تازه های آیا می دانید؟

راهنمای جامع دریافت نشان سیب سلامت (نحوه دریافت، مدارک لازم و نکات کلیدی)

نشان سیب سلامت سیب سلامت: نمادی از تعهد به سلامت جامعه نشان سیب سلامت در این مقاله از بیتوته به…

دیود چیست؟ و چه کاربردی دارد؟

: مجموعه: آیا می دانید ؟

کاربرد دیود در مدار الکتریکی, آشنایی با دیود

Diode هم جریان الکتریکی را از یک سو عبور می دهد

گاهی در مدارهای الکترونیکی نیاز هست جریان الکتریکی در یک جهت جاری شود. و در جهت دیگر جریانی جاری نشود (مدار باز). در این مواقع از قطعه ای به نام دیود در مدار استفاده می کنیم.

Diode را می توان به دریچه دهلیز قلب تشبیه کرد. دریچه دهلیز قلب خون را از یک جهت هدایت کرده و از سوی دیگر مانع عبور خون می شود.

Diode هم جریان الکتریکی را از یک سو عبور می دهد. و از سوی دیگر مانع عبور جریان می شود.

دیود (به انگلیسی: Diode)، (نام های دیگر: یکسوساز) قطعه ‌ای الکترونیکی است که دو سر دارد. دیود، جریان الکتریکی را در یک جهت از خود عبور می دهد (در این حالت، مقاومت دیود ناچیز است) و در جهت دیگر، در مقابل گذر جریان مقاومت بسیار بالایی (در حالت ایده آل، بینهایت) از خود نشان می دهد.

این خاصیت دیود، باعث شده بود تا در سال ‌های اولیهٔ ساخت این قطعهٔ الکترونیکی، به آن «دریچه» نیز اطلاق شود. رایج ترین گونهٔ دیود از بلور نیمه هادی ساخته می ‌شود. دیود را از اتصال دو نیم رسانا از نوع P و N می‌سازند. به پایه‌ای که به نیمه هادی N متصل است «کاتد» و به پایه‌ای که به نیمه هادی نوع P متصل است «آند» گفته می ‌شود. دیود، اولین قطعه تولید شده با نیمه هادی ها است.

مهم ترین کاربرد دیود، عبور جریان در یک جهت (به انگلیسی: diode's forward direction) و ممانعت در برابر گذر جریان در جهت مخالف (به انگلیسی: reverse direction) است (یکسو سازی). در نتیجه می توان به دیود مثل یک شیر الکتریکی یک طرفه نگاه کرد. این ویژگی دیود برای تبدیل جریان متناوب به جریان مستقیم استفاده می‌شود.

به لحاظ الکتریکی، یک دیود، هنگامی جریان را از خود می‌گذراند که با برقرار کردن ولتاژ (بایاس کردن) در جهت درست (+ به آنُد و - به کاتُد؛ که به آن بایاس مستقیم می گویند)، آمادهٔ کار شود. مقدار ولتاژی که باعث می شود تا دیود شروع به هدایت جریان الکتریکی کند، ولتاژ آستانه یا (threshold voltage) نامیده می شود که چیزی حدود ۰٫۶ تا ۰٫۷ ولت (برای دیودهای سیلیکون) و ۰٫۲ تا ۰٫۳ ولت (برای دیود ژرمانیوم) است.

اما هنگامی که ولتاژ معکوس به دیود متّصل شود، (+ به کاتُد و - به آنُد؛ که به آن بایاس معکوس می گویند) جریانی از آن نمی گذرد؛ مگر جریان بسیار کمی که به «جریان نشتی» معروف است و در حدود چند میکروآمپر یا حتّی کمتر است. این مقدار جریان معمولاً در اغلب مدارهای الکترونیکی قابل چشم پوشی است و تأثیری در رفتار سایر المان های مدار نمی ‌گذارد.

هرچه جنس بلور به کار رفته در ساخت دیود، به لحاظ ساختار، منظم ‌تر باشد، دیودْ مرغوب ‌تر و جریان نشتی، کمتر خواهد بود. مقدار جریان نشتی در دیودهای با فناوری جدید، عملاً به صفر می گراید. نکتهٔ مهم آنکه تمام دیودها یک آستانه برای بیشینهٔ ولتاژ معکوس دارند که اگر ولتاژ معکوس، بیش از آن شود، دیود می‌سوزد (بلور ذوب می ‌شود) و جریان را در جهت معکوس نیز می گذراند. به این ولتاژ آستانه، «ولتاژ شکست» گفته می شود.

بایاس دیود:

وصل کردن ولتاژ به دیود را بایاس کردن دیود می گویند .اعمال ولتاژدر دو سر پایه هایش دو حالت را پیش می ‌آورد.

بایاس مستقیم یا تغذیه مستقیم:

دراین حالت مثبت باتری به آند (قطب p ) و منفی باتری به کاتد (قطب n ) می خورد و باعث می شود تا جریان در دیود برقرار شود و ولتاژی حدود 0.6 روی آن افت می کند.

