مرداد
در این مقاله قصد داریم بپردازیم به دیودها ، تعریف دیود ، انواع دیود ، کاربرد تک تک‌شان و عملکرد آنها را توضیح دهیم .
فهرست
- 1- مقدمه
- 2- تعریف دیود
- 3- انواع دیود
- 4- کاربرد دیودها
- 5- عملکرد دیودها
-===================================================================================-
مقدمه
دیودها قطعات الکترونیکی دو ترمینالی هستند که به عنوان یک سوئیچ یک طرفه عمل می‌کنند، یعنی اجازه می‌دهند جریان فقط در یک جهت جریان یابد. این دیودها با استفاده‌از مواد نیمه‌هادی مانند سیلیکون، ژرمانیوم و آرسنید گالیوم تولید می‌شوند.
دو پایانه دیود به نام های آند و کاتد شناختهمیشوند. بر اساس اختلاف پتانسیل بین این دو پایانه، عملکرد دیود را می‌توان به دو صورت طبقه‌بندی کرد:
اگر آند پتانسیل بالاتری نسبت به کاتد داشته‌باشد، دیود در حالت Forward Bias است و اجازه می‌دهد جریان ، جریان یابد.
اگر کاتد پتانسیل بالاتری نسبت به آند داشته‌باشد، می‌گویند دیود در حالت بایاس معکوس (Reverse Bias )است و اجازه نمی‌دهد جریان به مسیر خود ادامه دهد.
انواع مختلف دیودها نیازهای ولتاژ متفاوتی دارند. برای دیودهای سیلیکون ولتاژ فوروارد 0.7 ولت و برای دیودهای ژرمانیوم 0.3 ولت‌است. معمولاً در دیودهای سیلیکونی نوار تیره یک سر دیود نشان‌دهنده ترمینال کاتد و ترمینال دیگر آند‌است.
یکی از کاربردهای اصلی دیودها Rectification یعنی تبدیل AC به DCاست. از آنجایی که دیودها اجازه می‌دهند جریان فقط در یک جهت جریان داشته‌باشد و مسیر جریان را در جهت دیگر مسدود میکند، دیودها در برنامه‌های محافظ قطبیت معکوس و محافظ های گذرا استفاده‌می‌شوند.
دیود و پل دیود ژنراتور پرکینز -فروش دیود دیزل ژنراتور پرکینز – دیود و پل دیود DIODE
دیود و پل دیود ژنراتور ام تی یو – فروش دیود دیزل ژنراتور ام تی یو – دیود و پل دیود DIODE
-===================================================================================-
انواع دیودها انواع دیود
اکنون به طور خلاصه در مورد چند نوع متداول دیودها توضیح می دهیم.
1. دیود سیگنال کوچک
این یک قطعه کوچک با مشخصات نامتناسب‌است که کاربردهای آن عمدتاً در کاربردهای فرکانس بالا و جریان بسیار کم مانند رادیو و تلویزیون و غیره‌است. برای محافظت از دیود در برابر آلودگی، آن را با یک شیشه پوشانده اند، بنابراین به عنوان دیود غیرفعال شیشه‌ای نیز نامیده‌می‌شود. یکی از دیودهای محبوب از این نوع 1N4148است.
از نظر ظاهری، دیودهای سیگنال در مقایسه با دیودهای قدرت بسیار کوچک هستند. برای نشان دادن پایانه کاتد، یک لبه با رنگ سیاه یا قرمز مشخص شده‌است. برای کاربرد در فرکانس های بالا، عملکرد دیود سیگنال کوچک بسیار موثر‌است.
با توجه به سایر عملکردها، دیودهای سیگنال معمولاً دارای قابلیت حمل جریان و اتلاف توان کمی هستند. معمولاً اینها به ترتیب در محدوده 150 میلی آمپر و 500 میلی وات هستند.
دیود سیگنال کوچک می‌تواند از مواد نیمه‌هادی سیلیکونی یا ژرمانیوم ساخته‌شود، اما ویژگی های دیود بسته به ماده دوپینگ متفاوت‌است.
