دیود چیست؟


دیود

در ابتدای یادگیری دیود باید به بررسی مواد نیمه‌ هادی (نیمه‌ رسانا) بپردازیم.

 

نیمه رساناها

 نیمه‌ رساناها، دو نوع هستند:

·       نیمه‌ رسانای ذاتی (خالص)

·       نیمه ‌رسانای غیر ذاتی (دارای ناخالصی)

در نیمه ‌رسانای ذاتی تعداد حفره و الکترون برابر است، در صورتی که در نیمه ‌رسانای غیر ذاتی چنین نیست.در طبیعت نیمه‌ رسانای کاملا خالص وجود ندارد و تولید‌ مصنوعی آن‌ نیز یک فرایند بسیار پیچیده است. نیمه‌ رسانای غیر ذاتی با آلاییدن نیمه ‌رسانای چهار ظرفیتی با یک عنصر سه یا پنج ظرفیتی پدید می‌آید. نیمه ‌رساناهای غیر ذاتی خود به دو دسته تقسیم می‌شوند:

۱.      نوع پی p یا positive یا گیرنده الکترون آزاد (پذیرنده) که در آن تعداد حفره‌ها بیش‌تر است.

۲.    نوع ان n یا negative  یا دارنده الکترون آزاد (دهنده) که در آن تعداد الکترون‌ها بیش‌تر است.

از عناصر نیمه‌ رسانا می‌توان به سیلیسیوم و ژرمانیم که بخش مهمی از الکترونیک را شامل می‌شوند اشاره کرد. سیلیسوم در حالت عادی نیمه ‌رسانا است و در جدول‌ تناوبی ‌مندلیف در گروه ۴ اصلی و زیر عنصر کربن قرار‌دارد و دارای ۴ ظرفیت است. حال اگر یکی از عناصر گروه مجاور که همان گروه‌های ۳ و ۵ هستند را به آن اضافه کنیم باعث می‌شود که سیلیسیوم قابلیت رسانایی پیدا کند. به عنوان مثال اگر آلومینیوم به آن اضافه کنیم چون آلومینیوم از گروه ۳‌ جدول تناوبی است، ماده به‌دست آمده یک نیمه‌ رسانای نوع p می‌شود و اگر عنصری مانند آرسنیک را به آن اضافه کنیم ، آنگاه ماده به‌دست آمده نیمه‌ رسانای نوع n می‌شود. ژرمانیم هم همانند سیلیسیوم نوع خود را تغییر می‌دهد اما تفاوت‌هایی هم دارد و این تفاوت این‌گونه است که اگر ۰.۰۰۱% آرسنیک به ژرمانیم اضافه کنیم رسانش آن ۱۰ هزار برابر می‌شود.

 

رسانایی در مواد نیمه رسانا

مواد نیمه‌ رسانا در حالت عادی رسانایی اندکی دارن زیرا برای برقراری جریان‌ الکتریکی، الکترون‌های آزاد لازم است. چون در حالت عادی نوار ‌رسانش نیمه‌ رسانا‌ها پر است و از ورود الکترون‌های آزاد جلوگیری می‌کند. با روش‌های مختلفی می‌توان رسانایی این مواد را افزایش داد که به نیمه‌رساناهای نوع p و n می‌انجامد. این روش‌ها عبارت‌اند از :

·       آلایش

·       اثرمیدانی (دروازه سازی)

 

ویژگی‌های برخی نیمه‌ رساناها

ساطع کردن نور

در بعضی نیمه‌ رساناها، الکترون‌های برانگیخته برای برگشتن به حالت عادی به جای تولید حرارت از خود نور ساطع می‌کنند. این نمونه در ساخت ال ای دی و کوانتوم دات استفاده می‌گردد.

رسانش گرمایی بالا

 از نیمه ‌رسانای بارسانش گرمایی بالا می‌توان برای کارهایی که نیاز به دفع گرمایی بالایی دارند استفاده می‌شود.

مبدل انرژی گرمایی

مواد نیمه ‌رسانا ضریب توان ترموالکتریک بالایی دارند و برای استفاده در مولدهای ترموالکتریک بسیار مفید هستند.

 مبدل انرژی گرمایی

مواد نیمه ‌رسانا ضریب توان ترموالکتریک بالایی دارند و برای استفاده در مولدهای ترموالکتریک بسیار مفید هستند.

 

حال که با مواد نیمه ‌رسانا آشنا شدیم می‌توانیم به تعریف دیود بپردازیم

دیود چیست؟

دیود قطعه ای یک‌سوساز در الکترونیک است که از پیوند نیمه ‌رساناهای نوع n و p به‌وجود آمده‌است. یه بیان دیگر دیودها جریان الکتریکی را تنها در یک جهت عبور می‌دهند. در واقع می‌توان به دیود همانند یک خیابان یک‌طرفه نگاه کرد که ماشین ها فقط حق عبور از یک طرف  را دارند. این ویژگی دیود برای تبدیل جریان متناوب به جریان ثابت مورد استفاده قرار می‌گیرد. در روزهای اولیه ساخت این قطعه، به آن (دریچه) نیز می‌گفتند. دیودها دارای دو پایه هستند، به پایه‌ای که به نیمه‌رسانای نوع n وصل‌شده کاتد و به پایه‌ای که به نیمه‌رسانای نوع p وصل‌شده آند می‌گویند.

