دیود به انگلیسی: Diode ، نام‌های دیگر :دوقطبی الکتریکی، یکسوساز
قطعه‌ای است الکترونیکی که جریان الکتریکی را در یک جهت از خود عبور میدهد و در جهت دیگر در مقابل عبور جریان از خود مقاومت بسیار بالایی (در حد بینهایت) نشان میدهد. این خاصیت دیود باعث شده بود تا در سالهای اولیه ساخت این وسیله الکترونیکی، به آن دریچه هم اطلاق شود.
از لحاظ الکتریکی یک دیود هنگامی جریان را از خود عبور می دهد که شما با برقرار کردن ولتاژ در جهت درست (+ به آند و – به کاتد) آنرا آماده کار کنید. مقدار ولتاژی که باعث می‌شود تا دیود شروع به هدایت جریان الکتریکی نماید ولتاژ آستانه یا (forward voltage drop) نامیده می‌شود که چیزی حدود ۰٫۶ تا ۰٫۷ ولت می‌باشد(برای دیودهای سیلیکون). اما هنگامی که شما ولتاژ معکوس به دیود متصل می‌کنید (+ به کاتد و – به آند) جریانی از دیود عبور نمی‌کند، مگر جریان بسیار کمی که به جریان نشتی معروف است که در حدود چند µA یا حتی کمتر می‌باشد. این مقدار جریان معمولآ در اغلب مدارهای الکترونیکی قابل صرفنظر کردن بوده و تأثیری در رفتار سایر المانهای مدار نمیگذارد.
هرچه جنس کریستال به کار رفته در ساخت دیود از نظر ساختار منظم تر باشد، دیود مرغوبتر و جریان نشتی کمتر خواهد بود. مقدار جریان نشتی در دیود های با تکنولوژی جدید عملا به صفر میل می کند. اما نکته مهم آنکه تمام دیودها یک آستانه برای حداکثر ولتاژ معکوس دارند که اگر ولتاژمعکوس بیش از آن شود دیوید می‌سوزد (کریستال ذوب می شود) و جریان را در جهت معکوس هم عبور میدهد. به این ولتاژ آستانه شکست دیود گفته می‌شود.
دسته بندی دیودها
دیودهای سیگنال
که برای آشکار سازی در رادیو بکار می‌روند و جریانی در حد میلی آمپر از خود عبور می‌دهند.
دیودهای یکسوکننده (Rectifiers)
که برای یکسوسازی جریانهای متناوب بکاربرده می‌شوند و توانایی عبور جریانهای زیاد را دارند.
دیودهای زنر (Zener)
که برای تثبیت ولتاژ از آنها استفاده می‌شود.
برای شناسایی قسمت +و-دیود از اهم متر استفاده می‌شود که باتوجه به عقربهٔ اهم متر می‌توان این شناسایی را انجام داد. زمانی که سیم مشکی به کاتد دیود (قسمت خط دار) و سیم قرمز به آند وصل شود عقربه اهم متر به حرکت در خواهد آمد. گرچه باید بدانیم اهم متر های عقربه ای برای آزمایش دیود چندان کارا نیستند و بهتر است از مولتی متر دیجیتال که قسمت تست دیود دارد استفاده کرد.به خاطر داشته باشید آند/کاتد دیود که نمایانگر جهت حرکت الکترونهاست در پیل الکتریکی، برعکس و به صورت کاتد/آند است. پس از سنجش ولتاژ آستانه که در دیود های سیلسیوم 0.6 و در دیود های ژرمانیوم 0.2 ولت است، جای دو سیم قرمز و مشکی را عوض کرده و با قرار دادن درجه اهم متر بر روی بالاترین محدوده مقاومتی، دیود را از نظر نشتی تست کنید. در این حالت عقربه اهم متر نباید تکان بخورد. توجه داشته باشید که انگشتتان به نوک فلزی پراب (قرمز یا مشکی) متصل نباشد. در اینصورت اهم متر مقاومت بدن شما را به جای نشتی دیود نشان خواهد داد!
کاربرد دیود ها
مهم‌ترین کاربرد عملی دیود تبدیل جریان الکتریکی متناوب به مستقیم است. در بسیاری از آداپتورها جریان برقی که بوسیله ترانس کاهش پیدا کرده‌است به کمک یک دیود (یکسو سازی نیم موج)، دو دیود ( در ترانس با ثانویه سه سر ) یکسوسازی تمام موج و یا با چهار دیود ( در ترانس با ثانویه دو سر ) یکسو سازی تمام موج انجام می شود . توجه داشته باشید که ولتاز یکسویه پس از این دیود ها، فرکانس ریپل به میزان دو برابر فرکانس متناوب ( در حالت تمام موج ) را دارد و جهت مستقیم شدن کامل ولتاز بایستی خازن صافی با ولتاژ مجاز، ظرفیت بالا ( با توجه به مقدار جریان مصرفی ) و با رعایت پلاریته و بعد از پل دیود نصب شود.