دیودهای سیگنال کوچک در کاربردهای دیودهای عمومی، سوئیچینگ با سرعت بالا، تقویت کننده های پارامتریک و بسیاری از کاربردهای دیگر استفاده‌می‌شوند. برخی از ویژگی‌های مهم دیود سیگنال کوچک عبارتند از:
حداکثر ولتاژ معکوس (VPR) – حداکثر ولتاژ معکوس‌است که می‌توان قبل از خراب شدن دیود به آن اعمال کرد.
جریان معکوس (IR) – جریان (مقدار بسیار کوچک) که هنگام بایاس معکوس جریان دارد.
حداکثر ولتاژ رو به جلو در اوج جریان رو به جلو (VF در IF)
زمان بازیابی معکوس – زمان مورد نیاز برای کاهش جریان معکوس از جریان جلو به IR.
2. دیود سیگنال بزرگ انواع دیود
این دیودها دارای لایه اتصال PN بزرگ هستند. بنابراین، آنها معمولاً در یکسوسازی استفاده‌می‌شوند، یعنی تبدیل AC به DC. اتصال PN بزرگ همچنین ظرفیت حمل جریان رو به جلو و ولتاژ مسدود کننده معکوس دیود را افزایش می‌دهد. دیودهای سیگنال بزرگ برای کاربردهای فرکانس بالا مناسب نیستند.
کاربردهای اصلی این دیودها در منابع تغذیه (یکسو‌کننده، مبدل، اینورتر، دستگاه شارژ باتری و …) می‌باشد. در این دیودها مقدار مقاومت رو به جلو چند اهم و مقدار مقاومت مسدودکننده معکوس بر حسب مگا اهم‌است.
از آنجایی که عملکرد جریان و ولتاژ بالایی دارد، می‌توان از آنها در دستگاه‌های الکتریکی که برای سرکوب ولتاژهای پیک بالا استفاده‌می‌شود استفاده‌کرد.
3. دیود زنر انواع دیود
این یک عنصر منفعل‌است که تحت اصل “شکست زنر” کار میکند. اولین بار توسط کلارنس زنر در سال 1934 تولید شد، در شرایط بایاس رو به جلو شبیه به دیود معمولی‌است، یعنی اجازه می‌دهد جریان جریان داشته‌باشد.
اما در شرایط بایاس معکوس، دیود تنها زمانی هدایت میشود که ولتاژ اعمال‌شده به ولتاژ شکست، معروف به Zener Breakdown برسد. این برای جلوگیری از سایر دستگاه‌های نیمه‌هادی از پالس‌های ولتاژ لحظه‌ای طراحی شده‌است. به عنوان تنظیم‌کننده ولتاژ عمل میکند.
4. دیود ساطع نور (LED) انواع دیود
این دیودها انرژی الکتریکی را به انرژی نور تبدیل می‌کنند. اولین تولید آن در سال 1968 آغاز شد. این فرآیند تحت فرآیند الکترولومینسانس قرار‌می‌گیرد که در آن سوراخ‌ها و الکترون‌ها برای تولید انرژی به شکل نور در شرایط بایاس رو به جلو، دوباره ترکیب می‌شوند.
در روزهای اولیه، ال‌ای‌دی‌ها بسیار پرهزینه‌بوده و فقط در کاربردهای خاص مورد‌استفاده قرار می گرفتند. اما در طول سال ها، هزینه LED ها به طور قابل توجهی کاهش یافته‌است. این و این واقعیت که آنها بسیار کارآمد هستند، LEDها را به عنوان منبع اصلی روشنایی در خانه‌ها، ادارات، خیابان‌ها (برای روشنایی خیابان‌ها و همچنین چراغ‌های راهنمایی)، خودروها، تلفن‌های همراه تبدیل میکند.
5. دیودهای جریان ثابت
همچنین به عنوان دیود تنظیم‌کننده جریان یا دیود محدود کننده جریان یا ترانزیستور متصل به دیود نیز شناخته‌می‌شود. وظیفه دیود تنظیم ولتاژ در یک جریان خاص‌است.
به عنوان یک محدود‌کننده جریان دو ترمینال عمل میکند. در این، JFET به عنوان محدود کننده جریان برای دستیابی به امپدانس خروجی بالا عمل میکند. نماد دیود جریان ثابت در زیر نشان داده‌شده‌است.
