تعرف على الديود Diode و انواعه

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]





ملاحظة: سنستخدم كلمة (ديود) كثيراً بدلاً من ثنائي أثناء الشرح، وتعني كلمة ديود Diode ( di ثنائي و ode الجزء الثاني من كلمة electrode أي قطب).

وظيفة الديود:
يسمح الديود في الدارة للتيار الكهربائي بالمرور في اتجاه واحد فقط، ويمانع مروره (بشكل عام) بالاتجاه المعاكس، وقد كانت الصمامات Valves هي المرحلة الأولى لظهور هذا النوع من التجهيزات (وقد حملت أولى الديودات بالفعل اسم صمامات ).

رمزه في الدارات والمخططات:


يشير الخط الأفقي في نهاية المثلث دائماً إلى القطب السالب.

مبدأ العمل:
يعتمد المبدأ الأساسي في عمل الديود على: عندما يطبق فرق جهد بين طرفيه أكبر من جهد عتبي معين (قيمة محددة) فإنه يعمل على إمرار التيار خلاله، أما إذا كان الجهد بين طرفيه أدنى من تلك القيمة فإنه لا يمرر التيار أبداً.

تختلف القيمة المحددة للجهد العتبي وفقاً للمادة التي صنع منها الديود، فهي في السيليكون (المادة المصنعة لأغلب الديودات) تبلغ القيمة العتبية 0.7 Volts، ويظهر المخطط التالي كيف يمرر الديود السيليكوني التيار بعد القيمة 0.7V (وهو ما يسمى منحني خواص الديود).



الانحياز الأمامي والجهد العكسي:
تطلق تسمية (الانحياز الأمامي Forward Bias) على الحالة التي يوصل فيها القطب الموجب للديود بموجب الدارة، والسالب بسالبها، أي بكلام آخر، عندما يكون الجهد على القطب الموجب أعلى منه على الجهد السالب بمقدار الجهد العتبي، ويكون عندها الديود في حالة تمرير للتيار (منزاح أمامياً).

أما تسمية (الجهد العكسي Reverse Voltage) فتطلق على الحالة التي يكون فيها جهد القطب الموجب للديود أقل من الجهد السالب.

الجهد العكسي:
لا تمرر الديودات المثالية أي تيار في حالة تطبيق الجهد العكسي على طرفيها (في الديودات الحقيقية يمر تيار من رتبة mA بحيث يمكن أن تهمل أمام قيمة التيار الكلي في الدارة)، ولكن عند الوصول الجهد العكسي إلى قيمة عالية ( 50Volts مثلاً) فإن الديود ينهار Breakdown ويمرر تياراً أعظمياً بالاتجاه المعاكس ( من السالب إلى الموجب ).

أنواع الديودات:
يمكن تصنيف الديودات وفقاً لنوعين أساسيين حسب تطبيقاتها:
1. ديودات الإشارات Signal Diodes: وهي تمرر تيارات منخفضة من رتبة 100mA أو أقل.
2. ديودات التقويم Rectifier Diodes: وهي تمرر تيارات عالية الشدة (وتشكل جزءاً أساسياً من دارات وحدات التغذية).
كما تتواجد ديودات أخرى شائعة الاستخدامات كالليدات LED: Light Emitting Diode، وديودات زينر Zener Diodes وسنناقشها لاحقاً في هذه المقالة.

وصل الديودات في الدارة ولحامها:
يتوجب عليك عند وصلك الديودات في الدارة أن تنتبه إلى قطبيتها، وتشير المخططات إلى القطب الموجب بإشارة(+) أو حرف (a)، وتشير إلى القطب السالب بإشارة (-) أو بالحرف (k)، ولكن، كيف يمكننا معرفة القطب السالب أو الموجب للديود ؟

هناك طريقتان لمعرفة القطب السالب للديود، وذلك إما بتفحص جسم الديود والبحث عن الحلقة الفضية، والقطب المجاور لها يكون حينها هو القطب السالب، أو باستخدام الآفوميتر، وذلك بالاعتماد على المقاومة الأومية الصفرية (تقريباً) عند وصل القطب السالب للآفوميتر بالقطب السالب للديود والموجب بالموجب، وحالة المقاومة اللانهائية عند عكس الأقطاب.

أما عند اللحام، فيجب الانتباه إلى أن الديودات المستخدمة في دارات الإشارات تكون حساسة للحرارة بشكل كبير، وبخاصة عند التعامل مع الديودات المصنعة من الجرمانيوم، فيجب عند لحامها وصل القطب الذي يجري عليه اللحام بمغطس حراري موضعي، أما ديودات التقويم فليس هناك من ضير من لحامها مباشرة كونها تتحمل الحرارة بشكل جيد ومهيئة لتمرير تيارات بشدة عالية.

ديودات الإشارة Signal Diodes:
تستخدم ديودات الإشارة في دارات معالجة المعلومات، وبالتالي يتطلب ذلك منها تمرير تيارات منخفضة الشدة من رتبة 100mA، ومن هذه الديودات: 1N4148 السيليكوني، وهو يتطلب جهداً عتبياً 0.7Volts، وOA90 المصنع من الجرمانيوم، وهو يتطلب جهداً عتبياً 0.2Volts فقط مما يجعله مفضلاً في دارات الترددات الراديوية ككاشف مستخدم في استخلاص الإشارات السمعية من الإشارات الراديوية الضعيفة.

ولكن بشكل عام، ينصح باستخدام الديودات السيليكونية في حال التطبيقات البسيطة واليدوية، وذلك لما تتمتع به من مقاومة للحرارة عند اللحام، ومقاومة منخفضة عند تمرير التيار، وتيارات تسريب منخفضة جداً عند تطبيق جهد عكسي على طرفيها.

ديودات الحماية مع الحاكمات Protection Diodes for Relays:



تستخدم ديودات الإشارة في بعض التطبيقات مع الحاكمات لحماية الترانزيستورات والدارات المتكاملة من القوى المحركة العكسية الناتجة عن إغلاق الحاكمة، ويظهر الشكل التالي كيف يحقق وصل الديود مع ملف الحاكمة، ونلاحظ كيف أنا الديود موصول عكسياً، أي أنه لن يمرر أي تيار في حالة التيار الجهد الأمامي المباشر المطبق على ملف الحاكمة، ولن يمرر تياراً إلا عند إغلاق الحاكمة فسينشأ تيار عكسي (رد فعل حثّي ) سيمر مباشرة خلال الثنائي نظراً لانخفاض مقاومته نسبياً، أما في حال غياب الديود فلن يفرغ التيار العكسي وسيقوم الملف بتوليد جهد كبير على شكل شوكة ( Spike ) عالية المطال تتسبب في تخريب الترانزيستور.

ديودات التقويم Rectifier Diodes:
تستخدم هذه الديودات في وحدات التغذية لتحويل التيار المتناوب إلى تيار مستمر في عملية تسمى (التقويم Rectification)، كما تستخدم في بعض الدارات التي تتطلب مرور تيار عالي الشدة خلال الديود المستخدم فيها، وتصنع جميع ديودات التقويم من السيليكون، فلذلك تتمتع بجهد انزياح أمامي 0.7Volts، ومن أكثر هذه الديودات شيوعاً 1N4001 والمستخدم في دارات الجهد المنخفض وتيار كلي أقل من 1A.

جسر التقويم:
هناك العديد من الطرق المستخدمة في وصل الديودات لتحقيق دارة التقويم، ويعد الجسر أحد هذه الطرق حيث يتوفر في السوق على شكل حزمة تحوي 4 ديودات المشكلة للجسر، وتصنف الجسور وفقاً لقيمة التيار الأعظمي والجهد العكسي الأعظمي أيضاً، وتبرز من الحزمة 4 نهايات (أرجل): أقطاب التيار المستمر (الخرج) ويشار إليها بـ (-) و (+)، وأقطاب التيار المتناوب ويشار إليها بـ ( ~ ).

للاطلاع على المزيد عن دارات التقويم

ديودات زينر Zener Diode :



تستخدم ديودات زينر للحفاظ على الجهد ثابتاً، حيث تصمم هذه الديودات لكي "تنهار" دون أن تتخرب، وبالتالي توصل بشكل عكسي للحفاظ على جهد ثابت على طرفيها، ويظهر الشكل التالي كيف يتم وصلها مع مقاومة على التسلسل لتحديد قيمة التيار المطلوبة في الخرج.



يكتب على جسم ديود زينر قيمة الجهد العكسي الذي تنهار عنده، وتبدأ ترميزاتها بـ BZY أو BZX، فمثلاً، من أجل جهد انهيار عكسي قيمته 4.7 فولط نجد الديود مطبوعاً عليه 4V7، وتصنف ديودات زينر وفقاً لجهد الانهيار العكسي وأدنى استطاعة يصرفها الديود، وأقل قيمة متوفرة للجهد العكسي هي 2.7Volts، أما أدنى استطاعة متوفرة فيشيع لها قيمتان: 400mW و 1,3W.

ديودات خاصة Special Diodes:


1. ديود شوتكي Schottky Diodes:



وهو ديود يتم تصنيعه من طبقة معدنية من البلاتينيوم وطبقة نصف ناقلة n، وتكون الطبقة المعدنية شبه خالية من الإلكترونات (تحمل شحنة مهملة)، وبالتالي تنتقل الإلكترونات من الطبقة نصف الناقلة إلى المعدن فتكتسب كموناً موجباً ويكتسب المعدن شحنة سالبة وذلك عند تطبيق جهد انزياح أمامي على طرفي الثنائي (موجب عند المعدن وسالب عند الطبقة نصف الناقلة )، ومن الجدير بالذكر إن زمن الانتقال هذا فائق في الصغر من رتبة 10 ps، مما يجعل هذا الثنائي مثالياً من الناحية العملية في التطبيقات التي تتطلب سرعة تقطيع مفتاحي Switching عالية وذلك كما هو الحال في ترانزيستورات الدارات المنطقية المتكاملة، كما أن تصنيعه أسهل من تصنيع الثنائي الطبقة p-n، وهذا ما يزيد انتشاره في التطبيقات التصنيعية للدارات المتكاملة.



2. الثنائيات السعوية Varactor Diodes:



هي ثنائيات تتغير سعة الوصلة ما بين الطبقتين p,n بتغير الجهد المطبق على طرفي الديود في حالة الوصل العكسي، وتصمم تقنياً بحيث تكون تغيرات الجهد على طرفي الوصلة خطية مع سعتها، مما يمكّن من عدها سعات متغيرة يتم التحكم بسعاتها من خلال الجهد على طرفيها.



تستخدم هذه الثنائيات في دارات التوليف الإلكترونية Electronic Tuning System في أنظمة الاتصالات وأجهزة التلفزيون، وتدخل في تحديد إمكانية استخدامها مجموعة من المعاملات التي تدرس من خلال المخططات وفقاً للتطبيق المطلوب، ومن هذه المعاملات: معامل نسبة التوليف Tuning Ratio والذي يعبر عن مكثفة الثنائي عند تطبيق جهد أصغري عكسي إلى مكثفة الثنائي عند تطبيق جهد ثنائي أعظمي.
من هذه المكثفات الشهيرة: 1N5139.



3. الثنائي PIN:

وهو ثنائي تظهر عنده في منطقة الوصلة خصائص سعوية ثابتة ( ما يجعله مختلفاً عن الثنائي السعوي) وذلك عند وصله بشكل عكسي، أما عند الوصل الأمامي فيتصرف كمقاومة متغيرة محكومة بالتيار، ويستخدم كقاطع ميكروي محكوم بالتيار المستمر للدارة وذلك في دارات التعديل بسبب مقاومته المتغيرة، وقد تستخدم بعض أنواعه في الكواشف الضوئية في دارات الألياف البصرية.



4. الثنائي النفقي:

وهو يقدم خواصاً مميزة تعرف بالمقاومة السالبة Negative Resistance تجعله مفيداً في تطبيقات المهتزات والمكبرات الميكروية.







5. ثنائي استعادة الخطوة The step-Recovery Diode:
وهو ثنائي مستخدم بكثرة في الدارات التي تتطلب سرعة قطع عالية كدارات الترددات العالية VHF Frequency Circuits؛ وذلك لمقدرته على تغيير حالتي الفصل والوصل بسرعة مع تغير الجهد على طرفيه.



المراجع:
1. أسس الهندسة الإلكترونية - جامعة دمشق : أ.د. عبد الرزاق البدوية و أ.د. نديم شاهين
2. الموقع الإلكتروني: [ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]/ وتم استخدام أغلب الصور والمخططات منه.
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]

شكرا على المعلومات وندعو لكم بالتوفيق مع الشكر . هل من الممكن ان نحصل على شكل ملخص لخصائص الدايود وفوائده مع الشكر ..........