میدونی دیود چیه؟

دیودها یکی از مهم ترین و پرکابردترین قطعات در مدارها الکترونیکی به شمار می روند. اهمیت و نقشی که این قطعات در مدارها دارند، به هیچ عنوان قابل چشم پوشی نیست. دیودها قطعاتی با قابلیت عبور جریان از یک طرف هستند. از این ویژگی بسیاری از مدارها جهت کنترل جهت جریان، استفاده می کنند. در این آموزش قصد بررسی دیود و کاربردهای آن را داریم.

مبانی دیود Diode

دیودها یکی از مهم ترین قطعات الکترونیکی به شمار می روند. این قطعه در حقیقت مبنا و پایه علم الکترونیک به شمار می رود. دیود قطعه است که جریان الکتریکی را تنها و تنها از یک طرف عبور می دهد. این برخلاف مقاومت است که جریان الکتریکی را از هر دو طرف خود عبور می دهد.

یکی دیگر از قابلیت های کلیدی دیودها، فعال بودن یا در اصطلاح اکتیو بودن آن هاست. قطعات به طور کلی به دو دسته غیر فعال یا پسیو و دسته دوم فعال یا اکتیو دسته بندی می شوند. مقاومت ها قطعاتی پسیو هستند، این قطعات با هر ولتاژی کار می کنند. اما در مقابل دیودهای اکتیو هستند، برای راه اندازی دیود، باید ولتاژی بیش از حداقل ولتاژ راه اندازی آن، معمولا 0.7، به دیود اعمال شود. در حقیقت دیودها را می توان همچون سوییچ الکترونیکی دید، سوییچی که با اعمال ولتاژی بیش از حداقل ولتاژ مورد نیاز فعال شده و جریان را از خود عبور می دهد.

یک دیود دارای دو پایه یا به عبارت بهتر دو قطب است؛ یک قطب مثبت که با آند و یک قطب منفی که با کاتد شناخته می شود. چنانچه دیود همجهت با جریان جاری مدار قرار گیرد، در بایاس مستقیم و چنانچه در خلاف جهت جریان قرار گیرد، در بایاس معکوس قرار گرفته است. به عبارت دیگر، هرگاه پایه آند یا مثبت دیود به مثبت منبع تغذیه و پایه کاتد و یا منفی دیود به منفی منبع تغذیه متصل شود، دیود در بایاس مستقیم قرار میگیرد. در غیر اینصورت در بایاس معکوس قرار گرفته است.

پارامترهای مهم دیود

این قطعه جریان الکتریکی را از یک طرف و آن ها را با ولتاژی بیش از حداقل ولتاژ، عبور می دهد. زمانی که به دیتاشیت دیود مراجعه می کنیم، پارامترهای بسیاری را خواهیم دید. مهم ترین پارامترهای دیود Diode هنگام راه اندازی عبارتند از

IF: جریان در بایاس مستقیم

VF: افت ولتاژ در بایاس مستقیم و حداقل ولتاژ

VRRM: بیشینه ولتاژ قابل تحمل در بایاس معکوس به صورت پیک و تکرار شونده

نکته مهم1: زمانیکه یک دیود راه اندازی می شود، به اندازه VF آن یا حداقل ولتاژ راه اندازی، ولتاژ را کاهش می دهد. به عنوان مثال با اعمال ولتاژ 5 به یک دیود با VF 0.7 ولت، در کاتد ولتاژ 4.3 دریافت خواهیم کرد.

نکته مهم2: هیچ گاه دیود نباید به طور موازی با منبع تغذیه قرار گیرد، چراکه پس از روشن شدن دیود همانند یک سیم عمل خواهد کرد. همواره دیودها در مدارها با المان های مصرف کننده سری می شوند.

انواع دیود و نماد گرافیکی هر یک

پس از آشنایی با دیود، نوبت به معرفی انواع مختلف آن می رسد. عمده تفاوت دیودها در افت ولتاژ (VF)، جریان قابل عبور در بایاس مستقیم (IF) و سرعت تغییر وضعیت از حالت خاموش به حالت روشن (فرکانس سوییچینگ) است. به طور کلی، مهم ترین و پرکاربردترین دیودهای موجود در بازار عبارتند از:

1- دیود معمولی

2- دیود شاتکی

3- دیود زنر

4- دیود TVS

5- دیودهای نورانی LED

دیودهای معمولی که غالبا با کد کالای 1NF001 الی 1N4007 شناخته می شوند، دارای افت ولتاژی بین 0.7 الی 1.4 هستند. این دیودها می توانند در خروجی خود بسته به دیتاشیت، جریانی بین 1 الی چند آمپر را تحمل کنند. منظور از تحمل جریان در خروجی، میزان جریانی است که مصرف کننده در خروجی دیود به آن متصل شده است. نماد گرافیکی و شکل این دیودها در تصویر زیر مشخص است.

در مقابل دیودهای شاتکی بسیار کاربردی هستند. این دیودها در بین سایرین، از کمترین افت ولتاژ برخوردارند. به عنوان مثال دیودهایی با کد 1N5817 و یا 1N5819 از افت ولتاژی کم و در حدود 0.2 الی 0.4 بهره می برند. به کمک این قابلیت، ما در خروجی این دیودها کاهش ولتاژ بسیار کمتری را نسبت به دیودهای معمولی شاهد هستیم.

در مقابل دیودهای یاد شده در بالا، دیود زنر یکی از دیودهای بسیار کاربردی است. این دیود را می توان به نوعی دیود سنت شکن دانست!  همانطور که اطلاع دارید، دیودها جریان الکتریکی را تنها از یک جهت عبور می دهند. در صورتیکه شما ولتاژی را در خلاف جهت به دیود اعمال کنید، این قطعه از خود مقاومت نشان داده و جریان را عبور نخواهد داد. این رویه تا زمانیکه ولتاژ بیش از آستانه تحمل دیود نباشد، ادامه خواهد یافت. در صورتیکه ولتاژ اعمال شده در بایاس معکوس بیش از آستانه تحمل دیود شود، دیود آسیب خواهد دید. اما در دیود زنر، این رویه به شکلی دیگر خود را نشان خواهد داد. در صورتیکه ولتاژ اعمال شده در بایاس معکوس بیش از آستانه تحمل شود، دیود زنر ولتاژ را تثبیت می کند.

در کنار دیودهای گفته شده در بالا، یک دیود پرکابرد دیگر تحت عنوان دیود TVS در بسیاری از مدارها حساس نظیر ECU های خودرو پرکابرد است. این دیود در نقش محافظ برای قطعات حساس عمل می کند. عبارت TVS که مخفف Transient Voltage Suppression است؛ به عبارت دیگر دیود TVS از قطعات حساس در برابر ولتاژ گذرا که سبب آسیب به قطعات می شوند، محافظت می کند.

دیود TVS از قطعه در برابر ولتاژهای ناگهانی بسیار بالا محافظت می کند. یکی از ولتاژهای ناگهانی بالا، الکتریسته ساکن است. در بسیاری از موارد پیش آمده که با برخورد دست انسان به دلیل وجود الکتریسته ساکن، قطعه با ولتاژ بالا و در زمان کم، آسیب دیده است. در اینجا به کمک دیود TVS می توان از این آسیب جلوگیری نمود.

در کنار تمام دیودهای ذکر شده، دیودهای LED بسیار کلیدی و کاربردی هستند. این دیودها با روشن شدن، جریان الکتریکی را به نور تبدیل می کنند. از این دیودها در صنایع نورپردازی و ساخت صفحه نمایش تلویزیون ها استفاده می شود. دیودهای LED نیز همانند دیودهای دیگر، یک ولتاژ حداقلی برای راه اندازی نیاز دارد. پس از اعمال این ولتاژ، از آنجاییکه این دیودها آستانه جریان قابل تحمل محدودی دارند، باید یک مقاومت به آن ها سری شده تا جریان محدود گردد. در زیر تصویر این دیود و شمای آن را مشاهده می کنید.

