تحدثنا في مقالات سابقة عن العناصر الإلكترونية الأساسية، و التي تعتبر الأساس في تصميم الدارات الإلكترونية. و في هذا المقال سوف نتحدث عن الديود بشكل مفصل. و سنذكر أهم الأنواع مع لمحة تعريفية عن كل منها. تابع معنا القراءة.
ما هو الديود Diode؟
يمكنك تسميته الصمام الثنائي أو ما يدعى بالثنائيات، و ذلك لأنه جهاز إلكتروني يتكون من قطبين. و هما المصعد و المهبط، حيث يتم التمرير من خلاله باتجاه واحد من المصعد إلى المهبط. و لا يسمح للتيار بالعودة بالاتجاه المعاكس.
تمكن استخدام الثنائيات على نطاق واسع في الدارات الحديثة لحماتها من الجهد الزائد ، كما تُستخدم لتغيير تيار التيار المتردد إلى تيار مستمر.
بنية الديود و رمزه في الدارات الإلكترونية:
- نحن نعلم أن هناك نوعين من مواد أشباه الموصلات: أشباه الموصلات الداخلية والخارجية. في أشباه الموصلات الداخلية، يكون عدد الإلكترونات وتركيز الثقب متساويين في درجة حرارة الغرفة. في أشباه الموصلات الخارجية، تتم إضافة الشوائب إلى أشباه الموصلات، لزيادة عدد الإلكترونات أو عدد الثقوب. هذه الشوائب خماسية التكافؤ (الزرنيخ ، الأنتيمون ، الفوسفور) أو ثلاثي التكافؤ (البورون ، الإنديوم ، الألومنيوم).
- يحتوي الصمام الثنائي أشباه الموصلات على طبقتين. طبقة واحدة من النوع p والأخرى من النوع n من أشباه الموصلات.
- إذا أضفنا شوائب ثلاثية التكافؤ في أشباه الموصلات (السيليكون والجرمانيوم) ، فسيكون هناك عدد أكبر من الثقوب وهي شحنة موجبة. لذلك نسمي هذا النوع من الطبقات باسم طبقة النوع p.
إذا أضفنا شوائب خماسية التكافؤ في أشباه الموصلات (السيليكون أو الجرمانيوم) ، بسبب الإلكترونات الزائدة هناك شحنة سالبة. هذا النوع من الطبقات معورف باسم طبقة النوع n. - يتم تمثيل الثنائيات باستخدام رموز خاصة ويرد أدناه رمز رمز الصمام الثنائي القياسي. من الواضح في الرسم البياني المعطى أن الصمام الثنائي له محطتان تدعى المصعد( Anode) و المهبط (Cathode). يمثل رمز رأس السهم المصعد ويمثل الطرف الآخر المهبط.
كيف تعمل الديودات ؟
في المنطقة من النوع N ، تكون غالبية ناقلات الشحنة عبارة عن إلكترونات وأقلية حاملات الشحنة عبارة عن ثقوب. في المنطقة من النوع P، فإن غالبية ناقلات الشحنة عبارة عن ثقوب والأقلية من حاملات الشحنة عبارة عن إلكترونات. بسبب اختلاف التركيز ، يحدث الانتشار في ناقلات الشحنة الأغلبية، ويتم إعادة توحيدها مع ناقلات شحن الأقلية التي يتم جمعها بعد ذلك بالقرب من التقاطع. وتُعرف هذه المنطقة باسم منطقة النضوب.
- عندما يتم توصيل الأنود أو الطرف من النوع p للديود بطرف سالب، ويكون النوع n أو الكاثود متصلاً بالطرف الموجب للبطارية. يُطلق على هذا النوع من الاتصال حالة الانحياز العكسي العكسي.
- عندما يتم توصيل الأنود أو الطرف من النوع p للديود بطرف موجب، ويكون النوع n أو الكاثود متصلاً بالطرف السالب للبطارية. يُطلق على هذا النوع من الاتصال حالة الانحياز الأمامي.
