (Rectifiers) که برای یکسوسازی جریانهای متناوب بکاربرده می‌شوند و توانایی عبور جریانهای زیاد را دارند و بالآخره دیودهای زنر(Zener) که برای تثبیت ولتاژ از آنها استفاده می‌شود. برای شناسایی قسمت +و-دیود از اهم متر استفاده میشود که باتوجه به عقربه ی اهم متر میتوان این شناسایی را انجام داد.

[Borna66]

ديودهاي سيگنال

اين نوع از انواع ديودها براي پردازش سيگنالهاي ضعيف (معمولا راديويي) و کم جريان تا حداکثر حدود 100mA کاربرد دارند. معروفترين و پر استفاده ترين آنها که ممکن است با آن آشنا باشيد ديود 1N4148 است که از سيليکون ساخته شده است و ولتاژ شکست مستقيم آن 0.7 ولت است. اما برخي از ديود هاي سيگنال از ژرمانيم هم ساخته مي شوند ، مانند OA90 که ولتاژ شکست مستقيم پايينتري دارد. به همين دليل از اين نوع ديود بيشتر براي آشکار سازي امواج مدوله شده راديويي استفاده مي شود. بصورت يک قانون کلي هنگامي که ولتاژ شکست مستقيم ديود خيلي مهم نباشد ، از ديودهاي سيليکون استفاده مي شود. دليل آن مقاومت بهتر آنها در مقابل حرارت محيط يا حرارت هنگام لحيم کاري و نيز مقاومت الکتريکي کمتر در ولتاژ مستقيم است. همچنين ديود هاي سيليکوني سيگنال معمولا در ولتاژ معکوس جريان نشتي بسيار کمتري نسبت به نوع ژرمانيم دارند. از کاربرد ديگري که براي ديودهاي سيگنال وجود دارد مي توان به استفاده از آنها براي حفاظت مدار هنگامي که رله در يک مدار الکترونيکي قرار دارد نام برد.

[Borna66]

ديودهاي زنر

از اين ديودها براي تثبيت ولتاژ استفاده مي شود. اين نوع از ديود ها براي شکسته شدن با اطمينان در ولتاژ معکوس ساخته شده اند ، بنابراين بدون ترس مي توان آنها را در جهت معکوس باياس کرد و از آنها براي تثبيت ولتاژ استفاده نمود.

[Borna66]

ديود هاي يکسوساز

ديود هاي يکسوساز عموما در مدارهاي جريان متناوب بکار برده مي شوند تا با کمک آنها بتوان جريان متناوب (AC) را به مستقيم (DC) تبديل کرد. اين عمليات يکسوسازي يا Rectification ناميده مي شود. از مشهورترين اين ديودها مي توان به انواع ديودهاي 1N400x و يا 1N540x اشاره کرد که داراي ولتاژ کاري بين 50 تا بيش از 1000 ولت هستند و مي توانند جريان هاي بالا را يکسو کنند. ديودهاي يکسوساز معمولآ از سيليکون ساخته مي شوند و ولتاژ باياس مستقيم آنها حدود 0.7 ولت مي باشد.

[Borna66]

انواع دیود

ديود تونلي

ديود تونلی يک قطعه پيوندی p-n است که بر اساس تونل زنی مکانيک کوانتومی الکترونها از درون سد پتانسيل پيوند عمل می‌کند. چگونگی تونل زنی برای جريان معکوس در اصل اثر زنر است ، هر چند مقدار اندکی گرايش معکوس برای شروع آن در ديودهای تونلی لازم است. نمودار جريان- ولتاژ اين ديود نشاندهنده يك خاصيت بسيار جالب آن ، بنام مقاومت منفي مي باشد. مقاومت منفي ديود تونل را مي‌توان براي کليد زني ، نوسان ، تقويت و ساير عمليات مداري مورد استفاده قرار داد. اين حوزه وسيع کاربردي همراه با اين واقعيت که فرايند تونل زني تاخير زماني رانش و نفوذ را ندارد ، ديود تونلي را يک انتخاب طبيعي براي مدارهاي بسيار سريع ساخته است.

