فهرست مطالب

دیود چیست و چه کاربردی دارد؟

دیود (Diode) یک قطعه الکترونیکی است که دو سر الکترودی دارد و به صورت کلید یک طرفه عمل می‌کند. به عبارتی دیگر این قطعه فقط از یک جهت جریان الکتریکی را از خود عبور می‌دهد و از سمت دیگر مانع عبور جریان می‌شود. دیود‌ها در انواع مختلف و با کاربردهای متنوعی در صنعت الکترونیک استفاده می‌شوند که می‌توانیم به ابزارآلات الکتریکی، تجهیزات نوری، قطعات SMD و دستگاه‌های الکترونیکی اشاره کنیم. در ادامه با کار دیود و عکس انواع دیود بیشتر آشنا می‌شوید.

کار دیود چیست؟

همانطور که در بخش «دیود چیست و چه کاربردی دارد؟» نیز گفتیم، کاربرد دیودها در صنایع مختلف همچون الکترونیک و برق بسیار متنوع است و نقش مهمی را ایفا می‌کند. در زیر مهم‌ترین کار دیود را شرح می‌دهیم:

تقویت و تنظیم ولتاژ و جریان الکتریکی: دیودها برای تنظیم و تقویت جریان الکتریکی در ابزارآلات الکترونیکی و برقی مورد استفاده قرار می‌گیرند. همچنین می‌توان از آن‌ها در مدارهای ضرب‌کننده ولتاژ و تقویت جریان استفاده کرد.
حفاظت در برابر ولتاژ بالا و جریان معکوس: یکی دیگر از کاربرد دیودها حفاظت از دستگاه‌های الکتریکی در برابر جریان‌های معکوس یا افزایش ولتاژهای ناخواسته است. به عنوان مثال زمانی که به مدار ولتاژ بالا وارد شود، استفاده از دیودهای زنر و بهمنی باعث جلوگیری از آسیب به قطعات الکترونیکی می‌شود. (زیرا می‌تواند جریان را بدون سوختگی از خود عبور دهد.)
یکسوسازی و اصلاح موج: دیودها بیشتر در ابزارهایی مانند ریکتیفایرها استفاده می‌شوند تا موج‌های AC را به DC تبدیل کنند. به این فرآیند یکسوسازی جریان AC به DC گفته می‌شود و کاربرد زیادی در مدارهای مختلف دارد.
انتقال اطلاعات: در برخی از دستگاه‌های ارتباطی و انتقال اطلاعات، دیودها برای تقویت و انتقال سیگنال‌های الکتریکی استفاده می‌شوند. همچنین از آن‌ها به عنوان گیت، کلیپر و محدودکننده بهره برده می‌شود.
سیستم‌های کامپیوتری و منابع تغذیه: از دیودها به عنوان اینورتر و یکسوکننده در منبع تغذیه استفاده می‌کنند. در سیستم‌های کامپیوتری نیز به عنوان گیره و گیت‌های منطقی به کار می‌روند.
وسایل نوری: دیودهای LED برای تولید و تابش نور در انواع وسایل نوری کاربرد دارند که می‌توانیم به پروژکتورهای ال ای دی، چراغ‌های خیابانی، پنل‌های سقفی و غیره اشاره کنیم. برای خرید پروژکتور ال ای دی، دریافت قیمت چراغ خیابانی ال ای دی، قیمت چراغ سوله ای 200 وات و سایر محصولات روشنایی می‌توانید از وبسایت ما کمک بگیرید.

بیشتر بخوانید: پروژکتور ال ای دی چیست؟

جهت دیود چیست؟

در پاسخ به جهت دیود چیست؟ باید بگوییم که جهت یا پلاریته در دیود به سمتی اشاره دارد که جریان الکتریکی از آن عبور می‌کند. به طور کلی دیود دو سر دارد که شامل سر مثبت (آند) و سر منفی (کاتد) می‌شود. جهت این دو سر نشان‌دهنده جریان الکتریکی است که از دیود عبور می‌کند. در بیشتر دیودها جهت عبور جریان از سر آند به سر کاتد است و در جهت معکوس، جریان عبور نمی‌کند. این ویژگیِ جهت‌دار بودن دیودها برای کاربردهای الکترونیکی بسیار مهم است. در زیر عکس جهت و نماد دیود را مشاهده می‌کنید:

دیود چگونه کار می کند؟

در این بخش از وبلاگ کاسپین نور قصد داریم نحوه کار دیود و عبور جریان برق را به طور کامل شرح دهیم. همانطور که در بخش قبل گفتیم، دیود دارای دو سر الکترودی است که به عنوان سر آند و کاتد شناخته می‌شوند. وقتی جریان الکتریکی از سر آند وارد دیود می‌شود؛ الکترون‌ها به سمت سر کاتد حرکت می‌کنند و جریان به خوبی عبور می‌کند. به این فرآیند، بایاس مستقیم یا رو به جلو می‌گویند که در آن مدار بسته (فعال) است.

اما وقتی این جریان از سر کاتد وارد دیود می‌شود؛ الکترون‌ها به علت وجود یک لایه مانع، امکان جابه‌جایی ندارند. در نتیجه جریان از دیود عبور نمی‌کند و در حالت مدار باز (غیرفعال) قرار می‌گیرد. به این فرآیند بایاس معکوس گفته می‌شود. این ویژگی به دیود اجازه می‌دهد تا جریان الکتریکی را فقط در یک جهت عبور دهد و از جهت دیگر مانع شود. بدین ترتیب دیود به عنوان یک دروازه تنظیم کننده جریان الکتریکی عمل می‌کند و می‌توان از آن برای تقویت، تنظیم و محدود کردن جریان استفاده کرد.

توجه داشته باشید به مقدار ولتاژی که سبب عبور جریان الکتریکی از دیود می‌شود؛ ولتاژ آستانه می‌گویند. این مقدار برای دیودهای سیلیکونی در بازه‌ی که ۰٫۶ تا ۰٫۷ ولت است و برای دیودهای ژرمانیوم از ۰٫۲ تا ۰٫۳ ولت تعیین می‌شود. برای درک بهتر باید بگوییم اگر مقدار ولتاژ ورودی به دو سر دیود، کمتر از این بازه‌ها باشند؛ جریان امکان عبور نخواهد داشت و در حالت بایاس معکوس قرار می‌گیرد.

در این میان نیز باید بدانید که هر دیود یک آستانه تحمل ولتاژ معکوس دارد؛ یعنی اگر ولتاژ ورودی بیش از تحمل دیود باشد، می‌سوزد. در این زمان ولتاژ معکوس را نیز از خود عبور می‌دهد و نمی‌تواند عملکرد صحیحی داشته باشد. (به آستانه تحمل ولتاژ معکوس، آستانه شکست نیز گفته می‌شود.)

ساختار داخلی دیود چگونه است؟

ساختار درونی دیود شامل اتصالات P-N می‌شود که در این بخش به معرفی آن می‌پردازیم. دیودها از دو لایه نیمه‌رسانا ساخته شده‌اند که به آن لایه P و لایه N می‌گویند. لایه P شامل مواد نیمه‌رسانا می‌شود که با اتصال گرفتن از اتم‌هایی با الکترونگاتیوی بیشتر، مثل بور (بوران) یا گالیمیوم ساخته شده است. این اتم‌ها از یک الکترون بیشتر برخوردار هستند. از سوی دیگر، لایه N شامل مواد نیمه‌رسانا می‌شود که با اتصال گرفتن از اتم‌هایی با الکترونگاتیوی کمتر مثل فسفر یا آرسنیک طراحی شده است. این اتم‌ها دارای الکترون کمتری هستند.

حال زمانی که لایه P و لایه N به هم وصل می‌شوند، اتصال P-N به وجود می‌آید. در این اتصال، الکترون‌های آزاد از لایه N به سمت لایه P حرکت می‌کنند و با الکترون‌های خالی در لایه P ترکیب می‌شوند. این فرآیند به عنوان ترکیب دیودی (diode junction) یا دیود پیوند PN شناخته می‌شود. وقتی دیود به ولتاژ مثبت وصل می‌شود (آند به سر مثبت و کاتد به سر منفی)؛ اختلاف ولتاژ باعث حرکت الکترون‌ها از لایه N به لایه P می‌شود و جریان الکتریکی را ایجاد می‌کند. اما وقتی دیود به ولتاژ منفی وصل می‌شود؛ اختلاف ولتاژ باعث می‌شود الکترون‌ها در اتصال P-N پخش شوند و جریان الکتریکی متوقف شود. بدین ترتیب، اتصالات P-N در ساختار داخلی دیود باعث ایجاد یک دروازه ترانزیستور نیمه‌هادی می‌شود که قابلیت کنترل جریان الکتریکی را دارد.