بایاس معکوس:

ولتاژ به دو سر دیود طوری وصل می ‌شود که قطب مثبت آن به کاتد و قطب منفی آن به آند وصل گردد (بایاس معکوس دیود).

هنگامی که شما ولتاژ معکوس به دیود متصل می ‌‌کنید جریانی از دیود عبور نمی ‌کند، مگر جریان بسیار کمی که به جریان نشتی معروف است که در حدود چند µA یا حتی کمتر می باشد.

اما نکته مهم آنکه تمام دیودها یک آستانه برای حداکثر ولتاژ معکوس دارند که اگر ولتاژ معکوس بیش از آن شود دیود می ‌‌سوزد و جریان را در جهت معکوس هم عبور می ‌‌دهد. به این ولتاژ آستانه شکست یا Breakdown گفته می ‌شود.

دسته بندی کلی دیودها :

در دسته بندی اصلی، دیودها را به سه قسمت اصلی تقسیم می کنند، دیودهای سیگنال (Signal) که برای آشکار سازی در رادیو بکار می روند و جریانی در حد میلی آمپر از خود عبور می دهند، دیودهای یکسوکننده (Rectifiers) که برای یکسوسازی جریان های متناوب بکاربرده می شوند و توانایی عبور جریان های زیاد را دارند و دیودهای زنر (Zener) که برای تثبیت ولتاژ از آنها استفاده می شود.

دیودهای سیگنال

این نوع از انواع دیودها برای پردازش سیگنال های ضعیف - معمولا رادیویی و کم جریان تا حداکثر حدود 100mA کاربرد دارند. معروفترین و پر استفاده ترین آنها که ممکن است با آن آشنا باشید دیود 1N4148 است که از سیلیکون ساخته شده است و ولتاژ بایاس مستقیم آن 0.7 ولت است.

اما برخی از دیودهای سیگنال از ژرمانیم هم ساخته می شوند، مانند OA90 که ولتاژ بایاس مستقیم پایینتری دارد، حدود 0.2 ولت. به همین دلیل از این نوع دیود بیشتر برای آشکار سازی امواج مدوله شده رادیویی استفاده می شود.

دیود سیلیسیم بهتر است یا ژرمانیم؟

بصورت یک قانون کلی هنگامی که ولتاژ شکست مستقیم دیود خیلی مهم نباشد، از دیودهای سیلیکون استفاده می شود. دلیل آن مقاومت بهتر آنها در مقابل حرارت محیط یا حرارت هنگام لحیم کاری و نیز مقاومت الکتریکی کمتر در ولتاژ مستقیم است. همچنین دیود های سیلیکونی سیگنال معمولا در ولتاژ معکوس جریان نشتی بسیار کمتری نسبت به نوع ژرمانیم دارند.

از کاربرد دیگری که برای دیودهای سیگنال وجود دارد می توان به استفاده از آنها برای حفاظت مدار هنگامی که رله در یک مدار الکترونیکی قرار دارد نام برد. هنگامی که رله خاموش می شود تغییر جریان در سیم پیچ آن می تواند در دوسر آن ولتاژ بسیار زیادی القا کند که قرار دادن یک دیود در جهت مناسب می تواند این ولتاژ را خنثی کند.

شکل ‌های گوناگون دیودها، پایین: پُل یکسوساز دیودی

انواع ديود

شامل موارد زیر است.

• ديود معمولی

• ديود زنر

• دیود LED

• ديود شاتکی

• پل دیود

ديود معمولی:

ظاهر ديودهای معمولی بصورت زير است. نوار سفيد رنگ روی ديود مشخص کننده کاتد می باشد.

تست بوق در دیود

در حالی که دیود روی بورد است از آن تست بوق (تست اتصال کوتاه) بگیرید اگر صدای بوق (بازر) شنیده شد دیود خراب می باشد.

تست دیود با مولتیمتر:

در ابتدا دیود را از مدار جدا کنید. سلکتور مولتیمتر را روی ديود قرار داده و پروب قرمز را به سر آند و پروب مشکی را به سر کاتد (سمت نوار سفيد روی ديود) وصل کنيد در اين حالت مولتی متر دیجیتال مقداری را بر حسب ولت نشان می دهد. حال اگر جاي پروب ها را عوض کرده و پروب مشکی را به آند و پروب قرمز را به کاتد ديود وصل کنيد که بايد مولتیمتر مقدار بی نهايت را بصورت OL نشان دهد يعنی ديود جريانی را در جهت عکس خود عبور نمی دهد.

ديود زنر

کاربرد ديود زنر در تثبيت ولتاژ می باشد. نوار مشکی روی ديود زنر، کاتد ديود است. ولتاژ دو سر دیود زنر تقریبا ثابت است و تغییرات جریان در آن تاثیری ندارد. از این دیود ها در ناحیه شکست استفاده می شود. ولتاژ شکست این دیود ها را ولتاژ زنر می نامند و آن را با Vz نمایش می دهند و مقدار آن بین 2.4 ولت تا 200 ولت ساخته می شوند.

چون دیود زنر باید بصورت معکوس بایاس شود کاتد آن به مثبت منبع ولتاژ (تغذیه) و آند آن به قطب منفی منبع ولتاژ وصل می شود، در این صورت جهت جریان از کاتد به آند خواهد بود. تست این دیود توسط مولتیمتر همانند دیود معمولی می باشد.

دیود LED

دیودهای LED دقیقا مانند دیود های معمولی هستند و بصورت مستقیم بایاس می شوند یعنی مثبت منبع تغذیه به آند و منفی آن به کاتد متصل می شود و نوری ساطع می کند. بسته به نوع رنگ، LED سبز، آبی، قرمز و ... نامیده می شود.

تست دیود LED

برای تست دیود LED آن را از مدار خارج کرده و پروب قرمز مولتیمتر را به سر آند و پروب قرمز را به سر کاتد وصل کنید سپس LED باید روشن شود. دقت کنید اگر جای پروب ها را عوض کنید مولتیمتر باید مقدارOL را نشان دهد.

ديود شاتکی

دیودی نیمه هادی با افت ولتاژ پایین در حالت بایاس مستقیم و سرعت کلید زنی بسیار بالا می باشد. در دیود های معمولی هنگام عبور جریان الکتریکی مقدار افت ولتاژ در حدود 0.6 تا 1.7 ولت می باشد در حالی که در دیود شاتکی افت ولتاژ در حدود 0.15 تا 0.45 ولت می باشد. ديود شاتکی از ترکيب دو ديود معمولی تولید می شود.

ساختمان ديود شاتکی بصورت زير است.

دسته بندی کلی دیودها, کاربرد دیود در مدار

ساختمان ديود شاتکی

تست بوق در دیود شاتکی:

برای تست ديود شاتکی روي مدار با تست اتصال کوتاه، سلکتور مولتیمتر را روی بازر قرار دهید سپس پروب ها را یکی یکی به پایه های دیود وصل کرده و اگر صدای بازر شنیده شد، ديود خراب است.

تست دیود شاتکی با مولتیمتر:

ابتدا دیود شاتکی را از مدار خارج کنید سپس سلکتور مولتيمتر را روی ديود قرار داده و پروب قرمز را به پایه 1 (آند) و پروب مشکی را به پایه 2 (کاتد) متصل کنيد که در اين حالت مولتیمتر مقداری ولتاژی را نشان می دهد.

جای پروب های قرمز و مشکی را عوض کنيد و پروب قرمز را به پایه 2 (کاتد) و پروب مشکی را به پایه 1 (آند) وصل کنید که در اين حالت مولتیمتر اصطلاحا راه نمی دهد و مقدار OL (بی نهايت) را نشان می دهد.

پروب مشکی را به پایه 2 (کاتد) و پروب قرمز را به پایه 3 (آند) اتصال دهید؛ که در اين حالت مولتیمتر راه می دهد و مقدار عددی را نشان می دهد. حال جای پروب ها را عوض کنيد و پروب قرمز را به پایه 2 (کاتد) و پروب مشکی را به پایه 3 (آند) وصل کنید که در اين حالت مولتیمتر مقدار بی نهايت نشان داده می دهد. اگر اين شروط برقرار باشد ديود شاتکی سالم است.

پل ديود:

مداری است که با تغییر دادن پلاریته تغذیه ورودی آن، پلاریته خروجی تغییر نمی کند و معمولا برای یکسو سازی جریان متناوب و بدست آوردن جریان مستقیم تمام موج استفاده می شود.

پل دیودی شامل چهار دیود معمولی است که مدار آن بصورت زیر است :

تست پل دیود

تست پل ديود (ترکیب 4 دیود) بوسيله تست بوق:

سلکتور مولتیمتر را روي بازر(بوق) قرار داده اگر پروب های قرمز و منفی به دو پایه ای که در آند مشترک هستند وصل شوند مولتیمتر بايد بوق پیوسته بزند که نشان دهنده اتصال دو پایه آندی هستند. (خروجی منفی) و اگر پروب های قرمز و منفی به دو پایه ای که در کاتد مشترک هستند وصل شوند مولتیمتر بايد بوق پیوسته بزند که نشان دهنده اتصال دو پایه کاتدی هستند. (خروجی مثبت). لازم به ذکر است که در اتصال پروب های قرمز و منفی به پایه های دیگر که در آند و کاتد مشترک نیستند نباید صدای بوقی شنیده شود.

کاربرد دیود

به مدار زیر دقت کنید.

در مدار زیر با زدن کلید ۱ لامپ ۱ روشن می شود.

و با زدن کلید ۳ لامپ ۲ روشن می شود.

اگر بخواهیم با زدن یک کلید دیگر مانند کلید ۲ هر دو لامپ را روشن نماییم.

و در عین حال کلید ۱ لامپ۱ و کلید۳ لامپ ۲ را روشن نماید ، باید از Diode در مدار استفاده کنیم.