6. دیود شاتکی انواع دیود
در این نوع دیود، اتصال از تماس مواد نیمه‌هادی با فلز تشکیل میشود. به همین دلیل، افت ولتاژ رو به جلو به حداقل کاهش می یابد. مواد نیمه‌هادی سیلیکون نوعN است که به عنوان آند و فلزاتی مانند کروم، پلاتین، تنگستن و غیره به عنوان کاتد عمل می‌کنند.
به دلیل اتصال فلزی، این دیودها قابلیت هدایت جریان بالایی دارند و از این رو زمان سوئیچینگ کاهش می یابد. بنابراین، دیود شاتکی کاربرد بیشتری در برنامه‌های سوئیچینگ دارد. عمدتاً به دلیل اتصال فلز – نیمه‌هادی، افت ولتاژ کم‌است که به نوبه خود باعث افزایش عملکرد دیود و کاهش اتلاف توان میشود. بنابراین، اینها در برنامه‌های یکسو‌کننده فرکانس بالا استفاده می‌شوند. نماد دیود شاتکی مطابق شکل زیراست.
7. دیود شاکلی
این یکی از اولین وسایل نیمه‌هادی بود که اختراع شد. دیود شاکلی دارای چهار لایه‌است. به آن دیود PNPN نیز می‌گویند. برابر‌است با تریستور بدون ترمینال گیت، یعنی ترمینال گیت قطع شده‌است. از آنجایی که هیچ ورودی ماشه ای وجود ندارد، تنها راهی که دیود می‌تواند هدایت کند، ارائه ولتاژ رو به جلو‌است.
زمانی که «روشن» شود، روشن می‌ماند و زمانی که «خاموش» شود، خاموش می‌ماند. دیود دارای دو حالت عملکردی رسانا و نارسانا‌‌ست. در حالت غیر رسانا، دیود با ولتاژ کمتری هدایت میشود.
نماد دیود شاکلی به شرح زیراست:
کاربردهای دیود شاکلی
1- سوئیچ‌های ماشه‌ای برای SCR.
2- به عنوان نوسان ساز آرامش عمل‌می‌کند.
8. دیودهای بازیابی مرحله‌ای انواع دیود
همچنین به آن دیود snap off یا دیود ذخیره شارژ نیز می‌گویند. اینها نوع خاصی از دیودها هستند که بار پالس مثبت را ذخیره می‌کنند و در پالس منفی سیگنالهای سینوسی استفادهمیکنند. زمان افزایش پالس فعلی برابر‌است با زمان ضربه. با توجه به این پدیده، دارای پالس‌های بازیابی سریع‌است.
کاربرد این دیودها در ضریب‌های مرتبه بالاتر و در مدارهای شکل‌دهنده پالس می‌باشد. فرکانس قطع این دیودها بسیار بالاست که تقریباً به ترتیب گیگا هرتز هستند.
به عنوان ضریب، این دیود دارای محدوده فرکانس قطع 200 تا 300 گیگاهرتز‌است. در عملیاتی که در محدوده 10 گیگاهرتز انجام‌می‌شود، این دیودها نقش حیاتی دارند. راندمان برای ضرب کننده های مرتبه پایین بالا است. نماد این دیود مطابق شکل زیراست.
9. دیود تونلی انواع دیود
از آن به عنوان سوئیچ پرسرعت با سرعت سوئیچینگ در حد چند نانوثانیه استفاده‌می‌شود. به دلیل اثر تونل زنی، عملکرد بسیار سریعی در ناحیه فرکانس مایکروویو دارد. این یک دستگاه دو ترمینالی‌است که غلظت مواد ناخالص در آن بسیار زیاد‌است.
پاسخ گذرا توسط ظرفیت اتصال به اضافه ظرفیت سیم‌کشی سرگردان محدود میشود. بیشتر در نوسانگرها و تقویت‌کننده‌های مایکروویو استفاده‌می‌شود. این دستگاه به عنوان مهمترین وسیله هدایت منفی عمل میکند. دیودهای تونلی را می‌توان هم به صورت مکانیکی و هم الکتریکی تنظیم کرد. نماد دیود تونل مانند شکل زیراست
کاربردهای دیود تونلی
1- مدارهای نوسانی
2- مدارهای مایکروویو
3- در برابر تشعشعات هسته‌ای مقاوم‌است.