بررسی ساختار داخلی دیود به زبان ساده

برای درک بهتر ساختار دیود به زبان ساده باید بدانید که می‌توان اتم‌ها را بر اساس تعداد الکترون‌های خود در لایه‌های بیرونی (لایه ظرفیت) دسته‌بندی کرد. اتم‌هایی که در لایه خارجی خود تعداد الکترون کمتری داشته باشند، به عنوان اتم‌های کم‌توان شناخته می‌شوند.

این اتم‌ها تمایل دارند الکترون‌های بیشتری را به خود جذب کنند تا به حالت پرتوان‌تر برسند. (تمایل به جذب الکترون بیشتر=الکترونگاتیوی بیشتر=پرتوان‌تر) در این میان بورون و گالیمیوم دو مثال از اتم‌های پرتوان هستند؛ زیرا در لایه بیرونی خود تنها سه الکترون دارند. این اتم‌ها به دلیل تعداد الکترون‌های کمتر، تمایل دارند تا الکترون‌های بیشتری را به خود جذب کنند تا به حالت پرتوان‌ برسند. به همین دلیل، اتم‌های بورون و گالیمیوم به عنوان مواد نیمه رسانا در دیودها استفاده می‌شوند.

وقتی این اتم‌ها به لایه N اضافه ‌شوند؛ الکترون‌های اضافی را به ساختار میفزایند که منجر به تشکیل نواحی N- (نوعی از مواد نیمه‌رسانا با الکترون‌های آزاد) می‌شود. از سوی دیگر، وقتی به لایه P اضافه ‌شوند؛ کمبود الکترون‌ها باعث تشکیل نواحی P+ (نوعی از مواد نیمه‌رسانا با الکترون‌های کمتر) می‌شود. این تفاوت در تعداد الکترون‌ و ویژگی‌های الکتریکی به دیود قابلیت ایجاد دروازه ترانزیستور نیمه‌هادی را می‌دهد که می‌تواند جریان الکتریکی را کنترل کند.

معرفی مهم‌ترین انواع دیود و ویژگی‌های آن

دیود‌ها انواع مختلفی را شامل می‌شوند که از هر کدام بر اساس نیاز مدارهای الکترونیکی استفاده می‌شود. در این بخش با 10 مورد از مهم‌ترین انواع دیودها آشنا می‌شوید که در بازار رایج‌تر هستند:

１. دیود سیلیکون (Silicon Diode)

دیود سیلیکون یکی از مهم‌ترین و پرکاربردترین انواع دیود نیمه‌هادی است که عموما برای انتقال جریان الکتریکی در مدارهای الکترونیکی استفاده می‌شود.
عنصر اصلی در ساخت این دیود، سیلیکون است.
ساختار اصلی دیود سیلیکون شامل دو لایه نیمه‌هادی می‌شود که به طور معمول یک لایه N و یک لایه P هستند. (در بالا اتصالات PN را شرح داده‌ایم.)
ویژگی اصلی دیود سیلیکون این است که جریان الکتریکی را در جهت یک‌طرفه عبور می‌دهد و در جهت معکوس آن را مسدود می‌کند. این ویژگی به عنوان عملکرد اصلی دیود سیلیکون شناخته می‌شود و در بسیاری از مدارهای الکترونیکی برای تبدیل جریان متناوب به جریان مستقیم استفاده می‌شود. به عنوان مثال دیود سیلیکون به عنوان تقویت کننده‌ها، منابع تغذیه، ابزارهای الکترونیکی و سیستم‌های دیگر بهره برده می‌شود.
همچنین دیود دارای ویژگی‌هایی مانند ولتاژ سریع، مصرف کم توان و پایداری حرارتی است که آن را به یکی از محبوب‌ترین انواع دیود نیمه‌هادی در الکترونیک تبدیل کرده است.