خصائص عمل هذه الثنائيات:
يمكن أن نضع كافة الخصائص تحت ثلاث عنوين رئيسية:
1-الإنحياز الأمامي: في هذا النوع تكون منطقة النضوب رقيقة و صغيرة. و ذلك بسبب المقاومة القليلة. و بالتالي يسمح الثنائي بمرور التيار الكهربائي.
2-الإنحياز العكسي: تكون منطقة النضوب أكثر سماكة بسبب المقاومة الكبيرة. و بالتالي لن يسمح الديود بالتمرير.
3-الإنحياز الصفري:عندما لا يكون هناك مصدر خارجي مطبق على أشباه الموصلات ، يُعرف باسم الصمام الثنائي غير المتحيز.
أنواع الثنائيات نصف الناقلة Diode:
هناك أنواع مختلفة من الثنائيات شبه الموصلة التي يتم استخدامها على نطاق واسع في حياتنا اليومية ، وبعضها يستخدم على نطاق واسع:
الثنائيات LED:
هو صمام ثنائي باعث للضوء ، وهو النوع الأكثر فائدة. لأنه في حالة الإنحياز الأمامي ينشر الثنائي الضوء. و بالتالي يمكن استخدامه في الدارات الإلكترونية كمصابيح موفرة للطاقة.
P-N Junction Diode:
معروفة أيضًا باسم الثنائيات المعدلة المستخدمة في عملية التصحيح. في الصمام الثنائي للوصل PN ، يتم استخدام طبقتين من مواد أشباه الموصلات. بالنسبة إلى الصمام الثنائي للوصل PN ، تتكون إحدى الطبقات من مادة شبه موصلة من النوع P والطبقة الأخرى من مادة النوع N. يتشكل من الجمع بين هاتين الطبقتين تقاطع PN. وهكذا ، يأتي الاسم ثنائي تقاطع PN.
Zener Diode:
هو نوع من الديودات ، يسمح بتدفق التيار في اتجاه أمامي ، ويمكنه أيضًا العمل في ظروف عكسية ، يحتوي الصمام الثنائي Zener على تطبيق هام في تنظيم الجهد.
Schottky Diode:
ديود شوتكي، و هي نوع خاص منP-N Junction Diode. تم تصنيعها للعمل في مناطق الجهد المنخفض بشكل مثالي في نطاقات الجهد بين 0.15 و 0.4 فولت. يتم تصنيعها بشكل مختلف للحصول على أقصى أداء عند الجهد المنخفض. تستخدم ثنائيات شوتكي بشكل كبير في تطبيقات المقوم.
الصمام الثنائي متغير السعة:
نسمي هذا النوع من الصمام الثنائي أيضًا VARICAP diode. وهو من الأنواع متغيرة السعة، و يمكن استخدامه كديود P-N Junction Diode بوظائفه المعتادة.
الثنائي الضوئي Photodiode:
ينتج الثنائي الضوئي تيارًا عند سقوط كمية معينة من الطاقة الضوئية فوقها ، وهي عبارة عن صمامات ثنائية خاصة يمكنها اكتشاف أي ضوء يسقط عليها. تعمل هذه الأنواع في ظروف التحيز العكسي وتستخدم في الخلايا الشمسية ومقاييس الضوء.
تطبيقات استخدام الديود:
- Rectifier Diode: يستخدم في تقويم التيار المتناوب ة تحويله إلى تيار مستمر.
- LED: المصابيح هي صمامات ثنائية تستخدم لتوفير الضوء.
- Zener Diode: يستخدم Zener diode لتثبيت التيار والجهد في الأنظمة الإلكترونية.
- الثنائي الضوئي: تستخدم الثنائيات الضوئية للكشف عن الضوء.
- تستخدم ديودات التبديل للتبديل السريع و الفعال بن الدارات الإلكرتونية.
للمزيد اقرأ:
