معرفی دیود

در بسیاری از مدارهای الکترونیکی ، جریان موجود در مدار باید تعمیر شود و باید بدانیم دیود چیست و چگونه آن را انجام می دهد.

دیودها مدلهای متنوعی دارند که ساختار آنها بر اساس اتصالات P-N استوار است و شناخت آنها یکی از مهمترین موضوعات الکترونیکی است.

با تماشای یک فیلم و خواندن مقاله با ساختار ، عملکرد و نوع دیود آشنا می شوید.

دیود چیست؟ (دیود)

دیود نوعی از مؤلفه نیمه هادی است که در بسیاری از مدارهای الکتریکی مورد استفاده قرار می گیرد.

مانند یکسو کننده ها ، سوئیچ ها و پا ولتاژ و غیره.

برای اینکه بدانیم دیود چیست ، باید بدانیم که اتصالات P-N چگونه کار می کنند.

این کامپوننت ها از یک اتصال منحصر به فرد P-N ساخته شده اند و دو پین یا پایانه دارند

به گونه ای عمل می کند که جریان را از یک جهت حرکت می دهد.

ساختار داخلی دیود

اتصالات P-N در فرایند پرداخت انجام می شود

عفونت های نوع n و p در طرف های اتصال قرار گرفته اند و باعث ایجاد حفره های آزاد و الکترون ها می شوند.

هدایت ولتاژ رو به جلو

نکته مهم در استفاده از یک دیود این است که بدانیم تعصب مستقیم چیست.

در تعادل ، جابجایی الکترونیکی وجود ندارد تا زمانی که ولتاژ تعصب مستقیم بر روی آن اعمال شود و جریان از طریق آن جریان یابد.

به این تعصب مستقیم گفته می شود.

آند و کاتد

ناخالصی های گالیم ، آلومینیوم و نیمه هادی را می توان به منطقه P اضافه کرد تا یک منطقه P تشکیل شود.

با توجه به افزودن این مواد تعداد زیادی خلأ در این منطقه ایجاد شده است.

ناحیه P در دیود به عنوان آند شناخته می شود و قطبیت مثبت آن را تشکیل می دهد.

عفونت هایی مانند فسفر ، آنتیموان و آرسنیک برای منطقه N مورد استفاده قرار می گیرد

این باعث افزایش الکترون در این منطقه می شود.

به این منطقه کاتد N گفته می شود و قطب منفی دارد.

هدایت ولتاژ معکوس

برای دانستن تعصب مخالف ، باید توجه داشته باشیم که جریان از طریق دیود در یک جهت جریان می یابد.

اگر جهت را بر روی دیود به منبع تغذیه معکوس کنیم و

اتصال پین منبع تغذیه مثبت به ناحیه n و پین منفی به منطقه p منجر می شود

سوراخ ها به طرف دیگر اتصال عقب می شوند و الکترون ها در جهت مخالف حرکت می کنند.

وقتی این اتفاق بیفتد ، جریان بسیار کمی از محل اتصال P-N عبور می کند و ناحیه تخلیه گسترش می یابد.

با گسترش منطقه تخلیه ، جریان سخت تر می شود.

به این تعصب معکوس گفته می شود.

استفاده از دیود بایاس معکوس می تواند باعث ناکامی ناحیه تخلیه شود.

دیودهای خاص مانند زنون یا زمین لغزش می توانند جریان مخالف را در این شرایط کنترل و استفاده کنند.

نماد آهنگ

بیشتر دیودها یک نوار خاکستری در یک انتهای قطعه دارند که نشان دهنده جهت کاتد است.

نماد آهنگ آن مثلثی است که به کاتد و خط عمود بر لبه آن اشاره دارد.

این نماد نشان می دهد که جریان موجود در مدار از آند به کاتد هدایت می شود.

ما می دانیم که در عمل الکترونهای موجود در مدار از منفی به مثبت می روند ، اما

براساس یک قرارداد جهت جریان مستقیم در برابر حرکت الکترونها.

مهمترین انواع دیودها

برای بسیاری از دیودهای مختلف مدل ، و برای درک اینکه چرا از آنها استفاده می شود ، باید ساختار آنها را بدانیم.

1- دیود معکوس (دیود معکوس یا معکوس)

این دیود نوع خاصی از دیود خانواده Zener است که در تعصب معکوس و

در ولتاژهای معکوس بسیار کم (در قسمت 10 ولت) استفاده می شود و جریان های بسیار بالایی را عبور می دهد.

با افزایش ولتاژ ، جریان کمتری از طریق آن جریان می یابد. (محدوده عملیاتی این دیود در حدود 0.1 تا 0.7 ولت است)

2- دیود لیزری

این نوع دیودها با لامپهای LED متفاوت هستند زیرا چراغهای منسجم ایجاد می کنند.

این مدل برای کاربردهایی مانند درایورهای DVD و CD ، اشاره گرهای لیزری دات و غیره استفاده می شود.

3 - دیود تابش نور (LED)

نام این مدل از دیود تابش نور گرفته شده است و یکی از متداول ترین انواع دیودها است.

هنگامی که دیود به سوگیری مستقیم متصل است ، یک جریان از طریق آن جریان می یابد و نور خود را ساطع می کند.

4- عکسبرداری

از روش های عکاسی برای تشخیص نور استفاده می شود.

عملکرد این دیودها بدین صورت است که به دلیل تابش نور ، الکترون و سوراخ هایی ایجاد می کنند و این باعث می شود جریان در مدار جریان یابد.

فوتودیودها اغلب در شرایط تعصب معکوس برای اندازه گیری جریان بسیار کوچک حاصل از تابش نور مناسب استفاده می شوند.

5- پین دیود

پین دیود نام این دیود براساس ساختار داخلی بنا شده است که در آن مناطق N و P شبیه به دیودهای معمولی هستند ، مگر در بین این دو منطقه یک قسمت نیمه هادی داخلی ساخته شده و بدون فرایند دوپینگ وجود دارد.

این منطقه شبیه به منطقه تخلیه گسترده است و ترمیم را تضعیف می کند اما دشوار است

برای برنامه های کاربردی از قبیل تعویض سریع ، میرایی ، تشخیص نور و مدارهای الکترونیکی با ولتاژ بالا استفاده می شود.

معرفی دیود زنر در الکترونیک

دیود زنر نوع خاصی از دیود است ، برخلاف دیودهای معمولی ، جریان در دو جهت جریان دارد. این دیود قلب تنظیم کننده ها و مدارهای ولتاژ است و ولتاژ مرجع تقویت کننده دیفرانسیل را تولید می کند. مشخصه اصلی دیود زنر جهت جریان دو طرفه است.
دیودها عمدتا از نیمه هادی های بهم پیوسته تشکیل شده اند. خصوصیات این دو نیمکره متفاوت است. یکی از آنها الکترون یا به عبارتی بار مثبت یا دیافراگم اضافی (نیمه رسانای نوع p) ندارد و دیگری دارای الکترون اضافی (نیمه رسانای نوع n) است. با اتصال این دو نیمکره ، ما پیوند PN داریم تا الکترون ها و حفره ها منتقل شوند.
تعصب مستقیم
هدف اصلی دیود ، برخلاف مقاومت ، عبور جریان فقط در یک جهت است. جریان از طریق دیود فقط زمانی است که دیود مخالف باشد. انحراف مستقیم ، یعنی نیمه هادی های مثبت یا آندها (نوع p) به ترمینال مثبت باتری و نیمه هادی منفی یا کاتد منفی به ترمینال منفی باتری. در این حالت تعدادی از الکترونهای نیمه رسانا توسط نیمه هادی نوع p جذب شده و به طرف دیگر پیوند منتقل می شوند. به همین ترتیب سوراخ ها توسط نیمه هادی های نوع N جذب شده و به طرف دیگر هدایت می شوند. این نفوذ حفره های نیمه هادی نوع P و الکترون های نیمه رسانای نوع n را خالی می کند.

در نتیجه ، دو منطقه نازک و غیرقابل انتقال وجود دارد که "منطقه تخلیه" نامیده می شود.
وقتی دیود مستقیماً مقابل منبع DC قرار دارد ، ولتاژ سطح تخلیه مخالف است ، زیرا دو ولت همیشه جریان را در جهت مخالف تولید می کند. بنابراین ، منطقه تخلیه به عنوان سدی در برابر عبور جریان رفتار می کند. با استفاده از ولتاژ بالا می توان بر "ولتاژ سد" غلبه کرد. این ولتاژ بالا ، الکترون های نیمه هادی نوع n را به منطقه تخلیه و سپس نیمه هادی نوع p می راند. افزایش ولتاژ جریان را به تدریج افزایش می دهد. به این ترتیب از عرض منطقه تخلیه به تدریج کاسته می شود تا اینکه کاملاً از بین برود و دیود اجازه جریان داشته باشد.

