۰۲۱-۷۷۶۰۵۵۳۸

دیود چیست؟

   دیود

دیودقطعه الکترونیکی دو سر است که جریان الکتریکی را در یک جهت از خود عبور می دهد و در جهت دیگر در مقابل عبور جریان از خود مقاومت بسیار بالایی (در حد بینهایت) نشان می دهد. این خاصیت دیود باعث شده بود تا در سالهای اولیه ساخت این وسیله الکترونیکی، به آن دریچه هم اطلاق شود. در حال حاضر رایج ترین نوع دیود از بلور مواد نیمه رسانا ساخته می شود. لوله های خلا که اولین دیودها بودند امروزه فقط در تکنولوژی هایی که در ولتاژ بالا کار می کنند استفاده می شوند.

   مهمترین کاربرد دیود عبور دادن جریان در یک جهت و ممانعت در برابر عبور جریان در جهت مخالف است. در نتیجه می توان به دیود مثل یک شیر الکتریکی یک طرفه نگاه کرد. این ویژگی دیود برای تبدیل جریان متناوببه جریان مستقیم استفاده می شود.

   از لحاظ الکتریکی یک دیود هنگامی جریان را از خود عبور می دهد که شما با برقرار کردن ولتاژ در جهت درست (+ به آند و - به کاتد) آنرا آماده کار کنید. مقدار ولتاژی که باعث می‌شود تا دیود شروع به هدایت جریان الکتریکی نماید ولتاژ آستانه نامیده می شود که چیزی حدود ۰٫۶ تا ۰٫۷ ولت می باشد. اما هنگامی که شما ولتاژ معکوس به دیود متصل می کنید (+ به کاتد و - به آند) جریانی از دیود عبور نمی کند، مگر جریان بسیار کمی که به جریان نشتی معروف است که در حدود چند میکروآمپر یا حتی کمتر می باشد. این مقدار جریان معمولآ در اغلب مدارهای الکترونیکی قابل صرفنظر کردن بوده و تأثیری در رفتار سایر المانهای مدار نمی گذارد. هر چه جنس کریستال به کار رفته در ساخت دیود از نظر ساختار منظم تر باشد، دیود مرغوبتر و جریان نشتی کمتر خواهد بود. مقدار جریان نشتی در دیودهای با تکنولوژی جدید عملا به صفر میل می کند اما نکته مهم آنکه تمام دیودها یک آستانه برای حداکثر ولتاژ معکوس دارند که اگر ولتاژ معکوس بیش از آن شود، دیوید می سوزد (کریستال ذوب می شود) و جریان را در جهت معکوس هم عبور می دهد که به این ولتاژ آستانه شکست دیود گفته می شود.


diod
 

   یک دیود ساده ترین نوع از ادوات نیمه هادی است. کلا یک نیمه هادی ماده ای است که تغییر در قابلیت جریان دهی دارد، اغلب نیمه هادی ها از یک رسانای ضعیف که ناخالصی به آن افزوده شده به وجود می آید. (فرایند افزودن ناخالصی دو پینگ نامیده می شود)

   در مورد LED ها، ماده رسانا نوعا آلومینیوم گالیوم آرسناید است (AlGaAs) در آلومینیوم گالیوم آرسناید خالص تمام اتمها به طور کامل با همسایه هایش محدود شده و هیچ الکترون آزادی برای هدایت جریان الکتریکی وجود ندارد. در ماده دوپینگ شده اتمهای الحاقی تعادل را به هم می زنند، خواه افزایش الکترون یا سوراخها (جایی که الکترون می تواند برود) هر یک از این ملحقات می تواند ماده را بیشتر رسانا کند یک نیمه هادی با الکترون اضافی نوع N نامیده می شود چرا که ذرات بار شونده منفی دارد در نوع N الکترون های آزاد از ناحیه شارژ منفی به ناحیه شارژ مثبت حرکت می کنند.

   یک نیمه هادی با سوراخهای بیشتر، ماده نوع P نامیده می شود چرا که ذرات بار شونده مثبت بیشتری دارد، الکترونها می توانند از سوراخی به سوراخ دیگر حرکت کنند، حرکت از ناحیه شارژ منفی به ناحیه شارژ مثبت صورت می گیرد. یک دیود شامل یک بخش N متصل به بخش P است با الکترونهایی در هر طرف. این چینش الکترونها را فقط در یک جهت حرکت می دهد، وقتی هیچ ولتاژی اعمال نشود الکترونهای ماده نوع N سوراخهای ماده نوع P را در راستای اتصال بین لایه ها پر می کند و ناحیه تخلیه را ایجاد می کند. در ناحیه تخلیه ماده نیمه هادی به عایق خوبی تبدیل می شود و همه سوراخها پر می شوند و هیچ الکترون یا سوراخی برای ایجاد جریان وجود ندارد.


diod


ناحيه تخليه

   برای خلاصی از ناحیه تخلیه، شما مجبورید تا الکترون را از ماده نوع N به ماده نوع P حرکت دهید و منفذها برعکس. برای انجام این عمل شما باید طرف N دیود را به طرف منفی باطری و P را به طرف مثبت وصل کنید، الکترون آزاد نوع N توسط الکترود منفی دفع و به الکترود مثبت کشیده می شوند سوراخهای مادهمعکوس این حرکت را انجام می دهند وقتی اختلاف ولتاژ بین دو الکترود به قدر کافی زیاد است، الکترونهای ناحیه تخلیه از سوراخهایشان جدا می شوند و دوباره شروع به حرکت آزادانه می کنند، ناحیه تخلیه از بین می رود و جریان از دیود می گذرد.


باياس مستقيم

اگر شما سعی کنید جریان را از مسیر دیگر عبور دهید با اتصال مثبت باتری به N و منفی به P جریان به دلیل ایجاد ناحیه تخلیه عبور نمی کند .