دیودهای SMD و DIP

همانند سایر قطعات، دیودها نیز دارای ساختار SMD و یا DIP هستند. بسته به طراحی انجام شده در مدار، از پکیج مونتاژی مناسب بایستی استفاده شود. به عنوان مثال دیود زیر از نوع یک دیود DIP است.

در کنار این، دیودهای TVS هم به صورت تراشه های SMD نیز یافت می شوند. در تصویر زیر می توانید یک نمونه دیود TVS در قالب SMD را مشاهده کنید.

دیودهای LED هم در انواع مختلف ساخته می شوند. در نوع DIP دو مدل بزرگ وکوچک را در بازار می توان یافت. همچنن این دیودها به صورت SMD نیز در بازار عرضه می گردند.

محاسبات دیودها

پس از بررسی و معرفی دیودها، نوبت به محاسبات ریاضی می رسد. در اینجا جهت ساده شدن بحث، به محاسبات دیود LED می پردازیم. همانطور که پیشتر گفته شد، دیودها همانند یک سیم پس از روشن شدن عمل می کنند. اما همانطور که هر سیم با توجه به ساختار خود به میزان مشخصی جریان را می تواند تحمل کند، دیودها هم از این اصل خارج نیستند. به همین علت، برای دیودها باید یک مصرف کننده با آن سری شود. به عنوان نمونه، یک دیود LED را در نظر بگیرید که آستانه تحمل جریان 30 میلی آمپری دارد. اگر یک منبع 3 آمپری به آن متصل شود، دیود قطعا خواهد سوخت. در این جا مطابق تصویر زیر باید از یک مقاومت سری با دیود استفاده کنیم.

فرض کنید منبع 3 آمپری در اختیار دارید. از طرف دیگر یک LED با جریان قابل تحمل 30 میلی آمپری در اختیار است. در اینجا باید جریان الکتریکی تا 30 میلی آمپر محدود شود. در اینجا با انتخاب یک مقاومت 100 اهم، جریان به اندازه 30 میلی آمپر محدود می شود. چراکه 100/3 برابر با 30 میلی آمپر خواهد شد.

کاربردهای دیود

تا این جا با کار، نقش و وظیفه دیودها در مدارها مختلف آشنا شدیم. در این جا قصد داریم تا به بررسی کاربردهای دیود در مدارها مختلف بپردازیم. اولین مورد در رابطه با دیودها، یکسوسازی است. همانطور که اطلاع دارید دیودها جریان الکتریکی را تنها از یک طرف عبور می دهند. از همین ویژگی در یکسوسازی و تبدیل سیگنال AC به DC استفاده می شود. به عبارت دیگر به کمک دیودها می توان جریا متناوب برق شهری را به مستقیم که مناسب راه اندازی قطعات الکترونیکی است، تبدیل نمود. تصویر زیر مدار این تبدیل که به پل دیود معروف است را نمایش می دهد.

از دیگر کاربردهای دیود می توان به مدار های OR نیز اشاره نمود. در مداری های OR، دو ولتاژ با یکدیگر به گره می رسند. اما در خروجی گره، هر کدام از ورودی ها که ولتاژ بیشتری داشته باشند، در خروجی قرار می گیرند. در این حالت ولتاژ بیشتر یک طرف سبب خاموش شدن دیود طرف دیگر شده و ولتاژ طرف بیشتر رد خروجی قرار می گیرد. از این روش در ساخت مدارهای باتری پشتیبان استفاده می شود، آنجاکه نیاز است تا پس از قطع برق(ولتاژ بیشتر) بلافاصله باتری که حالا ولتاژ آن از برق شهر بیشتر است، وارد مدار شود.

آموزش مرتبط با دیود

لینک آموزش دیود، کلیک کنید

نحوه خرید دیود

جهت خرید دیودها کافیست به فروشگاه دانشجوکیت مراجعه کنید. با کلیک بر روی لینک زیر می توانید انواع دیودها را مشاهده نمایید.

لینک خرید انواع دیود، کلیک کنید.