انواع دیودها

انواع مختلفی از دیودها موجود هستند که کاربردهایی از نوع‌های مختلف را ممکن می‌سازند. امروزه دیودها برای جریان و ولتاژ بالا، برای کاربردهای با سیگنال کوچک، ساطع شدن نور(1) و آشکارسازی، همچنین برای دادن ظرفیت‌های متغیر و افت ولتاژ مستقیم پایین، موجود هستند. به علاوه، انواع مختلفی از دیودها در کاربردهای مایکروویو استفاده می‌شوند...
دیود یک ابزار دو-پایانه‌ای می‌باشد که دو الکترود فعال دارد که فقط امکان انتقال جریان در یک جهت را بین آن دو می‌دهد. دیودها به دلیل ویژگی جریان یک طرفه‌اشان شناخته می‌شوند. اساسا، دیودها با هدف تصحیح(2) شکل موج استفاده می‌شوند و می‌توانند در منابع تغذیه یا در آشکارسازهای رادیویی استفاده شوند. همچنین می‌توانند در مدارهایی استفاده شوند که تاثیر "یک جهته‌ی" دیود در آن‌ها مورد نیاز است. بیشتر دیودها از نیمه رساناهایی نظیر سیلیکون تشکیل شده‌اند، اما گاهی از ژرمانیوم نیز برای آن‌ها استفاده می‌شود. دیودها جریان‌های الکتریکی را در یک جهت منتقل می‌کنند، اما شیوه‌ای که این کار را انجام می‌دهند، ممکن است متغیر باشد. برخی از انواع مختلف دیودها به شرح زیر هستند:

دیودهای نوری (ساطع کننده‌ی نور) (LED)

امروزه LEDها یا دیودهای گسیل کننده‌ی نور، شناخته شده‌ترین دیودها هستند. آن‌ها دیودهای اتصال p-n هستند که امکان انتقال الکترون‌ها از میان الکترودها و تولید نور را فراهم می‌سازند. اما، همه‌ی LEDها، نور قابل مشاهده ساطع نمی‌کنند. دیودهایی وجود دارند که نور مادون قرمز تولید می‌کنند که توسط چشم انسان قابل مشاهده نیست. از چنین LEDهایی در کنترل از راه دور تلویزیون، دستگاه پخش DVD و غیره، استفاده می‌شود. زمانی که دیود روشن می‌شود یا بایاس مستقیم می‌شود، الکترون ها با حفره‌ها مجددا ترکیب شده و انرژی را به شکل نور، آزاد می‌کنند. این به این معنی است که تحریک الکترونی، گسیل فوتون را رهبری می‌کند که به نوبه‌ی خود منجر به ساطع شدن نور یا electroluminescence می‌شود. به طور کلی، فسفید آلومینیوم گالیوم ایندیوم یا آرسنید آلومینیوم گالیوم، مواد رسانایی هستند که درLEDها استفاده می‌شوند. رنگ ساطع شده توسط LED، بستگی به ترکیبی از مواد نیمه‌رسانای استفاده شده دارد.

دیود بهمنی

اتصالهای (3) p-nِ دارای کمی ناخالصی، در مواقعی با شکست بهمنی مواجه می‌شوند، که عبارت است از چند برابر شدن ناگهانی ولتاژ (ولتاژِ گذرا) در عرض دیود. این افزایش ناگهانی، اغلب دیود را از بین می‌برد. اما، دیودهای بهمنی‌ای با افت شکست 4000V ساخته شده‌اند، به گونه‌ای که می‌توانند ولتاژ را در هم بشکنند و اجازه‌ی عبور ولتاژ بایاس معکوس را بدهند. بنابراین، این دیودها برای محافظت از مدارها (به خصوص مدارهای با ولتاژ بالا) در مقابل ولتاژ گذرا، استفاده می‌شوند. این دیودها اغلب همراه با دیودهای زنر استفاده می‌شوند و اغلب با آن اشتباه گرفته می‌شوند.

دیود زنر

دیود زنر، نوعی دیود است که نه تنها امکان عبور جریان در یک جهت، نظیر هر دیود دیگری را می‌دهد، بلکه در صورتی که ولتاژ از حد خاصی بیشتر شود، در بایاس معکوس نیز امکان عبور جریان در جهت عکس را می‌دهد. این حد ولتاژ، به عنوان ولتاژ زنر شناخته شده است و برای دیودهای زنر با ولتاژ شکست 1.8V تا 200V ثابت است. بنابراین، دیودهای زنر، از صدمه دیدن مدارها، جلوگیری می‌کنند. برخلاف دیودهای بهمنی، چنین دیودهایی، اتصالات p-n دارای ناخالصی زیاد دارند و ناخالص‌سازی به انحاء مختلفی برای به دست آوردن ولتاژهای شکست زنر مختلف انجام می‌شود. این دیودها، بیشتر برای کنترل ولتاژ در مدارهای الکتریکی، استفاده می‌شوند.

دیود شاتکی(Schottky)

دیود شاتکی که به آن دیود حامل-داغ نیز گفته می‌شود، دیودی است که افت ولتاژ مستقیم پایین‌تری را در مقایسه با دیودهای اتصال p-n سیلیکون عادی، مشخص می‌کند. افت ولتاژ، ممکن است جایی میان 0.15 و 0.4 ولت، در جریان‌های پایین در مقایسه با 0.6 ولت برای یک دیود سیلیکونی باشد. افت ولتاژ پایین‌تر، به دیود کمک می‌کند که از وضعیت رسانایی به وضعیت نارسانایی در زمان کوتاهتری، انتقال یابد. بنابراین، برای جلوگیری از اشباع ترانزیستور و همچنین استفاده در کاربردهای مهار ولتاژ، مفید هستند. برای حصول این کارایی، این دیودها، به روشی غیر از دیودهای نرمال، با اتصال فلز به نیمه رسانا، ساخته می‌شوند. دیودهای شاتکی، در کاربردهای RF و یکسو کننده به کار می‌روند.

دیود لیزری

این نوع از دیود از نوع LED متفاوت است و نور همدوسی را تولید می‌کند که چیزی بیشتر از تابشی نیست که در آن موج‌ها با فرکانس یکسان و در فاز یکسانی هستند. اندازه‌ی این دیودها، کوچک است اما در مقایسه با اندازه‌شان، خروجی مطلوبی دارند. دیودهای لیزری، را می‌توان دوباره به دو نوع تقسیم کرد: دیودهای با توان پایین و دیودهای با توان بالا. نور همدوس تولید شده توسط این دیودها، آن‌ها را برای دستگاه‌هایی نظیر DVD و درایورهای CD، اشاره‌گرهای لیزری، تلویزیون‌های مدل بالا، بارکدخوان‌ها و غیره، مناسب می‌سازد. دیودهای لیزری از LEDها گران‌تر هستند. اما ارزانتر از سایر انواع ابزارهای تولید لیزر هستند. به علاوه، این دیودهای لیزری، طول عمر محدودی دارند.

فوتودیود

از فوتودیودها، در آشکار سازی نور و تبدیل نوری که بر آن تابیده می‌شود به جریان الکتریکی، استفاده می‌شود. مشخصه‌ی آن‌ها اتصالات پهن و شفاف p-n، و کار بر اساس مکانیسم اثر فوتواکتریک است. این دیودها در بایاس معکوس عمل می‌کنند که در آن حتی مقادیر کوچک جریان، حاصل از نور، می‌تواند به راحتی آشکارسازی شود. از فوتودیودها می‌توان هم‌چنین برای تولید الکتریسیته استفاده کرد که در این حال به عنوان سلول خورشیدی از آن‌ها استفاده می‌شود و حتی در این حال در نورسنجی از آن‌ها استفاده می‌شود. برخی فوتودیودها، یک لایه ناخالص نشده را مشخص می‌کنند که میان دو لایه p و n فشرده شده است و چنین دیودهایی، فوتودیودهای PIN نامیده می‌شوند. از این نوع فوتودیودها، امروزه بیشتر استفاده می‌شود چون کارایی بالاتری دارند.

دیودهای واریکاپ یا واراکتور

این دیودهای واراکتور، که دیودهای واریکاپ هم نامیده می‌شوند، دیودهایی با ظرفیت متغیر و اتصالات استاندارد p-n هستند که همیشه در بایاس معکوس عمل می‌کنند. در این حالتِ بایاس-معکوس، ظرفیت‌های متغیر هم‌زمان با ولتاژ متغیر نشان می‌دهند. با افزایش ولتاژ معکوس، ظرفیت دیود واراکتور کاهش می‌یابد. میزان ناخالصی، مقدار ظرفیت را کنترل می‌کند که به معنی ناخالصی بیشتر برای بازه‌ی ظرفیتی بیشتر دیود است. این دیودهای واراکتور، عمدتاً در مدارهای فرکانس-رادیویی استفاده می‌شوند که در آن‌ها برای تنظیم مدار، مثلاً در تجهیزات ارتباطی، مورد استفاده قرار می‌گیرند. این دلیلی است که چرا به این دیودها، دیودهای تنظیم کننده نیز گفته می‌شود.

دیودهای یک‌سو کننده

این دیودها، برای اصلاح ورودی‌های توان متناوب در تامین توان، استفاده می‌شوند. این امر بدین معنی است که جریان‌های متناوب (AC) را به جریان مستقیم (DC) تبدیل می‌کنند. آن‌ها به شدت در دستگاه‌های DC که نیاز به جریان پیوسته‌ای از جریان مستقیم دارند، مفید هستند. دیودهای یک‌سو کننده، را می‌توان به علاوه به دو نوع تقسیم کرد: یک‌سو کننده‌ی موج کامل و یک‌سو کننده‌ی نیمه موج. یک‌سو کننده‌ی نیمه موج، امکان عبور تنها جریان نیمه‌ی مثبت موج از درون خود را می‌دهد. از طرف دیگر، یک‌سو کننده‌ی موج کامل، ترکیبی از دو دیود را مشخص می‌کند که نه تنها نیمه مثبت موج را اصلاح می‌کند بلکه نیمه منفی موج را نیز اصلاح می‌کند.
دیودها به طور گسترده، در صنعت الکترونیک، از طراحی الکترونیک تا تولید تا تعمیر، استفاده می‌شوند. علاوه بر انواع دیودهای ذکر شده در بالا، دیودهای دیگر، دیود نقطه تماس، دیود سیگنال، دیود بازیابی پله‌ای، دیود تونلی و دیودهای gold-doped هستند. نوع دیود برای انتقال جریان الکتریکی، بستگی به نوع و مقدار انتقال و نیز کاربرد خاص آن دارد.

پی‌نوشت‌ها:

1. light emission
2. Rectify
3. Junction