چطور یک دیود نور تولید می کند؟

   نور شکلی از انرژی است، نور از اجزا بسیار ریزی به نام فتون تشکیل می شود، فتون ها انرژی و لختی دارند اما جرم ندارند در واقع فتونها در نتیجه حرکت الکترونها آزاد می شوند در یک اتم الکترونها در اربیتالهایی دور هسته می چرخند، الکترونهای اربیتال های مختلف مقدار انرژی متفاوتی دارند، کلا الکترونها با انرژی بیشتر در اربیتالهای دورتر از هسته حرکت می کنند. یک الکترون برای پرش از یک اربیتال پایین به بالا چیزی که باید بگیرد انرژی است، برعکس الکترون وقتی از اربیتال بالا به پایین می افتد انرژی آزاد می کند، اینانرژی به شکل فتون آزاد می شود،یک افت انرژی بیشتر، فتون بیشتری آزاد می کند که با فرکانس بیشتر مشخص می شود. الکترونهایی که از دیود عبور می کنند، می توانند در سوراخهای لایه P بیفتند، این یک افت از باند رسانایی به اربیتال پایین تر است، بنابراین الکترونها، انرژی را به شکل فتون آزاد می کنند، این در هر دیودی رخ می دهد اما فقط وقتی شما فتونها را می بینید که دیود از ماده خاصی ساخته شده باشد. برای مثال اتمها در یک دیود سیلیکون استاندارد به نحوی چیده شده اند که افت الکترون فاصله کمی دارد، بنابراین فرکانس فتونها به قدری کم است که با چشم انسان دیده نمی شود، این در بخش مادون قرمز طیف نور است كه لزوما چیز بدی نیست، البته LED های مادون قرمز برای کنترل های از راه دور مناسب اند .

   دیودهای منتشر کننده نور مریی (VLEDs) مانند آنهایی که شماره های یک ساعت دیجیتال را روشن می کنند از ماده هایی با این خصوصیت ساخته شده اند که فاصله بین اربیتال رسانایی آنها و اربیتال پایین تر بیشتر است. اندازه این فاصله فرکانس فتون را نشان می دهد به عبارت دیگر این فاصله رنگ نور را مشخص می کند.

   در حالی که همه دیودها نور آزاد می کنند، اغلب آنها این کار را به طور موثری انجام نمی دهند، یک دیود معمولی ماده نیمه رسانا خودش، مقدار زیادی انرژی نوری جذب می کند. LEDها به نحوی ساخته می شوند که نور را در جهت خاصی متمرکز می کند.

LED ها مزایای زیادی نسبت به لامپهای معمولی دارند. یکی از آنها این است که آنها فیلامان ندارند که بسوزد بنابراین عمر طولانی دارند. به علاوه حباب پلاستیکی شان دوامشان را بیشتر می کند و همچنین خیلی راحت در مدارهای الکترونیکی قرار می گیرند .

اما مزیت اصلی آنها کیفیت آنها است، چرا که در مقایسه با لامپهای معمولی، فرآیند تولید نور باعث تولید مقدار زیادی گرما نمی شود.


diod

دیود تونل

   یکی ازقطعات نیمه رسانا که مشخصه اش یک مقاومت منفی را نشان می دهد، دیود تونل می باشد. این قطعه یک دیود است که غلظت ناخالصی در آن بسیار زیاد و پیوند آن بسیار نازک است. شکست در دیود تونل در مقادیر بایاس معکوس خیلی پایین اتفاق می افتد و در نتیجه ناحیه مقاومت معکوس زیاد وجود ندارد. شیب منفی در بایاس مستقیم کم، معمولا بین 0.1 تا 0.3 ولت ایجاد می شود. این مشخصه جالب، عجیب و مفید، به دلیل نفوذ در سد پتانسیل در پیوند با الکترونهایی که انرژی کافی برای عبور از این سد ندارند به وجود می آید. این اثر معروف به اثر تونل، در فیزیک کلاسیک غیر قابل توجیه می باشد ولی با مکانیک کوانتومی قابل توضیح می شود. دیودهای تونل را می توان با ظرفیت خیلی کمی تولید کرد و نوسان سازهایی که با آن کار می کنند در فرکانسهای چند مگا هرتزی قابل ساخت می باشند، برای به دست آوردن بیشترین مقدار خروجی باید نقطه کار در وسط ناحیه مقاومت منفی قرار داده شود، واضح است که دامنه خروجی کمتر از یک ولت می باشد.


دیود زنر

   ولتاژ دو سر دیود تقریبا ثابت بوده و تغییر جریان در آن تأثیری ندارد. دیودهایی که به منظور استفاده در ناحیه شکست معکوس ساخته شده اند به دیود زنر معروف هستند. ولتاژ شکست این نوع دیودها را ولتاژ زنر نیز می نامند و با vz نمایش می دهند. مقدار ولتاژ شکست در دیود زنر به میزان چگالی ناخالصی بستگی دارد. با افزایش چگالی ناخالصی ولتاژ شکست دیود کاهش می یابد.

   چون دیود زنر باید به صورت معکوس بایاس شود کاتد آن به قطب مثبت منبع ولتاژ و آند آن به قطب منفی وصل می شود. در این صورت جهت جریان از کاتد به آند خواهد بود. معمولا کارخانه سازنده یک جریان حداقل Ik و یک جریان حداکثر مشخص می نماید که تغییرات جریان دیود زنر باید به آن محدود شود. قابل توجه است که مشخصه دیود زنر در حالت بایاس مستقیم مشابه دیودهای معمولی است. از دیود زنر جهت تثبیت ولتاژ در تنظیم کننده های ولتاژ استفاده می شود.

diod

+