دیود (Diode)

سید محمد صدر سه شنبه 5 مرداد 1395 03:36 ب.ظ نظرات ()
دیود
دیود یکی از پرکاربرد ترین قطعات در صنعت الکترونیک می باشد و بیشتر ان را با نام یکسوساز می شناسند بعداً در مورد یکسوسازی توضیحات بیشتری خواهیم داد.
کلاً دیود جریان را فقط در یک جهت عبور میدهد اگv به شکل زیر دقت کنید متوجه میشوید. نماد فنی آن هم همین موضوع را به طور کامل مشخص میکند.


خب دیود از اتصال دو نیمه هادی نوع N و P به یکدیگر ساخته می شوند. 
P: Positive        ناحیه مثبت
N: Negative      ناحیه منفی


اتصال نیمه های N و P به یکدیگر 
اول از همه باید بدانیم این نیمه هادی ها چه هستند اگر کمی از شیمی سر در بیاورید این مطلب را به خوبی خواهی فهمید. نیمه هادی ها از ژرمانیم و سیلیسیم هستند ولی %90  اوقات از سیلیسیم می سازند.


ساخت کریستال نیمه هادی نوع N

نیمه‌هادی نوع N گونه‌ای از نیمه‌هادی‌های غیرذاتی است که آلایش آن به وسیلهٔ اتم‌های دهنده انجام شده‌است و به این وسیله الکترون‌های آزاد بیشتری در مادهٔ نیمه‌رسانای میزبان فراهم آمده است. (برای نمونه با تزریق فسفر در سیلیسیم)

به بیان دیگر نیمه‌هادی‌های نوع N، از ترکیب یک نیمه‌هادی خالص با عناصری که دارای اتم‌های پنج‌ظرفیتی هستند (مانند آرسنیک) به دست می‌آید. در پیوند کووالانسی بین اتم ناخالصی با اتم‌های نیمه‌هادی میزبان، یک الکترون اضافه به وجود خواهد آمد که از مدار والانس یک اتم به اتم دیگر حرکت نامنظمی دارد و پایدار نیست. با توجه به بیشتر بودن تعداد الکترون‌ها از حفره‌ها در نیمه‌هادی نوع N، در این نیمه‌هادی به الکترون‌ها حامل‌های اکثریت و به حفره‌ها حامل‌های اقلیت گفته می‌شود.

ساخت کریستال نیمه هادی نوع P

نیمه‌هادی نوع پی گونه‌ای از نیمه‌هادی‌ها است که به وسیلهٔ آلایش یک نیمه‌رسانای با اتم‌های پذیرنده به دست می‌آید و از این راه حامل‌های بار آزاد مثبت (حفره‌ها) در نیمه‌هادی افزایش می‌یابند.

در لایهٔ آخر نیمه‌هادی‌های خالص مانند سیلیسیم یا ژمانیم تنها چهار الکترون والانس وجود دارد. ناخالصی تزریق‌شده به نیمه‌هادی عنصری با اتم‌های سه‌ظرفیتی مانند آلمینیوم است. در نتیجه در چهار پیوند کووالانسی ایجاد شده به بین اتم‌های ناخالصی و نیمه‌هادی، یکی از پیوندها ناقص خواهد شد و حفره‌ای به وجود می‌آید که الکترون‌های لایهٔ والانس اتم‌های مجاور دائماً سعی می‌کنند آن را پر کنند و بنابراین حفره پایدار نخواهد ماند. با توجه به بیشتربودن تعداد حفره‌ها از الکترون‌ها در این نیمه‌هادی به حفره‌ها حامل‌های اکثریت و به الکترون‌ها حامل‌های اقلیت گفته می‌شود و کریستال حاصل را نیمه‌هادی نوع پی (پی مخفف positive در انگلیسی و به معنای مثبت است) می‌گویند.

بایاس معکوس (مخالف)
در بایاس معکوس دیود قطع است و هیچ جریانی از خود عبور نمیدهد و عرض ناحیه سد زیاد می شود و جریان کمی به نام جریان اشباع معکوس عبور میکند.

بایاس مستقیم (موافق)
در این بایاس دیود وصل و جریان را از خود عبور میدهد. و ناحیه سد شکسته خواهد شد، ولتاژ حدود 0.7 روی دیود افت می کند، که این ولتاژ به ازای جریان های بیشتر، بیشتر خواهد شد.
خاصیت دیود
دیود از نوع سیلیسیم تا ولتاژ حدود ۰/۷ ولت عایق بوده و بعد از آن به یک رسانای خوب تبدیل می‌گردد. این ولتاژ آستانهٔ تحریک برای دیودهای مختلف متفاوت است و مثلاً برای دیودهای ژرمانیومی حدود ۰/۲۵ ولت است؛ یعنی برای روشن شدن دیود سلیسیومی ۰/۷ ولت نیاز است ولی برای روشن شدن دیود ژرمانیومی ۰/۲۵ ولت لازم است.
لازم به ذکر است که این ولتاژ به ازای جریان های مختلف تغییر خواهد کرد. هر چه جریان بیشتری عبور کند افت ولتاژ دو سر ان بیشتر خواهد بود.

منحنی مشخصه دیود (دیود سیلیسیمی)
جریان اشباع معکوس و ولتاژ شکست د دیود
امّا هنگامی که ولتاژ معکوس به دیود متّصل شود، جریانی از آن، نمی‌گذرد؛ مگر جریان بسیار کمی که به «جریان اشباع معکوس» معروف است و در حدود چند میکروآمپر یا حتّی کمتر می‌باشد. این مقدار جریان معمولاً در اغلب مدارهای الکترونیکی قابل چشم پوشی است و تأثیری در رفتار سایر المان های مدار نمی‌گذارد. هرچه جنس بلور به‌کاررفته در ساخت دیود، به لحاظ ساختار، منظّم‌تر باشد، دیودْ مرغوب‌تر و جریان اشباع معکوس، کمتر خواهد بود. مقدار جریان اشباع معکوس در دیود‌های با فنّاوری جدید، عملاً به صفر می‌گراید. امّا نکته‌ی مهم آنکه تمام دیودها یک آستانه برای ماکزیمم ولتاژ معکوس دارند که اگر ولتاژ معکوس، بیش از آن شود، دیود می‌سوزد (بلور ذوب می‌شود) و جریان را در جهت معکوس نیز می‌گذراند. به این ولتاژ آستانه، «ولتاژ شکست» گفته می‌شود.

مقاومت در دیود
با توجّه به غیر خطّی بودن مشخصهٔ دیود، دو نوع مقاومت می‌توان برای دیود تعریف کرد. این مقاومت‌ها عبارتند از مقاومت استاتیکی (Rs) که در جریان DC ومقاومت دینامیکی (Rd) در جریان AC حساب می شود.

مقاومت استاتیکی

مقاومت اهمی در یک دیود از تقسیم ولتاژ دو سر دیود بر جریان عبوری از آن به دست می آید. مقاومت دیود در مقابل عبور جریان مستقیم و جریان متناوب فرق میکند. مقاومت دیود در مقابل عبور جریان مستقیم را مقاومت استاتیکی می نامند و مقدار آن را از رابطه زیر به دست می آورند.

Rdc = Vf/If

مقاومت دینامیکی

مقاومت دیود در مقابل جریان متناوب را مقاومت دینامیکی می نامند و از رابطه زیر بدست می آورند.

Rac = ∆Vf/∆If

∆= تغییرات ولتاژ یا جریان

مقاومت های معادل دیود در شرایط AC

در هر دیود عملا سه نوع مقاومت وجود دارد. یکی مقاومت مربوط به لایه N و دیگری مقاومت مربوط به لایه P و سومی مربوط به مقاومت دینامیکی لایه سد Rac است. مجموعه این مقاومت ها را Rd می نامند.

Rd = Rp+Rac+Rn


انواع دیود


1- دیود های یکسو کننده معمولی

2- دیود زنر

3- دیود نوری LED

4- دیود لیزری

5- دیود واراکتور (خازنی)

6- دیود شاتکی

7- دیود تابع نور (فتو دیود)

8- دیود چهار لایه

9- دیود یکسوساز کنترل شده سیلیکونی SCR (البته اینو دقیق نمی دونم دیود هست یا نه)

10- دیود تونلی