دیود ( به انگلیسی: Diode ) / یکسوکننده ( نام‌های دیگر: «دوقطبی الکتریکی»، «یکسوساز» ) یا رکتیفایر ( به انگلیسی: Rectifier ) وسیله‌ای است که جریان متناوب را به جریان مستقیم تبدیل میکند ( دقیق‌تر این است که بگوییم ولتاژ متناوب را به ولتاژ مستقیم تبدیل میکند. ) یکسوکننده خود یک مدار است که معمولا در آن از چهار دیود استفاده می‌شود. کار دیود این است که جریان را تنها از یک جهت عبور می‌دهد و از عبور آن در جهت مخالف پیشگیری میکند. البته گاهی به جای دیود از وسایل دیگر مانند تریستور استفاده می‌شود.
مهمترین کاربرد دیود، عبور جریان در یک جهت ( به انگلیسی: diode’s forward direction ) و ممانعت در برابر گذر جریان در جهت مخالف ( به انگلیسی: reverse direction ) است ( یکسو سازی ). درنتیجه می‌توان به دیود مثل یک شیر الکتریکی یکطرفه نگاه کرد. این ویژگی دیود برای تبدیل جریان متناوب بهجریان مستقیم استفاده می‌شود.
دیود / یکسو کننده سمیکرون یکی از قطعات پرکاربرد الکترونیک است که از مواد اولیه نیمه رسانا ساخته شده است. به همین جهت دیود / یکسو کننده سمیکرون را دروازه ورود به دنیای نیمه رسانا ها می‌دانند. از آنجایی که مشخصه ولتاژ-جریان دیود / یکسو کننده سمیکرون غیر خطی است برای سادگی تحلیل و طراحی مدارات الکترونیکی از مدل ایده آل دیود / یکسو کننده سمیکرون استفاده می‌کنیم. تحلیل و طراحی مدارات الکترونیکی با استفاده از مدل ایده آل دیود / یکسو کننده سمیکرون تفاوت چندانی با مدل واقعی ندارد و نتایج بدست آمده بسیار به هم نزدیک هستند.
از لحاظ الکتریکی یک دیود هنگامی عبور جریان را از خود ممکن می‌‌سازد که شما با برقرار کردن ولتاژ در جهت درست ( + به آند و – به کاتد ) آن را آماده کار کنید. مقدار ولتاژی که باعث می‌شود تا دیود شروع به هدایت جریان الکتریکی نماید ولتاژ آستانه یا ( forward voltage drop ) نامیده می‌شود که چیزی حدود ۰.۶ تا ۰.۶ ولت میباشد.
به عبارت ساده تر مانند یک آبشار که فقط آب را از بالا به پایین میریزد و از پایین مانع عبور آب به بالا می شود.
انواع دیود و کاربرد تک تک آن ها:
1- دیود معمولی : کاربرد در عبوریکطرفه جریان – یکسوسازی – بایاسینگ ترانزیستورها- تقویت کننده ها
2- دیود پل : تشکیل شده از چهاردیود معمولی که فقط عمل یکسوسازی ولتاژ یا همان تبدیل ac به dc را انجام می دهد.
3- دیود زنر : کاربرد در تثبیت ولتاژ
4- دیود آشکارساز : در دمدولاسیون و آشکارسازی سیگنال صدا و تصویر در گیرنده ها
5 – دیود نورانی : با عبور جریان نور با رنگهای مختلف منتشر می کند
6- فتودیود : در مقابل نور از یک سو جریان را عبور می دهد
7 – دیود واریکاپ ، تونلی و …….
دیود اتصالات P-N:
یک دیود یک مولفه الکترونیک ساخته شده از ترکیبی از یک نوع نیمه هادی نوع P و نوع N است که به عنوان یک اتصال p-n شناخته می شود، با اتصال به دو انتها. اغلب سرب متصل به نیمه هادی نوع n به عنوان کاتد نامیده می شود. بنابراین، کاتد سمت منفی دیود است. طرف مثبت دیود – یعنی، سرب متصل به نیمه هادی نوع p – آنود نامیده می شود.
