دیود چیست و چه کاربردهایی دارد؟ این سوالی است که در ذهن خیلی از افراد وجود دارد و برای همین در این مقاله از وبسایت تخصصی الکترونک آلفاکیت به بررسی دیود می پردازیم و انواع دیود ها را ذکر می کنیم. همچنین در مورد ساختار دیود و کاربرد آن صحبت می کنیم.
وقتی در مدارهای الکترونیکی نیاز باشد که جریان الکتریکی در یک جهت جاری شود و در جهت دیگر جریانی جاری نشود (مدار باز) در این مواقع از قطعه ای به نام دیود استفاده می کنیم. (یکسو کردن جریان در مدار)
دیود مانند دریچه دهلیز قلب عمل می کند. دریچه دهلیز قلب، خون را از یک جهت هدایت کرده و از سوی دیگر مانع عبور خون می شود.
دیود نیز جریان الکتریکی را از یک سو عبور می دهد. و از سوی دیگر مانع عبور جریان می شود.
در واقع دیود (Diode) قطعه ای الکترونیکی است که دو سر دارد. دیود، جریان الکتریکی را در یک جهت از خود عبور می دهد (در این حالت، مقاومت دیود ناچیز است) و در جهت دیگر، در مقابل گذر جریان مقاومت بسیار بالایی (در حالت ایده آل، بینهایت) از خود نشان می دهد.
به علت این خاصیت دیود، در سال های اولیهٔ ساخت این قطعهٔ الکترونیکی، به آن «دریچه» نیز گفته می شد.
رایج ترین گونه ی دیود از بلور نیمه هادی ساخته می شود. دیود را از اتصال دو نیم رسانا از نوع P و N می‌سازند. به پایه‌ای که به نیمه هادی N متصل است «کاتد» و به پایه‌ای که به نیمه هادی نوع P متصل است «آند» گفته می شود. دیود، اولین قطعه تولید شده با نیمه هادی ها است.
مهم ترین کاربرد دیود، عبور جریان در یک جهت (diode’s forward direction) و ممانعت در برابر گذر جریان در جهت مخالف (reverse direction) است.
در نتیجه می توان به دیود مثل یک شیر الکتریکی یک طرفه نگاه کرد. این ویژگی دیود برای تبدیل جریان متناوب به جریان مستقیم استفاده می‌شود.
به لحاظ الکتریکی، یک دیود، هنگامی جریان را از خود می‌گذراند که با برقرار کردن ولتاژ (بایاس کردن) در جهت درست + به آنُد و – به کاتُد که به آن بایاس مستقیم می گویند آمادهٔ کار شود.
مقدار ولتاژی که باعث می شود تا دیود شروع به هدایت جریان الکتریکی کند، ولتاژ آستانه (threshold voltage) نامیده می شود که چیزی حدود ۰٫۶ تا ۰٫۷ ولت برای دیودهای سیلیکون و ۰٫۲ تا ۰٫۳ ولت برای دیود ژرمانیوم است.
اما هنگامی که ولتاژ معکوس به دیود متّصل شود، (+ به کاتُد و – به آنُد که به آن بایاس معکوس می گویند) جریانی از آن نمی گذرد.
مگر جریان بسیار کمی که به «جریان نشتی» معروف است و در حدود چند میکروآمپر یا حتّی کمتر است.
این مقدار جریان معمولاً در اغلب مدارهای الکترونیکی قابل چشم پوشی است و تأثیری در رفتار سایر المان های مدار نمی گذارد.
هرچه جنس بلور به کار رفته در ساخت دیود، به لحاظ ساختار، منظم تر باشد، دیود مرغوب تر و جریان نشتی، کمتر خواهد بود.
مقدار جریان نشتی در دیودهای با فناوری جدید، عملاً به صفر می گراید. نکتهٔ مهم آنکه تمام دیودها یک آستانه برای بیشینهٔ ولتاژ معکوس دارند که اگر ولتاژ معکوس، بیش از آن شود، دیود می‌سوزد (بلور ذوب می شود) و جریان را در جهت معکوس نیز می گذراند. به این ولتاژ آستانه، «ولتاژ شکست» گفته می شود.
وصل کردن ولتاژ به دیود را بایاس کردن دیود می گویند .اعمال ولتاژدر دو سر پایه هایش دو حالت را پیش می آورد.
دراین حالت مثبت باتری به آند (قطب p ) و منفی باتری به کاتد (قطب n ) می خورد و باعث می شود تا جریان در دیود برقرار شود و ولتاژی حدود 0.6 روی آن افت می کند.
ولتاژ به دو سر دیود طوری وصل می شود که قطب مثبت آن به کاتد و قطب منفی آن به آند وصل گردد (بایاس معکوس دیود).
هنگامی که شما ولتاژ معکوس به دیود متصل می کنید جریانی از دیود عبور نمی کند، مگر جریان بسیار کمی که به جریان نشتی معروف است که در حدود چند µA یا حتی کمتر می باشد.
