دیود چیست؟ معرفی انواع دیود و عملکرد آن

دیود چیست؟ قطعه الکترونیکی یکسو کننده جریان

در پاسخ به سئوال دیود چیست باید گفت، دیود یک قطعه الکترونیکی نیمه هادی است که معمولا دارای دو پایه است. برای درک عملکرد دیود، ابتدا باید اصول اولیه جریان الکتریکی را درک کرد. شارش ذرات باردار از طریق هادی‌ها را جریان‌ الکتریکی می نامند. هنگامی که ذرات باردار که الکترون نیز نامیده می‌شوند، از طریق یک مسیر رسانا برای تولید جریان الکتریکی حرکت می‌کنند، یک مدار الکتریکی ایجاد می‌شود. دو نوع اصلی از جریان‌های الکتریکی وجود دارد که در مدار الکترونیکی مورد استفاده قرار می‌گیرند. جریان مستقیم (DC) و جریان متناوب (AC). در جریان‌های مستقیم، الکترون‌ها در یک جهت جریان دارند، در حالی که در جریان‌های متناوب، جریان الکترون به سرعت جهت را تغییر می‌دهد و تولید موج الکتریکی می کنند. دیود نوعی قطعه الکترونیکی نیمه هادی است که مانند انواع ترانزیستور هدایت الکتریکی در مدار را انجام می دهد. دیود ها به دلیل عبور جریان اضافی احتمالی در مدار خراب می شوند. سوختن دیود در مدار تاثیر مستقیمی در خرابی دیگر قطعات جانبی دارد. ساده ترین ابزار تست دیود، مولتی متر است. نحوه تست دیود smd با مولتی متر شبیه سایر دیودها است، با خرید مولتی متر می توانید علاوه بر تست دیود، انواع قطعات نیمه هادی را آزمایش کنید.

دیودها، نوع خاصی از یکسوکننده‌ها، در ابتدا برای تبدیل جریان AC به جریان DC استفاده می‌شوند و جریان الکتریکی را مجبور می‌کنند فقط در یک جهت جریان یابد. دیود یک وسیله الکتریکی نیمه هادی با دو پایانه است که در حالت ایده آل اجازه می‌دهد جریان به راحتی در یک جهت جریان یابد، اما مسیر جریان را در جهت مخالف مسدود می‌کند. دیود را می‌توان به عنوان کلیدی در نظر گرفت که جریان الکتریکی در مدار را کنترل می‌کند.

دیودها دارای ترمینال مثبت و منفی هستند. جریان‌های الکتریکی از ترمینال مثبت که آند نامیده می‌شود به ترمینال منفی که کاتد نامیده می‌شود جریان می‌یابد.

اگرچه انواع مختلفی از دیودها وجود دارد، اما زمانی که صحبت از دیود می‌شود، منظور دیودهای نیمه هادی است. نوع دیگر دیودهای ترمیونی هستند که بر پایه دریچه‌های خلاء و تولید الکترون‌ها در یک ترمینال با استفاده از اثر ژول کار می‌کنند. با توجه به اینکه دیودهای نیمه هادی، کاربرد بیشتری دارد، در ادامه ما در مورد نحوه عملکرد و ویژگی‌های خاص این نوع دیود صحبت می‌کنیم.

دیود نیمه هادی، از طریق اتصال دو پیوند نیمه هادی با ویژگی‌های خاص (پیوند p-n) تشکیل شده است. یکی از مواد (نوع n) ناحیه‌ای با بار منفی (الکترون‌ها) و دیگری (نوع p) دارای بار مثبت است.

نماد دیود چیست؟

اگر می‌خواهید پاسخ سوال دیود چیست و انواع آن را به‌صورت جزئی‌تر بررسی کنید باید سمبل های مختلف آن را بدانیم. برای شناسایی نیمه هادی ها، سمبل هایی تعریف شده است. دانستن سمبل دیودها، تشخیص نوع دیود و نحوه تست آن در مدار را برایمان آسان می کند.

نماد الکتریکی دیود یک مثلث متساوی‌الاضلاع است که خطی از یکی از رأس آن به همان طول و به موازات ضلع مقابل، می‌گذرد. درواقع می‌توان گفت که شکل آن شبیه یک فلش است. در شکل زیر سمبل یا نماد دیود را مشاهده می کنید.

انواع دیود

انبوهی از دیودهای مختلف وجود دارد که بسته به ظاهر فیزیکی، مواد، ناخالصی‌ها و غیره دارای ویژگی‌های خاصی هستند. هریک این دیودها در کاربردهای بسیار خاص استفاده می‌شوند. برخی از متداول‌ترین آنها که با جزئیات بیشتر در مورد آن‌ها صحبت خواهیم کرد عبارت‌اند از: دیود لیزر، گان، دیود زنر، واریکاپ و البته دیود LED.

دیود گان (Gunn diode)

دیود گان در الکترونیک با فرکانس بالا استفاده می‌شود و در شرایط خاص با مقاومت منفی مشخص می‌شوند. دیودهای Gunn در ساخت اسیلاتورهای مایکروویو استفاده می‌شوند. بسته به مواد مورد استفاده، فرکانس‌های نوسانی بالاتر از 10 گیگاهرتز با استفاده از این دیودها قابل دستیابی است.

دیود واریکاپ یا دیود وارکتور (Varicap / varactor diode)

این دیودها به‌گونه‌ای ساخته شده‌اند که با قطبش معکوس، مانند یک خازن متغیر با ظرفیتی که به ولتاژ اعمال شده بستگی دارد، رفتار می‌کنند. این دیود در مدارهای تنظیم شده که در آن تغییرات ظرفیت ضروری است استفاده می‌شود.

دیود LED

یکی دیگر از انواع دیود که بسیار پرکاربرد هستند دیود ال ای دی است. این دیودها حامل‌های بار فوتون‌ها را که ذرات بنیادی که نور را تشکیل می‌دهند، تولید می‌کنند. انواع مختلفی از LEDها وجود دارند که اساس سیستم‌های روشنایی مدرن را تشکیل می‌دهند.

تست دیود led بسیار آسان است و به روش های مختلف انجام می گردد. ساده ترین روش تست دیود led تامین ولتاژ کاری آن است. همچنین با اتصال مولتی متر به پایه های برخی از دیودهای ال ای دی میتوان آن را روشن کرد.

دیود لیزر

مشابه LEDها، این نوع دیود رایج‌ترین راه برای تولید اشعه لیزر است. آنها در زمینه‌های متعددی مانند: ارتباطات فیبر نوری، اشاره‌گرها، چاپگرها یا بارکدخوان‌ها به کار می‌روند.

دیود زنر (Zener diode)

بیایید به معرفی یکی دیگر از انواع دیود و کاربردهای آن بپردازیم: انواع دیود زنر برای کار با پلاریزاسیون معکوس طراحی شده است. به جای قطع جریان مانند یک دیود معمولی، با رسیدن به یک ولتاژ معین، شروع به هدایت در جهت معکوس می‌کند.  نقطه‌ای که در آن این ولتاژ تثبیت می‌شود اغلب ولتاژ زنر نامیده می‌شود. این ولتاژ شاخصی برای تست دیود زنر در مدار است. معمولاً از دیود زنر در کنترل و تثبیت ولتاژ در مدار استفاده می شود. از این رو، رعایت مشخصه ولتاژ، جریان و وات در انتخاب دیود زنر ضروری است.

دیود شاتکی (Schottky diode)

دیود شاتکی به افتخار فیزیک‌دان آلمانی والتر اچ. شاتکی نام‌گذاری شده است. ویژگی اصلی آن این است که می‌تواند خیلی سریع از حالت قطع به حالت هدایت تغییر کند. در مدارهای مجتمع که در آن به سوئیچینگ با سرعت سوئیچینگ بالا نیاز است استفاده می‌شود.

دیود شاکلی (Shockley diode)

دیود شاکلی با دیودهای قبلی متفاوت است که شامل چهار لایه متناوب از نیمه هادی‌های P و N به جای دو لایه است. آنها در برنامه‌های دیجیتال مانند شمارنده‌ها و مدارهای تایمر استفاده می‌شوند.

دیود چه کاربردی دارد؟

شماتیک‌های الکتریکی برای درک بهتر جریان الکترون‌ها و بارها در یک مدار ترسیم می‌شوند. در شماتیک‌ها از نماد الکتریکی اجزای مدار برای درک بهتر عملکرد کلی مدار استفاده می‌شود. مدارهای الکتریکی می‌توانند باز باشند، به این معنی که جریان بدون وقفه و مسیر پیوسته در حال انتقال است. دیودها با یک نماد مثلثی (فلش) در مدارها نشان داده می‌شوند و به جهت جریان الکترون (آند به کاتد) اشاره می‌کنند. اگر یک دیود در جهت رو به جلو به مدار اضافه شود، جریان بدون وقفه خواهد بود و مدار بسته خواهد شد. با این حال، اگر جریان معکوس شود یا دیود به صورت برعکس در مدار قرار گیرد، دیود بایاس معکوس خواهد شد و دیگر اجازه عبور جریان را نخواهد داد. در این شرایط مدار باز خواهد بود؛ زیرا جریان توسط دیود قطع شده است.

بنابراین می‌توان گفت که هدف اصلی یک دیود کنترل جهت جریان الکترون‌ها در مدار است. دیودها همچنین به عنوان یکسو کننده موج شناخته می شوند زیرا به کمک قطعاتی مانند خازن، جریان متناوب (ac) را به جریان مستقیم (dc) تغییر می دهند. اغلب دیودها بر اساس میزان ولتاژ و شدت جریان نام گذاری می شوند.

آشنایی با کاربرد دیود در صنایع مختلف

انواع دیود کاربردهای گسترده‌ای در مدارهای مختلف دارند. مهمترین کاربرد دیود در مدار الکتریکی یکسوسازی موج است. برخی دیگر از کاربردهای دیود عبارت‌اند از:

• برخی از اولین دیودها در رادیوهای AM استفاده شد. رادیوها، مانند بسیاری از لوازم الکترونیکی، دارای جریان متناوب (AC) هستند، اما در عمل فقط جریان مستقیم (DC) را می‌توان تقویت کرد. به همین دلیل دیودها برای تبدیل جریان AC به جریان DC با اجازه دادن تنها به نیمی از جریان AC که در یک جهت جریان می‌یابد، استفاده می‌شود و در نتیجه جریان DC یک طرفه ایجاد می‌شود.
• دیودها علاوه بر اینکه به عنوان اجزای یکسوکننده عمل می‌کنند، می‌توانند امواج نوری در هنگام عبور الکترون‌ها از آنها تولید کنند. از این امواج نوری در نورپردازی LED استفاده می‌شود.
• علاوه بر این، از دیودها می‌توان به عنوان محافظ مدار استفاده کرد. اگر برق به طور نادرست به مدار اعمال شود، می‌توان از یک دیود به عنوان دمپر برای محافظت از دستگاه های الکترونیکی در برابر اضافه بارهای مضر استفاده کرد.

موارد ذکر شده فوق فقط بخشی از کاربردهای انواع مختلف دیود محسوب می‌شوند. در ادامه به نحوه تست دیود و اینکه دیودها چگونه کار می کنند می پردازیم.

دیود چگونه کار می‌کند؟

دیودها از مواد نیمه هادی تشکیل شده است که بین یک آند، سرب مثبت و یک کاتد، سرب منفی قرار گرفته است. از آنجایی که نیمه هادی‌های خالص فاقد ناخالصی هستند و جریان الکتریکی را رسانا نمی‌کنند، مواد دیگر در نیمه هادی‌ها مخلوط می‌شوند تا خواص رسانایی الکتریکی آنها را تغییر دهند. به این کار دوپینگ گفته می‌شود. در دیودها، دو ماده نیمه هادی دوپینگ شده معمولاً مواد نوع p و مواد نوع n نامیده می‌شوند. مواد نوع p بارهای الکتریکی را جذب می‌کنند، در حالی که مواد نوع n بارهای الکتریکی را از بین می‌برند. هنگامی که این دو ماده به یکدیگر متصل می‌شوند، اختلاف بار یک میدان الکتریکی را تشکیل می‌دهد و به الکترون‌ها اجازه می‌دهد فقط در یک جهت جریان داشته باشند. این خاصیت دیودها برای کنترل ایده آل جریان یک طرفه الکترون‌ها در مدار استفاده می‌شود.

متأسفانه دیودها در حالت ایده آل کار نمی‌کنند و هنگام عبور جریان، مقداری انرژی استفاده می‌کنند و تمام جریان‌های معکوس را مسدود نمی‌کنند.

دیودها معمولا در یکی از سه حالت بایاس رو به جلو، بایاس معکوس و شکست در مدارهای الکترونیکی به کار برده می‌شوند.  زمانی که دیود اجازه می‌دهد جریان از آند به کاتد عبور کند، بایاس رو به جلو نامیده می‌شود. یک دیود بایاس رو به جلو “روشن” در نظر گرفته می‌شود و دارای ولتاژ مثبت است. یک دیود زمانی که “خاموش” است، بایاس معکوس در نظر گرفته می‌شود که اجازه عبور جریان را به راحتی نمی‌دهد و به عنوان یک عایق عمل می‌کند. اگرچه بیشتر جریان مسدود شده است، مقدار کمی جریان معکوس قادر است در جهت مخالف از طریق دیود عبور کند. دیود زمانی خراب می‌شود که ولتاژ اعمال شده به دیود بسیار منفی باشد. یک دیود در حال شکست به جریان اجازه می‌دهد تا آزادانه در جهت معکوس، کاتد به آند، جریان یابد.

نحوه تست دیود

در این آموزش نحوه تست دیود را یاد می گیریم. دیودها یکی از اجزای اساسی و مهم در مدارهای الکترونیکی هستند که برای حفاظت، یکسوسازی، سوئیچینگ و بسیاری کاربردهای دیگر مورد استفاده قرار می گیرند. آنها یکی از اولین اجزایی هستند که در صورت بروز خطا آسیب می بینند، از این رو، باید بدانید که آیا دیود به درستی کار می کند یا خیر.

قبل از آزمایش انواع دیود، ابتدا باید پایانه های دیود یعنی آند و کاتد آن را شناسایی کنیم. اکثر دیودهای PN Junction یک نوار سفید روی بدنه خود دارند و ترمینال نزدیک این نوار سفید کاتد است. و دیگری آند است. برخی دیگر سوراخ دار و هم روی سطح این علامت گذاری را دارند. تست دیود روی برد مانند سایر قطعات الکترونیک است بهتر است یک پایه دیود در مدار آزاذ و سپس آن را تست کرد. توجه داشته باشید ممکن است تست دیودهای قدرت با مولتی متر سالم به نظر آیند اما در مدار به درستی کار نکنند.

آزمایش دیود را می توان به روش های مختلفی انجام داد، با این حال در اینجا ما برخی از روش های آزمایش اولیه مانند تست دیود با مولتی متر و اسیلوسکوپ را اشاره کرده ایم.

نحوه تست دیود با مولتی متر

ابتدا پایانه های آند و کاتد دیود را مشخص کنید. مولتی متر دیجیتال را با توجه به نماد دیود که نشان داده شده است، متصل کنید. در این حالت، مولتی متر قادر است جریانی حدوداً 2 میلی آمپر را بین سیم های آزمایشی تامین کند.

---

در این رابطه، به صورت تخصصی به “آموزش تست دیود با مولتی متر دیجیتال به روش ساده” نیز پرداخته ایم.

---

پروب قرمز رنگ مولتی متر را به آند و پروب مشکی را به کاتد وصل کنید. این بدان معنی است که دیود بایاس رو به جلو است.
به قرائت روی نمایشگر مولتی متر توجه کنید. اگر مقدار ولتاژ نمایش داده شده بین 0.6 تا 0.7 باشد (برای تست دیود سیلیکونی)، دیود سالم و بی نقص است. برای تست دیود ژرمانیوم، این مقدار بین 0.25 تا 0.3 است.
اکنون پایانه های مولتی متر را برعکس کنید، یعنی پروب قرمز را به کاتد و سیاه را به آند وصل کنید. این حالت بایاس معکوس دیود است که در آن جریانی از آن عبور نمی کند. بنابراین، در صورت سالم بودن دیود، مولتی متر باید OL یا بی نهایت (که معادل مدار باز است) را نشان دهد.
اگر مولتی متر مقادیر نامرتبط با دو حالت فوق را نشان دهد، دیود معیوب است. نقص در دیود می تواند باز یا اتصال کوتاه باشد.

یکی دیگر از روش های آزمایش دیود، تست آن با بوق مولتی متر  است. در حالی که دیود روی مدار است پراب های مولتی متر را به دو سر دیود متصل میکنیم اگر صدای بوق شنیده شد دیود خراب است. جهت اطمینان بیشتر در آزمایش سلامت دیود روی برد، بهتر است یکی از پایه های آن را از مدار جدا کرد.

تست دیود با اهم متر

یکی دیگر از روش های تست دیود اهم چک است. در صورتیکه پراب مثبت (قرمز) مولتی متر روی آند و پراب تست منفی (سیاه) روی کاتد باشد یعنی حالت فوروارد بایاس باشد.

• یک دیود سالم در فوروارد بایاس، باید دارای مقاومت الکتریکی از 1000 اهم تا 10 مگا اهم باشد.
• در فوروارد بایاس، دیود دارای مقدار مقاومت زمانی زیاد است زیرا جریان مولتی متر از دیود عبور می کند و باعث اندازه گیری مقاومت بالا در آزمایش می شود.
• یک دیود زمانی بایاس معکوس می شود که پراب تست مثبت (قرمز) روی کاتد و پراب تست منفی (سیاه) روی آند باشد.
• مولتی متر در حالت مقاومت بایاس معکوس، یک دیود خوب را OL یا بی نهایت نشان می دهد. اگر مقدار اهم در هر دو جهت یکسان باشد دیود خراب است.
• چنانچه اهم متر مقدار صفر را از هر دو جهت نمایش دهد به معنی اتصال کوتاه بودن دیود است و چنانچه مقدار بی نهایت را نمایش دهد به معنی قطع بودن آن است.
• برای اطمینان بیشتر، در تست دیود با اهم متر پیشنهاد می شود یک دیود سالم شناخته شده را با دیود مورد آزمایش مقایسه اهمی کنید.