هنگامی که یک منبع ولتاژ به یک دیود متصل می شود به طوری که طرف مثبت منبع ولتاژ بر روی آند قرار دارد و طرف منفی روی کاتد قرار می گیرد، دیود یک هادی می شود و جریان را به جریان می دهد. ولتاژ متصل به دیود در این جهت تعصب پیش فرض است.
اما اگر جهت ولتاژ را معکوس کنید، با اعمال سمت مثبت کاتد و سمت منفی به آند، جریان جریان نمی یابد. در واقع، دیود به یک عایق تبدیل می شود. ولتاژ متصل به دیود در این جهت، تعصب معکوس نامیده می شود.
تعویض به جلو، جریان را از طریق دیود جریان می دهد. تعصب معکوس جریان را اجازه نمی دهد. (به هر حال، به هر حال، همانطور که در چند لحظه متوجه می شوید، محدودیت هایی برای مقدار ولتاژ تعویض معکوس وجود دارد که دیود می تواند در حالت خاموش نگه داشته شود.)
آند در سمت چپ است و کاتد در سمت راست است. در اینجا دو ترفند مفید برای یادآوری اینکه کدام سمت نماد آن اند و کاتد است
ديود / یکسو کننده
به طور خاص برای مدارهایی طراحی شده که نیاز به تبدیل جریان متناوب به جریان مستقیم دارند. اغلب دیودهای یکسو کننده بر اساس مدل شماره 1N4001 تا 1N4007 شناسایی می شوند. این دیودها می توانند جریان تا 1 A را منتقل کنند و دارای رتبه های PIV معکوس (PIV) هستند که از 50 تا 1000 V متغیر هستند.
بیشتر دیودهای یکسو کننده دارای افت ولتاژ مستقیم در حدود 0.7 V هستند. بنابراین، حداقل برای 0.7 V برای جریان از طریق دیود مورد نیاز است.
شکل: نماد طرح دیود
رفتار دیود نیمه هادی در یک مدار توسط مشخصه ولتاژ جریان خود یا نمودار I-V (see graph below) داده می شود. شکل منحنی بوسیله انتقال حامل های شار از طریق لایه به اصطلاح تخلیه یا منطقه تخلیه که در اتصال p-n بین نیمه هادی های مختلف وجود دارد تعیین می شود. هنگامی که اتصال آپ-n ابتدا ایجاد می شود، الکترون های هدایت باند (تلفن همراه) از ناحیه D-D منتشر می شوند به منطقه D-D که در آن تعداد زیادی از سوراخ ها (مکان های خالی برای الکترون ها) وجود دارد که با آن “الکترون ها” . هنگامی که یک الکترون تلفن همراه با یک سوراخ بازسازی می شود، هر دو سوراخ و الکترون ناپدید می شوند، و پس از یک donor مثبت با دوام متحرک (dopant) در سمت N و پذیرنده منفی (dopant) در سمت P است. ناحیه اطراف اتصال p-n از حامل های شارژ کم می شود و بنابراین به عنوان یک مقره عمل می کند.
شکل: I-V (جریان در مقابل ولتاژ) ویژگی های دیود سوئیچ p-n
ديود زنر چیست؟
نوار مشکي روی ديود زنر، کاتد دیود زنر سمیکرون است. ولتاژ دو سر دیود زنر سمیکرون تقریبا ثابت است و تغییرات جریان در آن تاثیری ندارد. از این دیود زنر سمیکرون در ناحیه شکست استفاده می‌شود. ولتاژ شکست دیود زنر سمیکرون را ولتاژ زنر می‌نامند و آن را با Vz نمایش می‌دهند و مقدار آن بین 2.4 ولت تا 200 ولت ساخته می‌شوند.
چون دیود زنر سمیکرون باید بصورت معکوس بایاس شود کاتد آن به مثبت منبع ولتاژ (تغذیه) و آند آن به قطب منفی منبع ولتاژ وصل می شود، در این صورت جهت جریان از کاتد به آند خواهد بود.
دیود زینر (4.7 ولت 400 مگاوات):
دیود Zener دیود است که اجازه می دهد جریان در جهت رو به جلو به همان شیوه ای به عنوان یک دیود ایده آل، اما همچنین اجازه می دهد آن را در جهت معکوس جریان زمانی که ولتاژ بالاتر از مقدار معینی شناخته شده به عنوان ولتاژ شکست، zener زانو ولتاژ، ولتاژ zener، نقطه بهمن یا ولتاژ معکوس معکوس.
نماد سیگنال دیود Zener
در یک دیود معمولی، ولتاژ معکوس معکوس معمولا بسیار زیاد است. 50، 100 و حتی 1000 V. اگر ولتاژ معکوس در دیود بیش از این تعداد باشد، سیل های جریان در دیود در جهت معکوس در بهمن، که معمولا در نتیجه سقوط دیود دیودهای معمولی برای مقاومت در برابر منفذ جریان معکوس طراحی نشده اند. دیودهای Zener هستند. آن ها به خصوص برای مقاومت در برابر جریان جریان است که ولتاژ معکوس معکوس رسیده یا از آن عبور کرده است.
و بیشتر از آن، دیود های Zener طراحی شده اند به طوری که به عنوان ولتاژ معکوس اعمال شده به آنها بیش از ولتاژ آستانه، جریان جریان بیشتر و بیشتر به گونه ای است که کاهش ولتاژ در سراسر دیود در سطح ثابت نگه می دارد. به عبارت دیگر، دیودهای Zener را می توان برای تنظیم ولتاژ در مدار استفاده کرد. در یک دیود زینر، ولتاژ معکوس به نام ولتاژ زینر نامیده می شود. این ولتاژ می تواند بسیار کم باشد در محدوده چند ولتی یا می تواند صدها ولت باشد.
دیودهای Zener اغلب در مدارهایی استفاده می شود که ولتاژ قابل پیش بینی آن مورد نیاز است. به عنوان مثال، فرض کنید که یک مدار داشته باشید که اگر آن را با بیش از 5 ولت تغذیه کنید، آسیب دیده است. در این حالت، شما می توانید یک دیود 5 وین زینر را در مدار قرار دهید، به طور موثر مدار را به 5 ولت محدود کنید. اگر بیش از 5 وات به مدار اعمال می شود، دیود زینر ولتاژ اضافی را از مدار حساس هدایت می کند.
دیود LED چیست؟
یکسو کننده / ديود LED سمیکرون دقیقا مانند دیودهای معمولی هستند و بصورت مستقیم بایاس می شوند یعنی مثبت منبع تغذیه به آند و منفی آن به کاتد متصل می شود و نوری ساطع میکند. بسته به نوع رنگ ، یکسو کننده / ديود LED سبز، آبی، قرمز و … نامیده می‌شود.
تقویت کننده عملیاتی دیود
( op-amp ) یک تقویت کننده ولتاژ الکترونیکی با ولتاژ بالا با یک ورودی دیفرانسیل و معمولا یک خروجی تک پایان است. در این پیکربندی، op-amp یک پتانسیل خروجی ( نسبت به زمین مدار ) تولید می کند که معمولا صدها هزار بار بزرگتر از اختلاف پتانسیل بین پایانه های ورودی آن است. تقویت کننده های عملیاتی ریشه های خود را در رایانه های آنالوگ داشتند، جایی که از آنها برای انجام عملیات ریاضی در بسیاری از مدارهای خطی، غیر خطی و فرکانس استفاده می شد. ویژگی های یک مدار با استفاده از op-amp توسط اجزای خارجی با وابستگی کمی به تغییرات دما و یا تغییرات تولید در خود AMP تنظیم می شود که باعث می شود که بلوک های ساختمانی محبوب برای طراحی مدار مورد استفاده قرار گیرد.
یک مقایسه کننده ولتاژ یک مدار الکترونیکی است که دو ولتاژ ورودی را مقایسه می کند و به شما می آموزد که کدام یک از دو بیشتر است. آسان ساختن مقادیر ولتاژ از یک آمپر عملیاتی آسان است، زیرا قطر مدار خروجی آمپر بستگی به قطبیت اختلاف بین دو ولتاژ ورودی دارد. فرض کنید که یک فتوتراپی دارید که 0.5 وات را تولید می کند وقتی که آن را در معرض نور خورشید کامل قرار می دهد و شما می خواهید از این فتوسل به عنوان یک سنسور برای تعیین زمان نور روز استفاده کنید. شما می توانید یک مقادیر ولتاژ برای مقایسه ولتاژ از فتوسل با یک استفاده کنید
ولتاژ مرجع 0.5 ولت برای تعیین اینکه آیا خورشید درخشان است یا نه. در مدار ولتاژ مقایسه ای، ابتدا ولتاژ مرجع به ورودی معکوس (V-) اعمال می شود. سپس ولتاژ با ولتاژ مرجع مقايسه مي شود تا ورودي غيرفعال شود. ولتاژ خروجی به مقدار ولتاژ ورودی نسبت به ولتاژ مرجع بستگی دارد به شرح زیر:
مدار معادل برای تقویت کننده ها عملیاتی ایده آل:
چگونه کار می کند:
در بالا سمت چپ، ما شاهد یک موج سینوسی هستیم که یکی از ساده ترین زمان های مختلف سیگنال ها است. تقویت این سیگنال سیگنال را تغییر نخواهد داد، بلکه به جای آن تمام دامنه سیگنال را بزرگتر می کند. اگر ما از یک تقویت 4 برابر استفاده کردیم، ما تصویر بالا سمت راست را با سیگنال بزرگتر دریافت می کنیم. در تصویر پایین، پوشش این دو سیگنال را ذکر کنید. آنها تغییر نمی کنند، بلکه به نظر می رسد که آنها کشیده شده اند. ساده ترین راه برای فکر کردن به همه این ها در حد شدید است. اگر در تصویر اول بالاترین نقطه 1 بود و ما 4 برابر تقویت کردیم، سپس خروجی می شود
4. با این حال، نقطه مرکزی 0 و ضرب در 4 هنوز صفر است. از این رو دلیل این است که پوشش نشان می دهد که حداکثر و پایین ترین حالت های کشش است. همچنین مهم است که توجه داشته باشید که این سیگنال های آنالوگ است، بنابراین هر نقطه ای بین افراطی ها تقویت می شود.
قدرت ورود به آمپر AM نیز محدود می کند که چگونه می توان یک سیگنال را تقویت می کند. نه تنها این، اما گاهی اوقات شما حتی نمی توانید به محدودیت بروید! بگو که شما 15 ولت متصل به D و 15 ولت متصل به E دارد (اکثر آمپلی فایر ها ولتاژ پایین تر این روزها هستند، اما +/- 15 ولتاژ گاهی اوقات اتفاق می افتد). اکنون بگذارید یک سیگنال 1V به آمپلی فایر غیرفعال (که در زیر نشان داده شده است) وارد شود. افزایش مقاومت این تقویت کننده با ایجاد مقاومت بالا 14 تنظیم شده است.
( کمتر از مقاومت مقاوم در برابر زمین ) ( تقویت کننده های غیر انعطاف پذیر از 1 R + ( بال ا) / R ( GNDاستفاده می کنند. بنابراین سیگنال 1 ولت ما در ورودی غير معکوس ( plus ) و op آمپر می گوید: 15 ولت
دیود شاتکی چیست؟
دیود شاتکی یا دیود حامل داغ ( به انگلیسی: Schottky diode ) ( نام گذاری شده به افتخار دانشمند آلمانی والتر شوتکی ) یک دیود نیمه هادی با افت ولتاژ پایین در حالت بایاس مستقیم و سرعت کلید زنی بسیار سریع میباشد. هنگام عبور جریان الکتریکی از دیود مقداری افت ولتاژ در دو سر دیود ظاهر می‌شود. در دیودهای سیلیکونی معمولی مقدار افت ولتاژ حدود ۰٫۶ تا ۰٫۷ ولت است در حالی که در دیود شاتکی افت ولتاژ حدود ۰٫۱۵ الی ۰٫۴۵ ولت است. به دلیل افت ولتاژ پایین در این نوع دیود می‌توان مدارهایی با سرعت کلید زنی بالا و کارایی بهتری طراحی کرد.
