معرفی انواع دیود و کاربرد دیودها به زبان ساده

دیود چیست؟ انواع دیود کدامند؟ کاربرد دیودها در مدار چگونه است؟ روش تست قطعات الکترونیکی و شناخت آنها تمام سوالاتی است که جهت تعمیر یک دستگاه الکترونیکی مانند تعمیرات جک درب و تعمیر آیفون تصویری به آن نیاز خواهیم داشت. پس تا انتهای این مطلب ما را یاری نمایید تا با تمام مشخصات دیود آشنا شویم و نقش انواع دیودها در مدار را بررسی نماییم.

دیود چیست؟

دیود یک قطعه الکترونیکی است که بیشتر از سیلیکون و ژرمانیوم ساخته میشوند و جریان را یکسوسازی میکند. همانند شیر یکطرفه در تاسیسات عمل میکند. ولتاژ آستانه دیود همان فشار یا ولتاژیست که دیود نیاز دارد تا اجازه عبور جریان را بدهد.

اما دیودها در مدارات نقش های متفاوتی ایفا میکنند. دیود میتواند در یک برد نقش حفاظت ولتاژی را ایفا کند و یا حتی به عنوان یک محافظ از جریان معکوس باشد. حتی دیود میتواند تثبیت کننده ولتاژ بر سر قطعات حساس باشد. پس تا انتهای این مطلب مارا همراهی کنید تا با انواع دیود و روش کارکرد آنها بیشتر آشنا شوید.

تعاریف مهم در یک دیود

در ابتدا یک دیود ساخته شد و در برق به کار گرفته شد. اما این دیود در بسیاری از بردها قابل استفاده نبود. مثلا در ولتاژهای پایین دارای افت ولتاژی بسیار زیادی بود یا در فرکانس های بالا اصلا کار نمیکرد. اما به یکباره این علم به قدری پیشرفت کرد که دیودها به حدود صد نوع رسیده اند و هر کدام دارای یک خاصیت بهتری نسبت به دیگری هستند. اما قبل از شناختن انواع دیود بهتر است تا با این خواص آشنا شویم تا درک انواع دیود و کارایی دیودها برای ما آسانتر گردد. تعاریف مهم در یک دیود عبارت است از:

• ولتاژ آستانه دیود
• ولتاژ شکست دیود
• بایاس مستقیم دیود
• بایاس معکوس دیود
• دیود بدون بایاس

ولتاژ آستانه دیود چیست؟

ولتاژ آستانه دیود همان ولتاژیست که فشار را در دوسمت دیود به حدی میرساند تا جریان از دیود عبور کند. تصور کنید دریچه فنری دارید که با فشار بر این دریچه ، درب آن باز میگردد. همین فشاری که نیاز است تا برای باز شدن به دریچه صرف کنید ، همان ولتاژیست که در دوسر دیود باید اعمال شود تا دیود باز گردد. به تصویر زیر توجه کنید ولتاژ آستانه در این دیود حدود 1.5 ولت می باشد.

ولتاژ شکست دیود چیست؟

ولتاژ شکست دیود همان ولتاژیست که به صورت بایاس معکوس به دیود وارد میشود تا دیود جریان را به صورت معکوس عبور دهد.

تصور کنید یک شیر یکطرفه ای دارید و تنها از عبور جریان آب به یک سمت دریچه آن باز میشود. حال اگر به صورت معکوس جریان قصد عبور داشته باشد، این دریچه اجازه عبور نخواهد داد. حال تا چقدر فشار را میتواند تحمل کند؟ 5 بار یا 20 بار؟ این فشاری که سبب شکسته شدن دریچه و عبور جریان معکوس آب را میدهد، همان ولتاژ شکست دیود نامیده میشود که البته در دیودهای زنر از آن به عنوان یک مزیت نام برده میشود.

به عکس متحرک زیر توجه کنید، ولتاژ شکست در این دیود حدود 100 ولت است

بایاس مستقیم دیود چیست؟

استفاده از دیود به عنوان یکسوساز را بایاس مستقیم میگویند. همانند تصویر زیر

بایاس معکوس دیود چیست؟

استفاده از دیود به صورت برعکس یا خلاف حرکت جریانی در دیود را بایاس معکوس میگویند. همانند تصویر زیر

دیود بدون بایاس چیست؟

دیودی که در دوسر آن هیچ گونه ولتاژی نباشد را دیود بدون بایاس میگویند.

مشخصات در دیتاشیت یک دیود

حال اگر از یک کد دیود دیتاشیت تهیه کنیم به مقادیر زیر میرسیم که این مقادیر عبارت است از:

• جریان متوسط دیود چیست؟ (If): بیشترین جریانی که در بایاس مستقیم می توان به دیود اعمال کرد.
• بیشینه جریان لحظه‌ای دیود چیست؟ (IM): بیشترین جریانی که در ۱۰ میلی‌ثانیه دیود می تواند عبور دهد، بدون اینکه آسیبی به دیود برسد.
• بیشینه جریان لحظه‌ای ناتکرار دیود چیست؟(IFSM): مقدار جریانیست که با یک بار عبور از دیود باعث سوختن دیود میگردد.
• بیشینه ولتاژ معکوس تکراری دیود چیست؟(VRRM): حد ولتاژ بایاس معکوس که دیود در آن ولتاژ تحمل میکند.
• بیشینه ولتاژ معکوس نا تکراری دیود چیست؟(VRSM): بیشترین ولتاژ لحظه ای در بایاس معکوس که دیود در آن ولتاژ قدرت تحمل دارد.

افت ولتاژ در دیودها و کاربرد آن در تعمیرات

اما تمام دیودها با هر خاصیتی و هر نامی یک اهمی در مدار خواهند داشت. تصور کنید یک شیر یکطرفه در تاسیسات که حرکت آب یک دریچه را به عقب میراند در برابر حرکت جریان آب یک مقاومتی خواهد داشت. در الکترونیک و طبق قانون سری مقاومتها زمانی که یک مصرف کننده و یک مقاومت به صورت سری با یکدیگر قرار میگیرند، ولتاژ منبع تغذیه بین این دو المان تقسیم میگردد. یعنی یک مقاومت (یا همان مقاومت دیود) سبب کم شدن ولتاژ در مصرف کننده میشود.

مثلا اگر یک دیود یکسوساز نوع PN را در مداری با ولتاژ 5 ولت استفاده کنیم ولتاژ در قبل و بعد دیود اختلاف زیادی خواهد داشت. طبق قانون افت ولتاژ هرچقدر مقدار ولتاژ افزایش یابد افت ولتاژ کم خواهد شد. به تصویر زیر توجه کنید. ولتاژ قبل و بعد دیود چه تفاوتی دارد؟

همانطور که میبینید قبل از دیود ولتاژی معادل 5 ولت داشتیم اما بعد از دیود ولتاژی معادل 3.79 ولت داریم، که این یعنی مقدار 1.2 ولت هدر رفته است. در تعمیرات نیز باید به نوع دیود و ولتاژ و مکان استفاده از دیودها آشنا شویم. مثلا یک دیود معمولی یا PN نمیتواند در مکانی قرارگیرد که ولتاژ زیر پنج ولت دارد. این نوع از دیودها باید در مقادیر ولتاژی بالای 12 ولت و با فرکانس پایین مورد استفاده قرار گیرند.

تصور کنید یک برد الکترونیکی جهت تعمیرات دارید و یک دیود بر روی آن کاملا سوخته است یا کد آن مخدوش شده باشد. حال جهت تعمیر این برد از چه نوع دیودی استفاده میکنید؟ آیا به دنبال برد مشابه میگردید تا قطعات را با آن چک کنید؟ بهتر است قبل هر اقدامی با انواع دیود آشنا شوید تا در تعمیرات حرفه ای یک برد الکترونیکی دچار تردید نشوید.

سرعت عملکرد در دیودها

سرعت عملکرد دیود یعنی مقدار زمانی که طول میکشد تا دیود جریان را عبور دهد. حال این زمان در کجا و اصلا چرا مهم است؟ در بسیاری از بردهای الکترونیکی مانند تغذیه های سوئیچینگ آیفون تصویری، در قسمتی از برد تغذیه فرکانس ولتاژ توسط یک آی سی بالا میرود. حال اگر در اینجا از دیودهای یکسوساز معمولی PN استفاده کنیم، زمانی که در پیک یک نوسان قرار داریم دیود میخواهد دریچه را باز نماید اما تا اقدام به باز کردن کند پیک نوسانی به قسمت منفی رسیده است و عملا هیچ جریانی از دیود عبور نخواهد کرد.

سرعت دیودها به طور کلی در برخی بردهای الکترونیکی بسیار مهم هستند. مثلا یک دیود از نوع شاتکی سرعت عملکرد بالاتری نسبت به یک دیود یکسوساز دارد. این سرعت عملکرد میتواند در قسمتهای حفاظتی نیز بسیار دقیق عمل کند.

انواع دیود

دیودها انواع متفاوتی دارند که هر کدام بر اساس خواصی که دارند در بردهای الکترونیکی استفاده میشوند. ما در اینجا تمام دیودهای موجود را نام میبریم و اما مهمترین این دیودها را که در تمام بردهای الکترونیکی دیده میشوند را با ذکر مثال توضیح خواهیم داد. در این مطلب سعی بر آن شده تا به زبان ساده این دیودها را بررسی نماییم.

انواع دیود عبارت است از:

• دیود پیوند PN
• دیود یکسوساز کننده
• دیود نورانی
• دیود لیزر
• دیود شاتکی
• دیود SBR
• دیود شاکلی
• دیود تونلی
• دیود TVS
• دیود بهمنی
• دیود زنر
• دیود سیگنال کوچک
• دیود سیگنال بزرگ
• فوتو دیود

دیود پیوند PN چیست؟

دیود پیوند PN از دو نیمه هادی نوع P در یک سمت و نوع N در سمت دیگر تشکیل شده است. این نوع دیود خاصیت یکسوسازی داشته و به عنوان دیود یکسوساز استفاده میشود. این دیود در ولتاژهای پایین دارای افت زیادی می باشد و بهتر است در ولتاژهای بالای 14 ولت از آن برای یکسوسازی استفاده نمود.

دیود یکسوساز و کاربرد آن در الکترونیک

دیود یکسوساز (Rectifier Diode) همانطور که از نام آن پیداست بیشتر در مدارات یکسو کننده مانند پل دیودی استفاده میشود. این نوع دیود قدرت عبور جریان زیاد را دارد. اما این دیود در فرکانس های بالا عمل نخواهد کرد. این دیود بیشتر در ورودی مدارات الکترونیکی جهت حفاظت مدار از جریان معکوس را دارد. که در ادامه توضیح خواهیم داد.

نقش حفاظتی دیود یکسوساز در مدار

همانطور که میدانیم یک برد الکترونیکی که با ولتاژ مستقیم مثلا 12 ولت کار میکند باید – و + آن در ورودی تغذیه رعایت گردد. حال اگر + و – برد رعایت نگردد، جریان معکوسی از برد عبور خواهد کرد این جریان معکوس، سبب سوختن برد الکترونیکی خواهد شد. حال توسط یک دیود میتوان از این جریان برگشتی حفاظت کرد. به مثال زیر توجه کنید.

همانطور که میبینید در این مدار با جا به جا نمودن منبع تغذیه یا + و – دیود اجازه ورود جریان معکوس به برد را نخواهد داد و در صورت اشتباه توسط کاربر دیگر برد الکترونیکی ما نخواهد سوخت.

دیود نورانی و کاربرد آن

دیود نورانی همان دیود یکسوساز است اما با این تفاوت که اگر در بایاس مستقیم قرار گیرد با عبور جریان از آن، نور تولید خواهد کرد. دیودهای نورانی در ابتدا برای تشخیص کاربر از درست بودن یا اشتباه بودن مدار ساخته شدند، اما بعدها به یک منبع نوری برای تولید لامپ نیز تبدیل شدند.

کاربرد دیودهای نورانی در ولتاژهای پایین است و تنها در بایاس مستقیم در مدار نصب میشوند. حال همان دیود معمولی را جهت اطلاع کاربر به دیود نورانی تبدیل میکنیم.

همانطور که دیدید زمانی که مدار به درستی ولتاژدهی شود، لامپ روشن میشود و LED سبز روش شده و کاربر متوجه کارکرد مدار میگردد و هنگامی که در ورودی مدار + و – رعایت نگردد در ابتدا دیود سبز نقش حفاظت از مدار را ایفا میکند و جریان تنها از دیود قرمز عبور کرده و با روشن شدن LED قرمز رنگ کاربر متوجه اشتباهی در مدار میشود.

دیود لیزر چیست؟

دیود لیزر یا دیود لیزری همان دیود نورانی می باشد با این تفاوت که نور لیزری تولید میکند که بیشتر در چشمی های دستگاه های CD , DVD دیده می شود. این لیزر می تواند در صنایع لیزری و رادیو و همچنین در اشاره گرها نیز مورد استفاده قرار گیرد. نماد دیود لیزری را می بینید.

دیود شاتکی چیست؟

دیود شاتکی نوع بهینه تر دیود یکسوساز می باشد با این تفاوت که میزان اهم این دیود بسیار پایین بوده و در ولتاژهای پایین افت ولتاژ کمتری را شاهد خواهیم بود. کاربرد این دیود سرعت سوئیچ زنی بالایی داشته و در فرکانس های بالا نیز خوب عمل میکند. پس اگر در مدار ولتاژ پایین و زیر 12 ولت دارید و در بایاس مستقیم یا یکسوسازی به دنبال دیود مناسبی میگردید ، دیود شاتکی بهترین گزینه برای انتخاب خواهد بود.

مثلا در تعمیر بردهای دارای میکرو و CPU مانند تعمیر برد ال سی دی ما شاهد دیودهای شاتکی هستیم. این دیودها بیشتر در بردهای SMD کدهایی نظیر SS14 یا SS24 دارند.

دیود SBR چیست؟

دیود SBR مخفف عبارت (Super Barrier Diode) میباشد. کاربرد این دیود همانند دیود یکسوساز می باشد و البته همانند دیود شاتکی سرعت سوئیچ بالایی دارد و در فرکانس های بالا از این نوع دیود استفاده میگردد. این دیود جریان نشتی معکوس پایینی دارد و از آن به عنوان دیود فرکانس بالا نیز یاد میکنند.

در بردهای تغذیه سوئیچینگ بیشتر از این نوع دیود بعد از ایجاد فرکانس بالا توسط آی سی ، استفاده میشود.

دیود TVS چیست؟ کاربرد دیود TVS

دیود TVS (Transient Voltage Suppression) یک دیود دوطرفه می باشد که در بایاس مستقیم همانند یک دیود یکسوساز معمولی عمل میکند . اما نقطه قوت این دیود در بایاس معکوس است که در برابر نوسانات شدید برد را محافظت میکند. این دیود در نوسانات بالا به سرعت ولتاژ اضافی را دفع میکند و به علت دفع ولتاژ بالا با سرعت بالا تماما به عنوان دیود حفاظتی به کار گرفته شده است.

دیود زنر و کاربرد آن

دیود زنر یکی از معروفترین و مهم ترین نوع دیود در الکترونیک است که در این باره یک مطلب مجزا راجع به تست دیود زنر منتشر شده است. این دیود بیشتر به عنوان تثبیت کننده ولتاژ مورد استفاده قرار میگیرد. کاربرد این دیود در قسمتهای تغذیه برد است و نقش ساختن ولتاژهای متفاوتی را برعهده دارد و در کنار آی سی های مختلف نقش حفاظت ولتاژی و یا ثابت نگه دارنده ولتاژ ای سی های مهم را دارد. دیود زنر به طور مفصل در یک مطلب آموزش داده شده است.

دیود زنر چیست و چگونه تست میشود.

فوتو دیود

فوتو دیود برعکس دیود نورانی که از خود نور تولید میکند ، این دیود هنگامی که به آن نور تابیده میشود در داخل خود جریان الکتریکی ایجاد میکند. کاربرد این دیود در ساخت پنل های خورشیدی می باشد.

دیود سیگنال کوچک

این نوع دیود نیز برای فراکانس های زیاد تولید شده است که بیشتر در تعمیرگاه های رادیو و تلویزیون دیده میشود. این دیود از نظر ظاهر شبیه به دیود زنر می باشد که روکش شیشه ای دارد. دیود فرکانس کوچک برای ولتاژهای پایین کاربرد دارد . ظرفیت خازنی در دیود سیگنال کوچک بسیار کم می باشد. سرعت سوئیچ در این دیود بسیار بالا می باشد از این رو برای فرکانس های بالا بسیار مناسب است.

دیود تونلی

دیود تونلی (Tunnel Diode) یا دیود ایساکی (برگرفته شده از سازنده دیود با نام Leo Esaki ) این دیود در بایاس معکوس به الکترون ها اجازه میدهد تا بگریزند و همین امر سبب شده تا با نام تونل زنی شناخته شده باشند.

این دیود تقریبا همانند دیود زنر کار میکند و بیشتر در صنایع ایسیلاتور و ماکروویو مورد استفاده قرار میگیرد. به نمودار زیر توجه کنید.

همانطور که میبینید در این دیود ناحیه ای وجود دارد که با زیاد شدن ولتاژ جریان کاهش می یابد و همین امر سبب شده تا با نام دیود تونلی در صنایع خاص مورد استفاده قرار گیرد.