دیود چیست؟(بخش دوم)

فتو دیود ( Photo Diode ) : فتو دیود که به آن دیود نوری نیز می گویند مانند دیود معمولی از اتصال دو نیمه هادی نوع N و P ساخته می شود با این تفاوت که محل اتصال نیمه هادی ها ، با مواد پلاستیکی سیاه پوشیده نمی شود بلکه برای اینکه نور به محل اتصال نیمه هادی ها برسد معمولاً آن محل را توسط شیشه و یا مواد پلاستیکی شفاف می پوشانند . روی اکثر فتودیودها یک لنز بسیار کوچک نصب می شود تا نور تابیده شده به آن منطقه را متمرکز کرده و به محل پیوند برساند . در شکل (15) تصویری از یک فتو دیود و در شکل (16) علامت اختصاری آن نمایش داده شده است .


شکل (15)

شکل (16)

فتودیود همیشه در بایاس معکوس به کار می رود و با تابش نور به محل اتصال نیمه های های آن ، پیوندهای کووالانس موجود در ناحیه تخلیه در اثر انرژی نور تابیده شده شکسته شده و جریان معکوس فتودیود افزایش می یابد . هر چه نور تابیده شده به محل اتصال نیمه هادی ها بیشتر باشد مقدار جریان معکوس فتودیود بیشتر می شود و بر عکس ، هر چه نور تابیده شده به محل پیوند کمتر باشد مقدار جریان معکوس فتودیود کمتر می شود . در شکل (17) منحنی مشخصه یک فتو دیود رسم شده است . این منحنی فقط به ازای طول موج ثابت و شدت روشنایی های مختلف رسم شده است . همانطور که در شکل (17) مشاهده می کنید با افزایش شدت روشنایی ، جریان Iλ نیز افزایش پیدا می کند و تقریباً در ولتاژهای مختلف معکوسی که در دو سر آن قرار گرفته است ، در یک نور مشخص ثابت می ماند و مقدار آن فقط بستگی به نور تابیده شده به محل اتصال نیمه هادی ها دارد .

شکل (17)

ولتاژ معکوس این دیودها 20 الی 50 ولت و توان آنها حدود چند صد میلی وات و جریان معکوس آنها در تاریکی حدود چند نانو آمپر است که این همان جریان اشباع معکوس در دیودهای معمولی است .

دیود خازنی یا دیود واراکتور ( Varactor Diode ) : دیود خازنی مانند یک دیود معمولی است و از دو قطعه نیمه هادی نوع N و P که معمولاً از جنس سیلیسیم هستند ساخته می شود . همانطور که قبلاً گفته شد ، در یک دیود معمولی بایاس نشده یک ناحیه تخلیه ایجاد می شود . اگر نیمه هادی های نوع N و P را به عنوان دو هادی و ناحیه تخلیه را به عنوان عایق بین دو هادی در نظر بگیریم ، مجموعه دیود را می توان به عنوان یک خازن در نظر گرفت . حال اگر دیود را در بایاس معکوس به کار ببریم عرض ناحیه تخلیه بیشتر می شود و عایق بین دو نیمه هادی نیز افزایش می یابد و در نتیجه ظرفیت خازنی آن کمتر می شود . بنابراین می توان با تغییر مقدار ولتاژ معکوس ، ظرفیت خازنی دیود واراکتور را تغییر داد . بنابراین دیود خازنی همیشه در بایاس معکوس قرار می گیرد . در شکل (18) تصویری از یک دیود خازنی و در شکل (19) علامت اختصاری آن نمایش داده شده است .

شکل (18)

شکل (19)

دیود خازنی اندکی با دیود معمولی تفاوت دارد . اولاً جریان اشباع معکوس آن فوق العاده کم است و ثانیاً سطح دو نیمه هادی را طوری انتخاب می کنند که حداکثر ظرفیت خازنی 2.5 نانوفاراد باشد . رایج ترین دیودهای خازنی دارای ظرفیت 300 پیکوفاراد هستند . از این دیودها در مدارات رادیو و تلویزیون به عنوان خازن متغیر استفاده می شود زیرا دارای حجمی بسیار کم ، ظریف و محکم می باشند . در شکل (20) منحنی تقریبی ظرفیت خازنی دیود خازنی نسبت به ولتاژ معکوس دو سر آن نمایش داده شده است .