دیود خازنی چیست؟
دیود خازنی مانند یک دیود معمولی است و از دو قطعه نیمه هادی نوع N و P که معمولاً از جنس سیلیسیم هستند ساخته می شود.در یک دیود معمولی بایاس نشده یک ناحیه تخلیه ایجاد می شود. اگر نیمه هادی های نوع N و P را به عنوان دو هادی و ناحیه تخلیه را به عنوان عایق بین دو هادی در نظر بگیریم، مجموعه دیود را می توان به عنوان یک خازن در نظر گرفت. حال اگر دیود را در بایاس معکوس به کار ببریم عرض ناحیه تخلیه بیشتر می شود و عایق بین دو نیمه هادی نیز افزایش می یابد و در نتیجه ظرفیت خازنی آن کمتر می شود. بنابراین می توان با تغییر مقدار ولتاژ معکوس، ظرفیت خازنی دیود واراکتور را تغییر داد. بنابراین دیود خازنی همیشه در بایاس معکوس قرار می گیرد.
دیود تونلی چیست؟
دیود تونلی از دو قطعه نیمه هادی نوع P و N که غالباً جنس ژرمانیم و گالیم آرسنید می باش ساخته شده است و دارای یک ناحیه مقاومت منفی می باشد. میزان ناخالصی در دیود تونلی، نسبت به دیود معمولی بسیار زیاد است ( حدود چند هزار برابر ) که این خود باعث به وجود آمدن یک ناحیه ی تهی بسیار نازک، در محل پیوند می شود. ناحیه ی نازک تهی سبب می شود تا حاملهای زیادی به جای اینکه در ولتاژ های پایین عبور نمایند از آن تونل بزنند.
دیود پیوندی چیست؟
از پیوند دو نوع نیم رسانای n و p یک قطعه الکترونیکی به نام دیود بوجود می‌آید که در انواع مختلفی در سیستمهای مخابرات نوری ، نمایشگرهای دیجیتالی ،باتری‌های خورشیدی و … مورد استفاده قرار می‌گیرد.
دیود TVS چیست؟
دیود کاهنده ولتاژ گذرا یا همان دیود های TVS برای حفاظت مدار در برابر اضافه ولتاژ ها و جریان های آنی استفاده می شود. مزیت اصلی این دیود ها سرعت پاسخ بسیار بالای آنهاست چون اصولا جریان ها و ولتاژ های آنی زمان بسیار کوتاه تری دارند و برای حفاظت در برابر این اضافه بار های ناگهانی نیاز به وجود چنین قطعاتی ضروری است.
دیود های TVS در دو نوع یک طرفه ( uni-polar ) و دو طرفه ( bi-polar ) ساخته شده است نوع دوطرفه می تواند ولتاژ های پیک را از دو طرف برش بزند و نوع یک طرفه فقط از یک سمت این کار را می کند.
تست پل ديود چگونه است؟
سلکتور مولتی متر HIOKI را روی بیزر( بوق ) قرار داده اگر پراب های قرمز مثبت و مشکی منفی مولتی متر HIOKI را به دو پایه پل ديود سمیکرون که آند مشترک هستند وصل شوند مولتی متر HIOKI بايد بوق پیوسته بزند که نشان دهنده اتصال دو پایه آند ( خروجي منفی ) پل ديود سمیکرون هستند. اگر پراب های قرمز مثبت و مشکی منفی مولتی متر HIOKI به دو پایه پل ديود سمیکرون که در کاتد مشترک هستند وصل شوند مولتی متر HIOKI بايد بوق پیوسته بزند که نشان دهنده اتصال دو پایه کاتدی ( خروجی مثبت ) پل ديود سمیکرون هستند. لازم به ذکر است که در اتصال پراب های قرمز مثبت و مشکی منفی مولتی متر HIOKI به پایه های دیگر پل ديود سمیکرون که در آند و کاتد مشترک نیستند نباید صدای بوقی شنیده شود.
تست دیود با مولتی متر چگونه است؟
در ابتدا ديود / یکسو کننده سمیکرون را از مدار جدا کنید. سلکتور مولتی متر HIOKI را روی تست ديود قرار داده و پراب قرمز رنگ مولتی متر HIOKI را به سر آند ديود / یکسو کننده سمیکرون و پراب مشکی رنگ مولتی متر HIOKI را به سر کاتد ديود / یکسو کننده سمیکرون ( سمت نوار سفيد روی دیود ) وصل کنيد در اين حالت مولتی متر HIOKI مقداری را بر حسب ولت نشان می‌دهد. حال اگر جای پراب ها مولتی متر HIOKI را عوض کرده و پراب مشکی رنگ مولتی متر HIOKI را به آند و پراب قرمز رنگ مولتی متر HIOKI را به کاتد ديود / یکسو کننده سمیکرون وصل کنيد که بايد مولتی متر HIOKI مقدار بی نهايت را بصورت OL نشان دهد يعنی یکسو کننده / ديود سمیکرون، جريانی را در جهت عکس خود عبور نمی‌دهد.
نقش دیود چیست؟
مهمترین و کلیدی ترین نکته در مورد وظیفه دیود / یکسو کننده سمیکرون کنترل جهت جریان عبوری از شاخه میباشد. در مسیری که دیود / یکسو کننده سمیکرون در آن استفاده شده، جریان فقط در یک مسیر می‌تواند عبور کند که اصطلاحا به این جریان، جریان مستقیم یا Forward Current می‌گویند.
دیود چگونه کار می کند؟
اگر به یک پیوند PN ولتاژ با پلاریته موافق متصل کنیم جریان از این پیوند عبور کرده و اگر ولتاژ را معکوس کنیم در مقابل عبور جریان از خود مقاومت نشان می‌دهد. برای درک دقیق نحوه کارکرد یک ترانزیستور باید با نحوه کار دیود / یکسو کننده سمیکرون آشنا شویم، باید اشاره کنیم که قصد نداریم تا به تفضیل وارد بحث فیزیک الکترونیک شویم و فقط سعی خواهیم کرد با بیان نتایج حاصل از این شاخه علمی ابتدا عملکرد دیود / یکسو کننده سمیکرون و سپس ترانزیستور را بررسی کنیم.
کار پل دیود چیست؟
جریان برق ممکن است متناوب ( AC ) یا مستقیم ( DC ) باشد. برخی از وسائل و مدارات الکترونیکی برای کار کردن به جریان AC و برخی به برق DC نیاز دارند. وظیفه اصلی پل دیود، یکسو سازی جریان AC و تبدیل آن به جریان DC می باشد.
پل دیود چیست؟
همانگونه که می دانیم جریان برق ممکن است متناوب ( AC ) یا مستقیم ( DC ) باشد. برخی از وسائل و مدارات الکترونیکی برای کار کردن به جریان AC و برخی به برق DC نیاز دارند. وظیفه اصلی پل دیود، یکسو سازی جریان AC و تبدیل آن به جریان DC می باشد.
پل دیودی یا یکسوساز پل، مداری است که با تغییردادن پلاریتهٔ تغذیهٔ ورودی آن، پلاریتهٔ خروجی آن تغییر نمی‌کند و معمولاً برای یکسوسازی جریان متناوب و به دست آوردن جریانِ مستقیمِ تمام‌موج استفاده می‌شود. این مدار نسبت به یکسوسازهای تمام موجی که از ترانسفورماتور سه‌سر بهره می‌برند هزینه و وزن کمتری دارد.
پل‌های دیودی چهار سر دارد، دو سر آن متعلق به ورودی ac خود میباشد و دو سر دیگر مربوط به خروجی پل میباشد. پل دیودی از ورودی خود یک سینوسی کامل را می‌گیرد و نیم سیکل مثبت آن را عبور می‌دهد ولی نیم سیکل منفی آن را به یک نیم سیکل مثبت تبدیل میکند. به عبارتی خروجی پل دیودی از بی‌نهایت نیم سیکل مثبت تشکیل شده است.
