آموزش دیود

قطعات الکترونیکی نقش حیاتی در عملکرد سیستم‌های مدرن دارند و دیود یکی از مهم‌ترین این قطعات است. دیودها قطعات الکترونیکی نیمه‌رسانا هستند که جریان الکتریکی را فقط در یک جهت عبور می‌دهند و از این رو در بسیاری از کاربردهای الکترونیکی، از جمله یکسوسازی جریان، محافظت از مدارها و رگولاتورهای ولتاژ، استفاده می‌شوند. این قطعات با ویژگی‌های خاص خود، از جمله امکان هدایت جریان در بایاس مستقیم و مسدود کردن آن در بایاس معکوس، به طراحی و بهینه‌سازی مدارها کمک شایانی می‌کنند. دیودها در انواع مختلف، از جمله دیودهای زنر، شاتکی و LED، هرکدام ویژگی‌های منحصر به فردی دارند که باعث شده در طیف وسیعی از صنایع از تجهیزات مخابراتی گرفته تا سیستم‌های روشنایی و سنسورها کاربرد داشته باشند. در دوره آموزش الکترونیک کارایی دیود روی بردهای مختلف را عملا تدریس میکنیم.

دیود چیست؟

دیود یکی از اجزای اصلی در مدارهای الکترونیکی است که توانایی هدایت جریان الکتریکی را فقط در یک جهت دارد. به عبارت دیگر، دیود یک قطعه الکترونیکی یک‌طرفه است که به جریان الکتریکی اجازه عبور فقط در یک جهت (از آند به کاتد) می‌دهد و در جهت معکوس، مانع عبور جریان می‌شود. این ویژگی منحصر به فرد باعث می‌شود که دیود در بسیاری از کاربردهای الکترونیکی به‌ویژه در مدارهای یک‌سوسازی، حفاظت از مدارها و سیستم‌های تبدیل انرژی به کار رود.

نیمه‌رسانای نوع N و نوع P

درک ساختار و نوع نیمه‌رساناها برای فهم رفتار دیود بسیار ضروری است. نیمه‌رساناها به دو نوع اصلی تقسیم می‌شوند:

• نیمه‌رسانای نوع N: در این نوع نیمه‌رسانا، الکترون‌ها به عنوان حامل‌های بار منفی عمل می‌کنند. این مواد معمولاً با افزودن مواد شیمیایی (مانند فسفر) که الکترون‌های اضافی ایجاد می‌کنند، به نیمه‌رسانای نوع N تبدیل می‌شوند.

• نیمه‌رسانای نوع P: در این نوع، حفره‌ها به عنوان حامل‌های بار مثبت عمل می‌کنند. برای تولید نیمه‌رسانای نوع P، معمولاً از موادی مثل بور استفاده می‌شود که منجر به کمبود الکترون‌ها می‌شود و حفره‌ها ایجاد می‌کند.

وقتی که این دو نوع نیمه‌رسانا (P و N) به هم متصل می‌شوند، یک اتصال P-N شکل می‌گیرد که در آن منطقه‌ای به نام ناحیه پیوند ایجاد می‌شود. این ناحیه پیوند سبب می‌شود که جریان فقط در یک جهت عبور کند و در جهت دیگر مسدود شود، که همان رفتار اساسی دیود است.

نیمه‌رسانای ذاتی و غیرذاتی

• نیمه‌رسانای ذاتی: این مواد نیمه‌رسانا به صورت طبیعی خاصیت نیمه‌رسانایی دارند و در حالت خالص خود بدون هیچ گونه ناخالصی یا افزودنی استفاده می‌شوند. سیلیکون نمونه‌ای از نیمه‌رساناهای ذاتی است.

• نیمه‌رسانای غیرذاتی: این مواد نیمه‌رسانا با افزودن مقادیر کمی از مواد دیگر تغییر داده می‌شوند تا ویژگی‌های خاصی ایجاد کنند. این تغییرات باعث می‌شود که مواد ویژگی‌های بهتری داشته باشند که به آن‌ها نیمه‌رسانای آلوده یا غیرذاتی گفته می‌شود.

اتصال نیمه‌رسانای نوع P و N

اتصال نیمه‌رسانای نوع P و N به یکدیگر، که به آن پیوند P-N گفته می‌شود، اساس کار دیود است. در این اتصال، یک ناحیه باریک از دیود به نام ناحیه پیوند ایجاد می‌شود که به دلیل اختلاط الکترون‌ها و حفره‌ها، جریان را در یک جهت می‌گذارد و در جهت دیگر، مانع عبور جریان می‌شود.

بایاس مستقیم چیست؟

بایاس مستقیم زمانی اتفاق می‌افتد که ولتاژ مثبت به سمت آند و ولتاژ منفی به سمت کاتد اعمال می‌شود. در این حالت، بارهای مثبت و منفی در ناحیه پیوند به هم جذب می‌شوند و به این ترتیب جریان از دیود عبور می‌کند. به عبارت ساده‌تر، در بایاس مستقیم، دیود اجازه عبور جریان را می‌دهد و به حالت فعال درمی‌آید.

بایاس معکوس چیست؟

بایاس معکوس زمانی است که ولتاژ مثبت به سمت کاتد و ولتاژ منفی به سمت آند اعمال می‌شود. در این حالت، بارهای مثبت و منفی از یکدیگر دور می‌شوند و جریان از دیود عبور نمی‌کند. این وضعیت باعث می‌شود که دیود در بایاس معکوس جریان را مسدود کند و دیود به حالت غیر فعال قرار بگیرد.

نمودار جریان-ولتاژ در دیودها

نمودار جریان-ولتاژ دیود در بایاس مستقیم به صورت نمایی است، یعنی با افزایش ولتاژ، جریان به طور سریع افزایش می‌یابد. در بایاس معکوس، جریان بسیار کم است تا زمانی که ولتاژ معکوس از حد خاصی عبور کند، که در این صورت دیود ممکن است به نکته خرابی برسد و جریان معکوس زیادی از دیود عبور کند.

دیود در مدار

دیودها در مدارهای مختلف برای اهداف مختلف به کار می‌روند. یکی از کاربردهای عمده دیودها، یک‌سوسازی جریان است. همچنین دیودها در حفاظت از مدارها در برابر قطبش معکوس، کنترل ولتاژ و حتی ممانعت از تغییرات ناخواسته جریان کاربرد دارند.

نماد دیود چیست؟

نماد دیود در مدارهای الکترونیکی به صورت یک مثلث و یک خط عمودی است که نشان‌دهنده آند و کاتد دیود است. در نماد دیود، جریان از آند به سمت کاتد (مثلث به خط) جریان می‌یابد.

بایاس دیود چیست؟

بایاس دیود به فرآیند اعمال ولتاژ به دیود اطلاق می‌شود که به دو حالت اصلی تقسیم می‌شود:

• بایاس مستقیم: زمانی که ولتاژ به گونه‌ای اعمال می‌شود که جریان از دیود عبور کند.

• بایاس معکوس: زمانی که ولتاژ به گونه‌ای اعمال می‌شود که جریان مسدود شده و از دیود عبور نمی‌کند.

مدل نمایی و نمودار دیود

مدل نمایی دیود در واقع رابطه‌ای بین جریان و ولتاژ دیود است که نشان‌دهنده افزایش سریع جریان با افزایش ولتاژ در بایاس مستقیم است. این مدل برای شبیه‌سازی رفتار دیود در مدارهای مختلف مفید است.

نمودار دیود در حالت ایده‌آل

در حالت ایده‌آل، دیود در بایاس مستقیم جریان را عبور می‌دهد و در بایاس معکوس هیچ جریانی عبور نمی‌کند. این نمودار برای درک عملکرد ایده‌آل دیود کاربرد دارد.

بایاس معکوس و بایاس مستقیم

در بایاس معکوس، جریان بسیار کم است و دیود از عبور جریان جلوگیری می‌کند. در بایاس مستقیم، جریان از دیود عبور کرده و دیود به حالت فعال درمی‌آید.

وظیفه و کار دیود چیست؟

وظیفه اصلی دیود هدایت جریان در یک جهت و مسدود کردن آن در جهت دیگر است. این ویژگی در کاربردهای مختلف مانند یکسوسازی جریان، مدارهای محافظتی و رگولاتورهای ولتاژ استفاده می‌شود.

انواع دیودها

دیودها در انواع مختلفی وجود دارند که هرکدام ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود را دارند:

1. دیود یکسو ساز: برای تبدیل جریان متناوب (AC) به جریان مستقیم (DC) استفاده می‌شود.

2. دیود زنر: برای تثبیت و رگوله کردن ولتاژ در مدارهای مختلف کاربرد دارد.

3. دیود شاتکی: دارای ولتاژ برش پایین و سرعت پاسخ‌دهی بالا است که برای فرکانس‌های بالا به کار می‌رود.

4. دیود نوری (LED): دیودی که نور تولید می‌کند و در نمایشگرها، چراغ‌ها و سیستم‌های نوری کاربرد دارد.

5. سنسور مادون قرمز: دیودی که برای حسگرهای مادون قرمز به کار می‌رود.

دیود شاتکی چیست؟

دیود شاتکی نوعی دیود است که دارای پیوند فلز-نیمه‌رسانا است. این ویژگی‌ها باعث می‌شود که دیود شاتکی دارای ولتاژ برش پایین‌تری باشد و در فرکانس‌های بالا و سیستم‌های سریع استفاده شود.

ساختار دیود شاتکی

ساختار دیود شاتکی از یک لایه نیمه‌رسانا و یک لایه فلزی تشکیل شده است. این ساختار منجر به کاهش ولتاژ برش و افزایش سرعت عملکرد دیود در مدارهای الکترونیکی می‌شود.

دیود زنر چیست؟

دیود زنر یک دیود خاص است که در حالت معکوس در ولتاژ معین عمل می‌کند و از افزایش بیش از حد ولتاژ جلوگیری می‌کند. این دیودها برای رگولاتورهای ولتاژ در مدارهای الکترونیکی بسیار مفید هستند.

دیود LED چیست؟

LED (دیود ساطع‌کننده نور) نوعی دیود است که در اثر عبور جریان الکتریکی، نور ساطع می‌کند. این دیودها به دلیل مصرف پایین انرژی و طول عمر بالا در سیستم‌های نورپردازی، صفحات نمایش و ابزارهای الکترونیکی به کار می‌روند.

دیود LED چگونه کار می‌کند؟

در دیود LED، هنگامی که جریان الکتریکی از دیود عبور می‌کند، الکترون‌ها با حفره‌ها ترکیب شده و انرژی آزاد شده به صورت نور منتشر می‌شود.

انتخاب LED

در انتخاب LED باید به عواملی همچون شدت نور، رنگ نور، ولتاژ کارکرد و جریان مصرفی توجه کرد تا LED مناسب برای نیاز خاص کاربر انتخاب شود.

فتودیود چیست؟

فتودیود نوعی دیود است که در اثر تابش نور، جریان الکتریکی تولید می‌کند. این دیودها در حسگرهای نوری و دستگاه‌های اندازه‌گیری نوری استفاده می‌شوند.

کاربرد فتودیود چیست؟

فتودیودها در سیستم‌های تصویربرداری، سنسورهای نوری و در تجهیزات نوری به کار می‌روند.

دیود PIN چیست؟

دیود PIN نوعی دیود است که از سه لایه نیمه‌رسانا (P، I و N) تشکیل شده است و معمولاً در سیستم‌های مایکروویو و فرکانس‌های بالا کاربرد دارد.

دیود لیزری چیست؟

دیود لیزری نوعی دیود است که نور لیزری تولید می‌کند و در سیستم‌های ارتباطات نوری، لیزرها و دستگاه‌های تصویربرداری کاربرد دارد.

پل دیود چیست؟

پل دیود یک مدار است که از چهار دیود برای یکسوسازی جریان متناوب (AC) به جریان مستقیم (DC) استفاده می‌کند.

تست پل دیود چیست؟

تست پل دیود برای بررسی صحت عملکرد دیودها در مدار پل دیود استفاده می‌شود و اطمینان می‌دهد که دیودها در جهت درست کار می‌کنند.

دیودها اجزای کلیدی در مدارهای الکترونیکی هستند و انواع مختلف آن‌ها برای کاربردهای گوناگون مانند یکسوسازی جریان، تثبیت ولتاژ، تولید نور و حسگرهای نوری استفاده می‌شوند. شناخت انواع مختلف دیودها و کاربردهای آن‌ها به طراحان مدار کمک می‌کند تا از دیودها به بهترین نحو استفاده کنند.

روش تست دیود

تست دیود یکی از عملیات اساسی در بررسی عملکرد قطعات الکترونیکی است. برای این کار، به راحتی می‌توان از مولتی‌متر دیجیتال استفاده کرد. در دوره آموزش الکترونیک به شما یاد میدهیم که مراحل تست دیود به شرح زیر است:

تنظیم مولتی‌متر:
مولتی‌متر خود را در حالت تست دیود (علامت دیود روی دستگاه) قرار دهید تا بتوانید ولتاژ و جریان عبوری از دیود را بررسی کنید.

اتصال مولتی‌متر به پایه‌های دیود:
دو پروب مولتی‌متر را به پایه‌های دیود متصل کنید. پروب قرمز را به آند و پروب سیاه را به کاتد وصل کنید. در این حالت باید دیود را در بایاس مستقیم تست کنید.

تست بایاس مستقیم:
در بایاس مستقیم، مولتی‌متر باید ولتاژی در حدود 0.6 تا 0.7 ولت نمایش دهد. این مقدار نشان‌دهنده افت ولتاژ معمول در دیودها است و به شما می‌گوید که دیود سالم است.

تست بایاس معکوس:
در این مرحله، پروب‌ها را معکوس کنید. پروب قرمز را به کاتد و پروب سیاه را به آند وصل کنید. در این حالت، مولتی‌متر باید هیچ جریانی نشان ندهد یا ولتاژ معکوس را بی‌نهایت نشان دهد که نشان‌دهنده سالم بودن دیود در حالت معکوس است. اگر در بایاس مستقیم، ولتاژ حدود 0.6 تا 0.7 ولت بود و در بایاس معکوس جریان یا ولتاژ معکوس وجود نداشت، دیود سالم است. در غیر این صورت، دیود دچار مشکل است و نیاز به تعویض دارد.

روش درآوردن و جازدن دیود روی برد

درآوردن دیود از برد:

خاموش کردن دستگاه و جداسازی منبع تغذیه:
قبل از شروع به هر کار، ابتدا اطمینان حاصل کنید که دستگاه از برق جدا شده است تا از هرگونه آسیب به قطعات و خطرات احتمالی جلوگیری کنید.

شناسایی دیود روی برد:
با دقت دیود را روی برد شناسایی کنید. دیودها معمولاً دارای نماد مثلثی به همراه خط عمودی هستند که نمایانگر آند و کاتد آن‌ها است.

استفاده از هویه یا هیتر:
برای خارج کردن دیود از برد، از هویه برای ذوب کردن لحیم استفاده کنید. پایه‌های دیود را با هویه گرم کنید تا لحیم ذوب شده و پایه‌ها از برد جدا شوند. در صورتی که از هیتر استفاده می‌کنید، گرما به طور یکنواخت روی برد پخش می‌شود تا لحیم پایه‌ها به راحتی ذوب شود.

برداشتن دیود:
پس از ذوب شدن لحیم، به آرامی دیود را از برد جدا کنید. در این مرحله، مراقب باشید که برد و سایر قطعات آسیب نبینند.

جازدن دیود روی برد

انتخاب دیود مناسب:
دیود جدید باید مشخصات مشابهی از نظر ولتاژ و جریان با دیود قبلی داشته باشد. انتخاب صحیح دیود اهمیت بالایی دارد تا عملکرد مدار به درستی حفظ شود.

قرار دادن دیود روی برد:
دیود جدید را به دقت روی برد قرار دهید. توجه داشته باشید که آند دیود به سمت قطب مثبت و کاتد آن به سمت قطب منفی متصل شود.

لحیم‌کاری پایه‌های دیود:
با استفاده از هویه، پایه‌های دیود جدید را به لحیم آغشته کنید و آن‌ها را به خوبی به برد لحیم کنید. در این مرحله، دقت کنید که لحیم اضافی روی برد باقی نماند.

بررسی اتصال:
پس از لحیم‌کاری، اتصال پایه‌ها را بررسی کنید تا از نبود اتصال کوتاه و کیفیت بالای لحیم‌کاری مطمئن شوید.

تمیز کردن برد:
پس از اتمام لحیم‌کاری، برد را با استفاده از تمیزکننده‌های مخصوص برد الکترونیکی تمیز کنید تا هرگونه اضافات لحیم و آلودگی‌های احتمالی از بین برود.

با استفاده از این روش‌ها می‌توانید دیودها را به درستی از برد خارج کرده و دیود جدید را به جای آن نصب کنید تا عملکرد مدار به درستی حفظ شود. در کلاس آموزش الکترونیک این روش را تمرین میکنید.