دیود چیست و کاربرد و انواع دیودها

دیود یکی از مهم ترین قطعات الکترونیکی است که در وسایل برقی مانند تلویزیون، یخچال و شارژر وجود دارد. دیود اجازه عبور جریان برق را از یک سمت می دهد و از سمت دیگر جلوی آن را می گیرد. این ویژگی باعث می شود مدار دستگاه درست کار کند و از خراب شدن قطعات دیگر جلوگیری شود. دیودها دارای انواع مختلفی از جمله دیود معمولی، زنر، LED و شاتکی هستند که هر کدام کاربرد خود را دارند برای مثال LED چراغ های کوچکی هستند که در وسایل الکترونیکی روشن می شوند. در ادامه به دیود چیست و کاربرد و انواع دیودها پرداخته ایم.

در دوره های آموزش تعمیرات لوازم خانگی آموزشگاه فن آموزان اصفهان بطور کلی به این مباحث پرداخته می شود.

دیود چیست و چه وظیفه ای دارد؟

دیود یک قطعه الکترونیکی کوچک است که وظیفه عبور جریان برق را از یک جهت دارد و از عبور آن در جهت مخالف جلوگیری می کند. دیود در مدارهای مختلف برای تبدیل برق متناوب به مستقیم، محافظت از مدار در برابر جریان معکوس و در نمایشگرهای نوری مانند LED استفاده می شود.

هر جا نیاز باشد جریان برق به صورت کنترل شده و ایمن عبور کند، دیود نقش مهمی دارد.

تشریح ساختار دیود

دیود از ماده ای نیمه رسانا ساخته شده از سیلیکون یا ژرمانیم است که بین رسانا و عایق قرار دارند و با اضافه کردن مقداری ناخالصی، به دو نوع P (دارای بار مثبت) و N (دارای بار منفی) تبدیل می شوند. وقتی این دو بخش به هم وصل می شوند، ناحیه ای به نام پیوند PN تشکیل می شود. در زمان ساخت، لایه های P و N روی هم قرار می گیرند و سپس با پوشش های محافظ و پایه های فلزی برای اتصال به مدار کامل می شوند. کارکرد دیود به این صورت است که وقتی ولتاژ مثبت به بخش P و منفی به بخش N وصل شود، جریان به راحتی عبور می کند اما اگر جهت برق برعکس شود، جریان متوقف می شود. این ویژگی باعث می شود دیود در مدارهای الکترونیکی برای تبدیل جریان متناوب به مستقیم، محافظت در برابر جریان معکوس و کنترل مسیر جریان کاربرد زیادی داشته باشد.

مهم ترین کاربردهای دیود

• یکسوکننده
• حفاظت از جریان معکوس
• کاهش ولتاژ
• گذرای کوتاه مدت

یکسو کننده

دیود جریان برق متناوب را به جریان مستقیم تبدیل می کند. در لوازمی مانند تلویزیون، شارژر موبایل و آداپتورها، برق شهری باید به جریان مستقیم تبدیل شود تا قطعات الکترونیکی بتوانند از آن استفاده کنند. دیودها با اجازه دادن به عبور جریان فقط در یک جهت، این تبدیل را انجام می دهند و به همین دلیل در تمام منابع تغذیه دستگاه های خانگی وجود دارند.

حفاظت از جریان معکوس

دیود از آسیب رسیدن به مدار در اثر اتصال نادرست قطب های باتری یا منبع تغذیه جلوگیری می کند. وقتی باتری یا منبع تغذیه را بالعکس وصل کنید، دیود اجازه عبور جریان در جهت اشتباه را نمی دهد و از سوختن قطعات حساس الکترونیکی محافظت می کند. این ویژگی در دستگاه هایی که با باتری کار می کنند یا دارای ورودی برق هستند بسیار مهم است.

کاهش ولتاژ

دیود ولتاژ ورودی به مدار را به میزان مشخصی کاهش می دهد. در برخی مدارها باید ولتاژ را به اندازه کمی پایین آورد تا با نیاز قطعات خاص هماهنگ شود. هر دیود حدود 0/7 ولت از ولتاژ ورودی کم می کند و با قرار دادن چند دیود پشت سر هم می توان به ولتاژ دلخواه رسید.