تعصب برگشت
هنگام اتصال دیود معکوس ، ترمینال مثبت باتری را به نیمه هادی نوع n و ترمینال منفی باتری را به نیمه هادی p متصل کنید. به این ترتیب سوراخ های نیمه هادی p منفی سوراخ شده و ترمینال مثبت الکترون های نیمه هادی نوع n را جذب می کند. در نتیجه ، عرض منطقه اگزوز افزایش یافته و از جریان جلوگیری می شود. بنابراین ، دیود معکوس دیود از مقاومت الکتریکی بالایی برخوردار است. با این وجود ، به دلیل بارهای کم ، هنوز جابجایی از نوار به ترمینال ها وجود دارد که باعث می شود کرم جریان بسیار کمی در حدود چند میکروپور داشته باشد که "جریان نشتی" نامیده می شود.
میدان الکتریکی تابعی است که منطقه تخلیه را نشان می دهد. بنابراین ، اگر ولتاژ انحراف معکوس را افزایش دهیم ، آنگاه عرض ناحیه تخلیه و بر این اساس ، میدان الکتریکی افزایش می یابد. هنگامی که ولتاژ اعمال شده به یک مقدار مشخص می رسد ، افزایش ناگهانی جریان رخ می دهد. این ولتاژ را ولتاژ شکست می نامند. در این مرحله ، افزایش اندک ولتاژ منجر به افزایش زیاد جریان می شود.

افزایش ناگهانی جریان الکتریکی منجر به خرابی اتصال می شود که ناشی از یکی از این دو پدیده است: "خرابی زنر" یا "خرابی بهمن". خرابی بهمن ناشی از شتاب گیری حامل های نیمه رسانای نوع P توسط اقلیت و برخورد آنها با اتم ها و یون ها در منطقه تخلیه به دلیل وجود یک میدان الکتریکی قوی است. خرابی صفرها نیز نتیجه قطع شدن پیوندها در منطقه تخلیه و آزاد شدن الکترون های آن به دلیل وجود یک میدان قوی است. ولتاژی که در آن خرابی زنر رخ می دهد "ولتاژ زنر" نامیده می شود و افزایش ناگهانی جریان به عنوان "جریان زنر" شناخته می شود.

در ولتاژ خرابی ، اگر ولتاژ خیلی بالا برود ، دیود بیش از حد گرم می شود و می سوزد. به همین دلیل ، یک دیود معمولی در منطقه گسل کار نمی کند ، زیرا به دلیل اضافه بار DC آسیب دیده است.

دیود زنر
دیود زنر دیودی است که به طور خاص برای کار در بایاس معکوس استفاده می شود. این نوع دیود برای کار در منطقه خرابی زنر طراحی شده است. دیود زنر که تحت شرایط انحراف مستقیم به عنوان یک دیود طبیعی عمل می کند ، به یک دیود طبیعی (حاوی ناخالصی ها) آلوده است. بنابراین ، منطقه تخلیه بسیار نازک است و بنابراین جریان الکتریکی بیشتری نسبت به دیودهای معمولی دارد. تفاوت بین دیود زنر و دیود طبیعی این است که دیود زنر هنگام افتادن در منطقه گسل آسیب نمی بیند.

اگر دیود زنر مستقیم باشد مانند دیود عادی از جریان عبور می کند اما اگر بایاس معکوس شود و ولتاژ بایاس معکوس بالاتر از ولتاژ زنر باشد جریان را در جهت مخالف هدایت می کند. دیود زنر همیشه در جهت مخالف متصل می شود ، زیرا به طور خاص برای کار در جهت مخالف طراحی شده است.

دستیابی به موفقیت در

کاربرد دیودها در الکترونیک

دیود زنر نوع خاصی از دیود است که برخلاف دیودهای معمولی جریان را از دو جهت انتقال می دهد. این دیود قلب تنظیم کننده ولتاژ و مدارهای قدرت را تشکیل می دهد و ولتاژ مرجع تقویت کننده دیفرانسیل را تولید می کند. ویژگی اصلی Zener Diode جهت جریان از دو جهت است.این دیود عمدتاً از دو نیمه هادی متصل به یکدیگر تشکیل شده است. مشخصات این دو نیمکره متفاوت است. یکی از آنها یک الکترون را از دست داده است یا به عبارت دیگر دارای بار مثبت یا سوراخ دیگر (نیمه هادی از نوع p) و دیگری الکترونیک دیگر (نیمه هادی از نوع n) است. با اتصال این دو نیمه هادی به یکدیگر ، پیوند PN داریم که امکان انتقال الکترون و فضا را فراهم می کند. قبل از معرفی دیود زنر ، ابتدا تعصب مستقیم و تعصب معکوس را توضیح می دهیم.