اما نکته مهم آنکه تمام دیودها یک آستانه برای حداکثر ولتاژ معکوس دارند که اگر ولتاژ معکوس بیش از آن شود دیود می سوزد و جریان را در جهت معکوس هم عبور می دهد. به این ولتاژ آستانه شکست یا Breakdown گفته می شود.
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.
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.
در دسته بندی اصلی، دیودها را به سه قسمت اصلی تقسیم می کنند، دیودهای سیگنال (Signal) که برای آشکار سازی در رادیو بکار می روند و جریانی در حد میلی آمپر از خود عبور می دهند، دیودهای یکسوکننده (Rectifiers) که برای یکسوسازی جریان های متناوب بکاربرده می شوند و توانایی عبور جریان های زیاد را دارند و دیودهای زنر (Zener) که برای تثبیت ولتاژ از آنها استفاده می شود.
این نوع از انواع دیودها برای پردازش سیگنال های ضعیف – معمولا رادیویی و کم جریان تا حداکثر حدود 100mA کاربرد دارند. معروفترین و پر استفاده ترین آنها که ممکن است با آن آشنا باشید دیود 1N4148 است که از سیلیکون ساخته شده است و ولتاژ بایاس مستقیم آن 0.7 ولت است.
اما برخی از دیودهای سیگنال از ژرمانیم هم ساخته می شوند، مانند OA90 که ولتاژ بایاس مستقیم پایینتری دارد، حدود 0.2 ولت. به همین دلیل از این نوع دیود بیشتر برای آشکار سازی امواج مدوله شده رادیویی استفاده می شود.
بصورت یک قانون کلی هنگامی که ولتاژ شکست مستقیم دیود خیلی مهم نباشد، از دیودهای سیلیکون استفاده می شود.
دلیل آن مقاومت بهتر آنها در مقابل حرارت محیط یا حرارت هنگام لحیم کاری و نیز مقاومت الکتریکی کمتر در ولتاژ مستقیم است.
همچنین دیودهای سیلیکونی سیگنال معمولا در ولتاژ معکوس جریان نشتی بسیار کمتری نسبت به نوع ژرمانیم دارند.
از کاربرد دیگری که برای دیودهای سیگنال وجود دارد می توان به استفاده از آنها برای حفاظت مدار هنگامی که رله در یک مدار الکترونیکی قرار دارد نام برد.
هنگامی که رله خاموش می شود تغییر جریان در سیم پیچ آن می تواند در دوسر آن ولتاژ بسیار زیادی القا کند که قرار دادن یک دیود در جهت مناسب می تواند این ولتاژ را خنثی کند.
در ادامه مقاله دیود چیست و چه کاربردهایی دارد به بررسی انواع مهم دیودها می پردازیم.
این نوع از دیودها با LED متفاوت هستند چون نورهای همدوس می سازند.
از این مدل برای کاربردهایی مثل درایورهای DVD و CD، اشاره گرهای لیزر نقطه ای و… استفاده می شود.
کاربرد ديود زنر در تثبيت ولتاژ می باشد. نوار مشکی روی ديود زنر، کاتد ديود است. ولتاژ دو سر دیود زنر تقریبا ثابت است و تغییرات جریان در آن تاثیری ندارد.
از ديودهای زنر در ناحیه شکست استفاده می شود. ولتاژ شکست این دیود ها را ولتاژ زنر می نامند و آن را با Vz نمایش می دهند و مقدار آن بین 2.4 ولت تا 200 ولت ساخته می شوند.
چون دیود زنر باید بصورت معکوس بایاس شود کاتد آن به مثبت منبع ولتاژ (تغذیه) و آند آن به قطب منفی منبع ولتاژ وصل می شود، در این صورت جهت جریان از کاتد به آند خواهد بود. تست این دیود توسط مولتیمتر همانند دیود معمولی می باشد.
دیودهای LED دقیقا مانند دیود های معمولی هستند و بصورت مستقیم بایاس می شوند یعنی مثبت منبع تغذیه به آند و منفی آن به کاتد متصل می شود و نوری ساطع می کند. بسته به نوع رنگ، LED سبز، آبی، قرمز و … نامیده می شود.
دیودی نیمه هادی با افت ولتاژ پایین در حالت بایاس مستقیم و سرعت کلید زنی بسیار بالا می باشد.
در دیود های معمولی هنگام عبور جریان الکتریکی مقدار افت ولتاژ در حدود 0.6 تا 1.7 ولت می باشد در حالی که در دیود شاتکی افت ولتاژ در حدود 0.15 تا 0.45 ولت می باشد.
ديود شاتکی از ترکيب دو ديود معمولی تولید می شود.
مداری است که با تغییر دادن پلاریته تغذیه ورودی آن، پلاریته خروجی تغییر نمی کند و معمولا برای یکسو سازی جریان متناوب و بدست آوردن جریان مستقیم تمام موج استفاده می شود.