２. دیود شاتکی (Schottky Diode)

دیود شاتکی (Schottky Diode) از انواع دیود نیمه‌هادی بوده که آن را والتر شاتکی، فیزیکدان آلمانی، اختراع کرده است.
این دیود از یک اتصال فلزی به جای اتصال نیمه‌هادی ساخته شده و به عنوان یک دیود با ولتاژ سریع و کارایی بالا شناخته می‌شود.
ویژگی اصلی دیود شاتکی این است که دارای ولتاژ سریع‌تر و جریان انتقالی بالاتری نسبت به دیود‌های سیلیکونی است. این ویژگی‌ها باعث می‌شود که دیود شاتکی برای کاربردهایی که به سرعت بالا و فرکانس بالا نیاز دارند، مانند ابزارهای راداری، مخابراتی، الکترونیک میکروویو و سایر سیستم‌های با فرکانس بالا بسیار مناسب باشد.
در دیود شاتکی، اتصال بین فلز و نیمه‌هادی به عنوان جزء اصلی ساختار استفاده می‌شود. این اتصال فلزی به عنوان کاتد منفی (معکوس) عمل می‌کند و برخلاف دیود‌های سیلیکون کلاسیک که از جرمیوم یا سیلیکون ساخته شده‌اند، در دیود شاتکی از فلزاتی مانند مولیبدن، پلادیم یا تیتانیوم به عنوان مواد فلزی استفاده شده است.
همچنین این دیود برای کاربردهایی که نیاز به تبدیل جریان AC به DC با توان بالا دارند نیز استفاده می‌شود. به عنوان مثال می‌توانیم به وسایل تبدیل برق، منابع تغذیه سوئیچینگ و ابزارهای الکترونیکی با ولتاژ بالا اشاره کنیم.

３. دیود نوری ال ای دی (Light Emitting Diode)

دیود LED یک نوع دیود الکتریکی است که نور را به صورت الکترولومینسانس (تبدیل انرژی الکتریکی به نور) تولید می‌کند. به عبارتی دیگر وظیفه‌ی تولید نور را دارد و در بسیاری از محصولات روشنایی و نمایشگرها استفاده می‌شود.
دیودهای نوری با نام‌های دیود ال ای دی و دیود نورافشان نیز شهرت دارند.
LEDها بر اساس اثر الکترولومینسانس کار می‌کنند و می‌توانند در بسیاری از اندازه‌ها و رنگ نور‌های مختلف ارائه شوند.
از آنجایی که LEDها توانایی تبدیل انرژی الکتریکی به نور را دارند و انرژی بسیار کمی را مصرف می‌کنند؛ عنوان منابع نوری کم‌مصرف در سیستم‌های روشنایی کاربرد دارند. (سبب کاهش مصرف انرژی و صرفه‌جویی در هزینه‌های برق می‌شوند.)
همچنین در تلویزیون‌ها، صفحات نمایش الکترونیکی، چراغ‌های خیابانی، پروژکتورهاو بسیاری دیگر از برنامه‌های الکترونیکی و نورپردازی استفاده می‌شوند.

４. دیود لیزری (Laser Diode)

دیود لیزری از انواع دیود نیمه‌هادی است که به عنوان یک منبع نور لیزری عمل می‌کند. این دیود‌ها از اثر تقویت تابش نوری (laser amplification by stimulated emission of radiation) استفاده می‌کنند تا نوری که توسط جریان الکتریکی از آن‌ها عبور می‌کند، تقویت و تابانده شود. (این پدیده با نام «تقویت نور به روش گسیل القایی تابش» نیز شناخته می‌شود.)