به لحاظ الکتریکی در صورتی دیود فعال خواهد شد که با برقرارکردن ولتاژ در جهت درست (آند به مثبت و کاتد به منفی که به آن بایاس‌مستقیم هم می‌گویند) آماده کار شود.

 

ولتاژ آستانه چیست؟

مقدار ولتاژی که باعث می‌شود دیود شروع به انتقال جریان الکتریکی کند ولتاژ آستانه ( threshold voltage ) می‌گویند که چیزی حدود ۰‍‍.۶ یا ۰.۷ برای دیودهای سیلیکونی و حدود ۰.۲ یا ۰.۳ برای دیودهای ژرمانیم است.

اگر ولتاژ معکوسی به دیود اعمال کنیم (کاتد را به مثبت و آند را به منفی وصل کنیم که به آن بایاس‌معکوس می‌گویند) جریانی از آن عبور نخواهد کرد مگر جریان بسیار کمی که به آن جریان‌نشتی می‌گویند که در حدود چند میکروآمپر است. این مقدار در مدارهای‌الکترونیکی مقداری قابل چشم‌پوشی است. هر چقدر که جنس بلور در دیود به به لحاظ ساختار منظم‌تر باشد دیود مرغوب‌تر خواهدبود و جريان نشتي آن كمتر خواهد بود.

 

ولتاژ شکست چیست؟

در جریان معکوس و در ولتاژهای بالا، تحت عنوان ولتاژ شکست، دیود همانند یک رسانا عمل کرده و جریان الکتریکی را از خود عبور می‌دهد. در لحظه‌ی شکست، جریان به سرعت  و در جهت معکوس افزایش می‌یابد. در ولتاژ شکست ديود خواهد سوخت و بلور آن ذوب خواهد شد.

 

چند ديود مهم

ديود زنر

ديودهايی كه در باياس معكوس و ناحيه شكست معكوس استفاده می‌شوند ديود زنر ناميده‌ می‌شوند. ولتاژ شكست اين ديودها را ولتاژ زنر(Vz ) می‌نامند. ولتاژ شكست ديودهای زنر به ميزان چگالی ناخالصی بستگی دارد. به نحوی كه با افزايش چگالی ناخالصی ولتاژ شكست ديود كاهش پيدا می‌كند. چون ديود زنر بايد به صورت معكوس باياس شود كاتد آن به قطب مثبت باطری و آند آن به قطب منفی باطری يا منبع وصل خواهد شد. در اين صورت جهت جريان از كاتد به آند خواهد بود. ديود زنر برای تثبيت‌ ولتاژ در تثبيت‌ كننده‌های ولتاژ كاربرد دارد.

دیود-زنر

ديود خازنی

نام ديود خازنی یا واراکتور (varactor) از ترکیب حروف (variablr capacitor) که به معنی خازن متغیر است گرفته ‌شده است. این نوع دیود فقط در جهت معکوس( بایاس معکوس) عمل می‌کند. دیود خازنی اسم‌های مختلفی دارد از جمله: دیود واریکاپ، دیودتنظیم، دیودراکتانس متغیر و ... دیودهای خازنی معمولا در مدارات ‌فرانس رادیویی استفاده می‌شوند تا به وسیله آن‌ها ظرفیت خازنی متغیر کنترل ‌شده با ولتاژ به وجود بیاید.

 

 

دیودـخازنی

دیود نورافشان

 دیودهای نورافشان(led) معمولا از بلور نیمه ‌رسانا گالیم-آرسناید ساخته شده‌اند. در بایاس مستقیم به‌دلیل ترکیب الکترون‌ها و حفره‌ها نور تولید می‌شود. در بلورهای سیلیکون یا ژرمانیم در بایاس مستقیم به جای نور، گرما تولید می‌شود. با افزایش جریان تولید فوتون‌های نوری بیش‌تر می‌شوند و نور بیش‌تری تولید خواهدشد.
امروزه دیودهای‌ نورافشان در رنگ‌های مختلف ساخته شده‌اند. از جمله موردهای مهم استفاده از دیودهای نورافشان امواج فروسرخ و مخابرات نوری است. امروزه دیودهای‌ نورافشان در رنگ‌های مختلف ساخته شده‌اند. از جمله موردهای مهم استفاده از دیودهای نورافشان امواج فروسرخ و مخابرات نوری است.

دیود-نورافشان

 

کپی شد!

ارتباط با ما

اصفهان ، میدان استقلال ، خیابان آزادگان ، دانشگاه صنعتی اصفهان
+ 98 916 223 0679
info@mehsa.ir