دیود،در لغت به معنای دو قطبی است.دیود ها کاربرد های فراوانی دارند.بیش ترین کاربرد دیود ها در یکسو سازی میباشد.یعنی جریان را در یک جهت عبور داده و در یک جهت از خود عبود نمیدهد.تقریبا تمامی دیود ها این خاصیت را دارا میباشند مگر در شرایط خاص.
دو قطعبی بودن،ناشی از پیوند دو صفحه ای که یکی از انها نیمه هادی نوع n و دیگری از نوع p است.نیمه هادی سیلیسیوم،با 4 عدد از اتم های مجاور خود پیوند دارد.حال،اگر به این 4 عدد،یک اتم دیگر اضافه کنیم،هدایت نیمه هادی را دستکاری کرده ایم.اگر این اتم پنجم،اتمی سه ظرفیتی همانند الومنیوم باشد،نیمه هادی نوع p یعنی مثبت و اگر 5 ظرفیتی همانند آرسنیک باشد،نیمه هادی نوع n یعنی منفی به وجود خواهد آمد.
نیمه هادی های سیلیسیوم مهم ترین عنصر ساخت دیود هست،و نسبت به دیگر نیمه رسانا ها شرایط بهتری برای کار دارد،به جز ولتاژ شکست پیوند بالا و در حدود 0.7 ولت.اتم های سیلیسیوم،از جهات دیگر همانند پایداری دمایی بالا،اسان تر بودن تکنولوژی های سیلیسیوم برای ساختن دیود ها،ترانزیستور ها،و ای سی ها،و.... ایده آل تر است.
بایاس مستقیم:حال،اگر بیاییم و دو نیمه هادی نوع n و نوع p را به هم اتصال دهیم،در یک طرف الکترون های ازاد و در طرف دیگر حفره خواهیم داشت.این الکترون ها و حفره ها تمایل دارند به یکدیگر برسند،اما آیا این چنین میشود؟در محل اتصال نیمه هادی ها،اولین حفره ها و حامل ها پر میشوند،و در همانجا،یک سد تشکیل میدهند.یعنی،به دلیل خنثی شدن و تکمیل شدن،دیگر اجازه ی انتقال دیگر الکترون ها به حفره ها را نمیدهند.اما اگر بیاییم و قسمت نیمه هادی نوع p یا همان آند را به سر مثبت یک باطری وصل کنیم و قسمت نیمه هادی نوع n را به سر منفی یک باطری وصل کنیم،نیروی استاتیکی الکترون ها بر نیروی لایه ی سد غلبه کرده و باعث جاری شدن جریان میشود،اما همواره در دیود های سیلیسیومی 0.55تا0.75 ولت (بسته به نوع)روی دو سر دیود افت میکند.بنابراین ما حدود 0.7 ولت روی خود دیود افت داریم و ولتاژ اعمال شده برای اینکه باعث جاری شدن جریان شود باید از 0.7 ولت بیش تر باشد تا بر نیروی لایه ی سد غلبه کند.به این نوع بایاس،بایاس مستقیم میگویند.
بایاس معکوس:اگر به جای اینکه اند را به مثبت و کاتد را به منفی وصل کنیم،برعکس عمل کنیم یعنی اند به منفی و کاتد به مثبت وصل شود،در این صورت الکترون های کاتد به قطب مثبت و حفره های آند به قطب منفی جذب شده و خنثی میشود.در این حالت،عرض ناحیه ی سد زیاد شده و هیچ جریانی را به جز جریانی بسیار کم و به علت وجود ناخالصی(جریان اشباع معکوس)عبور نمیدهد.در این صورت دیود معکوس بایاس شده است.
پدیده شکست زنر و شکست بهمنی:ولتاژ معکوس هر دیود،تا حر مجازی میتواند بالا رود مثلا تا 200 ولت.اگر دیود برای یکسو سازی ساخته شده باشد،پدیده ی زنر کمتر در آن رخ میدهد چون ناخالصی دیود بسیار کم است.و اگر ولتاژ از 200 ولت بیش تر شود،دیگر ناحیه ی سد توان تحمل خود را از دست میدهد و باز میشود(میشکند)و دیودی که تا الان در بایاس معکوس هیچ جریانی را از خود عبور نمیداد،حالا به طور سریع و ناگهانی شروع به هدایت جریان میکند و احتمال اینکه بسوزد بسیار زیاد است.اما دیود زنر ها،مخصوص بایاس معکوس ساخته شده اند و بسیار کاربردی هستند.اگر ناخالصی دیود را زیاد کنیم،به جای شکستن لایه ی سد در بایاس معکوس،یک چاله،یا حفره درون سد ایجاد میشود و باعث میشود تا جریان از آنجا عبود کند.هرچه این ناخالصی بیش تر باشد،حفره ای بزرگ تر ایجاد شده و ولتاژ زنر نیز کم خواهد شد.و هرچه ناخالصی را کمتر کنیم،ولتاژ زنر بیش تر خواهد شد.دعیب دیود های زنر توان بسیار پایین آنها است،خصوصا زنر هایی با ولتاژ بالا،کاربرد محدود تری دارند.مگر اینکه وات بالا تهیه شوند.
منحنی مشخصه ی دیود های معمولی:دیود های معمولی،از 0تا 0.7 ولت،در بایاس مستقیم،جریان بسیار کمی ازش عبور میکند و با افزایش ولتاژ،به صورت بسیار کمی جریان افزایش میابد.اما با خنثی شدن پیوند سد،این جریان به طور ناگهانی افزایش پیدا میکند.استفاده از دیود برای کار با ولتاژ پایین تر از 1 ولت پیشنهاد نمیشود.خصوصا اگر منبع ما باطری باشد.
هر دیود،با توجه به منحنی مشخصه اش و ولتاژ و جریانی که بهش داده میشود،یک مقاومت از خود نشان میدهد.
مقاومت استاتیکی:اگر دیود را در جریان DC مستقیم بایاس کنیم،به دست اوردن این مقاومت تنها با استفاده از قانون اهم به دست میآید.اگر این مقدار بیش تر از 0.7 ولت یعنی مثلا 2 ولت بود،ولتاژ 0.7 را تقسیم بر جریان عبوری از دیود مینماییم.
RDC=VF/IF
مقاومت دینامیکی:اگر دیود توسط یک سیگنال AC (سوار شده بر DC)بایاس شود،آنگاه جریانی که از دیود میگذرد نیز متغیر خواهد بود.اگر دامنه ی این ولتاژ و به خصوص مقدار DC که موج بر روی آن سوار شده زیاد باشد،شاهد تغییرات کمتر جریان هستیم.اما اگر مثلا پیک تا پیک موج ما از 0.5 ولت تا 1 ولت باشد،مقدار جریان نیز از کمترین تا بیش ترین حالت خود،تغییرات زیادی میکند.مثلا از 200میلی امپر تا 700 میلی آمپر.حال،به جای ولتاژ در بالا،از دلتا ولتاژ یعنی V1-V2 و در مخرج نیز از دلتای جریان یعنی 200-500 استفاده میکنیم.حال،در صورت عدد 0.5 ولت و در مخرج عدد 0.5 آمپر داریم.با تقسیم این دو بر هم،مقاومت دیود عدد 1 اهم به دست میآید.
Rac = ∆Vf/∆If
انواع استابیلایزر
