دیود زنر zener و معمولی (کار اصلی دیود در مدار و نحوه تست انواع دیود معمولی و SMD)

نویسنده:  افشین رشید


نکته: کار انواع دیود در بورد های الکترونیکی جلوگیری از بروز شوک و نشتی در مدار میباشد.حالا مدار بدون دیود را ذهن خود تصور کنید یعنی فاجعه پس هیچ گاه به جای دیود در مدار سیم نکشید.(سلامتی دیگران را به خطر نیآندازید)

دیود یک قطعه الکتریکی می باشد که جریان الکتریکی را از یک طرف عبور می دهد ولی از طرف دیگر اجازه عبور هیچ جریانی را نمی دهد. از دیود برای یکسو کردن استفاده می شود. ساختمان دیود دارای دو بخش آند و کاتد می باشد؛ آند مثبت یا Positiveمی باشد و کاتد منفی یا Negative می باشد. دیود را با علامت D که حرف اول کلمه  Diodeمی باشد نشان می دهند.

آند و کاتد دیود

مقدار ولتاژی که باعث می شود دیود شروع به عبور جریان الکتریکی کند ولتاژ آستانه گفته می شود که حدود 0.6 تا 0.7 ولت می باشد اما هنگامی که به دیود ولتاژ معکوس (مثبت به کاتد و منفی به آند) اعمال شود جریانی از دیود عبور نخواهد کرد به غیر از جریان نشتی که مقدار آن بسیار کم است و معمولا از آن صرف نظر می کنند. لازم بذکر است که هر دیود یک مقدار آستانه برای حداکثر ولتاژ معکوس دارد که اگر ولتاژ بیشتر از آن شد دیود می سوزد که ولتاژ آستانه شکست دیود نامیده میشود.

مهم‌ترین کاربرد عملی دیود یکسو سازی جریان متناوب است. در بسیاری از آداپتورها (AC to DC) جریان برقی که بوسیله ترانس کاهش پیدا کرده ‌است به کمک دیود یکسو میگردد. در صور ت استفاده از یک دیود یکسوسازی نیم موج و چهار دیود، یک سوساز تمام موج خواهیم داشت. توجه داشته باشید که ولتاز یکسو شده پس از این دیود ها، فرکانس ریپل به میزان دو برابر فرکانس AC ( در حالت تمام موج ) را دارد و جهت مستقیم شدن کامل ولتاژ بایستی خازن صافی با ولتاژ مجاز و با رعایت پلاریته و بعد از آن چهار دیود که پل دیودی نامیده میشود، نصب شود.

انواع دیود
شامل موارد زیر است.

•    دیود معمولی
•    دیود زنر
•    دیود LED
•    دیود شاتکی
•    پل دیود

دیود ترایاک

دیود معمولی:
ظاهر دیود های معمولی بصورت زیر است. نوار سفید رنگ روی دیود مشخص کننده کاتد می باشد.

دیود زنر:دیود های زنر یا شکست ، دیود های نیمه هادی با پیوند p-n هستندکه در ناحیه بایاس معکوس کار کرده و دارای کاربردهای زیادی در الکترونیک ، مخصوصآبه عنوان ولتاژ مبنا و یا تثبیت کننده ی ولتاژ دارند.هنگامیکه پتانسیلالکتریکی دو سر دیود را در جهت معکوس افزایش دهیم در ولتاژ خاصی پدیده شکست اتفاقمی افتد، بد ین معنی که با افزایش بیشتر ولتاژ ، جریان بطور سریع و ناگهانی افزایشخواهد داشت. دیود های زنر یا شکست دیود هایی هستند که در این ناحیه یعنی ناحیه شکستکار میکنند و ظرفیت حرارتی آنها طوری است که قادر به تحمل محدود جریانمعینی در حالتشکست می باشند، برای توجیه فیزیکی پدیده شکست دو نوع مکانیسم وجود دارد.مکانیسماول در ولتاژهای کمتر از 6 ولت برای دیودهایی که غلظت حامل ها در آن زیاد است اتفاقمی افتد و به پدیده شکست زنر مشهور است.

شماتیک انواع دیود

 در این نوع دیود ها به علت زیاد بودن غلظتناخالصی ها در دو قسمت pو n ، عرض منطقه ی بار فضای پیوند باریک بوده و در نتیجهبا قرار دادن یک اختلاف پتانسیل v بر روی دیود (پتانسیل معکوس) ، میدان الکتریکیزیادی در منطقه ی پیوند ایجاد می شود.با افزایش پتانسیل v به حدی می رسیمکهنیروی حاصل از میدان الکتریکی ، یکی از پیوند های کووالانسی را می شکند. با افزایشبیشتر پتانسیل دو سر دیود از انجایی که انرژی یا نیروهای پیوند کووالانسی باندظرفیت در کریستال نیمه هادی تقریبأ مساوی صفر است ، پتانسیل تغییر چندانی نکرده ،بلکه تعداد بیشتری از پیوندهای ظرفیتی شکسته شده و جریان دیود افزایش مییابد.

نمونه دیود LED در تصویر زیر: 

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 ولتاژکمتری به حالت شکست می رود (انرژی باند غدغن برای سیلیکن و ژرمانیم در درجه حرارتصفر مطلق بترتیب 1.21 و0.785 الکترون_ولت است، و در درجه حرارت 300 درجه کلوین اینانرژی برای سیلیکن ev 1.1و برای ژرمانیم ev0.72 خواهد بود). ثابت می شود که می دانالکتریکی لازم برای ایجاد پدیده زنر در حدود 2*10است.این مقدار برای دیود هاییکه 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 وپدیده ی دیگری بنام شکست بهمنی در آنها اتفاق می افتد (قبل از شکست زنر) که ذیلأ بهبررسی آن می پردازیم. مکانیسم دیگری که برای پدیده شکست ذکر می شود ، مکانیسمشکست بهمنی است. این مکانیسم در مورد دیودهایی که ولتاژ شکست آنها بیشتر از 6 ولتاست صادق می باشد .

 در این دیود ها به علت کم بودن غلظت ناخالصی ، عرض منطقه ی بارفضا 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 الکتریکیشتاب گرفته و انرژی جنبشی کافی بدست آورده و در بار فضا با یون های کریستال برخوردکرده و در نتیجه پیوندهای کووالانسی را می شکنند . با شکستن هر پیوند حاملهای ایجادشده که خود باعث شکستن پیوند های بیشتر می شوند . بدین ترتیب پیوندها بطورتصاعدی یا زنجیری و یا بصورت پدیده ی بهمنی شکسته می شوند و این باعث می شود کهولتاژ دو سر دیود تقریبأ ثابت مانده و جریان آن افزایش یافته و بواسطه ی مدار خارجیمحدود می شود . چنین دیود هایی دارای ضریب درجه ی حرارتی مثبت هستند . زیرا باافزایش درجه ی حرارت اتمهای متشکله کریستال به ارتعاش در آورده ، در نتیجه احتمالبرخورد حاملهای اقلیت با یونها ، بهنگام عبور از منطقه بار فضا زیادتر می گردد . بهعلت زیاد شدن برخوردها احتمال اینکه انرژی جنبشی حفره یا الکترون بین دو برخوردمتوالی بمقدار لازم برای شکست پیوند برسد کمتر شده و در نتیجه ولتاژ شکست

نحوه تست انواع دیود معمولی و دیود zener زنر وSMD :

تست بوق در دیود
در حالی که دیود روی بورد است از آن تست بوق( تست اتصال کوتاه) بگیرید اگر صدای بوق(بازر) شنیده شد دیود خراب می باشد.

تست دیود با مولتی متر:
در ابتدا دیود را از مدار جدا کنید. سلکتور مولتی متر را روی دیود قرار داده و پروب قرمز را به سر آند و پروب مشکی را به سر کاتد (سمت نوار سفید روی دیود) وصل کنید در این حالت مولتی متر مقداری را بر حسب ولت نشان می دهد. حال اگر جای پروب ها را عوض کرده و پروب مشکی را به آند و پروب قرمز را به کاتد دیود وصل کنید که باید مولتی متر مقدار بینهایت را بصورت OL  نشان دهد یعنی دیود جریانی را در جهت عکس خود عبور نمی دهد

نویسنده:  افشین رشید