[Borna66]

ديودهاي نور گسل

در ديودي که باياس مستقيم دارد ، الکترونهاي نوار رسانش از پيوندگاه عبور کرده و به داخل حفره‌ها مي‌افتند. اين الکترونها به هنگام صعود به نوار رسانش انرژي دريافت کرده بودند که به هنگام برگشت به نوار ظرفيت انرژي دريافتي را مجددا تابش مي‌کنند. در ديودهاي يکسوساز اين انرژي به صورت گرما پس داده مي‌شود ، ولي ديودهاي نور گسل led اين انرژي را به صورت فوتون تابش مي‌کنند.

[Borna66]

فوتوديودها

انرژي گرمايي باعث توليد حامل‌هاي اقليتي‌ در ديود مي‌گردد. با افزايش دما جريان ديود در باياس معکوس افزايش مي‌يابد. انرژي نوري هم همانند انرژي گرمايي باعث بوجود آمدن حاملهاي اقليتي ‌مي‌گردد. کارخانه‌هاي سازنده با تعبيه روزنه‌اي کوچک براي تابش نور به پيوندگاه ديودهايي را مي‌سازند که فوتوديود ناميده مي‌شوند. وقتي نور خارجي به پيوندگاه يک فوتوديود که بايس مستقيم دارد فرود آيد ، زوجهاي الکترون _ حفره در داخل لايه تهي بوجود مي‌آيند. هرچه نور شديدتر باشد ، مقدار حاملهاي اقليتي ‌نوري افزايش يافته ، در نتيجه جريان معکوس بزرگتر مي‌شود. به ‌اين دليل فوتوديودها را آشکارسازهاي نوري گويند.

[Borna66]

دیود سوئیچ

نوعی دیود است که مخصوص مدارهای سوئیچ و دیجیتال ساخته شده است.زمان روشن و خاموش شدن این دیود بسیار سریع تر از دیود های معمولی اتفاق می افتد.

[Borna66]

دیود شاتکی

ديود شاتکي يک وسيله تک ‌قطبي است که در آن به جاي استفاده ‌از دو نوع نيمه ‌هادي p و n متصل به هم ، معمولا از يک نوع نيم ‌هادي سيليسيم نوع n با يک اتصال فلزي مانند طلا – نقره يا پلاتين استفاده مي‌شود. در هر دو ماده ‌الکترون حامل اکثريت را تشکيل مي‌دهد. وقتي که دو ماده به هم متصل مي‌شوند، الکترونها در ماده سيليسيم نوع n فورا به داخل فلز نفوذ مي‌کنند و يک جريان سنگيني از بارهاي اکثريت بوجود مي‌آيد. ديود شاتکي لايه تهي ذخيره بار ندارد. کاربرد اين ديود در فرکانس‌هاي خيلي بالاست.

[Borna66]

دیود خازنی

دیودی است که در حالت معکوس به کار گرفته می شود و از ظرفیت خازنی میان اتصال nو pاستفاده می شود.بدین صورت که با تغییر ولتاژ معکوس دو سر ان سطح منطقه تخلیه تغییر کرده و در نتیجه ظرفیت خازنی تغییر میکند.در واقع می توان گفت که دیود خازنی یک خازن متغییر است. دیود های خازنی به نام های دیگر از قبیل خازن با کنترل ولتاژ ویا ورکتور نیز معروف است.

[Borna66]

پین دیود

این دیود در فرکانس های پائین همچون دیود های معمولی کار می کنند اما در فرکانس های بالا (بیش از یک مگا هرتز) همانند یک مقاومت عمل می کند و با تغییر جریانی که از ان می گذرد می توان اندازه مقاومت را کنترل نمود.

[Borna66]

دیود کریستور

در این دیود با افزایش ولتاژ جریان نیز تا حدودی افزایش یافته و بعد ثابت می ماند. بنا براین از این دیود می توان به عنوان منبع جریان ثابت استفاده کرد.