دیود پیوندی :

 

دیود خاصیت یکسوسازی را دارد که از پیوند دو بلور P و N تشکیل می شود در واقع دیود پیوندی یک پیوند P-N است که طرف P را قطب مثبت یا آند و طرف N را قطب منفی یا کاتد می نامند.

 

 

 

نمایش نمادین ساختمان یک دیود پیوندی و علامت مداری آن را در شکل بالا مشاهده می کنید.

 

یک دیود می تواند به 2 شکل بایاس شود (به ولتاژ خارجی متصل شود). شکل اول، بایاس مستقیم است که در آن، طرف آند به قطب مثبت منبع و طرف کاتد به قطب منفی منبع ولتاژ متصل می شود و در شکل دوم یعنی بایاس معکوس جای آند و کاتد عوض می شود.

 

 

 

 

در بایاس مستقیم دیود، اگر ولتاژ دو سر دیود را به تدریج از صفر افزایش دهیم در ابتدا جریان کمی از مدار عبور خواهد کرد. همین که ولتاژ مثبت به حد معینی (در حدود ولتاژ تماس پیوند P-N) رسید جریان شروع به افزایش می نماید. این ولتاژ حدی را ولتاژ آستانه هدایت دیود گویند و با Vy نشان می دهند که این مقدار برای دیود های ژرمانیم (Ge) حدود 0.2 ولت و برای دیود های سیلیکن (Si) حدود 0.6 ولت می باشد.

 

برای ولتاژهای بزرگتر از آستانه هدایت به ازای تغییرات کوچکی در ولتاژ، جریان به شدت افزایش می یابد این جریان همانطور که در مورد پیوند P-N دیدیم از نفوذ حاملهای اکثریت ناشی می شود.

 

در بایاس معکوس دیود، با افزایش ولتاژ معکوس، حاملهای اقلیت بیشتری شروع به حرکت نموده و جریان افزایش می یابد تا به اشباع می رسد (جریان اشباع را با Is نشان می دهند) پس از آن تغییر ولتاژ تا حد معینی (این حد معین، حد شکست نام دارد) تغییری در جریان ایجاد نمی کند. با توجه به این که جهت این جریان از کاتد به آند هست به همین دلیل به آن جریان اشباع معکوس می گویند که مقدار این جریان در دیودهای ژرمانیم در حدود میکرو آمپر و در دیودهای سیلیکن در حدود چند نانو آمپر می باشد.

 

مشخصه ولتاژ – جریان :

 

 

مشخصه (ولتاژ _ جریان) دیودهای ژرمانیم و سیلیکن

 

رابطه ولتاژ_جریان برای یک دیود پیوندی به صورت زیر است :

 

 

در معادله بالا VD و iD به ترتیب ولتاژ و جریان دیود هستند و Is جریان اشباع معکوس را نشان می دهد همچنین پارامتر ثابت ƞ وابسته به جنس دیود و ساختار فیزیکی آن مقداری بین 1 و 2 دارد. (معمولا برای دیودهایی که در قالب مدارهای مجتمع ساخته می شوند ƞ برابر 1 و برای آنهایی که به صورت مجزا عرضه می شوند برابر 2 در نظر گرفته می شود.) اما مولفه VT که در دمای معمولی (25 درجه سانتیگراد) معادل 26 میلی ولت است و از رابطه VT = KT/q بدست می آید که در آن T دمای کلوین و K ثابت بولتزمن می باشد که مقدار آن برابر است با : 23- 10× 1.38 ( J/˚K )

 

البته رابطه بالا برای ولتاژهای مثبت خیلی بزرگ تر از 26 میلی ولت ( 26 میلی ولت << VD ) به شکل زیر می باشد :

 

 

ولتاژ شکست معکوس دیود :

 

در بایاس معکوس دیود، اگر ولتاژ را بیش از حد افزایش دهیم به نقطه ای می رسیم که جریان معکوس دیود به طور ناگهانی شروع به افزایش سریع می کند که به آن پدیده، شکست و به ولتاژ آغاز این پدیده، ولتاژ شکست معکوس دیود گویند.

 

 

پدیده هایی که باعث شکست دیود می شود عبارت اند از :

 

1 – پدیده شکست ضرب بهمنی :

 

در بایاس معکوس حاملهای اقلیت با عبور از ناحیه تهی باعث انتشار جریان کمی می شوند. حال با افزایش بیش از حد ولتاژ، این حاملها شتاب می گیرند و با برخی اتمهای سیلیکن واقع در ناحیه تهی برخورد کرده و باعث شکستن پیوند آنها می شوند و در اثر این، حاملهای جدیدی آزاد شده و آنها نیز کار برخورد و شکست را ادامه می دهند و در نهایت این، باعث افزایش سریع جریان معکوس دیود می شود که به آن پدیده شکست ضرب بهمنی می گویند.

 

2 – پدیده شکست زنر :

 

با افزایش ولتاژ معکوس دیود، ممکن است شدت میدان الکتریکی در ناحیه تهی به حدی برسد که بتواند مستقیما پیوند های کوالانسی اتمهای سیلیکن این ناحیه را شکسته و الکترون های زیادی را آزاد کند که در نتیجه باعث افزایش سریع جریان معکوس دیود می شود، به این پدیده شکست زنر گویند.

 

در ضمن قابل توجه است که پدیده شکست ضرب بهمنی برای دیود های دارای ولتاژ شکست بیش از 6 ولت رخ می دهد و برای دیود های با ولتاژ شکست کمتر از این مقدار پدیده شکست زنر اتفاق می افتد.

 

مقاومت دیود :

 

 

دیود دارای دو نوع مقاومت است (به علت غیرخطی بودن مشخصه ولتاژ_جریان) یکی مقاومت استاتیکی می باشد که از رابطه زیر قابل محاسبه است (منظور از Q هر نقطه دلخواه از مشخصه هست)

 

 

و دیگری مقاومت دینامیکی است که از روابط زیر قابل محاسبه می باشد :

 

 

 

در ولتاژهای مستقیم و در حالت هدایت دیود، IDQ >> IS می باشد، بنابراین می توانیم رابطه به شکل زیر بنویسیم :

 

 

در ضمن قابل ذکر است مقاومت دینامیکی دیود در ناحیه شکست IZ نام دارد.

 

حل مثال :

 

 

پاسخ مثال به شکل زیر می باشد :

 

 

انواع دیود :

 

دیود ها دارای برخی محدودیت های عمده ای هستند مانند حداکثر جریان، حداکثر ولتاژ، حداکثر توان قابل تلف و سرعت قطع و وصل. حال با آگاهی از این محدودیت ها به بررسی پنج دسته مهم از دیود ها می پردازیم.

 

دیود زنر :

 

دیود هایی که به منظور استفاده در ناحیه شکست معکوس ساخته شده اند به دیود زنر معروف هستند. ولتاژ شکست این نوع دیود ها را ولتاژ زنر نامیده و با VZ نشان می دهند. دیود های زنر از 2.4 تا 200 ولت و تا توانهای حدود 100 وات ساخته می شوند.

 

 

جهت جریان در دیود زنر از کاتد به آند بوده و از آن در جهت تثبیت ولتاژ در تنظیم کننده های ولتاژ استفاده می شود.

 

دیود خازنی :

 

هرگاه یک پیوند P-N به صورت معکوس بایاس شود می توانیم آن را به شکل خازنی مدلسازی کنیم که در آن، ناحیه های خنثی (نواحی N و P) همانند دو جوشن خازن بوده و ناحیه تهی را (که همانند دی الکتریک خازن می باشد) در میان گرفته اند.

 

ظرفیت خازنی ناحیه تهی از رابطه زیر قابل محاسبه است :

 

 

در رابطه بالا A سطح مقطع پیوند، ε ضریب دی الکتریک ناحیه تهی و W عرض ناحیه تهی می باشد.

 

قابل ذکر است که برای یک پیوند P-N با چگالی ناخالصی یکنواخت، ظرفیت خازنی ناحیه تهی با ولتاژ معکوس دوسر دیود به صورت زیر ارتباط دارد :

 

 

 

در روابط بالا V0 اختلاف پتانسیل تماس پیوند، ND چگالی الکترون های آزاد در نیمه هادی نوع N و NA چگالی حفره ها در نیمه هادی نوع P می باشد. در شکل زیر علامت مداری و مدل یک دیود خازنی را مشاهده می کنید که در آن Rr مقاومت معکوس دیود و RS مقاومت بخش های خنثای بلور است.

 

 

از دیود خازنی برای تنظیم ولتاژ مدارهای تشدید LC در نوسانسازها و نیز مدارهای مدولاسیون فرکانس، استفاده می شود.

 

دیود تونلی :

 

در این نوع دیود چگالی ناخالصی در نیمه هادیهای نوع N و P بسیار زیاد است. از ویژگی های بارز دیود تونلی داشتن مقاومت منفی در بخشی از مشخصه اش می باشد.

 

از دیود تونلی در طراحی نوسانسازهای فرکانس بالا استفاده می شود.

 

 

دیود نورانی (LED) :

 

مشخصه دیودهای نورانی مشابه دیودهای معمولی است تنها تفاوت در ولتاژ آستانه هدایت است که در دیودهای نورانی مادون قرمز تا سبز 1.4 تا 2.9 ولت تغییر می کند دیودهای نورانی به صورت مستقیم بایاس می شوند.

 

در دیود های نورانی بازده ترکیب مجدد الکترون آزاد و حفره بسیار بیشتر بوده و آزاد شدن انرژی در هر ترکیب مجدد به صورت تابش یک فوتون نوری است. امروزه دیودهای نورانی برای نورهای قرمز، زرد، سبز و مادون قرمز ساخته شده اند و از آنها در نمایشگرهای دیجیتالی برای نشان دادن اعداد و یا حروف استفاده می کنند.

 

دیود نوری :

 

دیود نوری یک پیوند P-N معمولی است و در داخل یک پوشش پلاستیکی که یک طرف آن شفاف می باشد قرار گرفته است. دیود نوری به صورت معکوس بایاس می شود، در شکل زیر علامت مداری دیود نوری در کنار یک مشخصه نمونه نشان داده شده است.

 

 

دیود های نوری در خواندن اطلاعات کارتهای سوراخ شده کامپیوتری، شمردن اشیاء در خط تولید، کلید های نوری و نیز مخابرات فیبر نوری کاربرد دارند.

3 دیدگاه. Leave new

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

Fill out this field
Fill out this field
لطفاً یک نشانی ایمیل معتبر بنویسید.
You need to agree with the terms to proceed

فهرست