در گیرنده‌های ای ام (مانند رادیو در باند اس دبلیو و آی ام و سیگنال تصویر تلویزیون آنالوگ) دیود نقش آشکارساز را دارد بطوری که سیگنال میانی (آی اف) پس از تقویت در بخش تقویت فرکانس میانی وارد یک دیود می‌شود و خروجی آن سیگنال نهایی قابل استفاده‌است. گرچه معمولا به جای دیود از ترانزیستور استفاده می شود تا یک طبقه تقویت صورت گرفته باشد و دیود بیس-امیتر ترانزیستور عملا کار آشکار سازی را هم انجام خواهد داد.
در موارد خاص هنگامی که برای روشن کردن وسایل الکتریکی تنها دسترسی به جریان الکتریکی مستقیم باشد برای جلوگیری از سوختن وسیله الکتریکی بر اثر اتصال معکوس سیم مثبت و منفی، از یک دیود در ابتدای مسیر جریان برق استفاده میکنند. اگر این دیود در مسیر مثبت جریان با مصرف کننده در حالت سری باشد به آن دیود رکتیفایر می گویند. ولی اگر بصورت موازی با مصرف کننده و به شکل معکوس قرار گرفته باشد به آن دیود محافظ در بایاس معکوس می گویند. از نوعی دیود به نام زنر در ساخت نوعی رگولاتور(تنظیم کننده ولتاژ) استفاده می شود.
دیود زنر
دیود های زنر یا شکست ، دیود های نیمه هادی با پیوند p-n هستند که در ناحیه بایاس معکوس کار کرده و دارای کاربردهای زیادی در الکترونیک ، مخصوصآ به عنوان ولتاژ مبنا و یا تثبیت کننده ی ولتاژ دارند.
هنگامیکه پتانسیل الکتریکی دو سر دیود را در جهت معکوس افزایش دهیم در ولتاژ خاصی پدیده شکست اتفاق می افتد، بد ین معنی که با افزایش بیشتر ولتاژ ، جریان بطور سریع و ناگهانی افزایش خواهد داشت. دیود های زنر یا شکست دیود هایی هستند که در این ناحیه یعنی ناحیه شکست کار میکنند و ظرفیت حرارتی آنها طوری است که قادر به تحمل محدود جریانمعینی در حالت شکست می باشند، برای توجیه فیزیکی پدیده شکست دو نوع مکانیسم وجود دارد. مکانیسم اول در ولتاژهای کمتر از 6 ولت برای دیودهایی که غلظت حامل ها در آن زیاد است اتفاق می افتد و به پدیده شکست زنر مشهور است. در این نوع دیود ها به علت زیاد بودن غلظت ناخالصی ها در دو قسمت p و n ، عرض منطقه ی بار فضای پیوند باریک بوده و در نتیجه با قرار دادن یک اختلاف پتانسیل v بر روی دیود (پتانسیل معکوس) ، میدان الکتریکی زیادی در منطقه ی پیوند ایجاد می شود.
با افزایش پتانسیل v به حدی می رسیمکه نیروی حاصل از میدان الکتریکی ، یکی از پیوند های کووالانسی را می شکند. با افزایش بیشتر پتانسیل دو سر دیود از انجایی که انرژی یا نیروهای پیوند کووالانسی باند ظرفیت در کریستال نیمه هادی تقریبأ مساوی صفر است ، پتانسیل تغییر چندانی نکرده ، بلکه تعداد بیشتری از پیوندهای ظرفیتی شکسته شده و جریان دیود افزایش می یابد. آزمایش نشان میدهد که ضریب حرارتی ولتاژ شکست برای این نوع دیود منفی است ، یعنی با افزایش درجه حرارت ولتاژ شکست کاهش می یا بد. بنابر این دیود با ولتاژ کمتری به حالت شکست می رود (انرژی باند غدغن برای سیلیکن و ژرمانیم در درجه حرارت صفر مطلق بترتیب 1.21 و0.785 الکترون_ولت است، و در درجه حرارت 300 درجه کلوین این انرژی برای سیلیکن ev 1.1و برای ژرمانیم ev0.72 خواهد بود). ثابت می شود که می دان الکتریکی لازم برای ایجاد پدیده زنر در حدود 2*10است.
این مقدار برای دیود هایی که در آنها غلظت حامل ها خیلی زیاد است در ولتاژهای کمتر از 6 ولت ایجاد می شود . برای دیودهایی که دارای غلظت حاملهای کمتری هستند ولتاژ شکست زنر بالاتر بوده و پدیده ی دیگری بنام شکست بهمنی در آنها اتفاق می افتد (قبل از شکست زنر) که ذیلأ به بررسی آن می پردازیم.
مکانیسم دیگری که برای پدیده شکست ذکر می شود ، مکانیسم شکست بهمنی است. این مکانیسم در مورد دیودهایی که ولتاژ شکست آنها بیشتر از 6 ولت است صادق می باشد . در این دیود ها به علت کم بودن غلظت ناخالصی ، عرض منطقه ی بار فضا زیاد بوده و میدان الکتریکی کافی برای شکستن پیوندهای کووالانسی بوجود نمی آید ، بلکه حاملهای اقلیتی که بواسطه انرژی حرارتی آزاد می شود ، در اثر میدان الکتریکی شتاب گرفته و انرژی جنبشی کافی بدست آورده و در بار فضا با یون های کریستال برخورد کرده و در نتیجه پیوندهای کووالانسی را می شکنند . با شکستن هر پیوند حاملهای ایجاد شده که خود باعث شکستن پیوند های بیشتر می شوند .
بدین ترتیب پیوندها بطور تصاعدی یا زنجیری و یا بصورت پدیده ی بهمنی شکسته می شوند و این باعث می شود که ولتاژ دو سر دیود تقریبأ ثابت مانده و جریان آن افزایش یافته و بواسطه ی مدار خارجی محدود می شود . چنین دیود هایی دارای ضریب درجه ی حرارتی مثبت هستند . زیرا با افزایش درجه ی حرارت اتمهای متشکله کریستال به ارتعاش در آورده ، در نتیجه احتمال برخورد حاملهای اقلیت با یونها ، بهنگام عبور از منطقه بار فضا زیادتر می گردد . به علت زیاد شدن برخوردها احتمال اینکه انرژی جنبشی حفره یا الکترون بین دو برخورد متوالی بمقدار لازم برای شکست پیوند برسد کمتر شده و در نتیجه ولتاژ شکست افزایش می یابد.
پل دیود
یکی از وسائل بسیار پر کار برد ساخت انواع پروژه های دانش آموزی، پل دیود می باشد.
همانگونه که می دانیم جریان برق ممکن است متناوب (AC) یا مستقیم (DC) باشد. برخی از وسائل و مدارات الکترونیکی برای کار کردن به جریان AC و برخی به برق DC نیاز دارند. وظیفه اصلی پل دیود، یکسو سازی جریان AC و تبدیل آن به جریان DC می باشد.
در مطالب قبلی با دیود آشنا شدید. همانگونه که فرا گرفتید، دیود تنها اجازه عبور جریان از یک سمت را می دهد و در صورتی که جریان بخواهد از سمت دیگر جریان یابد جلوی آن را می گیرد.
دیودها اجازه عبور جریان از آند به سمت کاتد را می دهند.
همانگونه که می دانیم جریان برق AC شهر، سینوسی و با فرکانس 50 هرتز می باشد، یعنی در صورتی که نمودار شدت جریان بر حسب زمان را برای این جریان رسم کنیم، به نمودار مشابه شکل زیر دست خواهیم یافت.
وظیفه اصلی پل دیود یا یکسو ساز این است که بخش های منفی نمودار فوق را عکس نموده و جهت جریان را در زمانهایی که منفی است عکس نماید تا نمودار جریان به شکل زیر در آید:
پل دیود در اصل از چهار عدد دیود ساخته می شود. در صورتی که چهار عدد دیود را مطابق شکل زیر به هم متصل نماییم و جریان AC را به نقاط 1 و 2 متصل نماییم، پایه های 3 و 4 جریان
یکسو با نموداری مشابه به شکل زیر به ما خواهند داد.
طرز کار پل دیود
بدین صورت است که در زمان مثبت بودن جریان یا سیکل مثبت، جریان مثبت از نقطه a به d و جریان منفی از نقطه b به c بر قرار می شود و خروجی 3 مثبت و خروجی 4 منفی می گردد. در سیکل منفی نیز جریان مثبت از b به d و جریان منفی از a به c جاری شده و مجدداً نقاط 3 و 4 را به ترتیب مثبت و منفی نگه می دارند. لازم به یادآوری است که جریان مثبت از آند به کاتد و جریان منفی از سمت کاتد به آند در دیودها جریان می یابد.
منبع :سایت ویکی‌پدیا