10. دیود ورکتور انواع دیود
اینها به عنوان دیودهای Varicap نیز شناختهمیشوند. مانند خازن متغیر عمل میکند. عملیات فقط در حالت بایاس معکوس انجام میشود. این دیودها به دلیل قابلیت تغییر محدوده خازنی در مدار در حضور جریان ولتاژ ثابت بسیار معروف هستند.
آنها می‌توانند ظرفیت خازنی را تا مقادیر بالا تغییر دهند. در دیود وارکتور می‌توانیم با تغییر ولتاژ بایاس معکوس لایه تخلیه را کاهش یا افزایش دهیم. این دیودها کاربردهای زیادی به عنوان نوسانگر ولتاژ کنترل شده برای تلفن‌های همراه، پیش فیلترهای ماهواره‌ای و غیره دارند. نماد دیود وارکتور در زیر آورده‌شده‌است.
کاربردهای دیود ورکتور
1- خازن‌های کنترل‌شده با ولتاژ
2- نوسانگرهای کنترل‌شده با ولتاژ
3- تقویت‌کننده‌های پارامتریک
4- ضرب‌کننده‌های فرکانس
5- فرستنده‌های FM و حلقه‌های قفل فاز در رادیو، تلویزیون و تلفن همراه
11. دیود لیزری انواع دیود
مشابه LED که در آن ناحیه فعال با اتصال p-n تشکیل میشود. دیود لیزر الکتریکی دیود P-I-Nاست که در آن ناحیه فعال در ناحیه ذاتی‌است. مورد‌استفاده در ارتباطات فیبر نوری، بارکدخوان‌ها، نشانگرهای لیزری، خواندن و ضبط CD/DVD/Blu-ray، چاپ لیزری.
انواع دیود لیزری:
لیزر ناهمساز دوگانه: الکترون‌ها و حفره‌های آزاد به طور همزمان در منطقه موجود‌هستند.
1- لیزرهای چاه کوانتومی: به لیزرهایی که بیش از یک چاه کوانتومی دارند، لیزرهای چند چاه کوانتومی می‌گویند.
2- لیزرهای آبشاری کوانتومی: اینها لیزرهای ناهمگونی هستند که عمل لیزر را در طول موج‌های نسبتاً طولانی امکان‌پذیر می‌کنند.
3- لیزرهای ناهمساز محصوره مجزا: برای جبران مشکل لایه نازک در لیزرهای کوانتومی به سراغ لیزرهای ناهم ساختار محصوره جداگانه می‌رویم.
4- لیزرهای بازتابنده براگ توزیع‌شده: می‌تواند لیزرهای ساطع کننده لبه یا VCSELS باشد.
نماد دیود لیزر به صورت زیراست:
12. دیود سرکوب ولتاژ گذرا (TVS) انواع دیود
در دستگاه های نیمه‌هادی، به دلیل تغییر ناگهانی ولتاژ حالت، گذرا رخ خواهد داد. آنها به پاسخ خروجی دستگاه آسیب می‌رسانند. برای غلبه بر این مشکل از دیودهای سرکوب ولتاژ استفاده میشود. عملکرد دیود سرکوب ولتاژ مشابه عملکرد دیود زنر‌است.
عملکرد این دیودها مانند دیودهای اتصال p-n عادی است اما در زمان ولتاژ گذرا عملکرد آن تغییر‌می‌کند. در حالت عادی امپدانس دیود زیاد‌است. هنگامی که هر ولتاژ گذرا در مدار رخ می‌دهد، دیود وارد منطقه شکست بهمن میشود که در آن امپدانس پایینی ارائه‌می‌شود.
این بسیار خود به خود‌است زیرا مدت زمان شکست بهمن در ثانیه پیکو متغیر‌است. دیود سرکوب ولتاژ گذرا ولتاژ را به سطوح ثابت می‌بندد، عمدتاً ولتاژ بستن آن در محدوده حداقل‌است.
اینها در زمینه‌های مخابراتی، پزشکی، ریزپردازنده ها و پردازش سیگنال کاربرد دارند. به ولتاژهای بیش از حد سریعتر از واریستورها یا لوله های تخلیه گاز پاسخ می‌دهد.