شکل (20)

همانطور که در این شکل مشاهده می کنید با افزایش ولتاژ معکوس دو سر دیود خازنی ، ظرفیت خازنی آن کاهش می یابد .

دیود تونلی ( Tunnel Diode ) : دیود تونلی از دو قطعه نیمه هادی نوع N و P که غالباً از جنس ژرمانیوم و گالیم آرسنید می باشند ساخته می شود . میزان ناخالصی نیمه هادی های N و P در دیود تونلی نسبت به دیود معمولی بسیار زیاد است ( حدود چند هزار برابر ) ، که این موضوع خود باعث به وجود آمدن یک ناحیه تخلیه بسیار نازک در محل پیوند می شود که عرض آن حدود 0.01 عرض ناحیه تخلیه در دیودهای معمولی است . ناحیه نازک باعث می شود که حامل های زیادی به جای اینکه در ولتاژهای پایین از آن عبور نمایند از آن تونل بزنند . شکل (21) منحنی مشخصه یک دیود تونلی را نشان می دهد . همانطور که در این شکل مشاهده می کنید با افزایش ولتاژ موافق از صفر تا VP ، بر خلاف دیود معمولی جریان عبوری تا IP افزایش سریع دارد . از VP به بعد با افزایش ولتاژ موافق تا VV جریان کاهش سریع دارد . فاصله ولتاژ پیک تا ولتاژ دره را ناحیه مقاومت منفی می گویند .

شکل (21)

نسبت جریان پیک به جریان دره در کاربردهای این دیود بسیار مهم است . این نسبت برای ژرمانیوم 10 به یک و برای گالیم آرسنید 20 به یک می باشد . جریان پیک در دیود تونلی می تواند بین چند میکروآمپر تا چند صد آمپر متغیر باشد در حالی که ولتاژ دره دو سر دیود از حدود 0.6 ولت تجاوز نمی کند . به همین دلیل است که اتصال ولتمتری با باتری 1.5 ولت ، به طور نادرست به دو سر دیود تونلی به آن صدمه می زند . در شکل (22) تصویری از یک دیود تونلی و در شکل (23) علائم اختصاری آن نمایش داده شده است .

شکل (22)


  
شکل (23)

از مزایای دیود تونلی می توان قیمت ارزان ، اغتشاش کم ، سرعت زیاد ، توان مصرفی کم و ضریب اطمینان بالای آن را نام برد .

دیود اتصال نقطه ای ( Point Contact Diode ) : همانطور که قبلاً گفته شد در دیودهای معمولی ، در بایاس معکوس ، یک ظرفیت خازنی ایجاد می شود . اگر بخواهیم این دیودها را در فرکانس های بالا به کار ببریم به علت ظرفیت خازنی ایجاد شده ، در بایاس معکوس جریانی از دیود عبور می کند . یعنی در فرکانس های بالا ، مقاومت معکوس دیود کاهش و جریان افزایش می یابد . یکی از راه های افزایش مقاومت معکوس دیود در فرکانس های بالا این است که ظرفیت خازنی دیودهایی را که در فرکانس های بالا به کار می روند کم کنیم . برای کم کردن ظرفیت خازنی این دیودها ، ساده ترین راه ، کم کردن سطح اتصال نیمه هادی های N و P می باشد . بر همین اساس دیودهای اتصال نقطه ای برای کار در فرکانس های بالا و جریان های کم ساخته شدند . در شکل (24) یک نمونه دیود اتصال نقطه ای و در شکل (25) علامت اختصاری آن نمایش داده شده است .

