مقدمه
دیودها توابع اجزای الکترونیکی به عنوان دریچه یک طرفه هستند به این معنی که اجازه می دهد جریان در یک جهت جریان یابد. این دیودها توسط مواد نیمه هادی ژرمانیم ، سیلیکون و سلنیوم تولید می شوند. بهره برداری از دیود به دو روش قابل تقسیم است ، اگر جریان را اجازه دهد پس از آن مغرضانه است ، در غیر این صورت مغرضانه است.
انواع مختلف دیودها نیاز ولتاژ متفاوتی دارند. برای دیودهای سیلیکون ولتاژ رو به جلو 0.7 ولت و برای ژرمانیوم 0.3 ولت است. در دیود سیلیکون ، باند تیره نشان دهنده ترمینال کاتد و ترمینال دیگر آنود است. معمولاً از دیودها به عنوان محافظ قطبی معکوس و محافظ گذرا استفاده می شود. انواع مختلفی از دیودها وجود دارد و برخی از این موارد به شرح زیر ذکر شده است.
انواع مختلف دیودها
بگذارید اکنون به طور خلاصه در مورد چند نوع دیود متداول مشاهده کنیم.
1. دیود سیگنال کوچک
این دستگاه کوچک با خصوصیات نامتناسب است و کاربردهای آن عمدتاً در فرکانس زیاد و جریانهای بسیار کم مانند رادیو و تلویزیون و غیره درگیر هستند .برای محافظت از دیود در برابر آلودگی ، با یک لیوان پوشیده شده است بنابراین از آن به عنوان دیود شیشه ای غیرفعال نیز یاد می شود. که به عنوان گسترده 1N4148 استفاده می شود.
ظاهر دیود سیگنال در مقایسه با دیود قدرت بسیار ناچیز است. برای نشان دادن ترمینال کاتدی ، یک لبه با رنگ سیاه یا قرمز مشخص شده است. برای برنامه های کاربردی در فرکانس های بالا ، عملکرد دیود سیگنال کوچک بسیار مؤثر است.
با توجه به فرکانس های عملکردی دیود سیگنال ، ظرفیت حمل جریان و قدرت بسیار کم است که حداکثر نزدیک به 150mA و 500mW است.
دیود سیگنال یک دیود نیمه هادی دوپار سیلیکون یا یک دیود دوپای ژرمانیوم است ، اما بسته به نوع ماده دوپینگ ، ویژگی های این دیود متفاوت است. در دیود سیگنال مشخصات دیود دوپار سیلیکونی تقریباً مخالف دیود دوپار ژرمانیوم است.
دیود سیگنال سیلیکون از افت ولتاژ بالایی در کوپل در حدود 0.6 تا 0.7 ولت برخوردار است ، بنابراین مقاومت بسیار بالایی دارد اما مقاومت رو به جلو کم است. از طرف دیگر دیود سیگنال ژرمانیوم به دلیل افت ولتاژ کم تقریباً در 0.2 تا 0.3 ولت و مقاومت بالا به جلو مقاومت کمی دارد. به دلیل سیگنال کوچک ، نقطه عملکرد در دیود سیگنال کوچک مختل نمی شود.
2. دیود سیگنال بزرگ
این دیودها دارای لایه اتصال بزرگ PN هستند. بنابراین تبدیل ولتاژهای AC به DC بی حد و مرز است. این همچنین باعث افزایش ظرفیت جریان فعلی و ولتاژ مسدودکننده معکوس می شود. این سیگنال های بزرگ نقطه عملکردی را نیز مختل می کنند. به همین دلیل برای برنامه های فرکانس بالا مناسب نیست.
کاربردهای اصلی این دیودها در دستگاه های شارژ باتری مانند اینورتر است. در این دیودها دامنه مقاومت به جلو در اهم و مقاومت مسدودکننده معکوس در مگا اهم است. از آنجا که از جریان و ولتاژ بالایی برخوردار است ، می توان از آن در دستگاه های الکتریکی که برای سرکوب ولتاژهای اوج بالا استفاده می شود ، استفاده کرد.
3. دیود زنر
این یک عنصر منفعل است که تحت اصل خرابکاری ذنر کار می کند. برای اولین بار توسط Clarence zener در سال 1934 تولید شده است. این شبیه به دیود معمولی در جهت رو به جلو است ، هنگامی که ولتاژ اعمال شده به ولتاژ خرابی برسد ، جریان را نیز در جهت معکوس قرار می دهد. این دستگاه برای جلوگیری از پالسهای ولتاژ لحظه ای دیگر دستگاه های نیمه هادی طراحی شده است. به عنوان تنظیم کننده ولتاژ عمل می کند.
4. دیود تابش نور (LED)
این دیودها انرژی الکتریکی را به انرژی نور تبدیل می کنند. تولید برای اولین بار در سال 1968 آغاز شد. این فرآیند تحت الکترولومینسانس قرار می گیرد که در آن سوراخ ها و الکترون ها دوباره تولید می شوند تا در شرایط تعصب رو به جلو ، انرژی به شکل نور تولید کنند.
در گذشته از آنها در لامپ های سلف استفاده می شد اما اکنون در برنامه های اخیر از آنها در محیط زیست و کار با آنها استفاده می شود. بیشتر در برنامه هایی مانند روشنایی حمل و نقل هوایی ، سیگنال های راهنمایی و رانندگی ، فلاش دوربین استفاده می شود.
5. دیودهای جریان ثابت
همچنین به عنوان دیود تنظیم کننده جریان یا دیود جریان ثابت یا دیود محدود کننده جریان یا ترانزیستور متصل به دیود شناخته می شود. عملکرد دیود تنظیم ولتاژ در یک جریان خاص است.
این به عنوان یک محدود کننده جریان دو ترمینال کار می کند. در این JFET به عنوان محدود کننده جریان برای رسیدن به امپدانس خروجی بالا عمل می کند. نماد دیود جریان ثابت در زیر نشان داده شده است.
6. دیود Schottky
در این نوع دیود اتصال با اتصال مواد نیمه هادی با فلز شکل می گیرد. به همین دلیل افت ولتاژ رو به جلو به حداقل می رسد. ماده نیمه هادی سیلیکون از نوع N است که به عنوان یک آند عمل می کند و فلز به عنوان کاتدی عمل می کند که مواد آن کروم ، پلاتین ، تنگستن و غیره است.
با توجه به اتصال فلزی این دیودها قابلیت هدایت جریان بالایی را دارند بنابراین زمان تعویض کاهش می یابد. بنابراین ، Schottky در تعویض برنامه ها کاربرد بیشتری دارد. عمدتا به دلیل اتصال نیمه هادی فلز افت ولتاژ کم است که به نوبه خود باعث افزایش عملکرد دیود و کاهش تلفات می شود. بنابراین ، این در برنامه های یکسو کننده فرکانس بالا استفاده می شود. نماد دیود شاتکی همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است.
7. دیود شوکلی
این اختراع اولین دستگاه های نیمه هادی بود که دارای چهار لایه است. به عنوان دیود PNPN نیز گفته می شود. برابر است با تریستور بدون پایانه دروازه که به معنی قطع اتصال دروازه است. از آنجا که هیچ ورودی ماشه ای وجود ندارد تنها راهی که دیود می تواند انجام دهد با ارائه ولتاژ رو به جلو است.
آن را نگه می دارد در یکی از آن تبدیل شده است "روشن" و خاموش می ماند یکی از آن خاموش "خاموش". دیود دارای دو حالت عملیاتی است که رسانا و غیر رسانا هستند. در حالت غیر رسانا ، دیود با ولتاژ کمتری هدایت می شود.
نماد دیود Shockley به شرح زیر است:
برنامه های دیود Shockley
- سوئیچ Trigger برای SCR.
- به عنوان نوسان ساز آرامش عمل می کند.
8- دیودهای بازیابی مرحله
همچنین به عنوان دیود خاموش یا دیود شارژ ذخیره سازی خوانده می شود. این نوع دیودهای ویژه ای هستند که بار را از پالس مثبت ذخیره می کنند و در پالس منفی سیگنال های سینوسی استفاده می کنند. زمان ظهور نبض فعلی برابر با زمان ضربه محکم و ناگهانی است. به دلیل این پدیده دارای پالس های بازیابی سریع است.
کاربردهای این دیودها در ضرب های مرتبه بالاتر و در مدارهای پالس شاپر است. فرکانس قطع این دیودها بسیار زیاد است که تقریباً به ترتیب گیگا هرتز هستند.
به عنوان چند برابر کننده این دیود محدوده فرکانس قطع 200 تا 300 گیگاهرتز را دارد. در عملیاتی که با دامنه 10 گیگاهرتز انجام می شود ، این دیودها نقش اساسی دارند. راندمان بالا برای ضرب های سفارش پایین است. نماد این دیود مطابق شکل زیر است.
دیود تونل
از آن به عنوان سوئیچ سرعت بالا ، از نانو ثانیه سفارش استفاده می شود. به دلیل اثر تونل زنی ، عملکرد بسیار سریع در منطقه فرکانس مایکروویو دارد. این یک دستگاه دو ترمینال است که در آن غلظت دوپانت خیلی زیاد است.