نماد دیود سرکوب ولتاژ گذرا مطابق شکل زیراست.
دیود با موارد زیر مشخص‌می‌شود:
1- جریان نشتی
2- حداکثر ولتاژ توقف معکوس
3- ولتاژ شکست
4- ولتاژ بستن
5- ظرفیت انگلی
6- اندوکتانس انگلی
7- مقدار انرژی که می‌تواند جذب کند .
13. دیودهای دوپ شده با طلا انواع دیود
در این دیودها از طلا به عنوان ماده ناخالصی استفاده‌می‌شود. سرعت این دیودها نسبت به سایر دیودها بیشتر‌است. در این دیودها جریان نشتی در شرایط بایاس معکوس نیز کمتر‌است. حتی در افت ولتاژ بالاتر، به دیود اجازه می‌دهد تا در فرکانسهای سیگنال کار کند. در این دیودها، طلا به بازترکیب سریع تر حامل های اقلیت کمک میکند.
14. دیودهای سد فوق العاده انواع دیود
این یک دیود یکسو‌کننده‌است که دارای افت ولتاژ رو به جلو کم به عنوان دیود شاتکی با قابلیت کنترل ولتاژ و جریان نشتی معکوس کم به عنوان دیود اتصال P-Nاست. این برای برنامه‌های کاربردی با قدرت بالا، سوئیچینگ سریع و کم تلفات طراحی شده‌است. یکسو‌کننده‌های سوپر مانع نسل بعدی یکسو‌کننده‌های با ولتاژ جلو پایین نسبت به دیود شاتکی هستند.
15. دیود پلتیر انواع دیود
در این نوع دیود، در محل اتصال دو ماده یک نیمه‌هادی گرما تولید میکند که از یک ترمینال به ترمینال دیگر جریان می یابد. این جریان تنها در یک جهت که همان جهت جریان جریان است انجام‌می‌شود.
این گرما به دلیل بار الکتریکی تولید‌شده توسط نوترکیب حامل های بار اقلیت تولید‌می‌شود. این عمدتا در برنامه‌های سرمایش و گرمایش استفاده‌می‌شود. این نوع از دیودها به عنوان سنسور و موتور حرارتی برای خنک‌کننده ترمو الکتریکی استفاده‌می‌شود.
16. دیود کریستال انواع دیود
این دیود به عنوان سبیل گربه نیز شناخته‌می‌شود که نوعی دیود تماس نقطه‌ای‌است. عملکرد آن به فشار تماس بین کریستال نیمه‌هادی و جهت آن بستگی دارد.
در دیود کریستال، یک سیم فلزی وجود دارد که بر روی کریستال نیمه‌هادی فشرده‌می‌شود. در این دیود، کریستال نیمه‌هادی به عنوان کاتد و سیم فلزی به عنوان آند عمل میکند. این دیودها در طبیعت منسوخ هستند. عمدتا در گیرنده‌ها و آشکارسازهای مایکروویو استفاده‌می‌شود.
کاربردهای دیود کریستال
1- یکسو کننده دیود کریستالی
2- آشکارساز دیود کریستالی
3- گیرنده رادیویی کریستالی
17. دیود بهمن انواع دیود
این عنصر غیرفعال بر اساس اصل بهمن شکست کار میکند. در شرایط بایاس معکوس کار میکند. به دلیل یونیزاسیون تولید‌شده توسط اتصال P-N در شرایط بایاس معکوس، جریان زیادی ایجاد میشود.
این دیودها به طور ویژه طراحی شده‌اند تا در ولتاژ معکوس خاص دچار خرابی شوند تا از آسیب جلوگیری شود. نماد دیود بهمن مانند شکل زیراست:
کاربردهای دیود بهمنی
تولید نویز RF: به عنوان منبع RF برای پل های آنالایزر آنتن و همچنین به عنوان تولید کننده نویز سفید عمل میکند.
در تجهیزات رادیویی و همچنین در مولدهای اعداد تصادفی سخت افزاری استفاده‌می‌شود.
تولید فرکانس مایکروویو: در این دیود به عنوان دستگاه مقاومت منفی عمل‌می‌کند.
آشکارساز بهمن تک فوتون: اینها آشکارسازهای فوتون با بهره بالا هستند که در کاربردهای سطح نور استفاده‌می‌شوند.