شکل (24)


  
شکل (25)

برای ساختن دیود اتصال نقطه ای ، نیمه هادی نوع N را انتخاب کرده ، یک سیم نازک مخصوص که خاصیت فنری داشته باشد به آن می چسبانند و سپس یک جریان ضربه ای قوی از آن عبور می دهند . در اثر این عمل اولاً نیمه هادی نوع N ذوب می شود و نوک سیم در داخل آن قرار می گیرد . ثانیاً در اطراف آن یک ناحیه کوچک P ایجاد می گردد . علت تبدیل شدن نیمه هادی نوع N به نوع P این است که در اثر عبور این جریان از نوک سیم ، اتم های خارجی وارد نیمه هادی N گردیده و آن را تبدیل به نوع P می نمایند . از این دیودها بیشتر در مدارات آشکارساز و مخلوط کننده استفاده می شود .

تشخیص آند و کاتد و سالم بودن دیود :
به وسیله اهم متر آنالوگ و نیز مولتی متر دیجیتال می توان آند و کاتد دیود را تشخیص داد و نیز به سالم و یا معیوب بودن آن پی برد . در ادامه هر دو روش را بررسی می کنیم .
تشخیص آند و کاتد و سالم بودن دیود با استفاده از اهم متر آنالوگ :
اگر اهم متر آنالوگ ( عقربه ای ) را به دو سر دیود وصل کرده و اهم آن را اندازه بگیرید سپس اتصال دیود را برعکس کرده ، مجدداً اهم آن را اندازه بگیرید در صورتی که در یک حالت اهم متر ، اهم کم و در حالت دیگر اهم زیاد را اندازه بگیرد دیود سالم است . واضح است که در حالت اهم کم ، دیود به وسیله باتری داخلی اهم متر در بایاس مستقیم قرار گرفته است و در حالتی که اهم متر ، اهم زیاد را نشان می دهد دیود در بایاس معکوس قرار گرفته است که اصطلاحاً گفته می شود دیود از یک طرف راه می دهد و از طرف دیگر راه نمی دهد . در شکل های (26) و (27) این دو حالت نمایش داده شده است . در شکل (26) دیود در بایاس مستقیم و در شکل (27) دیود در بایاس معکوس می باشد .


  
شکل (26)


  
شکل (27)

در حالتی که اهم متر ، اهم کم را نشان می دهد مثبت واقعی اهم متر به آند و منفی واقعی اهم متر به کاتد دیود اتصال دارد . به ترتیب می توان آند و کاتد دیود را تعیین کرد . البته مقدار مقاومتی که اهم متر نشان می دهد به انتخاب کلید سلکتور اهم متر بستگی دارد .
یک دیود در صورتی معیوب می باشد که قطع و یا اتصال کوتاه شده باشد . در صورتی که دیود قطع شده باشد ، در هر دو حالت اتصال اهم متر به دو سر آن ، اهم متر ، اهم بینهایت را نشان می دهد و در صورتی که دیود اتصال کوتاه شده باشد در هر دو حالت اتصال اهم متر به دو سر دیود ، اهم متر ، اهم صفر را نشان می دهد .

تشخیص آند و کاتد وسالم بودن دیود با استفاده از مولتی متر دیجیتالی :
اغلب مولتی مترهای دیجیتالی دارای وضعیت تست دیود هستند . هرگاه کلید سلکتور مولتی متر دیجیتالی را در وضعیت تست دیود که با علامت اختصاری دیود معمولی مشخص شده است قرار دهید و دیود به وسیله مولتی متر در بایاس موافق قرار بگیرد مولتی متر دیجیتالی ولتاژ بایاس دیود را نشان می دهد که این ولتاژ برای دیودهای سیلیسیومی بین 0.5 تا 0.7 ولت و برای دیودهای ژرمانیومی حدود 0.2 ولت می باشد . البته در بعضی از مولتی مترهای دیجیتالی در این حالت عبارت good نیز بر روی صفحه نمایش مولتی متر ظاهر می شود . اما اگر دیود در بایاس مخالف قرار گیرد ، ولتاژ بایاس مخالف اعمال شده به وسیله مولتی متر به دو سر دیود ، توسط مولتی متر نمایش داده خواهد شد و در بعضی از مولتی مترهای دیجیتالی در این حالت عبارت open بر روی صفحه نمایش مولتی متر نمایش داده می شود . در حالتی که مولتی متر ولتاژ بایاس موافق دیود را نشان می دهد ، سیم منفی ( com ) به کاتد و سیم مثبت به آند متصل است و به این ترتیب می توان آند و کاتد دیود را تعیین کرد . در صورتی که دیود قطع شده باشد در هر دو وضعیت اتصال مولتی متر به دیود ، روی صفحه نمایش آن ولتاژ باتری داخلی یا عبارت open نمایش داده می شود و اگر دیود اتصال کوتاه شده باشد در هر دو وضعیت اتصال مولتی متر به دیود ، روی صفحه نمایش مولتی متر ولتاژ صفر نمایش داده می شود .