دیود‌های لیزری به دلیل اندازه کوچک، مصرف انرژی کم، قابلیت کنترل آسان و هزینه پایین یکی از انتخاب‌های محبوب برای بسیاری از مصارف نوری هستند. معمولا از این دیود‌ها در برنامه‌هایی که نیاز به یک منبع نور متمرکز و با امکان کنترل دقیق دارند، استفاده می‌شود. این سیستم‌ها شامل موارد زیر هستند:

ارتباطات نوری
خواندن و نوشتن دیسک‌های نوری
چاپگر‌های لیزری
اندازه‌گیری‌های علمی و پزشکی
انواع سنسورها
دستگاه‌های پزشکی مانند لیزرهای درمانی و لیزرهای اصلاح بینایی

５. دیود زنر (Zener Diode)

از دیود زنر به عنوان یک نوع ولتاژ مرجع یا منبع ولتاژ بهره‌ برده می‌شود. جریان در این دیود به صورت رو به جلو یا مستقیم حرکت می‌کند. (جریان عادی) ویژگی منحصربه‌فرد این دیود نسبت به سایرین این است که زنر به جریان اجازه می‌دهد در جهت معکوس نیز حرکت کند. به عبارتی دیگر زمانی که ولتاژ به آستانه شکست می‌رسد، می‌تواند در جهت معکوس جابه‌جا شود و مدار قطع نمی‌شود. بدین ترتیب از دیود زنر برای حفاظت از مدار در برابر افزایش ولتاژ استفاده‌های زیادی خواهد شد.

６. دیود فوتوآیسولاتور یا فوتودیود (Photodiode)

دیود فوتوآیسولاتور یک سنسور نوری است که از یک دیود نوری و یک مدار الکترونیکی تشکیل شده است. این دستگاه به صورت دیجیتال یا آنالوگ می‌تواند ورودی‌های نوری را به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل کند.
فوتودیود معمولا برای جدا کردن و ایزوله کردن سیگنال‌های نوری و الکتریکی در برنامه‌های الکترونیکی استفاده می‌شود، به عنوان مثال می‌توانیم به ارتباطات اپتیکال، سنسورهای نور، کنترل توان و سیستم‌های پزشکی اشاره کنیم.
این نوع دیود به وسیله نور فعال می‌شود و برای اندازه‌گیری نور، ارسال داده‌ها و دیگر کاربردهای الکترونیکی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

７. دیود تونل یا دیود تونلی (Tunnel Diode)

دیود تونلی یک نوع دیود نیمه‌هادی است که به دلیل وجود پدیده تونل‌زنی کوانتومی (Quantum tunneling) در ساختار کریستالی خود، شهرت دارد.
در دیود تونل، الکترون‌ها از طریق یک ناحیه باریک و بدون مانع از طریق پتانسیل انتقال می‌یابند که این فرآیند به دلیل اثر کوانتوم مکانیکی صورت می‌گیرد.
یکی از ویژگی‌های منحصر به فرد دیود تونل این است که مقاومت الکتریکی آن با افزایش ولتاژ، کاهش می‌یابد. این ویژگی به عنوان اثر منفی مقاومتی شناخته می‌شود و در برخی از سیستم‌های الکترونیکی از این خاصیت استفاده می‌شود.
ویژگی‌ها و عملکرد منحصربه‌فرد دیود تونل سبب می‌شود در مدارهای فرکانس بالا، امواج میکرو، مدارهای بسیار سریع، مدارهای نوسانی و سوئیچینگ سریع کاربرد داشته باشد.

８. دیود ولتاژ بالا (HV Diode)

دیود ولتاژ بالا یا دیود HV (مخفف: high voltage diode) یک نوع دیود الکتریکی است که برای کاربردهایی با ولتاژ بالا طراحی شده است. این دیود‌ها معمولا برای استفاده در مدارها و دستگاه‌هایی که نیاز به تحمل ولتاژ بالایی دارند، استفاده می‌شوند.
دیود ولتاژ بالا در مقایسه با دیود‌های معمولی که با ولتاژ‌های کمتر عمل می‌کنند؛ می‌تواند ولتاژ‌های بسیار بالایی را تحمل کند و به طور موثر در مدارها و سیستم‌هایی که نیاز به این نوع عملکرد دارند، بهره برده شود.
از این دیودها در برق‌های با ولتاژ بالا، دستگاه‌های پزشکی، منابع تغذیه بزرگ، تجهیزات ارتباطی، تجهیزات نظامی و صنایع وسیع مانند صنایع هوا و فضا و صنایع پتروشیمی استفاده می‌شود.