هدایت مستقیم

هدف اصلی دیود ، برخلاف مقاومت ، انتقال جریان تنها در یک جهت است. جریان تنها هنگامی که دیود به جلو کج می شود از دیود عبور می کند. سوگیری مستقیم ، یعنی نیمه هادی مثبت یا آند (نوع p) به پایانه مثبت باتری و نیمه هادی منفی یا کاتد ، به پایانه منفی باتری. در این حالت ، تعدادی از الکترونهای نیمه هادی n به وسیله نیمه هادی p جذب می شوند و به طرف دیگر پیوند منتقل می شوند. به همین ترتیب ، سوراخ ها در نیمه هادی های نوع n جذب می شوند و راه خود را به طرف دیگر باز می کنند. این نفوذ حفره های p- نیمه هادی و الکترون های نیمه هادی n را کاهش می دهد. در نتیجه ، دو منطقه بدون بار شارژ وجود دارد و به آنها "منطقه تخلیه" گفته می شود.

هنگامی که دیود مستقیماً به منبع DC منتقل شود ، ولتاژ ناحیه تخلیه مقاومت می کند زیرا هر دو ولتاژ جریان را در جهات مخالف تولید می کنند که همیشه مخالف یکدیگر هستند. بنابراین ، منطقه دفع به عنوان مانعی برای انتقال جریان رفتار عمل می کند. با استفاده از یک ولتاژ بزرگ ، می توان "ولتاژ مانع" غلبه کرد. این ولتاژ بزرگ الکترونهای نیمه هادی از نوع n را به ناحیه تخلیه و سپس نیمه هادی از نوع p سوق می دهد. افزایش ولتاژ باعث می شود جریان به تدریج افزایش یابد. به این ترتیب ، عرض ناحیه تخلیه به تدریج کاهش می یابد تا کاملاً از بین برود و دیود اجازه جریان یابد.

هدایت معکوس

هنگامی که دیود معکوس متصل شد ، ترمینال مثبت باتری نیمه هادی نوع n و ترمینال منفی باتری نیمه هادی p را وصل کنید. بنابراین ، ترمینال منفی نیمه هادی از نوع P و ترمینال مثبت را جذب می کند. الکترونهای نیمه هادی از نوع n. در نتیجه ، عرض سطح تخلیه افزایش یافته و از جریان جلوگیری می کند. بنابراین ، دیود بایاس معکوس از مقاومت الکتریکی بالایی برخوردار است. با این حال ، به دلیل بارهای کم ، هنوز سوئیچ از پایانه به ترمینال ها وجود دارد و باعث می شود دیود جریان بسیار کمی از برخی از میکرو کاراها داشته باشد ، معروف به "جریان نشتی" است.

میدان الکتریکی تابعی از عرض سطح تخلیه است. بنابراین ، اگر ولتاژ تعصب معکوس را افزایش دهیم ، عرض ناحیه تخلیه و در نتیجه میدان الکتریکی افزایش می یابد. هنگامی که ولتاژ اعمال شده به یک مقدار معین برسد ، یک افزایش ناگهانی جریان رخ می دهد. به این ولتاژ ولتاژ تجزیه گفته می شود. در این مرحله ، افزایش اندک ولتاژ باعث افزایش چشمگیر جریان می شود.

افزایش ناگهانی جریان الکتریکی باعث خرابی اتصال می شود که نتیجه یکی از دو پدیده ، "فروپاشی ذنر" یا "فروپاشی زمین لغزش" است. خرابی زمین لغزش ناشی از شتاب ناقلان اقلیت نیمه هادی P و برخورد آنها با اتم ها و یون های موجود در منطقه تخلیه در نتیجه یک میدان الکتریکی قوی است. خرابی ذنر همچنین نتیجه شکستن مخاطبین در منطقه تخلیه و آزاد شدن الکترون های آن به دلیل وجود یک میدان قوی است. ولتاژی که در آن خرابی ذنر رخ می دهد "ولتاژ زنر" نامیده می شود و افزایش ناگهانی جریان "جریان زر" نامیده می شود.

در ولتاژ تجزیه ، دیود در صورت افزایش ولتاژ گرم می شود و می سوزد. به همین دلیل ، یک دیود استاندارد در ناحیه خرابی کار نمی کند زیرا در اثر اضافه زیاد ثابت آسیب دیده است.