نامگذاری دیودها : برای نامگذار دیودها سه روش مهم وجود دارد . هر چند برخی از کارخانه های سازنده در گوشه و کنار دنیا از روش های مخصوصی برای نامگذاری استفاده می نمایند . این سه روش عبارتند از :
1- روش ژاپنی
  2- روش اروپایی 
  3- روش آمریکایی
روش ژاپنی : در این روش نامگذاری از عدد 1 و حرف S که به دنبال آن می آید استفاده می شود و به دنبال آن تعدادی شماره خواهد آمد که با مراجعه به جدول مشخصات دیودها می توان مشخصات الکتریکی آن را به دست آورد . در این روش ، جنس و نوع دیود مشخص نمی باشد . به عنوان مثال دیود 1S3010A دیود زنر ، دیود 1S310 یک دیود معمولی و دیود 1S2049 یک دیود واراکتور است .
روش اروپایی : در روش اروپایی تا سال 1960 تمامی دیودها را با حروف OA و تعدادی شماره به دنبال آن مشخص می کردند که با مراجعه به جدول مشخصات دیودها می توانستیم مشخصات الکتریکی آن را به دست آوریم . مانند دیود OA34 . اما از سال 1960 به بعد این روش نامگذاری تغییر کرد . نحوه تغییر به این صورت بود که دیودهایی که بیشتر در مدارات رادیو و تلویزیون به کار می روند با دو حرف و سه شماره مشخص می شوند و دیودهایی که کاربرد آنها در مدارات مخصوصی می باشد با سه حرف و دو شماره معین می شوند . روش دو حرفی و سه شماره ای به این صورت است که حرف اول جنس نیمه هادی به کار رفته در دیود را مشخص می کند . اگر دیود از جنس ژرمانیوم باشد با حرف A و اگر از جنس سیلیسیوم باشد با حرف B مشخص می شود . حرف دوم نوع دیود را مشخص می کند که حرف A بیانگر دیود معمولی یکسوکننده ، حرف B بیانگر دیود واراکتور ، حرف Y بیانگر دیود یکسوکننده قدرت و حرف Z بیانگر دیود زنر است . بعد از این حروف شماره هایی آورده می شود که می توان با استفاده از آنها و با مراجعه به جدول مشخصات دیودها ، مشخصات الکتریکی دیود را به دست آورد . مثلاً دیود BA316 یک دیود یکسوکننده معمولی سیلیسیومی است و برای به دست آوردن مشخصات الکتریکی آن باید به جدول مشخصات دیودها مراجعه کرد . لازم به تذکر است که در اکثر مواقع در مورد نامگذاری دیود زنر ، ولتاژ زنر را نیز بر روی آن قید می کنند .
روش آمریکایی : در این روش از عدد 1 و حرف N و تعدادی شماره که به دنبال آن می آید استفاده می شود . در این روش جنس و نوع دیود مشخص نمی باشد . با توجه به شماره ای که بعد از 1N می آید می توان با مراجعه به جدول مشخصات دیودها مشخصات الکتریکی و نوع دیود را تعیین کرد . مثلاً دیود 1N4007 یک دیود یکسو کننده است که مشخصات الکتریکی آن را می توان از جداول مربوطه به دست آورد . بعضی مواقع نیز به جای ارقام بعد از 1N از کدهای رنگی استفاده می شود . زمانی که از کدهای رنگی استفاده می شود از چاپ 1N صرفنظر می شود . کدهای رنگی مانند مقاومت ها می باشد با این تفاوت که شماره رنگ ها به دنبال هم قرار می گیرد . مثلاً دیود نمایش داده شده در شکل (28) ، دیود 1N4148 می باشد .


  
شکل (28)