18. یکسو کننده کنترل شده سیلیکونی
از سه پایانه آند، کاتد و گیت تشکیل شده‌است. تقریباً برابر با دیود شاکلی‌است. همانطور که از نام آن مشخص‌است عمدتاً برای هدف کنترل زمانی که ولتاژهای کوچک در مدار اعمال میشود استفاده‌می‌شود.
حالت های عملکرد:
1- حالت مسدود کردن رو به جلو (حالت خاموش): در این J1 و J3 بایاس رو به جلو و J2 بایاس معکوس‌است. مقاومت بالایی در زیر ولتاژ شکست ارائه می‌دهد و از این رو گفته‌می‌شود که حالت خاموش‌است.
2- حالت هدایت رو به جلو (حالت روشن): با افزایش ولتاژ در آند و کاتد یا با اعمال پالس مثبت در گیت می‌توانیم آن را روشن کنیم. خاموش کردن تنها راه کاهش جریان عبوری از آن‌است.
3- حالت مسدود کردن معکوس (حالت خاموش): مسدود کردن ولتاژ معکوس SCR به عنوان SCR نامتقارن نامیده‌می‌شود. بیشتر در اینورترهای منبع جریان استفاده‌می‌شود.
19. دیودهای خلاء انواع دیود
دیودهای خلاء از دو الکترود تشکیل شده‌اند که به عنوان آند و کاتد عمل می‌کنند. کاتد از تنگستن تشکیل شده‌است که الکترون ها را در جهت آند ساطع میکند. همیشه جریان الکترون فقط از کاتد به آند خواهد بود. بنابراین، مانند یک سوئیچ عمل میکند.
اگر کاتد با مواد اکسیدی پوشانده شود، توانایی انتشار الکترون بالا میرود. اندازه آند کمی طولانی‌است و در برخی موارد سطح آنها ناهموار‌است تا دمای ایجاد‌شده در دیود را کاهش دهند. دیود فقط در یک مورد هدایت میشود که آند نسبت به ترمینال کاتد مثبت باشد.
20. دیود PIN انواع دیود
وسیله ای نیمه‌هادی‌است که به عنوان یک مقاومت متغیر در فرکانسهای RF و مایکروویوی عمل میکند.
مقدار مقاومت دیود PIN به تنهایی توسط جریان DC بایاس مستقیم آن مشخص میشود .
دیود PIN می‌بایست در کاربردهای سوییچ و تضعیف‌کننده به طور ایده آلی سطح سیگنال RF را بدون اعوجاج کنترل کند زیرا ممکن‌است باعث تغییراتی در شکل سیگنال RF شود.
مشخصه‌ی مهم و افزوده‌ی این دیودها توانائی آنها در کنترل سیگنالهای RF یزرگ در هنگامی‌است مه از سظح تحریک DC بسیار کمی استفادهمیکنند.
کاربردهای دیود PIN:
تضعیف‌کننده‌ها: به‌عنوان مقاومت پل و شنت در تضعیف کننده پل T استفاده‌می‌شود.
آشکارسازهای عکس: فوتون‌های اشعه ایکس و گاما را تشخیص می‌دهد.
21. دیود گان
دیود Gunn فقط با مواد نیمه‌هادی نوع n ساخته شده‌است. منطقه تخلیه دو ماده از نوع N بسیار نازک‌است. هنگامی که ولتاژ در مدار افزایش می یابد، جریان نیز افزایش می‌یابد. پس از سطح معینی از ولتاژ، جریان به صورت تصاعدی کاهش می‌یابد، بنابراین مقاومت دیفرانسیل منفی را نشان می‌دهد.
دارای دو الکترود با آرسنید گالیم و فسفید ایندیم‌است. به همین دلیل مقاومت دیفرانسیل منفی دارد. همچنین به عنوان دستگاه الکترون منتقل‌شده نامیده‌می‌شود. این سیگنالهای RF امواج مایکروویو را تولید‌می‌کند، بنابراین عمدتاً در دستگاه‌های مایکروویو RF استفاده‌می‌شود. همچنین می‌تواند به عنوان یک تقویت‌کننده استفاده‌شود. نماد دیود Gunn در زیر نشان داده‌شده‌است:
