دیود چیست ؟ از اتصال دولایه p & n دیود درست می شود
1- بعد از پیوند نیمه هادی نوع p & n کنار یکدیگر ، الکترون های آزاد و حفره ها از محل پیوند عبور کرده ، با هم ترکیب می شوند و تشکیل یک لایه سد یا عایق می دهند .
2- یک منطقه تخلیه در محل پیوند ها ایجاد می شود که فاقد الکترونهای آزاد و حفره ها می باشد ، لکن اتمهایی که الکترون از دست داده و یا گرفته اند ، در دو طرف لایه سد و در منطقه تخلیه وجود دارند .
3- اتمهای یونیزه شده ، ایجاد سد پتانسیل می کنند که برای نیمه هادی ژرمانیومی حدود ۰.۲ ولت است و برای نیمه هادی سیلسیمی حدود ۰.۶ ولت است .
4- سد پتانسیل باعث که از حرکت و ترکیب بیشتر الکترونها و حفره ها در لایه سد جلوگیری به عمل آید .
5- کریستال نیمه هادی نوع p دارای بار الکتریکی مثبت و کریستال نیمه هادی n دارای بار الکتریکی منفی می باشد .
بایاس دیود
وصل کردن ولتاژ به دیود را بایاس کردن دیود می گویند .
بایاس مستقیم
اگرنیمه هادی نوع p به قطب مثبت باتری و نیمه هادی نوع n به قطب منفی آن وصل شود و ولتاژ از پتانسیل سد دیود بیشترباشد ، در مدار جریان بر قرار خواهد شد .
بایاس معکوس
اگر قطب مثبت باتری به نیمه هادی نوع n وصل شود و قطب منفی باتری به نیمه هادی نوع p وصل شود ، جریانی در مدار نخواهیم داشت .
تست دیود
همانطور که گفته شد اگر دوید در بایاس موافق یا معکوس قرار بگیرد جریان را از خود عبور می دهد و ما می توانیم دیود را با یک مدار ساده سری کنیم ( البته با رعایت قطبهای دیود و باتری ) اگر مدار شروع به کار کرد پس دیود سالم است و در غیر این صورت دیود سوخته شده است .
انواع دیود ها
1- دیود اتصال نقطه ای
2- دیود زنر
3- دیود نور دهنده LED
4- دیود خازنی ( واراکتور )
5- فتو دیود
دیود اتصال نقطه ای
دیود های معمولی در بایاس معکوس ایجاد ظرفیت خازنی ( حدود PF ) می کنند . اگر بخواهیم در فرکانس های بالا به کار می بریم ، به علت ظرفیت خازنی در بایاس معکوس ، جریان در مدار عبور می کند . چون در فرکانس های بالا مقاومت دیود کم می شود . برای جلوگیری از این کار از دیود اتصال نقطه ای استفاده می کنیم
دیود زنر
دیود زنر ، مانند یک دیود معمولی از دو نیمه هادی نوع P & N ساخته می شود . اگر یه دیود معمولی را در بایاس معکوس اتصال دهیم و ولتاژ معکوس را زیاد کنیم ، در یک ولتاژ خاص ، دیود در بایاس معکوس نیز شروع به هدایت می کند . ولتاژی که دیود در بایاس مخالف ، شروع به هدایت می کند ، به ولتاژ زنر معروف است و با تنظیم نا خالصی می توان ولتاژ شکسته شدن پیوند ها را کنترل کرد
ولتاژ زنر :
ولتاژی که دیود زنر به ازای آن در بایاس معکوس ، هادی می شود به ولتاژ زنر معروف است .
دیود زنر
دیود های زنر یا شکست ، دیود های نیمه هادی با پیوند p-n هستند که در ناحیه بایاس معکوس کار کرده و دارای کاربردهای زیادی در الکترونیک ، مخصوصآ به عنوان ولتاژ مبنا و یا تثبیت کننده ی ولتاژ دارند.
هنگامیکه پتانسیل الکتریکی دو سر دیود را در جهت معکوس افزایش دهیم در ولتاژ خاصی پدیده شکست اتفاق می افتد، بد ین معنی که با افزایش بیشتر ولتاژ ، جریان بطور سریع و ناگهانی افزایش خواهد داشت. دیود های زنر یا شکست دیود هایی هستند که در این ناحیه یعنی ناحیه شکست کار میکنند و ظرفیت حرارتی آنها طوری است که قادر به تحمل محدود جریانمعینی در حالت شکست می باشند، برای توجیه فیزیکی پدیده شکست دو نوع مکانیسم وجود دارد.
مکانیسم اول در ولتاژهای کمتر از 6 ولت برای دیودهایی که غلظت حامل ها در آن زیاد است اتفاق می افتد و به پدیده شکست زنر مشهور است. در این نوع دیود ها به علت زیاد بودن غلظت ناخالصی ها در دو قسمت p و n ، عرض منطقه ی بار فضای پیوند باریک بوده و در نتیجه با قرار دادن یک اختلاف پتانسیل v بر روی دیود (پتانسیل معکوس) ، میدان الکتریکی زیادی در منطقه ی پیوند ایجاد می شود.
با افزایش پتانسیل v به حدی می رسیمکه نیروی حاصل از میدان الکتریکی ، یکی از پیوند های کووالانسی را می شکند. با افزایش بیشتر پتانسیل دو سر دیود از انجایی که انرژی یا نیروهای پیوند کووالانسی باند ظرفیت در کریستال نیمه هادی تقریبأ مساوی صفر است ، پتانسیل تغییر چندانی نکرده ، بلکه تعداد بیشتری از پیوندهای ظرفیتی شکسته شده و جریان دیود افزایش می یابد.
آزمایش نشان میدهد که ضریب حرارتی ولتاژ شکست برای این نوع دیود منفی است ، یعنی با افزایش درجه حرارت ولتاژ شکست کاهش می یا بد. بنابر این دیود با ولتاژ کمتری به حالت شکست می رود (انرژی باند غدغن برای سیلیکن و ژرمانیم در درجه حرارت صفر مطلق بترتیب 1.21 و0.785 الکترون_ولت است، و در درجه حرارت 300 درجه کلوین این انرژی برای سیلیکن ev 1.1و برای ژرمانیم ev0.72 خواهد بود). ثابت می شود که می دان الکتریکی لازم برای ایجاد پدیده زنر در حدود 2*10است.
این مقدار برای دیود هایی که در آنها غلظت حامل ها خیلی زیاد است در ولتاژهای کمتر از 6 ولت ایجاد می شود . برای دیودهایی که دارای غلظت حاملهای کمتری هستند ولتاژ شکست زنر بالاتر بوده و پدیده ی دیگری بنام شکست بهمنی در آنها اتفاق می افتد (قبل از شکست زنر) که ذیلأ به بررسی آن می پردازیم.
مکانیسم دیگری که برای پدیده شکست ذکر می شود ، مکانیسم شکست بهمنی است. این مکانیسم در مورد دیودهایی که ولتاژ شکست آنها بیشتر از 6 ولت است صادق می باشد . در این دیود ها به علت کم بودن غلظت ناخالصی ، عرض منطقه ی بار فضا زیاد بوده و میدان الکتریکی کافی برای شکستن پیوندهای کووالانسی بوجود نمی آید ، بلکه حاملهای اقلیتی که بواسطه انرژی حرارتی آزاد می شود ، در اثر میدان الکتریکی شتاب گرفته و انرژی جنبشی کافی بدست آورده و در بار فضا با یون های کریستال برخورد کرده و در نتیجه پیوندهای کووالانسی را می شکنند . با شکستن هر پیوند حاملهای ایجاد شده که خود باعث شکستن پیوند های بیشتر می شوند .
بدین ترتیب پیوندها بطور تصاعدی یا زنجیری و یا بصورت پدیده ی بهمنی شکسته می شوند و این باعث می شود که ولتاژ دو سر دیود تقریبأ ثابت مانده و جریان آن افزایش یافته و بواسطه ی مدار خارجی محدود می شود . چنین دیود هایی دارای ضریب درجه ی حرارتی مثبت هستند . زیرا با افزایش درجه ی حرارت اتمهای متشکله کریستال به ارتعاش در آورده ، در نتیجه احتمال برخورد حاملهای اقلیت با یونها ، بهنگام عبور از منطقه بار فضا زیادتر می گردد . به علت زیاد شدن برخوردها احتمال اینکه انرژی جنبشی حفره یا الکترون بین دو برخورد متوالی بمقدار لازم برای شکست پیوند برسد کمتر شده و در نتیجه ولتاژ شکست افزایش می یابد.
دیودهای زنر در واقع نوعی دیود سیلیکونی ویژه هستند . طراحی آنها به گونه ای است که بتوانند ولتاژ شکست معکوسی را به صورت مداوم ارائه کنند . گروههای متنوعی از دیودهای زنر وجود دارد (بسته به مشخصه های عمومی ٬ نوع بسته ٬ و توان قابل تحمل).ولتاژ شکست آنها با اعداد ترجیحی سری E12 و E24 مترادف است(ولتاژ شکست آنها از 2.7 ولت تا 86 ولت می باشد)
خانواده های زیر از متداولترین نمونه های دیود زنر میباشند :
سری BZY88 : پوشش شیشه ای کوچک ٬ با توان 500 میلی وات(در 25 درجه سانتیگراد).محدوده ولتاژ شکست این نوع دیودها از 2.7 تا 15 ولت میباشد . (ولتاژهای مذکور با عبور جریانی معادل 25 میلی آمپر و در دمای 25 درجه سانتیگراد اندازه گیری شده اند.)
سری BZX85 : پوشش شیشه ای کوچک ٬ با توان 1.3 وات(در دمای 25 درجه سانتیگراد). محدوده ولتاژشکست این نوع دیودها از 2.7 تا 6.8 ولت میباشد.
سری BZX61 : پوشش آلیاژ فلزی ٬ با توان 1.3 میلی وات(در 25 درجه سانتیگراد). محدوده ولتاژشکست این نوع دیودها از 7.5 تا 72 ولت میباشد .
سری BZY93 : پوشش تکمه ای ٬ با توان 20 وات بای کار در دمای محیط 74 درجه سانتیگراد ٬ محدوده ولتاژشکست این نوع دیودها از 9.1 تا 75 ولت میباشد .
سری 1N5333 : پوشش پلاستیکی ٬ با توان 5 وات . محدوده ولتاژشکست این نوع دیودها از 3.3 تا 24 ولت میباشد .