معرفی انواع دیود، کاربرد و عملکرد آن ها

در این مقاله به معرفی دیود، کاربرد و عملکرد دیود خواهیم پرداخت؛ پس اگر علاقمند هستید که دیود چیست و عملکرد آن در مدارهای الکتریکی چیست تا آخر این مقاله همراه ما باشید:

دیود یک قطعه الکترونیکی نیمه هادی است که فقط جریان الکتریکی را در یک جهت اجازه عبور می‌دهد، دیود را از اتصال دو نیمه هادی از نوع P و N می‌سازند. به پایه‌ای که به نیمه هادی N متصل است «کاتد» و به پایه‌ای که به نیمه هادی نوع P متصل است «آند» گفته می ‌شود. دیود، اولین قطعه تولید شده با نیمه هادی ها است. در حقیقت دیود یک شیر برقی دو ترمینالی است که جریان را در یک جهت حرکت می دهد. انواع دیود از مواد مختلفی تهیه می‌شود، اما بیشتر آنها از سیلیکون، ژرمانیوم و سلنیوم ساخته شده‌اند؛ همچنین دیودها می‌توانند در کاربردهای مختلفی استفاده شوند، از جمله تقویت‌کننده‌ها (تبدیل جریان متناوب به جریان مستقیم)، تنظیم کننده‌های ولتاژ و حفاظت در برابر نوسانات ولتاژ.

انواع دیودها

دیودها در چندین نوع مختلف و با عملکرد و ویژگی‌های منحصر به فرد خود دسته‌بندی می‌شوند که عبارتند از:

• دیود پیوند PN (PN Junction Diode)
• دیود زنر (Zener diode)
• دیود شاتکی(Schottky diode)
• دیود LED(Light-Emitting Diode)
• فوتو دیود(Photodiode)
• دیود تونل (Tunnel Diode)
• دیود گان (Gunn Diode)
• دیود خازنی (Varactor Diode)
• دیود بازیابی پله ای (Step-Recovery Diode)
• دیود بهمنی (Avalanche diode)
• دیود پین (PIN Diode)
• دیود ایمپت (IMPATT Diode)
• دیود شاکلی (Shockley Diode)
• دیود اتصال نقطه‌ای (Point Contact Diode)
• دیود خلاء(Vacuum Diode)
• دیود خنثی‌‌ساز ولتاژ گذرا (TVS)
• دیود حرارتی یا پلتیر (Peltier or Thermal Diode)
• دیود لیزری (Laser Diode)
• یکسوساز کنترل‌شده با سیلیکون (Silicon Controlled Rectifier)

عملکرد دیود:

دیود دارای دو ناحیه عملکرد بایاس مستقیم (forward bias) و بایاس معکوس (reverse bias) است.

1) بایاس مستقیم

اگر ولتاژ مثبت به آند و ولتاژ منفی به کاتد وصل شود، دیود در بایاس مستقیم قرار می گیرد. فرض کنید همانند شکل پایین، دیود به صورت بایاس مستقیم به یک منبع ولتاژ dc وصل شده و مقاومت R نیز برای جلوگیری از آسیب رسیدن به دیود در نظرگرفته شده است. یکی از پارامترهای دیود، ولتاژ آستانه (threshold voltage) آن است. اگر در بایاس مستقیم، میزان اختلاف ولتاژ بین آند و کاتد از ولتاژ آستانه دیود بیشتر باشد، دیود هدایت میکند. ولتاژ آستانه معمولاً برای دیود سیلیکون بین 0.3 تا 0.7 ولت و برای دیودهای ژرمانیومی 0.3 ولت است.بنابراین در این مدار اگر ولتاژ منبع Vs از 0.7 ولت (با فرض اینکه دیود از نوع سیلیکونی باشد) بیشتر شود، دیود هدایت می کند و جریان در مدار جاری می‌شود. در این حالت، دیود همانند اتصال کوتاه عمل می کند.

2) بایاس معکوس

اگر ولتاژ مثبت به کاتد و ولتاژ منفی به آند وصل شود، دیود در بایاس معکوس قرار می گیرد. در مدار شکل پایین، دیود به صورت معکوس بایاس شده است. در این حالت، دیود اجازه عبور جریان نمی دهد و فقط جریان ناچیزی به نام جریان اشباع معکوس در جهت مخالف از آن می گذرد.

البته لازم به ذکر است که در حالت بایاس معکوس، نمی توان هر ولتاژی را به دیود اعمال کرد، چون احتمال سوختن دیود وجود دارد. یکی دیگر از پارامترهای دیود که در دیتاشیت به آن اشاره شده، ولتاژ شکست یا breakdown voltage است و بیانگر این است که اگر ولتاژ اعمالی به دو سر دیود در حالت بایاس معکوس از این عدد بزرگتر باشد، دیود خواهد سوخت.

دیود پیوند PN (PN Junction Diode)

این نوع دیود شامل دو لایه نیمه‌‌هادی است که یک لایه آن با ماده نوع P و لایه دیگر آن با ماده نوع N آلاییده شده است. دلیل نام‌‌گذاری این دیود، ترکیب این دو لایه و ایجاد پیوندی به نام پیوند PN است.

این نوع دیودها به دلیل عبور جریان در جهت مستقیم و مسدود کردن آن در جهت معکوس، به عنوان دیود یکسوکننده شناخته شده و برای یکسوسازی مورد استفاده قرار می‌‌گیرند. انواع مختلفی از دیودها وجود دارند که در ساخت آن‌‌ها از پیوند PN با تراکم آلایش متفاوت استفاده می‌‌شود.

کاربردهای دیود PN

دیودهای PN به دلیل اینکه امکان عبور جریان در یک جهت را می‌دهند، کاربردهای گسترده ای دارند. برخی از کاربردهای رایج عبارتند از:

دیود زنر (Diod zener)

این دیود به افتخار کلارنس ملوین زنر (Clarence Melvin Zener) که اثر زنر را کشف کرد، دیود زنر نام‌‌گذاری شده است. این نوع دیود به دلیل داشتن تراکم آلایش زیاد نسبت به دیود پیوند PN معمولی، ناحیه تخلیه بسیار نازکی دارد و علاوه بر جهت مستقیم، در جهت معکوس نیز اجازه جاری شدن جریان را می‌‌دهد.

دیود زنر در بایاس مستقیم، مانند یک دیود پیوند PN ساده (یکسوکننده) عمل می‌‌کند ولی در بایاس معکوس، تا زمانی که ولتاژ معکوس به ولتاژ شکست (یا ولتاژ زنر) برسد، جریان را مسدود می‌‌کند و پس از آن، با افت ولتاژ ثابت به جریان اجازه جاری شدن می‌‌دهد. شکست معکوس زنر به دو دلیل ایجاد می‌‌شود: تونل‌‌زنی کوانتومی الکترون و «شکست بهمنی» (Avalanche Breakdown). دیود زنر ولتاژ ثابتی برای حفاظت مدارها در برابر اضافه‌‌ولتاژ فراهم می‌‌کند و اساساً در شرایط بایاس معکوس مورد استفاده قرار می‌‌گیرد.

کاربردهای دیود زنر

کاربرد دیودهای زنر به دلیل توانایی منحصر به فرد آن‌ها برای عمل در ناحیه شکست معکوس و حفظ ولتاژ ثابت، بسیار متنوع هستند. برخی از کاربردهای رایج دیود زنر عبارتند از:

• تنظیم ولتاژ: دیودهای زنر به طور معمول در مدارهای تنظیم کننده ولتاژ استفاده می‌شوند تا ولتاژ خروجی را ثابت نگه دارند، بدون توجه به تغییرات ولتاژ ورودی یا جریان بار.
• مرجع ولتاژ: دیودهای زنر اغلب به عنوان منبع ولتاژ مرجع در مدارهای آنالوگ استفاده می‌شوند.
• محافظت در برابر ولتاژ بالا: دیودهای زنر می‌توانند در مدارهای محافظت در برابر ولتاژ بالا استفاده شوند تا دستگاه‌های الکترونیکی را در برابر افزایش ناگهانی ولتاژ و نوسانات ولتاژ محافظت کنند.
• کلمپینگ: دیودهای زنر می‌توانند در مدارهای کلمپینگ استفاده شوند تا حداکثر دامنه سیگنال را محدود کنند.

دیود شاتکی(Schottky diode)

دیود شاتکی (Schottky Diode) از پیوندی کوچک بین یک نیمه‌‌هادی نوع N و یک فلز تشکیل شده (پیوند PN ندارد) و به افتخار فیزیکدان آلمانی «والتر شاتکی» (Walter H. Schottky) نام‌‌گذاری شده است. از نقاط قوت دیود شاتکی می‌توان به افت ولتاژ مستقیم بسیار کم و سرعت سوئیچینگ بسیار بالا به دلیل نداشتن پیوند خازنی (پیوند PN) اشاره کرد. برخی از نقاط ضعف دیود شاتکی نیز ولتاژ شکست معکوس پایین و جریان نشتی معکوس بالای آن هستند.

سوئیچینگ دیود شاتکی خیلی سریعتر از دیود پیوند PN است. همچنین کمترین نویز غیرمطلوب را نسبت به دیود PN تولید می‌کند. از این دیود به طور گسترده در انواع برنامه‌های شکل‌دهی موج و سوئیچینگ استفاده می‌شود. در این دیود، فلز به عنوان آند و نیمه‌هادی از نوع N است.

کاربردهای دیود شاتکی

• محدود کردن ولتاژ: از دیود شاتکی برای محدود کردن ولتاژ استفاده میشود تا ولتاژ را در محدوده خاصی نگه داشته و مانع از افزایش آن شود.
• استفاده در منابع تغذیه مانند SMPS (در منبع تغذیه در حالت سوییچینگ)
• استفاده درRF میکسر (فرکانس های رادیویی)و دیودهای آشکارساز
• یکسوساز های جنرال (تبدیل جریان متناوب به جریان مستقیم)
• محافظت از جریان معکوس در مدار و تخلیه بار ناگهانی
• در مدار های سلول خورشیدی مانند پنل های خورشیدی

دیود LED

(Light Emitting Diode) یا LED یک نوع دیود پیوند PN است که در شرایط بایاس مستقیم نور منتشر می‌‌کند. LED براساس اصل الکترولومینسانس کار می کند، جایی که انرژی حاصل از جریان الکتریکی به انرژی نورانی تبدیل می شود. هنگامی که حامل‌‌های بار (الکترون‌‌ها) از سد عبور می‌‌کنند و با حفره‌‌های الکترونی در طرف دیگر بازترکیب می‌‌شوند، ذرات فوتون (نور) منتشر می‌‌کنند.

کاربردهای دیود LED

دیودهای LED به دلیل مصرف کم انرژی، عمر طولانی و تنوع بالا در رنگ و اندازه کاربردهای گسترده ای دارند، چند مورد از این کاربردها عبارتند از:

• چراغهای نشانگر: برای نمایش وضعیت برق یا تغذیه در دستگاه های الکترونیکی یا شرایط عملیاتی
• پنل های نمایش: در صفحات تلویزیون، مانیتورهای کامپیوتری و تابلوهای دیجیتال برای تصاویر با رزولوشن بالا استفاده می‌شوند.
• علائم راهنمایی و رانندگی: در چراغ های راهنمایی، گذرگاه های عابر پیاده و علائم جاده برای دید بالا و بهره وری در انرژی اجرا می شود.
• روشنایی خودرو: برای چراغ‌های ترمز، چراغ‌های راهنمایی، چراغ‌های روز، و روشنایی داخلی در خودروها استفاده می‌شوند.
• روشنایی محیط: در روشنایی مسکونی، تجاری و صنعتی به دلیل کارآیی انرژی و عمر طولانی استفاده می‌شوند.
• باغبانی: در کشت و کار داخلی و گلخانه‌ها برای رشد بهینه گیاهان و صرفه‌جویی در انرژی استفاده می‌شوند.
• کاربردهای پزشکی: در درمان‌های فوتوتراپی، روشنایی جراحی و نشانگرهای تجهیزات پزشکی استفاده می‌شوند.
• ارتباطات: در سیستم‌های ارتباطات الیاف نوری و کنترل از راه دور در فیبرهای مادون قرمز استفاده می‌شوند.
• سنسورها: در دستگاه‌ها برای تشخیص رنگ، تشخیص نور محیطی و تشخیص حرکت استفاده می‌شوند.

فتو‌دیود (Photodiode)

فتودیود (Photodiode) یک دیود پیوند PN است که برخلاف دیود Led انرژی نورانی را به جریان الکتریکی تبدیل می‌‌کند. این نوع دیود در شرایط بایاس معکوس مورد استفاده قرار می‌‌گیرد و می‌‌توان آن را در سلول‌‌های خورشیدی به کار برد.از آنجایی که هر دیود نیمه‌‌هادی تحت تأثیر حامل‌‌های بار نوری قرار می‌‌گیرد، آن‌‌ها را در ماده‌‌ای بسته‌‌بندی می‌‌کنند که نور را مسدود کند. البته، در این نوع دیود دریچه مخصوصی وجود دارد که به نور اجازه ورود به قسمت حساس آن را می‌‌دهد.

کاربردهای فتودیود

فتودیودها به دلیل حساسیت بالا،زمان پاسخ سریع و توانایی تبدیل نور به جریان الکتریکی کاربردهای متنوعی دارند که چندمورد از آن ها عبارتند از:

• ارتباط نوری: به عنوان گیرنده در شبکه های فیبر نوری استفاده می شود.
• سلول های خورشیدی: نور خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند.
• دستگاه های تصویربرداری: در دوربین های دیجیتال و دستگاه های متصل به شارژ (CCD) یافت می شود.
• LiDAR: در اندازه گیری فاصله و تشخیص اشیا استفاده می شود.
• حسگرهای نور محیطی: روشنایی صفحه نمایش را در گوشی‌های هوشمند و سایر دستگاه‌ها تنظیم می‌کنند.
• طیف سنجی: اندازه گیری جذب و بازتاب نور در تجزیه و تحلیل شیمیایی.
• کاربردهای پزشکی: کنترل ضربان قلب، اشباع اکسیژن و فشار خون.
• اسکنر بارکد: بارکدها را برای شناسایی محصول رمزگشایی می کند.
• آشکارسازهای دود: ذرات دود را با استفاده از خواص پراکندگی نور تشخیص می دهند.
• کنترل از راه دور مادون قرمز: سیگنال های دستگاه های کنترل از راه دور را دریافت می کند.

دیود تونلی

دیود تونلی (Tunnel Diode) توسط «لئو ایساکی» (Leo Esaki) در سال 1958 ابداع شد و در رابطه با آن نیز در سال 1973 جایزه نوبل دریافت کرد. به همین دلیل، این دیود را دیود ایساکی نیز می‌‌نامند.

دیود تونلی یک دیود پیوند PN بسیار داپینگ شده (heavily doped) است که براساس اصل اثر تونل‌‌زنی کار می‌‌کند. در این نوع دیود، به علت تراکم آلایش زیاد، سد پیوند بسیار نازک می‌‌شود و به الکترون اجازه می‌‌دهد تا به آسانی از سد بگریزد. این پدیده به عنوان اثر تونل‌‌زنی شناخته می‌‌شود.در ولتاژهای بالاتر، جریان به دلیل کاهش احتمال تونل زنی کاهش می یابد و ناحیه ای با مقاومت منفی ایجاد می شود.

کاربردهای دیود تونلی

• اوسیلاتور فرکانس بالا: برای تولید سیگنال های پایدار فرکانس بالا
• تقویت کننده های مایکروویو: سیگنال های ضعیف مایکروویو را تقویت می کنند.
• مدارهای RF: در سیستم های ارتباطی فرکانس رادیویی استفاده می شود.
• سوئیچینگ با سرعت بالا: در حافظه های کامپیوتری خاص و مدارهای منطقی استفاده می شود.
• اختلاط فرکانس: ترکیب سیگنال ها در فرآیندهای غیر خطی.
• نوسانگرهای کنترل شده با ولتاژ: در مدارهای حلقه بسته فازی برای سنتز فرکانس استفاده می شود.
• مولدهای پالس: پالس های تیز و سریع برای کاربردهای مختلف ایجاد می کنند.
• شکل‌دهی شکل موج: شکل‌های موج را در مدارهای پردازش سیگنال اصلاح و فیلتر میکند.

دیود گان

دیود گان (Gunn Diode) که به عنوان المان الکترون انتقال‌ یافته نیز شناخته می‌شود، مانند دیود تونلی دارای مقاومت منفی است. این دیود بدون تقاطع p-n ساخته شده است و از یک ماده نیمه هادی نوع N تک‌تراکم استفاده می‌کند، که معمولاً آرسنید گالیوم (GaAs) یا نیترید گالیوم (GaN) است. این دیود به افتخار فیزیکدان بریتانیایی، «جی بی گان» (J.B Gunn) که در سال 1962 اثر گان را کشف کرد، نام‌گذاری شده است.

دیود گان پیوند PN ندارد و تنها شامل ماده نوع N است. در نتیجه، AC را یکسو نمی‌کند (شبیه یک دیود معمولی عمل نمی‌کند). به همین دلیل، بسیاری از افراد آن را به جای دیود، المان الکترون انتقال ‌یافته می‌نامند. این دیود شامل سه لایه نوع N است. دو لایه‌ای که در طرفین و در دو سر دیود قرار دارند، تراکم آلایش بیشتری دارند اما لایه نازک وسط تراکم آلایش کمتری دارد.

هنگامی که ولتاژ به دیود گان اعمال می‌شود، ابتدا جریانش با افزایش ولتاژ افزایش می‌یابد. در ولتاژ بالاتر، مقاومت لایه وسط همراه با ولتاژ شروع به افزایش می‌کند و منجر به افت شار جریان می‌شود. بنابراین، دیود گان یک ناحیه مقاومت منفی دارد و در این ناحیه کار می‌کند. دیود گان در یک اسیلاتور برای تولید مایکروویوهای فرکانس بالا مورد استفاده قرار می‌گیرد.

کاربردهای دیود گان عبارتند از:

• نوسانگرهای مایکروویو: تولید سیگنال‌های پایدار مایکروویو.
• ضریب فرکانس: افزایش فرکانس سیگنال ورودی.
• تقویت‌کننده‌ها: تقویت سیگنال‌های ضعیف مایکروویو.
• جنگ الکترونیکی: مسدودسازی سیگنال و اقدامات متقابل.
• حسگرهای از راه دور: حسگرهای فعال مایکروویو برای تصویربرداری/تشخیص.
• ارتعاشگرهای محلی: سیگنال‌های پایدار در گیرنده‌های سوپرهترودین.
• منابع موج مستمر: تولید سیگنال‌های مایکروویو پیوسته.
• ارتباطات بی‌سیم: سیستم‌های نقطه به نقطه و ماهواره‌ای.

دیود خازنی (varactor diode)

دیود واراکتور (Varactor Diode)،به عنوان دیود واریکپ یا دیود تنظیم، نیز شناخته می‌شود.یک دیود نیمه هادی ویژه است که برای استفاده از ویژگی خازنی متغیر آن در بایاس معکوس طراحی شده است. این دیود عمدتاً در ارتعاش فرکانس و برنامه‌های تنظیم استفاده می‌شود، جایی که ظرفیت دیود با تغییر ولتاژ معکوس کنترل می‌شود.

اگر دو نیمه هادی P و N را به عنوان دو رسانا و لایه سد بین آنها را به عنوان ماده دی الکتریک در نظر بگیریم، این مجموعه یک خازن را تشکیل میدهد که در ناحیه تخلیه حدود چند پیکوفاراد است. چون تشکیل این خازن، نتیجه وجود لایه سد در دیود است، این دیود همیشه باید در ناحیه بایاس معکوس باشد. از این دیودها در جاهایی که نیاز به خازن کنترل شده با ولتاژ داریم استفاده میشود. با افزایش ولتاژ معکوس دو سر این دیودها، ظرفیت خازنی آنها کاهش می‌یابد.

کاربردهای دیود خازنی

نوسانگرهای کنترل شده با ولتاژ (VCOs)، حلقه‌های قفل‌شده فاز (PLL)، ضرب کننده های فرکانس، گیرنده های FM
تیونرهای تلویزیون، سیستم های ماهواره ای، فیلترهای الکترونیکی، تطبیق امپدانس

دیود بازسازی پله‌ای (Step Recovery Diode)

دیود بازسازی پله ای (Step Recovery Diode) یا SRD یک دیود پیوند PN است که شار جریان را هنگام معکوس شدن جهتش به طور ناگهانی متوقف می‌کند. از آنجا که این دیود از یک پیوند PN با تراکم آلایش بسیار پایین در نزدیکی پیوند ساخته می‌شود، تعداد حامل‌های بار (الکترون و حفره‌ها) نزدیک پیوند کاهش یافته و ظرفیت ذخیره بار در آنجا ناچیز می‌شود. این ویژگی، دیود بازسازی پله‌ای را قادر به سوئیچینگ خیلی سریع از حالت ON به حالت OFF خواهد کرد.

وقتی بایاس رو به جلو باشد، SRD جریان را مانند یک دیود معمولی هدایت می کند. هنگامی که به سرعت بایاس معکوس می شود، حامل های بار ذخیره شده در ناحیه رانش به سرعت خارج می شوند که باعث افزایش ناگهانی جریان معکوس و به دنبال آن کاهش ناگهانی با کاهش بارها می شود. این انتقال سریع، پالس های ولتاژ تیز و محتوای هارمونیک را در فرکانس های بالا تولید می کند و SRD را برای کاربردهای فرکانس بالا مناسب می کند.

کاربردهای دیود بازیابی پله ای (SRD) عبارتند از:

• تولید پالس: تولید پالس‌های ولتاژ سریع و تیز.
• ضریب فرکانس: ایجاد هارمونیک‌های فرکانس بالا.
• شکل‌دهی به موج: پردازش سریع فرم موج‌ها.
• دروازه‌های نمونه‌برداری: قفل کردن سریع در مدارهای با سرعت بالا.

دیود بهمنی (Avalanche Diode)

دیود بهمنی (Avalanche Diode) یک دیود پیوند PN است که به طور ویژه برای عمل کردن در ناحیه شکست بهمنی طراحی شده است. شکست بهمنی پدیده‌‌ای است که در آن ولتاژ معکوس کافی به پیوند PN اعمال می‌‌شود. به همین دلیل، حامل‌‌های اقلیت یونش ایجاد کرده و شروع به شارش جریان قوی در جهت معکوس می‌‌کنند.

دیود بهمنی از نظر الکتریکی مانند دیود زنر عمل می‌‌کند، اما تراکم آلایش آن در مقایسه با دیود زنر نسبتاً کمتر است. آلایش زیاد در داخل دیود زنر پیوند کوچکی ایجاد می‌‌کند، به گونه‌‌ای که ولتاژهای پایین می‌‌توانند به راحتی آن را بشکنند. اما دیود بهمنی به دلیل تراکم آلایش اندک پیوند بیشتری دارد و برای شکست آن ولتاژ بالایی لازم است. این پیوند بزرگ باعث می‌‌شود که این دیود در مقایسه با دیود زنر ساده، محافظت بهتری در برابر نوسان برق داشته باشد.

کاربردهای دیود بهمنی (Avalanche Diode)

• تنظیم ولتاژ: استفاده از دیودهای زنر برای حفظ ولتاژ پایدار.
• حفاظت از اضافه ولتاژ: بستن ولتاژ برای محافظت از اجزای حساس.
• سوئیچینگ با سرعت بالا: پاسخ سریع به تغییرات ولتاژ در مدارها.
• تولید پالس: ایجاد پالس های ولتاژ سریع در کاربردهای پرسرعت.

