دیود چیست

خوب ! امروز میخواهیم در مورد جناب اقای دیود صحبت کنیم!همانطور که اکثر دوستان میدونند دیود یکی از مهمترین و پرکاربرد ترین  قطعات مورد استفاده در الکترونیک میباشد و از موارد استفاده های آن میتونیم به یکسو سازی ولتاژ ها و جریان های AC یا استفاده از انها به عنوان رگولاتور یا حتی همین LED هایی که در بازار به وفور یافت میشوند نیز یکی از انواع دیود ها میباشند.خب دیود ها انواع مختلفی دارند که در ادامه به انها خواهیم پرداخت.اما بریم سر اصل مطلب:

اگر ما یک نیمه هادی نوع N و یک نوع نیمه هادی نوع P را به هم اتصال دهیم

قطعه ای خواهیم داشت که به نام دیود!البته این اتصال هم به همین سادگی نیست.خب این پیوندی که به وجود میاد به پیوند P-N معروف است.وقتی که این دو نیمه هادی به هم اتصال داده میشوند یک میدان الکتریکی در وسط این دو اتصال به وجود می آید که به لایه ی سد معروف است.خب شاید سوال پیش بیاید که این لایه ی سد چجوری به وجود میاید؟ در جواب باید بگوییم :بر اثر این اتصال کمی الکترون از بخش n به بخش p آمده و کمی هم حفره از بخش p به بخش n آمده و باعث می شود یک میدان الکتریکی درون این قطعه حاصل شود.

بگذارید اینگونه بگوییم:

هرگاه دو کریستال نیمه هادی نوع N و P به هم اتصال یابند الکترونهای آزاد نیمه هادی نوع N که در نزدیکی محل اتصال P–N قرار دارند به منطقه P نفوذ می نمایند و با حفره های کریستال نوع P ترکیب می شوند و به این ترتیب حفره هایی از بین می روند و الکترونهای آزاد به صورت الکترون های ظرفیت درمی آیند . عبور یک الکترون از محل اتصال سبب ایجاد یک جفت یون می شود زیرا وقتی الکترونی از ناحیه N به ناحیه P وارد می شود در ناحیه N یک اتم پنج ظرفیتی الکترونی را از دست داده و به یون مثبت تبدیل می شود و در مقابل ، در ناحیه P یک اتم سه ظرفیتی الکترونی را دریافت می کند و به یون منفی تبدیل می شود . به این ترتیب در اثر عبور تعداد زیادی الکترون از محل اتصال نیمه هادی ها ، در محل پیوند تعداد زیادی یون مثبت و منفی ایجاد می شود . این یون ها در کریستال ثابت هستند زیرا به علت پیوند کووالانس بین الکترونهای اتم ها ، نمی توانند مانند الکترونهای آزاد حرکت کنند . بنابراین در محل پیوند ناحیه ای به نام لایه تخلیه به وجود می آید که در آن حامل های هدایت الکتریکی یعنی الکترونها و حفره ها وجود ندارند . به ناحیه تخلیه ، ناحیه سد هم گفته می شود . یون های مثبت و منفی در ناحیه تخلیه سبب ایجاد میدان الکتریکی می شوند . این میدان الکتریکی با عبور الکترونهای آزاد از محل اتصال مخالفت می کند . هرگاه میدان ایجاد شده به حدی برسد که مانع عبور الکترون از محل اتصال گردد حالت تعادل به وجود می آید و به این صورت دیود کریستالی ساخته می شود . ولتاژ ایجاد شده در ناحیه تخلیه ، پتانسیل سد نامیده می شود .

در شکل زیر میتوانید نحوه ی قرار گیری الکترون ها و پتانسیل سد را ملاحضه کنید:

خب همانطورکه میدانیم در نیمه  رسانای نوع n، الکترون های نوار رسانش بیشتر از حفره  های نوار ظرفیت نقش حامل های بار الکتریکی را دارند. بنابراین می گوییم در نیمه  رسانای نوع n الکترون ها حامل اکثریت هستند (در مقابل حفره  ها حامل اقلیت هستند). در نیمه  رسانای نوع p، حفره  های نوار ظرفیت بیشتر از الکترون های نوار رسانش نقش حامل های بار الکتریکی را دارند. بنابراین می گوییم در نیمه  رسانای نوع p حفره  ها حامل اکثریت هستند (در مقابل الکترون ها حامل اقلیت هستند). اکنون در ادامه  ی مباحث قبل می خواهیم درباره ی یک ویژگی بسیار جالب نیمه  رسانا صحبت کنیم. این ویژگی اساسِ کارِ بسیاری از قطعات الکترونیکی است که ما در رایانه، تلفن همراه، حافظه و … از آن‌ها استفاده می کنیم.