همچنین بخوانید: آموزش برق ساختمان

گذرای کوتاه مدت

دیود از مدار در برابر افزایش ناگهانی ولتاژ محافظت می کند. در شبکه برق گاهی نوسانات شدید و افزایش لحظه ای ولتاژ اتفاق می افتد که به قطعات الکترونیکی آسیب می رسانند. دیودهای مخصوص مانند دیود زنر و TVS این افزایش های لحظه ای را جذب کرده و از سوختن مدار جلوگیری می کنند.

انواع دیود

• دیود سیگنال
• دیود ساطع کننده نور
• دیود یکسوکننده
• دیود شاتکی
• دیود زنر
• فتودیود
• دیود بهمنی
• دیود اساکی
• دیود لیزری
• دیود خنثی ساز ولتاژ گذار
• دیود اتصال نقطه ای

دیود سیگنال

یکی از پرکاربردترین دیودها، دیود سیگنال است که در مدارهای الکترونیکی بسیار پرکاربرد هستند. این دیودها برای کار با جریان های کم و سیگنال های ضعیف ساخته می شوند و به دلیل اینکه سوئیچینگ با سرعت بالا را دارا می باشند در مدارهای رادیویی، تلفن همراه، دستگاه های صوتی و مدارهای دیجیتال از دیود سیگنال استفاده می شوند که جریان بالاتر از چند صد میلی آمپر را نمی توانند تحمل کنند و اگر جریان بیشتری از آن ها عبور کند می سوزند.

دیود LED

دیودهای led جایگزین لامپ های رشته ای شده اند و برق کمتری مصرف می کنند و همچنین حرارت کمتری را تولید می نمایند.

دیود یکسو کننده

کاربرد دیود یکسو کننده در تبدیل برق متناوب خانگی به جریان مستقیم است. برق شهری که از پریز برق دریافت می کنیم از نوع متناوب است و جهت آن 50 بار در ثانیه تغییر می کند اما بیشتر دستگاه های الکترونیکی به جریان مستقیم نیاز دارند. دیود یکسو کننده با قرار گرفتن در مسیر جریان، فقط به نیم موج مثبت اجازه عبور می دهد و نیم موج منفی را مسدود می کند. برای بهبود کیفیت خروجی چهار دیود را در کنار هم قرار می دهند که به آن پل دیود می گویند. دیودهای یکسو کننده باید بتوانند جریان های بالایی را تحمل کنند و در برابر گرما مقاومت داشته باشند به همین دلیل اندازه آن ها بزرگ تر از دیودهای سیگنال است.

دیود شاتکی

ساختار دیود شاتکی با دیودهای معمولی تفاوت دارد. به جای اتصال دو ماده نیمه هادی از نوع P و N، در دیود شاتکی یک فلز به یک نیمه هادی متصل می شود. این تفاوت در ساختار باعث می شود دیود شاتکی افت ولتاژ خیلی کمتری داشته باشد. همچنین دیود شاتکی سرعت سوئیچینگ بسیار بالایی دارد و میلیون ها بار در ثانیه بین حالت هدایت و قطع جابجا شود. به همین دلیل در منابع تغذیه سوئیچینگ مدرن که در کامپیوترها، لپ تاپ ها و شارژرهای سریع استفاده می شود، دیود شاتکی ترجیح داده می شود. تلفات انرژی کمتر یعنی گرمای کمتر و بازدهی بیشتر، به همین دلیل دستگاه هایی که از دیود شاتکی استفاده می کنند کمتر گرم می شوند.

دیود زنر

دیود زنر یک محافظ و تنظیم کننده ولتاژ است. تمام دیودهای معمولی فقط در یک جهت جریان عبور می دهند اما دیود زنر طوری طراحی شده است که وقتی ولتاژ معکوس به مقدار مشخصی برسد اجازه عبور جریان را می دهد و ولتاژ را در همان مقدار ثابت نگه می دارد. به این ولتاژ مشخص ولتاژ زنر می گویند و برای هر دیود زنر متفاوت است، برای مثال برای دیود زنر 5 ولت همیشه ولتاژ خروجی را روی 2 ولت ثابت نگه می دارد حتی اگر ولتاژ ورودی بالاتر باشد. این ویژگی دیود زنر را برای محافظت از مدارهای حساس و تنظیم ولتاژ بسیار مناسب کرده است.

فتودیود

فتودیود برعکس LED یک تبدیل کننده نور به الکتریسیته است. فتودیود به نور حساس است و زمانیکه فوتون های نور به سطح فتودیود برخورد می کنند، الکترون ها آزاد شده و جریان الکتریکی تولید می شود. هر چه نور قوی تر باشد، جریان بیشتری تولید می شود. این خاصیت فتودیود را برای کاربردهای زیادی مناسب کرده است. در ریموت کنترل تلویزیون یک فتو دیود مادون قرمز نصب شده که سیگنال های نوری ریموت را دریافت می کند.

دوره پیشنهادی: آموزش طراحی برد الکترونیکی 

دیود بهمنی

زمانیکه ولتاژ معکوس به حد مشخصی برسد، به طور ناگهانی یک جریان شدید از آن عبور می کند که این اتفاق به دلیل برخورد زنجیره ای الکترون ها در داخل ماده نیمه هادی پیش می آید. دیود بهمنی در کسری از ثانیه جریان بسیار بالایی را عبور می دهد و از این ویژگی برای محافظت از مدارها استفاده می شود. وقتی ولتاژ ناگهانی بالا می رود، دیود بهمنی فعال شده و جریان اضافی را به زمین هدایت می کند. از این دیود در تولید نویز تصادفی برای رمزنگاری و سیستم های امنیتی استفاده می شود و در لوازم خانگی گران قیمت برای محافظت بیشتر نصب می شوند و در لوازم خانگی عادی نصب نمی شود.

دیود اساکی

دیود اساکی از دو لایه نیمه هادی با غلظت بسیار بالا ساخته می شود و به همین دلیل الکترون ها می توانند از طریق تونل زدن از یک سمت به سمت دیگر بروند. سرعت سوئیچینگ دیود اساکی بسیار بالا است و در فرکانس های مایکروویو کار می کند. در دهه های گذشته این دیود در اسیلاتورها، تقویت کننده های رادیویی و مدارهای مخابراتی استفاده می شد. امروزه با پیشرفت ترانزیستورهای مدرن، استفاده از دیود اساکی محدود شده و بیشتر در آزمایشگاه ها و تحقیقات علمی دیده می شود.

دوره پیشنهادی: آموزش تعمیرات برد الکترونیکی در اصفهان

دیود لیزری

دیود لیزری نوعی led پیشرفته بوده که نور متمرکز و تک فاصله را ایجاد می کند. این دیود برعکس دیود LED معمولی که نور را به تمام جهات پخش می کند، برخلاف LED معمولی که نور را به تمام جهات پخش می کند، دیود لیزری نور را در یک باریکه مستقیم ارسال کرده که در فیبرهای نوری برای انتقال اینترنت پرسرعت کاربرد دارد. دیودهای لیزری در چاپگرهای لیزری، پزشکی برای جراحی های ظریف، درمان پوست و چشم پزشکی استفاده می شود.

دیود خنثی ساز ولتاژ گذار

دیود خنثی ساز ولتاژ گذار در حالت عادی مانند یک مدار باز رفتار می کند و بر روی عملکرد دستگاه هیچ تاثیری ندارد اما زمانیکه بطور ناگهانی ولتاژ بالا رود، دیود TVS در کمتر از یک میکروثانیه فعال می شود و اضافه ولتاژ را به زمین هدایت می کند. این عمل بقدری سریع است که قطعات حساس فرصت آسیب دیدن پیدا نمی کنند. دیود TVS جریان بسیار بالایی را برای مدت کوتاهی تحمل می کند و بعد از گذشتن اضافه ولتاژ به حالت عادی برمی گردد. در ورودی برق تلویزیون های مدرن، کامپیوترها، تجهیزات شبکه، دستگاه های پزشکی و خیلی از لوازم الکترونیکی گران قیمت، دیود TVS نصب شده است. بدون این دیود یک صاعقه کوچک یا نوسان شدید برق باعث سوختن کل دستگاه می شود.

دیود اتصال نقطه ای

یکی از دیودهای قدیمی، دیود اتصال نقطه ای است که با قرار دادن یک سیم نازک فلزی روی سطح یک بلور نیمه هادی مثل ژرمانیوم ساخته می شود. ای دیود دارای ظرفیت خازنی کمی است و در فرکانس های بالا کار می کند. یکی از معایب دیود اتصال نقطه ای شکننده بودن آن است.

در دوران جنگ جهانی دوم و سال های بعد از آن، این دیودها در رادیوها و دستگاه های مخابراتی استفاده می شدند.

اگر به رشته های فنی حرفه ای علاقمند هستید می توانید در آموزش هایی از جمله آموزش برق خودرو ، آموزش تعمیرات موبایل در اصفهان، آموزش مکانیک خودرو در این آموزشگاه که زیر نظر موسسه فنی حرفه ای است شرکت نمایید.