دیود پین

دیود پین (PIN Diode) یک دیود سه‌لایه (p ، i و N) است. لایه نیمه‌هادی ذاتی i بین نیمه‌هادی بسیار آلاییده نوع P و N قرار دارد. الکترون و حفره‌ها به ترتیب از ناحیه نوع N و P به ناحیه ذاتی i جریان می‌یابند. به محض اینکه ناحیه i با الکترون و حفره‌ها کاملاً پر شد، دیود شروع به رسانش می‌کند. در بایاس معکوس، لایه ذاتی وسیع دیود می‌تواند ولتاژهای معکوس بالا را مسدود و تحمل کند.

در فرکانس بالاتر، دیود پین به عنوان یک مقاومت خطی عمل می‌کند. به همین دلیل، این دیود زمان بازیابی معکوس ناچیزی دارد. دلیل آن این است که ناحیه بسیار باردار i در طول چرخه‌های سریع زمان کافی برای تخلیه به دست نمی‌آورد. البته این دیود در فرکانس پایین، مانند یک دیود یکسوکننده عمل می‌کند، زیرا برای تخلیه، زمان کافی به دست می‌آورد و در طول چرخه قطع می‌شود.

اگر یک فوتون وارد ناحیه i یک دیود پین، بایاس معکوس شود، یک جفت الکترون و حفره تولید می‌شود. این جفت الکترون و حفره به صورت جریان خارج می‌شوند. از این رو، از این دیود در آشکارسازهای نوری و سلول‌های فتوولتائیک استفاده می‌شود.

کاربردهای دیود پین

دیودهای پین در یکسوسازی ولتاژ بالا، عملکرد RF به عنوان تضعیف ‌کننده و المان سوئیچینگ به کار می‌روند.

• سوئیچ های RF: تغییر مسیر سیگنال با فرکانس بالا.
• تضعیف کننده ها: کنترل دامنه سیگنال فرکانس بالا.
• آشکارسازهای نوری: تشخیص سیگنال نوری.
• محدود کننده های توان: محافظت در برابر توان RF بیش از حد.
• شیفترهای فاز RF: تغییر فاز سیگنال با فرکانس بالا.
• مدولاتورهای فرکانس
• میکسرهای سیگنال
• یکسو کننده های فرکانس بالا: تبدیل سیگنال های AC فرکانس بالا به DC.

دیود ایمپت (IMPATT diode)

دیود IMPATT یک نوع دیود نیمه‌هادی است که برای تولید سیگنال‌های مایکروویو با فرکانس بالا از طریق شکست بهمنی طراحی شده است. ساختار آن شبیه یک دیود اتصال p-n معمولی است،با یک انتقال تدریجی بین لایه‌های نوع n و نوع p که به شدت باردار شده‌اند، یک “منطقه بهمن” برای تولید امواج مایکروویو با فرکانس بالا ایجاد می‌کند.

هنگامی که دیود IMPATT بایاس معکوس می شود، تحت یک فرآیند ضرب بهمن قرار می گیرد که تعداد قابل توجهی حامل بار تولید می کند که منجر به افزایش سریع جریان و سیگنال های مایکروویو با فرکانس بالا می شود. قابلیت فرکانس بالای آن را برای کاربردهای مختلف در سامانه‌های ارتباطی و رادار، مدارهای پردازش سیگنال، تصویربرداری، کاربردهای صنعتی و تحقیقات علمی مناسب می‌کند.

کاربردهای دیود ایمپت

• نوسانگرهای مایکروویو: تولید سیگنال های مایکروویو پایدار.
• تقویت کننده ها: تقویت سیگنال های مایکروویو ضعیف.
• ضریب فرکانس: افزایش فرکانس سیگنال ورودی.
• اسیلاتورهای محلی: ارائه سیگنال های پایدار در گیرنده های سوپرهتروداین.
• جنگ الکترونیکی: برای پارازیت سیگنال و اقدام متقابل استفاده می شود.
• سیستم های تصویربرداری: برای سنجش و تشخیص فعال مایکروویو استفاده می شود.
• ژنراتورهای برق: سیگنال های مایکروویو با توان بالا تولید می کنند.

دیود شاکلی (Shockley Diode)

دیود شاکلی (Shockley Diode) یک دیود چهار لایه PNPN است. این دیود مانند SCR است، اما ورودی کنترل یا گیت ندارد. بنابراین، تنها راه سوئیچ کردن آن به حالت ON، اعمال ولتاژ مستقیم و بیشتر از ولتاژ شکست آن است.عملکرد دیود شاکلی براساس اصل مقاومت منفی است. هنگامی که ولتاژ مستقیم به دیود اعمال می‌شود، دو تقاطع p-n به صورت مستقیم بایاس می‌شوند و جریان شروع به جاری شدن می‌کند. با افزایش جریان، ولتاژ دیود به دلیل منطقه مقاومت منفی در مرکز دیود کاهش می‌یابد. دیود شاکلی به محض اینکه به حالت ON و OFF برگردانده شود، تمایل به ماندن در آن حالت‌ها را خواهد داشت.

