ما هو الدايود Daiode وأنماط عمله وأهم استخداماته

يوجد العديد من الدارات الإلكتروني التي تعتمد بشكل كبير على الدايود، لذلك يجب علينا التعرف على ما هو الدايود، وأنماط عمله واستخداماته، وهذا ما سنتعرف عليه في مقالة اليوم مع منصة تويال، لذلك تابع معنا حتى النهاية عزيزي القارئ.

ما هو الدايود:

هو عنصر إلكتروني يتكون من بلورتين يسمح بمرور التيار باتجاه واحد وهو مؤلف من وصلة (n – p ) وأقطاب معدنية موصولة بـ n و p لتطبيق جهد كهربائي على هذه الوصلة وهو من مادة نصف ناقلة ويتألف من وصلة من النوع type-p متصلة مع وصلة type-n.

في اللحظة الأولى تنتقل الإلكترونات القريبة من المنطقة n إلى الثقوب الأعظمية الموجودة في type-p وتترك وراءها شوارد موجبة والإلكترونات عندما تنتقل إلى الثقوب تحل مكانها شوارد سالبة، وتتكون منطقة تفصل بين الشحنات وتدعى منطقة الشحنة الفراغية (الجهد الحاجز) وهي خالية من الشحنات وتحتوي فقط على شوارد موجبة وسالبة.

• يعمل الجهد الحاجز Vo على وقف المزيد من انتقال الالكترونات من البلورة السالبة إلى البلورة الموجبة وبمعنى آخر يعمل هذا الجهد على منع حركة حاملات الشحنة السائدة عبر الوصلة.
• يعمل أيضا السائدة من البلورة الموجبة إلى البلورة السالبة عبر الوصلة والعكس.
• ينشأ تيار آخر في الوصلة الثنائية يسمى تيار الانجراف نتيجة لحركة حاملات الشحنة غير السائدة عبر الوصلة تحت تأثير فرق الجهد المتكون على جانبيها.
• تيار الانتشار في الوصلة الثنائية يكون في عكس اتجاه تيار الانجراف ويتساوى معه في حالة الاتزان.
• في حالة الاتزان تتكون منطقة خالية من النواقل (حاملات الشحنة الكهربية) وهي في نطاق الجهد الحاجز.

ما هي أنماط عمل الدايود:

الانحياز الأمامي للدايود:

تحدث هذه الحالة إذا ما تم تطبيق جهد على الوصلة n-p حيث يتم وصل الجانب p إلى النهاية الموجبة والجانب n إلى ويحدث النهاية السالبة للمنبع المستمر وعندها تكون الوصلة منحازة أماميا ما يلي: 

تتنافر الإلكترونات في الجانب n مع القطب السالب للمدخرة وتندفع لعبور الوصلة إلى الجانب p، بينما حركة الثقوب تندفع لعبور الوصلة فيالجانب n، ونتيجة لذلك تضيق منطقة الشحنة الفراغية ويصبح الديود في الجانب n ونتيج حالة تمرير، أي تدفع قطبية الجهد الخارجي المطبق على الدارة الإلكترونات الحرة والثقوب للتحرك عبر الوصلة حيث يكون الجهد المطبق أكبر من جهد العتبة، فيمر تيار في الدارة وفق الشكل التالي:

حيث يمثل الشكل التالي منحني خواص الديود في حالة الانحياز الأمامي والدارة له تمثل حالة الديود في الانحياز الأمامي، حيث مصعد الديود المرسومة جانبا موصول مع موجب المنبع وطرف المهبط للديود موصول مع سالب المنبع.

ما هي شروط الانحياز الأمامي للديود:

• أن يكون جهد االنحياز أكبر من جهد العتبة، أي Vt <Vbias.
• أن يكون جهد المصعد أكبر من جهد المهبط، أي: VK< VA.

الانحياز العكسي للدايود:

تحدث حالة الانحياز العكسي عند تطبيق جهد خارجي على الوصلة n-p حيث يتم وصل الجانب p إلى النهاية السالبة والجانب n إلى النهاية الموجبة للمنبع المستمر، حيث الإلكترونات في المنطقة n تنجذب نحو القطب الموجب تاركة وراءها أيون موجب والإلكترونات من المنبع تنجذب نحو الثقوب مخلفة وراءها أيونات سالبة فيزداد عرض منطقة الشحنة الفراغية وتصبح قيمة التيار صفراً نظرياً والديود بحالة قطع، وهذا التوصيل يقوي الحاجز الكموني وعندها يزداد الجهد العكسي VR وهنا يكون الجهد العكسي كبير فلا يمر تيار في الدارة وفق الشكل التالي:

حيث يمثل الشكل التالي منحني خواص الديود في حالة الانحياز العكسي والدارة له تمثل حالة الديود في الانحياز العكسي، حيث مصعد الديود المرسومة جانبا موصول مع سالب المنبع وطرف المهبط للديود موصول مع موجب المنبع.

انهيار الدايود:

إذا ازداد الانحياز العكسي على ثنائي الوصلة p-n فيما وراء مستوى يعرف بجهد الانهيار العكسي، فإن حوامل الشحنة الأقلية سوف تكسب طاقة كبيرة كافية لحركتها عشوائياً بسرعة مما يؤدي إلى اصطدامها مع إلكترونات أخرى وتحريضها (أعطائها طاقة كافية) لجعلها إلكترونات حرة وتتكرر هذه العملية فينتج عدد هائل من الإلكترونات التي تسبب تيار عكسي كبير القيمة كافي لانهيار المادة نصف الناقلة.

وهنالك من فسر الأمر على الطريقة التالية: إذا كان الديود منحازاً أمامياً وقمنا بزيادة الجهد كثيراً فإنه سوف يؤدي إلى تدمير الديود حيثُ سيؤدي في في منطقة الشحنة إلى تحريك عامل شحنة إضافي حركته في نفس الناقل ستؤدي إلى زيادة في الحرارة وهذه الحرارة يستطيع نصف الناقل تحملها إلى حد معين ولكن فوق هذا الحد يخرب الديود.

ما هي استخدامات الديود:

يمكننا تلخيص استخدامات بما يلي:

• دوائر التقويم: هنا يتم وصل 2 دايود أو 4 دايود لتشكل دارة تعمل على تحويل تيار المتناوب إلى مستمر ثابت الاتجاه ومتغير القيمة.
• يحمي الدارات التي يمر بها تيار المستمر من تبدلات الأقطاب.
• يعمل كمفتاح في الدارات الرقمية.
• يحمي من التيار العكسي.
• يعمل كمقوم للجهد.