پاسخ گذرا توسط خازن اتصال به علاوه خازن سیم کشی ولگرد محدود شده است. بیشتر در نوسان سازها و تقویت کننده های مایکروویو استفاده می شود. این دستگاه به عنوان بیشترین وسیله هدایت منفی عمل می کند. دیودهای تونل را می توان از نظر مکانیکی و برقی تنظیم کرد. نماد دیود تونل همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است.
برنامه های دیود تونل
- مدارهای نوسان کننده
- مدارهای مایکروویو.
- در برابر تابش هسته ای مقاوم است.
10. دیود Varactor
اینها همچنین به عنوان دیودهای Varicap شناخته می شوند. مانند خازن متغیر عمل می کند. عملیات عمدتا فقط در حالت تعصب معکوس انجام می شود. این دیودها به دلیل قابلیت تغییر در محدوده خازن در مدار در حضور جریان ولتاژ ثابت بسیار مشهور هستند.
آنها می توانند ظرفیت را تا مقادیر زیاد تغییر دهند. در دیود وکتور با تغییر ولتاژ تعصب معکوس می توان لایه کاهش را کاهش یا افزایش داد. این دیودها کاربردهای بسیاری دارند به عنوان نوسان ساز کنترل ولتاژ برای تلفن های همراه ، پیش فیلترهای ماهواره ای و غیره. نماد دیود وکتور در زیر آورده شده است.
برنامه های دیود Varactor
- خازن های کنترل ولتاژ.
- نوسان سازهای ولتاژ کنترل شده.
- تقویت کننده های پارامتری.
- ضرب فرکانس.
- فرستنده های FM و حلقه های قفل شده فاز در رادیو ، تلویزیون و تلفن همراه.
11. دیود لیزر
مشابه LED که در آن منطقه فعال با اتصال pn شکل می گیرد. دیود لیزر برقی ، دیود پین است که در آن منطقه فعال در ناحیه ذاتی قرار دارد. مورد استفاده در ارتباطات فیبر نوری ، بارکد ریدرها ، نشانگرهای لیزری ، خواندن و ضبط CD / DVD / Blu-ray ، چاپ لیزر.
انواع دیودهای لیزری:
- لیزر دوتایی ساختار: الکترون ها و سوراخ های رایگان به طور همزمان در منطقه موجود است.
- لیزرهای کوانتومی چاه: لیزرهایی که بیش از یک چاه کوانتومی دارند ، لیزرهای چاه چند کوانتومی نامیده می شوند.
- لیزرهای کوانتومی آبشار: اینها لیزرهای ناهمگن هستند که عمل لیزر را در طول موجهای نسبتاً طولانی امکان پذیر می کند.
- جداگانه لیزرهای هتروساختار محصور جداگانه: برای جبران مشکل لایه نازک در لیزرهای کوانتومی ، به سراغ لیزرهای ناهمسانساختار جداگانه می روند.
- لیزرهای بازتابنده Bragg توزیع شده: می توانند لیزرهایی با لبه و یا VCSELS باشند
نماد لیزر دیود به شرح زیر است:
12. دیود سرکوب ولتاژ گذرا
در دستگاه های نیمه هادی به دلیل تغییر ناگهانی ولتاژ حالت گذار رخ خواهد داد. آنها به پاسخ خروجی دستگاه آسیب می رسانند. برای غلبه بر این مشکل از دیودهای دیود سرکوب ولتاژ استفاده می شود. عملکرد دیود سرکوب ولتاژ شبیه به عملکرد دیود زنر است.
عملکرد این دیودها مانند دیودهای اتصال pn طبیعی است اما در زمان ولتاژ گذرا عملکرد آن تغییر می کند. در شرایط عادی مقاومت دیود زیاد است. هنگامی که هر ولتاژ گذرا در مدار رخ می دهد ، دیود وارد منطقه شکست بهمن می شود که امپدانس کم در آن تأمین می شود.
این بطور خودبخود بسیار سریع است زیرا مدت زمان شکست بهمن در ثانیه پیکو متغیر است. دیود سرکوب ولتاژ گذرا ولتاژ را به حد ثابت منتقل می کند ، بیشتر ولتاژ بست آن در حداقل دامنه است.
اینها برنامه هایی در زمینه های ارتباط از راه دور ، پزشکی ، ریز پردازنده و پردازش سیگنال دارند. به بیش از ولتاژ سریعتر از واریستورها یا لوله های تخلیه گاز پاسخ می دهد.
نماد دیود سرکوب ولتاژ گذرا مطابق شکل زیر است.
دیود توسط مشخص می شود
- جریان نشت
- حداکثر ولتاژ خاموش معکوس
- ولتاژ خرابی
- ولتاژ بستن
- ظرفیت خازنی انگلی
- تلقین انگلی
- مقدار انرژی ای که می تواند جذب کند
13. دیودهای طلای دوپ
در این دیودها از طلا به عنوان دوپانت استفاده می شود. این دیودها سریعتر از سایر دیودها هستند. در این دیودها جریان نشتی در شرایط تعصب معکوس نیز کمتر است. حتی در افت ولتاژ بالاتر ، این اجازه می دهد تا دیود در فرکانس های سیگنال کار کند. در این دیودها طلا به نوترکیب سریعتر ناقلین اقلیت کمک می کند.
14. دیودهای Super Barrier
این یک دیود یکسو کننده است که دارای افت ولتاژ پایین رو به جلو به عنوان دیود schottky با قابلیت جابجایی موج و جریان نشتی معکوس پایین به عنوان دیود اتصال pn است. این برنامه برای برنامه های پر قدرت ، سوئیچینگ سریع و کم ضرر طراحی شده است. یکسو کننده های سوپر مانع ، یکسو کننده های نسل بعدی با ولتاژ پایین رو به جلو نسبت به دیود schottky هستند.
15- دیود پلتیر
در این نوع دیود ، در دو محل اتصال یک نیمه هادی ، گرما تولید می کند که از یک ترمینال به ترمینال دیگر جریان می یابد. این جریان تنها در یک جهت واحد انجام می شود که برابر با جهت جریان جریان است.
این گرما به دلیل بار الکتریکی تولید شده توسط نوترکیب حامل های بارگیری اقلیت تولید می شود. این عمدتا در کاربردهای سرمایش و گرمایش استفاده می شود. این نوع دیودها به عنوان سنسور و موتور حرارتی برای خنک کننده حرارتی استفاده می شود.
16. دیود کریستال
این همچنین به عنوان ویسکر گربه معروف است که نوعی دیود تماس نقطه ای است. عملکرد آن بستگی به فشار تماس بین کریستال نیمه هادی و نقطه دارد.
در این قسمت یک سیم فلزی وجود دارد که بر روی بلور نیمه هادی فشرده می شود. در این کریستال نیمه هادی مانند کاتد عمل می کند و سیم فلزی به عنوان آند عمل می کند. این دیودها از نظر ماهیت منسوخ هستند. به طور عمده در گیرنده ها و ردیاب های مایکروویو استفاده می شود.
برنامه های دیود کریستال
- یکسو کننده دیود کریستال
- ردیاب دیود کریستال
- گیرنده رادیو کریستال
17. دیود بهمن
این عنصر منفعل است که در اصل فروپاشی بهمن کار می کند. در شرایط تعصب معکوس کار می کند. این منجر به جریان زیاد در اثر یونیزاسیون تولید شده توسط اتصالات pn در شرایط تعصب معکوس می شود.
این دیودها بطور ویژه طراحی شده اند تا در ولتاژ معکوس خاص دچار خرابی شوند تا از آسیب دیدن جلوگیری شود. نماد دیود بهمن به شرح زیر است:
دیود بهمن استفاده می کند
- تولید نویز RF: به عنوان منبع RF برای پل های آنالایزر آنتن و همچنین به عنوان تولید کننده نویز سفید عمل می کند. مورد استفاده در تجهیزات رادیویی و همچنین در ژنراتورهای شماره تصادفی سخت افزاری.
- تولید فرکانس مایکروویو: در این دیود به عنوان وسیله مقاومت منفی عمل می کند.
- ردیاب بهمن تک فوتون: این ردیاب فوتون با بهره بالا است که در برنامه های سطح نور مورد استفاده قرار می گیرد.
18. یکسو کننده کنترل شده سیلیکون
شامل سه پایانه است که آند ، کاتد و یک دروازه دارند. تقریباً برابر با دیود Shockley است. همانطور که از نام آن مشخص است ، هنگامی که ولتاژهای کوچک در مدار اعمال می شود ، عمدتاً برای هدف کنترل استفاده می شود. نماد یکسو کننده کنترل شده سیلیکون به شرح زیر است:
حالت های عملکرد:
- حالت انسداد رو به جلو (حالت خاموش): در این حالت j1 و j3 مغایر با تعصب و j2 با تعصب معکوس است. مقاومت بالایی را در زیر ولتاژ انتقال می دهد و از این رو گفته می شود که حالت خاموش دارد.