 در اثر پدیده‌ی نفوذ، حامل‌های اکثریت بار الکتریکی از هر دو طرف به سمت یکدیگر حرکت می کنند و اثر هم را خنثی می کنند. بنابراین یون های ثابت با بار مثبت در سمت n و یون های ثابت با بار منفی در سمت p باقی می ماند. این ناحیه را ناحیه  ی تهی نامیدیم. ناحیه  ی تهی دارای عرض محدودی است. زیرا در اثر وجود یون های ثابت مثبت و منفی در طرفین آن، یک میدان الکتریکی داخلی در ناحیه ی تهی به وجود می آید. از آن جاییکه جهت میدان الکتریکی از مثبت به منفی است، پس جهت این میدان داخلی از سمت یون های مثبت به سمت یون های منفی است، یعنی از n به p. وجود این میدان الکتریکی داخلی، مانع ادامه  ی نفوذ الکترون های آزاد به سمت p و حفره های آزاد به سمت n می شود (زیرا الکترون ها بار الکتریکی منفی دارند و به صورت خودبخودی خلاف جهت میدان الکتریکی حرکت می کنند. همچنین حفره  ها بار الکتریکی مثبت دارند و به صورت خودبخودی هم  جهت میدان الکتریکی حرکت می کنند).در شکل زیر میتوانید این اثر را ملاحضه کنید:

بنابراین نفوذ الکترون های آزاد و حفره  های آزاد تا جایی ادامه می یابد که میدان الکتریکی داخلی دیگر اجازه  ی نفوذ حامل های بار را ندهد. در این هنگام عرض ناحیه  ی تهی دیگر بیشتر نمی شود و تقریبا ثابت می  ماند.
این ویژگی جالب سبب می‌شود که که هرگاه پیوند p-n در مدار الکتریکی قرار بگیرد، جریان الکتریکی را فقط از یک سو عبور  دهد. در واقع الکترون ها از یک سو اجازه ی عبور دارند و از سوی دیگر اجازه‌ی عبور ندارند!
همان گونه که بیان کردیم میدان الکتریکی داخلی در ناحیه  ی تهیِ پیوندِ p-n، مانع از ادامه  ی نفوذ حاملان بار الکتریکی در دو طرف می شود و بنابراین جریان الکتریکی نمی تواند از آن عبور کند. اکنون اگر یک میدان الکتریکی قوی تر از میدان الکتریکی داخلی و خلاف جهت آن، به دو طرف پیوند p-n اعمال کنیم، اثر میدان داخلی از بین می رود و در اثر این میدان الکترون های آزاد می‌توانند منتقل شوند. برای این کار کافی است پایانه  ی مثبت منبع ولتاژ (نظیر یک باتری) را به سمت p و پایانه ی منفی منبع ولتاژ را به سمت n متصل کنیم. در پیوندهای p-n که از ماده نیمه  رسانای سیلیسیوم ساخته می شوند و در قطعات الکترونیکی استفاده می شود، برای غلبه بر میدان الکتریکی داخلی، تقریبا ولتاژ 0/7 ولت کافی است. بنابراین با این کار الکترون های آزاد می توانند هم جهت میدان الکتریکی داخلی (در واقع خلاف جهت میدان الکتریکی خارجی که بزرگتر است) حرکت کنند و موجب رسانش الکتریکی شوند.

اتصال منبع ولتاژ الکتریکی به یک پیوند p-n به صورتی که پایانه مثبت به p و پایانه منفی به n متصل است.

اما اگر جهت پایانه  های باتری را برعکس متصل کنیم، یعنی پایانه  ی منفی را به p و پایانه  ی مثبت را به n اتصال دهیم، میدان الکتریکی خارجی هم جهت میدان الکتریکی داخلی ایجاد می شود و جریان الکتریکی برقرار نمی شود.

اتصال منبع ولتاژ الکتریکی به یک پیوند p-n به صورتی که پایانه مثبت به n و پایانه منفی به p متصل است.

خب تا اینجا تقریبا فهمیدیمم که دیود چیست و چگونه ساخته میشود و ویژگی های انرا بیان کریم. همانطور که میدانید همیشه در نقشه ها برای نمایش دیود ها باید از شمای مداری ان استفاده کرد. معمولا شمای مداری دیود ها ی معمولی به شکل زیر است که فلش جهت جاری شدن جریان در دیود را نمایش میدهد و خط عمود شده بر ان نیمه هادی نوع N را نشان میدهد برای نمایش دیود در نقشه ها از شمای مداری ان استفاده میشود و برای نام گذاری آنها از D حرف اول DIOD استفاده میشود

در ادامه به انواع دیود ها و کاربر آنها در الکترونیک خواهیم پرداخت.

به امید موفقیت همه ی شما