الوصلة الثنائية: الدايود Diode ما هو ؟ و وظيفته في الدائرة ؟

الوصلة الثنائية: الدايود Diodeالوصلة الثنائية والمعروف بإسم الدايود (بالانجليزية: Diode) وهو عنصر الكتروني يسمح بمرور التيار الكهربي بإتجاه واحد فقط، من طرفه الموجب Anode إلى طرفه السالب Cathode. وهو من أشباه الموصلات Semi-conductor، حيث يتكون من بلورة سالبة N-type واخرى موجبة P-type

الشكل العملي للدايود واطرافه
للدايود طرفين: طرف موجب (+) (بالانجليزية: Anode) والطرف السالب (-) (بالانجليزية: Cathode). وللدايود رمز للدلالة على وجوده بالدائرة وبالرمز مثلث موضح اتجاه التيار.

يتم استخدام الدايود في الدائرة الالكترونية لانه يمتاز بتمرير التيار الكهربي في اتجاه واحد فقط ولا يسمح للتيار العكسي بالمرور من خلاله. وعلى ذلك فإنه يستخدم في الكثير من التطبيقات المختلفة وساعد كثيراً في تطوير عمل الدوائر الالكترونية.
حيث يستخدم في:

  • Communication Systems انظمة الاتصالات :(limiters, gates, clippers, mixers).
  • Computer الكومبيوتر  ( clamps, clippers, logic gates ).
  • Radar Circuits دوائر المراقبة: (phase detectors, gain-control circuits, power detectors,parameter amplifiers ).
  • (mixers, automatic gain control circuits, message detectors) : Radios.
  •  Television التلفاز: ( clamps, limiters, phase detectors, etc ).

إن قدرة الدايود على السماح لتدفق التيار في اتجاه واحد فقط استغلت في هذه التطبيقات. والتطبيقات الأكثر شيوعاً في استخدام الدايود هي دوائر التقويم او التوحيد Rectifier في مصادر التغذية Power supply. وسوف نتعرف على ذلك من خلال الشرح التالي.

للدايود حالتين لتوصيله بالدائرة وهما: التوصيل الامامي Forward Bias و التوصيل العكسي Reverse Bias . كما في الشكل التالي:

توصيل الدايود بالانحياز الإمامي Forward Bias
يسمح الدايود بمرور التيار عبره في حالة توصيله في نفس إتجاه التيار : وهو من خلال توصيل الطرف الموجب Anode له بالطرف الموجب لبطارية لمصدر جهد مستمر DC، وتوصيل الطرف السالب Cathode له بالطرف السالب لبطارية او للمصدر فيعمل وكأنه مفتاح مغلق يمرر التيار.. وتسمى هذه العملية بالتوصيل الإمامي Forward Bias. كما في الشكل التالي:

وتفسير ذلك: انه في حالة التوصيل الامامي للدايود بمصدر التيار ؛ فإن الشحنة الموجبة المندفعة منه في إتجاه منطقة P-region محدثةً تنافر مع الشحنة الموجبة بها. مما يجعل الشحنات الموجبة تزحزح وتتجه نحو منطقة N- region مسببة حركة بين الالكترونات ذات الشحنة السالبة والفجوات ذات الشحنة الموجبة وهذه الحركة تسبب لي مرور للتيار الكهربي.

وعملية عبور الشحنات الموجبة من p-type إلى N-type تحتاج إلى فرق جهد قيمته v0.7 بين الطرف (+) للدايود والطرف (-) له. بمعنى اخر.. ان الجهد على الطرف (+) للدايود يجب ان يكون اكبر من الجهد على الطرف (-) له بـv 0.7 ليسمح بمرور التيار الكهربي.

وبفكرة اخرى ..

(تخيل ان المنطقة الفاصلة بين P-type و N-type بالدايود ،هي عبار ة عن باب غرفة يحاول احد الاشخاص المرور عبره.. ولكي ينجح في عبوره.. فإنه يحتاج إلى دفع الباب بقوة بـ0.7،

ولكن ماذا لو: تواجد عائق وهو شخص اخر مثلاً خلف الباب يصده.. وهذا الشخص يدفع الباب بقوة معينة، في هذه الحالة لكي ينجح الشخص الذي يريد العبور بفتح الباب.. فإن كل مايحتاج إليه هو ان يدفع الباب بقوة اكبر من قوة الشخص الاخر الذي يصده بالإضافة إلى 0.7).

دايود السيليكون والجرمانيوم

يوجد دايود يتم تصنيعه من بلورات الجرمانيوم يحتاج إلى 0.3v ليمرر التيار الكهربائي من خلاله في حالة التوصيل الامامي. ودايود اخر يتم تصنيعه من بلورات السيليكون يحتاج إلى 0.7v ليمرر التيار الكهربائي من خلاله في حالة التوصيل الامامي (والمصنوع من بلورات السيليكون وهو الاكثر استخداماً وشيوعاً في الدوائر).

مثال1:

تم توصيل دايود (بالانحياز الامامي) مصنوع من بلورات السيليكون وعلى التوالي مع مقامة كهربائية قدرها R وببطارية فرق الجهد لها 3.7 فولت. فهل سيمر تيار كهربي بالدائرة؟ وما هو الجهد المطبق على المقاومة؟ مستعيناً بالرسم التالي:

الإجابة:

  • سوف يمر التيار لإن الدايود في حالة التوصيل الامامي.
  • والجهد حول المقاومة هو جهد المصدر ناقص 0.7 فولت ضريبة الدايود (الجهد الفاقد Drop Voltage) الذي يحتاج اليها ليمرر التيار .

3.7 – 0.7 = 3V 

ننتقل إلى..

توصيل الدايود بالانحياز العكسي Reverse Bias

لا يسمح الدايود بمرور التيار عبره في حالة عكس إتجاه التيار : وهو من خلال توصيل الطرف الموجب Anode له بالطرف السالب بالبطارية او المصدر، وتوصيل الطرف السالب Cathode له بالطرف الموجب بالبطارية او المصدر فيعمل وكأنه مفتاح مفتوح و لا يمرر التيار.. وتسمى هذه العملية بالتوصيل العكسي Reverse Bias.

وتفسير ذلك: انه في حالة التوصيل العكسي للدايود بالمصدر ؛ فإن الشحنة الموجبة المندفعة من مصدر التيار تجذب الشحنة السالبة بالمنطقة N-region لها في الدايود، والشحنة السالبة من مصدر التيار تجذب الشحنة الموجبة بالمنطقة N-region ، محدثاً لي هذا الامر اتساع في المنطقة الفاصلة PN-junction و يصبح الدايود وكأنه مفتاح مفتوح ولا يمرر التيار الكهربي.

و الدايود يتم تصنيعه ليتحمل جهد عكسي معين ، وان تعدى الجهد العكسي هذه القيمة ؛ فإن الدايود يحدث له انهيار وتسمى هذه الحالة بـ Breakdown Reverse ،ويسبب هذا الامر مرور للتيار العكسي.

والرسم البياني التالي يوضح سلوك الدايود في كلأ من الحالتين التوصيل الامامي والعكسي:

الدايود من النحية العملية في معظم التطبيقات بيتم تجاهل قيمة Voltage drop (0.7) عند توصيله في الانحياز الامامي Forward، و يتم التركيز على خصائص التيار و الجهد الكهربي له في كلاً من حالاته الانحياز الامامي والعكسي. حيث انه في الانحياز الامامي Forward Bias بيكون ON وفي الانحياز العكسي بيكون Off.

الدايود ودوائر التقويم والتوحيد Diode Rectifier Circuits

واحدة من اهم تطبيقات الدايود الشبه الموصل هي عملية تقويم إشارة التيار المتردد AC إلى التيار المستمر DC.

والدايو هو الإكثر شيوعاً لإستخدامه في الحصول على جهد مستمر DC منظم من جهد اخر متردد AC. وهناك العديد من الطرق الممكنة لتصميم دوائر التقويم بإستخدام الدايود، ولكن هناك ثلاث طرف اساسية لدوائر التقويم وهي:

  • دوائر التقويم النصف موجي The Half-wave Rectifier
  • دوائر التقوم الكامل للموجة The Full-wave Rectifier
  • التقويم الجسري The Bridge Rectifier

المصدر: electronicbub

شاهد أيضاً

ترشيد استهلاك الكهرباء

الكهرباء أهم مصادر الطاقة المستخدمة في حياتنا اليومية، فمن الصعب جدًا تخيل العالم اليوم بدون …

arArabic
arArabic