- حالت انتقال به جلو (در حالت): با افزایش ولتاژ در آند و کاتد یا با استفاده از پالس مثبت در دروازه می توانیم روشن کنیم. خاموش کردن تنها راه کاهش جریان جاری در آن است.
- حالت مسدود کردن معکوس (حالت خاموش): SCR مسدود کردن ولتاژ معکوس به عنوان SCR نامتقارن نامیده می شود. بیشتر در اینورترهای منبع فعلی استفاده می شود.
19. دیودهای خلا
دیودهای خلاء از دو الکترود تشکیل شده اند که به عنوان آند و کاتد عمل می کنند. کاتد از تنگستن ساخته شده است که الکترونها را در جهت آند ساطع می کند. همیشه جریان الکترون فقط از کاتد تا آند خواهد بود. بنابراین ، مانند سوئیچ عمل می کند.
اگر کاتد با ماده اکسید پوشانده شود ، قابلیت انتشار الکترون ها زیاد است. آند از نظر اندازه کمی طولانی است و در بعضی موارد سطح آنها ناهموار است تا دمای تولید شده در دیود را کاهش دهد. این دیود تنها در یک مورد انجام خواهد شد ، یعنی زمانی که آند نسبت به ترمینال کاتد مثبت باشد. نماد همانطور که در شکل نشان داده شده است:
20. PIN Diode
نسخه بهبود یافته از دیود اتصالی PN عادی دیود PIN را می دهد. در دیود پین دوپینگ ضروری نیست. ماده درونی به معنای موادی است که هیچ حامل بار ندارند و بین مناطق P و N قرار می گیرد که باعث افزایش سطح لایه تخلیه می شود.
هنگامی که ولتاژ تعصب رو به جلو اعمال می کنیم ، حفره ها و الکترون ها به لایه ذاتی فرو می روند. در بعضی مقاطع به دلیل این میزان تزریق زیاد ، میدان الکتریکی از طریق ماده ذاتی نیز انجام خواهد شد. این میدان باعث شد تا ناوها از دو ناحیه جریان پیدا کنند. نماد دیود PIN به شرح زیر است:
برنامه های کاربردی دیود پین:
- سوئیچ Rf: دیود پین هم برای انتخاب سیگنال و هم برای انتخاب مؤلفه استفاده می شود. به عنوان مثال دیودهای پین در نوسانگرهای نویز با فاز کم به عنوان سلف های سوئیچ برد عمل می کنند.
- استنباط کننده ها: از آن به عنوان مقاومت در برابر پل و شنت در میرایی پل-T استفاده می شود.
- ردیاب های عکس: این دستگاه فوتون های اشعه ایکس و گاما را تشخیص می دهد.
21. دستگاه های تماس با نقطه
از سیم طلایی یا تنگستن استفاده می شود تا به عنوان تماس نقطه ای عمل کند تا با عبور یک جریان الکتریکی بالا از طریق آن ، یک محل اتصال PN ایجاد شود. ناحیه کوچکی از اتصال PN در اطراف لبه سیم وجود دارد که به صفحه فلزی متصل شده است همانطور که در شکل نشان داده شده است.
در جهت رو به جلو عملکرد آن کاملاً مشابه است اما در شرایط تعصب معکوس سیم مانند عایق عمل می کند. از آنجا که این عایق بین صفحات است ، دیود به عنوان خازن عمل می کند. به طور کلی خازن جریان های DC را هنگامی که جریان های AC در مدار در فرکانس های بالا جریان دارند مسدود می کند. بنابراین ، اینها برای تشخیص سیگنالهای فرکانس بالا استفاده می شوند.
22. دیود گان
دیود گان فقط با ماده نیمه هادی از نوع n ساخته می شود. ناحیه تخلیه دو ماده از نوع N بسیار نازک است. با افزایش ولتاژ در مدار ، جریان نیز افزایش می یابد. پس از سطح مشخصی از ولتاژ ، جریان به صورت تصاعدی کاهش می یابد ، بنابراین این مقاومت دیفرانسیل منفی را نشان می دهد.
دارای دو الکترود با گالیم آرسیدید و ایندیوم فسفید به دلیل وجود مقاومت دیفرانسیل منفی است. این دستگاه همچنین به عنوان وسیله الکترونی منتقل شده خوانده می شود. این سیگنال های RF موج میکرو را تولید می کند بنابراین بیشتر در دستگاه های مایکروویو RF استفاده می شود. همچنین می تواند به عنوان تقویت کننده استفاده کند. نماد دیود گان در زیر نشان داده شده است:
منبع : سیراف
منبع / سیراف