دیودهای پیوندی (دیود یکسوساز-دیود زنر-دیودهای سوییچینگ)

دیودهای پیوندی، دیودها براساس فاکتورهای مختلفی چون فرکانسی که در آن به کار می‌روند، ساختمان، نحوه‌ی عملکرد، کاربرد و… انواع مختلفی دارند. برخی از این انواع را در این جلسه با هم در میکرودیزاینرالکترونیک برسی میکنیم.

دیودهای پیوندی

این دیودها ، دیودهای معمولی با پیوند P-N هستند اما انواع مختلف آن‌ها از نظر ساختاری با هم تفاوت دارند. در واقع ما سه نوع دیود پیوندی داریم که در نمودار زیر می‌بینید.

دیود یکسوساز

از نوع دیودهای پیوندی P-N هستند که تنها اجازه‌ی عبور جریان از یک سمت را می‌دهند. این دیودها در مدارهای یکسوسازی استفاده می‌شوند تا جریان متناوب را به جریان مستقیم تبدیل کنند.

 

در تصویر بالا ما دیودهای یکسوساز یکسانی را می‌بینیم که دارای یک زائده‌ی فلزی در قسمت بالایی خود هستند. این زائده‌ی تخت فلزی را هیت‌سینک (Heat sink) گفته و آن را به این منظور به دیود اضافه می‌کنند که توزیع گرما در بدنه اصلی دیود به حداقل برسد. این گرما  گاهی می‌تواند به دیود آسیب‌ برساند. بنابراین داشتن این مزیت، عملکرد دیود را ارتقا بخشیده و دیود را قادر می‌سازد که بتواند در توان‌های بالا نیز کار کند؛ بدون آن‌که خودش یا مدار آسیب ببینند.

دیود زنر

دیود زنر نوعی ویژه از دیودهاست که جریان را چه در جهت مستقیم و چه در جهت معکوس از خود عبور می‌دهد. می‌دانیم که یک دیود معمولی اگر در بایاس معکوس قرار داده شود و جریان عبوری از آن از حد مشخصی بالاتر رود، آسیب خواهد دید. این حد مشخص را نیز ولتاژ شکست نامیدیم.

ولتاژ شکست یک دیود زنر بسیار کم است. اما تفاوت اینجاست که دیود زنر پس از عبور ولتاژ از آستانه ولتاژ شکست، بدون آسیب دیدن باز هم به جریان معکوس اجازه عبور از خود را می‌دهد. ولتاژ شکست دیود زنر را ولتاژ زنر می‌نامیم. بنابراین در این نوع دیود ، شکستی وجود دارد که تحت کنترل ماست و پس از عبور از ولتاژ زنر، جریان معکوس به دیود آسیبی نمی‌رساند.

یک دیود زنر در بایاس معکوس خود، یک ولتاژ شکست کنترل شده ارائه می‌دهد و به جریان اجازه می‌دهد که ولتاژ دو سر دیود را در ولتاژی نزدیک به ولتاژ زنر نگه دارد. به این ترتیب هر دیود زنر با داشتن ولتاژ زنری مشخص ، در کابردی مشخص به کار گرفته می‌شود.

دیود بهمنی نوع دیگری از دیود است که مشخصات و رفتاری مانند دیود زنر دارد. در بایاس معکوس، یک شکست بهمنی (هجوم زیاد جریان) در تمام دو سر پیوند P-N اتفاق می‌افتد. در این حالت ولتاژ ثابت است و از جریان تبعیت نمی‌کند. از این دیودها در آشکارسازهای نوری استفاده می‌کنند.

مشخصه V- I دیود زنر

مشخصه‌ی V-I یک دیود زنر در قسمت بایاس مستقیم، مانند یک دیود معمولی است. اما دیود زنر، در قسمت بایاس معکوس مشخصه‌ی متفاوتی دارد که لازم است به آن توجه کنیم.  این مشخصه را در تصویر زیر می‌بینیم.

نقطه خمیدگی نمودار که در ناحیه‌ی بایاس معکوس قرار دارد، نقطه‌ی ولتاژ شکست زنری است که با V_Z نمایش داده شده. با رسیدن به این نقطه و عبور از آن، جریان معکوس بالایی از دیود عبور می‌کند.

این ویژگی باورنکردنی دیودهای زنر، آن‌ها را به قابل اطمینان‌ترین نوع دیودها که کاربردهای فراوانی نیز دارند، تبدیل کرده است.

برخی از این کاربرد های دیود زنر:

• کاربرد به عنوان رگولاتور ولتاژ.
• کاربرد به عنوان تامین کننده یک مرجع ولتاژ ثابت در مدار بایاس ترانزیستورها.
• کاربرد در مدارهای قطع‌کننده، محدودکننده و اصلاحگر شکل موج.
• کاربرد به عنوان محافظ مدارها در برابر اعوجاج‌.
• کاربرد به عنوان محافظ کنتورها در مواردی که احتمال آسیب‌های تصادفی وجود دارد.

دیودهای سوییچینگ

یکی از انواع معمولی دیودهای پیوندی  P-N  که به طور خاص به منظور کاربردهای سوییچینگ طراحی می‌شود. این دیود می‌تواند دو وضعیت مقاومت بالا و مقاومت پایین را به صورت متمایز و متناوب از خود بروز دهد.

خازن پیوندی این دیود بسیار پایین طراحی شده است و به این ترتیب تاثیرات ناشی از آن، بسیار اندک است. زمانی که مقاومت آن بالا باشد، مانند یک سوییچ باز عمل می‌کند و زمانی که مقاومت پایین باشد، مانند یک سوییچ بسته. سرعت سوییچ (تغییر) آن بین حالات مختلف نیز بالا در نظر گرفته شده است به طوریکه نرخ تغییرات آن از هر سوییچ معمولی دیگری بیشتری است.

کاربردهای دیود سوییچینگ

این دیودها کاربردهای زیادی دارند، از جمله:

• در مدارهای یکسوساز با سرعت بالا
• در مدولاتورهای حلقه (ring)
• در گیرنده‌های فرکانس رادیویی
• کاربرد به عنوان محافظ در برابر جریان‌های قطب معکوس
• قابل استفاده به عنوان سوییچ‌های عمومی یا سوییچ‌های سرعت بالا

با تشکر از اینکه ما را تا این قسمت از آموزش دیود ها همراهی کردید.با ارسال نظرات خود ما را در ادامه آموزش ها حمایت کنید.همچنین بقیه جلسات مفاهیم پایه الکترونیک را نیز در اینجا بخوانید و یا لینک های زیر بخوانید.

اگر این نوشته‌ برایتان مفید بود لطفا کامنت بنویسید.

مطالعه دیگر جلسات این آموزش

<< جلسه قبلی                    جلسه بعدی >>