تعرف على الدايود Diode ومبدأ عمله وانواع وتطبيقاته


#1

الدايود (diode)

هو جهاز كهربائي متكون من اثنين اليكترود ممكن يمر بينهم اشارة. (في الثيرموايونيك دايود يمكن أن تجد ثلاثة أو أربعة اليكترود). أهم استعمال للدايود هوأنه يسمح بمرور التيار الكهربائي في اتجاه و يمنع مروره في الاتجاه الثاني المعاكس.

في زماننا الحاضر معظم الدايودات تصنع من مواد سيميكونداكتور (semi-conductor) مثل السيليكون و الجيرمانيوم. فما هو الدايود؟ فلنتحدث بداية عن تاريخ اختراع الدايود، فأول من اكتشف خواصه هو الفيزيائي فرناند براون في عام 1874 عندما كان يعمل على أبحاث متعلقة بالخواص الكهربائية لما يعرف بالمهتز الكريستالي. ومنذ ذلك الوقت تم اكتشاف أنه عندما نقوم بتشكيل مادة شبه موصلة من السيليكون وإضافة بعض الشوائب إليها فإننا سنحصل على مادة شبه موصلة موجبة، وبنفس الطريقة نضيف مادة شائبة أخرى لنحصل على مادة شبه موصلة سالبة، الآن عند وصل هاتين القطعتين ببعضهما البعض نكون قد صنعنا الدايود. فالدايود له طرفان : الأول الموجب ويعرف بالمصعد ، والآخر الطرف السالب ويعرف بالمهبط . حسنا , وماذا عن الناحية الكهربائية . فماذا يقوم به الدايود؟

يمكن تشبيه عمل الدايود بأنه صمام أمان ، تخيلوا معي صماماً مائياً أو صنبور ماء يسمح بمرور الماء باتجاه واحد فقط ولا يسمح للماء بالعودة للخلف. بنفس المبدأ يقوم الدايود بالسماح للتيار الكهربائي في الدارة الكهربائية بالمرور باتجاه واحد فقط – ضمن شرط معين – ولا يسمح له بالعودة بالعكس . والشرط المعين الذي يسمح به الدايود للتيار بالمرور من المصعد للمهبط هو ما يعرف بجهد العتبة وذلك عندما يكون الجهد الكهربائي المطبق على المصعد أكبر من المهبط بقيمة 0.7 فولت على الأقل . ومن الناحية العملية فإن جهد العتبة هذا قيمته تتغير من نوع دايود إلى نوع آخر ومن شركة مصنعة إلى أخرى لكن الفروق غالبا ما تكون بسيطة وتدندن حول 0.7

حسناً . وما لفائدة إذا من الدايود في تطبيقاتنا العملية؟ كيف أستفيد منه في تصميمي الهندسي؟

خذوا مثالا بسيطاً وسهلاً. مثل أي جهاز إلكتروني يعمل عن طريق البطارية كجهاز التحكم بالتلفاز ” الريموت كونترول” ، ماذا لو قمنا بتركيب البطارية بالاتجاه الخاطئ أي وضعنا السالب مكان الموجب والعكس داخل علبة البطارية ؟ ما الذي سيحصل؟ سابقاً كان الأمر مزعجاً، خاصة لدى بعض الأجهزة الحساسة مثل المتحكمات الدقيقة، حيث أن عكس قطبية البطاريات قد يؤدي إلى تلف الجهاز المستخدم، لكن مع وجود الدايود فلا داعي للخوف، فهو سيسمح للتيار بالمرور في اتجاه واحد فقط وسيمنعه من ذلك عند عكس البطارية، أي أننا في حالة عكسنا قطبية البطارية فسيعمل الدايود على إيقاف مرور التيار حتى يتم تصحيح وضعية البطارية. فدور الدايود هو أن يقوم بالسماح للبطارية بتزويد الجهاز بالتيار الكهربائي عندما يكون طرف البطارية الموجب متصلا بالمصعد ما يعني أن هناك فرق جهد بين المصعد والمهبط هو 3فولت على الأقل “على فرض أننا نستخدم بطاريتين من نوع 1.5 فولت على التوالي” . وفي حال عكست البطارية، فإن جهد المهبط سيكون أعلى من المصعد وبالتالي فلن يعمل الدايود وبذلك نكون قد وفرنا حماية للجهاز الإلكتروني.

سؤال : هل هناك حد أقصى للجهد السالب المطبق على طرفي الدايود يعني هل يمكنني تطبيق جهد سالب حتى ما لا نهاية ؟ وما هو أقصى تيار يمكن أن يمر خلال الدايود ؟ يعرف أقصى جهد سالب يمكن تطبيقه على الدايود دون أن يعطب بجهد الانهيار وعادة ماتذكر قيمته داخل ملف المواصفات الفنية للشركة المصنعة. وكذلك الأمر بالنسبة للتيار فلكل ديود قدرة وجهد عتبة وجهد انهيار خاص به يختلف من مصنع إلى آخر. وعند التدقيق في أقصى تيار يمرره الدايود سنجد أنه 300 ميللي أمبير وجهد الانهيار هو 100 فولت. وهنا لدي تنبيه وهو خطأ قد يقع فيه بعض الهواة، عند استخدامنا للديود في الحماية من عكس القطبية سنجد أنه في حالة تشغيل الدايود في الوضع الطبيعي ” الموجب مع المصعد والسالب مع المهبط” فإننا سنخسر جزءا من جهد المصدر تبلغ قيمته حوالي 0.7 فولت. فلذلك قد تكون هذه الخسارة كبيرة في بعض الأحيان خصوصا عند التعامل مع تطبيق جهده لا يتعدى 3 فولت ما يعني خسارة كبيرة في المصدر ينبغي أن تؤخذ في عين الاعتبار. ولحل هذه المشكلة يمكنكم رفع جهد المصدر كي تتجاوزوا المشكلة.

أهم تطبيقات الدايود في الدارات الإلكترونية

  1. يستخدم في الحماية من عكس قطبية البطارية

  2. تقليل الجهد الكهربائي: فلنفترض أننا نستخدم معالجاً دقيقاً أو دارة متكاملة تعمل على جهد 3.6 فولت ولدينا مصدر جهده 5 فولت، فكيف يمكنني حل مشكلة هذا المصدر؟ وهل يمكنني استخدامه وتشغيل الدارة؟ نعم يمكن ذلك من خلال الدايود بوضع دايودين على التوالي كي نحصل في النهاية على جهد دخل قدره 3.6 فولت. والسبب أن كل ديود سيقلل جهد المصدر بقيمة 0.7 فولت والمحصلة هي 1.4 فولت مما يعني : 5-1.4=3.6 فولت

  3. دارات تقويم التيار المتناوب “المحول الكهربائي”: فكما اتفقنا فإن الدايود سيحجز الجهود السالبة، وكما نعلم جميعاً فإن مقابس التيار الكهربائي في منازلنا هي موجات جيبية، وإذا أردنا أن نقوم بتحويلها لموجات موجبة فقط فنحن نقوم بما يسمى بتقويمها أي حجز الجزء السالب منها. وهنا يمكننا استخدام دارة التقويم الموجودة في الأسفل:

  4. تطبيق دايودات الإشارة : حيث أن هناك أنواعا معينة من الدايودات تستخدم في دارات الاستقبال الراديوي وذلك كمرشح للترددات السمعية

  5. يستخدم الدايود دائما مع الريلاي أو المرحلة وذلك لحماية الدارة المتصلة به من خطر عودة الجهد العكسي للدارة بعد إطفاء الريلاي مما قد يؤدي لعطب الدارة. أخيرا، هناك أنواع متعددة من الدايود مثل الزينر، شوتكي وغيرها ولكل تطبيق خاص به: فمثلا الزينر يستخدم لتحديد الجهود الداخلة على دارة معينة لضمان استقرار ذلك الجهد في حال زيادة المصدر عن الحد المطلوب

أنواع الدايود

  • سيليكون دايود (Sillicon diode)
  • جيرمانيوم دايود (Germanum diode)
  • زينير دايود (Zener diode)
  • فوتو دايود (Photo diode)
  • دايود مشع للنور (Light emitter diode-LED)
  • تانيل دايود (Tunnel diode)
  • الدايود السعوي (Varactor Diode)

المصدر : ويكيبيديا


#2

الزنر دايود (Zener diode)

الزنر دايود

يستعمل كمثبت للجهد ، فهو يعتمد على جهد القطع ، ولا يسمح بمرور التيار إذا كان الجهد أقل من جهد القاطع ، لنفترض مثلا : أن جهد القطع هو خمسه فولت فالزنر لا يسمح بمرور التيار إذا كان الجهد أقل من ذلك , ولكن إذا وصل الجهد إلى خمسة فولت وما فوق يسمح بمرور التيار دون أن يحترق .الزنر : يتشابه مع الدايود العادي و لكن يختلف ببعض خصائصه ، حيث يتم إضافة شوائب إلى الدايود شبه الموصل لنحصل على الزينر دايود و الذي يتميز بخاصية التوصيل في حالة الانحياز العكسي تحت ثبات الفولتية

فالزينر دايود عبارة عن : دايود عادي ولكن تصميمه مختلف إذ أن الشريحة النصف الناقلة من النوع ( p ) على حالها ، ولكن الطرف ( n ) عبارة عن نقطة موضوعة على الشريحة ( p ) ، ومن خلال مساحة وسمك تلك النقطة الشريحة ( n ) يتحدد فولتية واستطاعة الزينر . لزينر حالتين من العمل إذ أنه يعمل في الإتجاهين الأمامي والعكسي ، فهو يتصرف في الإتجاه الأمامي تصرف الدايود العادي تماما وفي الإتجاه العكسي يعمل كمراقب ، أي أنه وبشكل يسير يقوم على ملاحظة الفولت على مهبطه لأنه سيكون موصل .

المهبط (الكثود) على القطب الموجب للتغذية والمصعد (الأنود) مع السالب للتغذية ، و عند وصول الفولت إلى قيمة أعلى من فولتية الزينر العكسية وهي نقطة عمل الزينر ، فإنه يفتح الباب للتيار لكي يذهب إلى القطب السالب مع المحافظة على ثبات الجهد عند نقطة عمله في الانحياز العكسي ، و تكون كمية الجهد التي يمررها إلى القطب السالب هي مقدار جهد التغذية ناقص جهد الزينر فمثلا : لو كان مصدر التغذية ذو جهد (12) فولت ، و وضع زينر على التفرع وبانحياز عكسي قيمته (6.1) فولت ، فكمية الجهد الخارجة من الزينر إلى القطب السالب تكون 12-6.1= 5.9 فولت ، أي تبقى الفولتية ثابتة على مهبط الزينر عند قيمة فولتيته العكسية مهما حصل إلا إذا انهار ، و طبعا لكل زينر جهد إنهيار ، يصبح بعد هذا الجهد ( جهد الإنهيار ) إما على شكل شريط أي يشكل دارة قصر أو يقطع يعني مقاومة لانهائية.

المصدر : ويكيبيديا