دیود چگونه کار می‌کند؟

دیودهای مختلف جهت اهداف گوناگون مورد استفاده قرار می‌گیرند. اما کار اصلی دیود هنوز یکسان باقی مانده است. دیود یک نیمه رسانای پیوند p-n است که اجازه می‌دهد جریان فقط در یک جهت جاری شود.

دیود چیست؟

دیود نیمه رسانایی با پیوند p-n است که این امکان را ایجاد می‌کند تا فقط در یک راستا جریان وجود داشته باشد. نیمه رسانای نوع p نیمه رسانایی است که تنها حفره‌های با بار الکتریکی مثبت دارد. نیمه رسانای نوع n نیمه رسانایی است که شامل الکترون‌ها یا حامل‌های بار الکتریکی منفی است. نیمه رساناهای نوع p و n در یکدیگر نفوذ می‌کنند تا پیوند p-n را شکل دهند. اساساً، سیلیسیم برای جنس نیمه‌رسانا استفاده می‌شود در حالی که در بسیاری از موارد ژرمانیم نیز به کار می‌رود.
دیودها در حالی ساخته می‌شوند که مبتنی بر اهدافی که قرار است مورد استفاده قرار گیرند، هستند. برای مثال، دیود متغیر (واراکتور) به عنوان خازن متغیر استفاده می‌شود و دیود زنر در حالت بایاس معکوس به کار گرفته می‌شود، بنابراین فرایند ساخت آن‌ها نیز متفاوت است. LED (دیود ساطع کننده‌ی نور) طوری طرح ریزی می‌شود که حفره‌ها و الکترون‌ها در جفت‌گیری، انرژی را به شکل نور آزاد می‌کنند. بنابراین آن‌ها به منظور ایجاد موانعی با پتانسیل بالاتر به جای سیلیکون از موادی مانند گالیم آرسنیک، گالیم فسفید و غیره ساخته می‌شوند.

دیودها چگونه کار می‌کنند؟

به منظور درک اینکه دیود چگونه کار می‌کند، نیاز به درک مشخصه‌های V-I آن داریم. مشخصه‌های V-I نموداری است که بین ولتاژ و جریانی که در آن دیود کار می‌کند، رسم می‌شود. دیود ابزار کنترل ولتاژ است. در دیود جریان در حالت بایاس مستقیم عبور می‌کند در حالی که هنگامی که دیود در حالت بایاس معکوس قرار دارد هیچ جریان باری وجود ندارد. هنگامی که سر مثبت باتری به p و سر منفی به n وصل می‌شود، می‌گویند که دیود در حالت بایاس مستقیم است. به محض این که در حالت بایاس مستقیم به دیود ولتاژ اعمال می‌شود، دیود فوراً نمی‌گذارد تا بار الکتریکی جاری شود. با افزایش ولتاژ، چنان که به ولتاژ شکست برسد، جریان عبوری شروع به افزایش می‌کند و به ماکزیمم مقدارش می‌رسد. ولتاژ شکست برای مواد نیمه رسانای گوناگون، متفاوت می‌باشد. ولتاژ شکست سیلیکون 7ر0 ولت است. با استفاده از این ولتاژ، حفره‌های با بار مثبت توسط سر مثبت باتری و الکترون‌های با بار منفی به وسیله‌ی سر منفی باتری دفع می‌شوند و در جهت‌های مخالف شروع به جریان می‌کنند. این امر موجب جریان بار الکتریکی در جهت مثبت به منفی می‌شود.
ترکیب مجدد الکترون‌ها و حفره‌ها در پیوند رخ می‌دهد و ناحیه‌‌ی کوچکی در آن ایجاد می‌شود که شامل حامل‌های اقلیت، الکترون‌های لایه‌ی p، حامل‌های اکثریت و حفره‌های لایه‌ی n هستند. این ناحیه‌ی محدود بر دو بخش پیوند به عنوان ناحیه‌ی تخلیه شناخته می‌شود. به محض این که ناحیه‌ی تخلیه شکل می‌گیرد، جریان عبوری در حقیقت ثابت می‌شود. افزایش بیش‌تر ولتاژ می‌تواند ناحیه‌ی تخلیه و بنابراین دیود را نابود کند. اکثر دیودها که در حالت بایاس معکوس عمل می‌کنند با افزایش ولتاژ به میزان زیاد نابود می‌شوند. هنگامی که دیود در حالت بایاس معکوس است، عملاً در ابتدا هیچ جریانی از بار وجود ندارد. وقتی ولتاژ افزایش می‌یابد و به ولتاژ آستانه‌ی معکوس می‌رسد، جریان به طور نامحدود افزایش می‌یابد و در جهت مخالف عبور می‌کند در حالی که دیود را از بین می‌برد. اما، دیود زنر در حالت بایاس معکوس به کار می‌رود و دامنه‌ی وسیعی از کاربرد را داراست.

کاربرد دیود

• اگرچه همه‌ی دیودها برای اهداف یکسان استفاده نمی‌شوند، کار اصلی آن‌ها مشابه است.
• دیودهای واراکتور در محل‌هایی مورد استفاده قرار می‌گیرند که نیاز به خازن متغیر دارند.
• دیودهای تونلی در مواردی به کار می‌روند که نیاز به جریانی داریم که به طور متناوب افزایش و کاهش می‌یابد.
• LEDها اجباراً باید در حالت بایاس مستقیم به کار روند، از سوی دیگر دیودهای زنر در حالت بایاس معکوس عمل می‌کنند و به عنوان تنظیم کننده‌ی ولتاژ مورد استفاده قرار می‌گیرند.
دیودها یکی از بنیادی‌ترین ابزاری هستند که در هر کیت الکترونیکی استفاده می‌شوند. حتی اگر شما جهت آماده سازی پروژه‌ی خود از میکروکنترلر و ریز پردازنده استفاده می‌کنید، به احتمال زیاد در هر جایی از مدار به دیود نیاز دارید. به همین جهت، درک کارکرد آن قبل از قبول هر پروژه‌ی الکترونیکی یا طراحی مدار بسیار ضروری است.