کاربردهای دیود شاکلی

• اسیلاتورها: تولید سیگنال برای سیستم های ارتباطی و الکترونیکی.
• سوئیچ ها: کنترل جریان در مدارهای الکترونیکی.
• مدارهای ماشه: تولید پالس برای راه اندازی سایر قطعات الکترونیکی.
• مدارهای چفت کننده: نگه داشتن وضعیت یا اطلاعات در مدارهای دیجیتال.
• تولید شکل موج های تکراری برای کاربردهای زمان بندی.

دیود اتصال نقطه ای

دیود اتصال نقطه‌ای (Point Contact Diode) که به عنوان دیود سبیل گربه‌ایK (Cat Whisker Diode) یا دیود کریستالی (Crystal Diode) شناخته می‌شود، دیودی است که در آن یک پیوند نقطه‌ای کوچک بین یک سیم فلزی و کریستال نیمه‌هادی نوع N شکل می‌گیرد.

سبیل گربه یک سیم فنری نازک است که از فسفر برنز یا تنگستن ساخته می‌شود و یک پیوند اتصال نقطه‌ای با یک نیمه‌هادی نوع N ایجاد می‌کند، از این رو، آن را دیود اتصال نقطه‌ای می‌نامند. ظرفیت خازنی پیوند این دیود به دلیل پیوند بسیار کوچکی که دارد، بسیار کم است. بنابراین، ظرفیت ذخیره-سازی بار نیز بسیار کم خواهد بود. این ویژگی دیود را به یک قطعه سوئیچینگ سریع تبدیل می‌کند.

هنگام ساخت، عبور جریان نسبتاً زیاد از سیم سبیل گربه منجر به تشکیل یک ناحیه P کوچک روی نیمه‌هادی نوع N می‌شود. این پیوند کوچک مانند پیوند PN عمل می‌کند.

کاربرد دیود اتصال نقطه ای

دیودهای اتصال نقطه‌ای برای سیگنال ولتاژ پایین و در میکسر مایکروویو و آشکارسازها استفاده می‌شوند. آن‌ها جزء رایج‌ترین نوع دیودها هستند که در طراحی و عملکرد مدارهای الکترونیکی به کار می‌روند.

دیود خلاء(Vacuum Diode)

دیود خلأ (Vacuum Diode) ساده‌ترین شکل یک دیود است که از یک لامپ خلأ و دو الکترود (کاتد و آند) که در داخل لامپ خلأ محصور شده‌اند، ساخته شده است. با گرم شدن تدریجی کاتد، آند الکترون‌های ارسال ‌شده از کاتد را دریافت کرده و جریان جاری می‌شود. کاتد می‌تواند به طور مستقیم یا غیرمستقیم گرم شود. در بایاس مستقیم، الکترون‌های آزاد روی کاتد پس از گرم شدن، در خلأ رها شده و توسط آند جمع‌آوری می‌شوند. بنابراین، در این حالت، جریان جاری خواهد شد. در بایاس معکوس، به دلیل اتصال آند به پایانه منفی، الکترون‌های آزاد در خلأ (توسط آند) دفع می‌شوند. از این رو، در این حالت جریان جاری نمی‌شود.با پیشرفت علم الکترونیک به تدریج نیمه هادی‌های اتصال p-n وارد بازار شدند و لوله‌های خلاء با آن‌ها جایگزین شدند. اساسی‌ترین ساختار یک لوله خلاء یک دیود خلاء است. با این حال لوله‌های خلاء هنوز به طور گسترده در سراسر جهان مورد استفاده قرار می‌گیرند.

کاربردهای دیود خلاء

برخی کاربردهای دیودهای خلاء عبارتند از:

لوله‌های کلیسترون ، گرمایش صنعتی، میکروسکوپ‌های یونی، سیستم‌های محرکه یونی، لیزر‌ها، نمایشگر‌های LCD، کامپیوتر، نورپردازی، سیستم‌های مایکروویو، اجاق‌های مایکروفر، سیستم‌های نظامی، اجزای مایکروویو تلفن همراه، بلوتوث و وای فای و…

دیود خنثی‌‌ساز ولتاژ گذرا (TVS)

دیود خنثی‌‌ساز ولتاژ گذرا (Transient Voltage Suppression) یا دیود TVS یک نوع دیود بهمنی است که از مدار در برابر نوسانات ولتاژ زیاد محافظت می‌‌کند. دیود TVS در مقایسه با دیود بهمنی ظرفیت نگه داشتن ولتاژ‌‌های بالا را دارد.

عملکرد دیود یک‌‌طرفه TVS شبیه دیود بهمنی است. این دیود به عنوان یک یکسوکننده در بایاس مستقیم و محافظ نوسانی در بایاس معکوس عمل می‌‌کند. عملکرد دیود دوطرفه TVS نیز مانند دو دیود بهمنی است که مخالف یکدیگر و به صورت سری بسته شده‌‌اند. این دیود به صورت تک‌‌جزئی ساخته می‌‌شود و به دو روش عمل می‌‌کند. هنگامی که به صورت موازی با یک مدار بسته می‌‌شود، حفاظت نوسانی ایجاد می‌‌کند.

 کاربرد دیود TVS

برخی از کاربرد ها شامل خطوط داده و سیگنال، ریز پردازنده ها و حافظه MOS، خطوط برق AC، تجهیزات مخابراتی، و سیستم های کم انرژی است.

دیود حرارتی یا پلتیر (Peltier or Thermal Diode)

دیود حرارتی یا پلتیر (Peltier or Thermal Diode) یک نوع دیود است که مقاومت گرمایی در یک جهت آن نسبت به جهت دیگر متفاوت است. از این رو، گرمای تولید شده با ترک خنک‌کننده یک طرف دیود، به طرف دیگر آن در یک جهت جریان می‌یابد.

کاربرد دیود حرارتی یا پلتیر

این دیود در ریزپردازنده برای کنترل گرمایی و در یخچال‌ها برای اثر خنک‌کنندگی به کار می‌رود.

دیود لیزری (Laser Diode)

دیود لیزری (Laser Diode) مانند دیود نورافشان انرژی الکتریکی را به انرژی نورانی تبدیل می‌‌کند. البته این نوع دیود برخلاف دیود نورافشان نور همدوس تولید می‌‌کند. این دیود دارای یک پیوند PIN است که در آن الکترون و حفره‌‌ها در ناحیه ذاتی (I) با هم ترکیب می‌‌شوند و پرتو لیزری تولید می‌‌کنند.

کاربرد دیود لیزری

دیودهای لیزری در مخابرات نوری، اشاره‌‌گرهای لیزری، درایوهای CD، چاپگرهای لیزری و… به کار می‌‌روند.

یکسوساز کنترل شده با سیلیکون

یکسوساز کنترل‌شده با سیلیکون(Silicon Controlled Rectifier) یا SCR یک قطعه سوئیچینگ نیمه-هادی چهار لایه (P-N-P-N) است که سه سر (آند، کاتد و گیت) دارد. SCR در اصل یک دیود با یک ورودی کنترل خارجی است که به عنوان ورودی گیت شناخته می‌شود و امکان جاری شدن جریان را در یک جهت می‌دهد.

هنگامی که SCR در بایاس مستقیم متصل می‌شود، هنوز اجازه جاری شدن جریان را نمی‌دهد. این ویژگی به عنوان مد مسدودسازی مستقیم شناخته می‌شود. برای ایجاد هدایت SCR در مد مستقیم، یا ولتاژ لازم برای عبور از حد شکست آن لازم است یا اعمال یک پالس مثبت به ورودی گیت آن. برای قطع کردن SCR نیز باید یا جریان را به زیر نقطه جریان نگهدارنده کاهش داد یا ورودی گیت و اتصال کوتاه آند-کاتد را یک لحظه قطع کرد.

در بایاس معکوس، SCR حتی پس از اعمال ورودی گیت، اجازه جاری شدن جریان را نمی‌دهد. اما اگر ولتاژ معکوس به ولتاژ شکست معکوس برسد، SCR به علت پدیده بهمنی شروع به رسانش می‌کند. SCR برای کنترل مدارهای توان بالا و یکسوسازی AC توان بالا مورد استفاده قرار می‌گیرد.

کاربرد یکسوساز کنترل شده با سیلیکون

سوئیچ استاتیک، کنترل سرعت موتورهای DC و AC ، تبدیل AC به DC (مبدل)‌، تبدیل DC به AC (اینورتر)، انتقال HVDC، کنترل رله، کنترل فاز ، تغذیه‌ی توان در حوزه‌ی الکترونیک و صنعت هواپیمایی‌، بهبود فاکتور توان در خطوط انتقال، به عنوان مدارشکن DC یا AC، شارژرهای باتری، کنترل‌های هیتر، یکسوساز پل موج کامل ،کنترل آتش، کنترل‌های جریان متناوب موج کامل ، سیستم نورپردازی اورژانسی، حفاظت از اضافه‌ ولتاژی، کنترل‌های موتور و …

پل دیود چیست؟

پل دیود در واقع ماژول 4 تا 6 دیودی است که در به یکدیگر متصل هستند. از پل دیود به منظور اصلاح جریان متناوب به مستقیم استفاده می‌شود. در واقع پل دیود می تواند عمل تبدیل ولتاژ تغذیه AC به ولتاژ منبع DC را انجام دهد.

در واقع پل دیود با معکوس کردن ولتاژ منفی ورودی AC، موجب خروجی یک جریان تپنده خواهد شد. در این صورت خروجی روی خازن صاف می شود و خروجی ولتاژ DC به راه می افتد.

شما می توانید با مراجعه به فروشگاه ECA انواع قطعات الکترونیک از جمله دیودها را خریداری نمایید.