９. دیود بهمنی (avalanche diode)

دیود بهمنی یا دیود نوری بهمنی یکی از انواع دیود است که در هنگام رسیدن ولتاژ به آستانه شکست، نمی‌سوزد و آسیبی به آن وارد نمی‌شود. بنابراین این دیودها عملکردی مشابه با دیودهای زنر دارند و در ولتاژهای بالا قابل استفاده هستند.
دیود بهمنی برای کاربردهایی که نیاز به حفاظت از اتصال‌های الکتریکی در برابر ولتاژهای بالا است، انتخاب مناسبی شناخته می‌شود. به عنوان مثال می‌توانیم به مدارهای القایی و مدارهای حفاظت از افزایش ولتاژ (overvoltage protection) اشاره کنیم.
همچنین از این دیود برای تقویت و تثبیت سیگنال‌های رادیویی و مایکروویو نیز به کار برده می‌شود.

１０. دیود خنثی‌ساز ولتاژگذرا (Transient-voltage-suppression diode)

دیود خنثی‌ساز ولتاژگذرا با نام‌های دیود حذف ولتاژ گذرا و دیود TVS نیز شناخته می‌شود. (مخفف: Transient-Voltage-Suppression Diode)
این دیود به عنوان یک وسیله حفاظتی جهت محافظت از قطعات الکترونیکی در برابر افزایش ناگهانی ولتاژ (transient voltage) استفاده می‌شود. دیود خنثی‌ساز ولتاژگذرا در شرایطی که ولتاژ به طور ناگهانی از حد مشخصی بالاتر رود و احتمال آسیب به قطعات الکترونیکی به وجود بیاید؛ عمل می‌کند.
وظیفه اصلی دیود خنثی‌ساز ولتاژگذرا، حفاظت از قطعات حساس الکترونیکی مانند ترانزیستورها، میکروپروسسورها، مدارهای مجتمع و سایر قطعات در برابر ولتاژهای ناگهانی و سریع است.
این دیود‌ها معمولا برای حفاظت در برابر نوسانات ولتاژ شبکه برق، صاعقه‌ها و امواج الکترومغناطیسی استفاده می‌شوند.

بیشتر بخوانید: خازن چیست به زبان ساده؟ معرفی کامل انواع خازن و کاربردهای آن

سوالات متداول درباره دیود و انواع آن

دیود چیست به زبان ساده؟ اگر بخواهیم مفهوم دیود به زبان ساده را بیان کنیم، باید بگوییم که دیود یک قطعه الکترونیکی است که دو سر الکترودی دارد. یک سر به عنوان کاتد و سر دیگری به عنوان آند شناخته می‌شوند. جهت جریان الکتریکی در اکثر دیودها از آند به کاتد است؛ لذا اگر جریان به صورت معکوس وارد شود، امکان عبور ندارد.
بایاس کردن دیود چیست؟ بایاس کردن دیود به معنای دادن ولتاژ ورودی به آن است. اگر این میزان ولتاژ کافی باشد، جریان عبور می‌کند و اگر بیشتر از آستانه تحمل دیود باشد؛ امکان عبور وجود ندارد.
دیود چه انواعی دارد؟ دیودها انواع مختلفی دارند که از بهترین آن‌ها می‌توانیم به دیودهای ال ای دی، شاتکی، سیلیکون، لیزری، فوتودیود و غیره اشاره کنیم.
کاربرد دیود چیست؟ از مهم‌ترین کاربرد دیود می‌توانیم به تقویت جریان، حفاظت در برابر جریان معکوس، یکسوسازی و افزایش ولتاژ اشاره کنیم.
دیود چه نمادی دارد؟ نماد دیود به شکل یک مثلث یا فلش است. (جهت فلش به جهت جریان در دیود اشاره دارد.)

جمع‌بندی

در این مطلب قصد داشتیم شما را به طور کامل با پاسخ پرسش‌هایی همچون دیود چیست و چه کاربردی دارد؟ انواع دیود چیست و هر کدام چه عملکردی دارند؟ آشنا کنیم. به طور خلاصه باید بگوییم که دیود یک قطعه الکترونیکی نیمه‌هادی است که جریان برق را از خود عبور می‌دهد. جهت این جریان معمولا به صورت یک‌طرفه است. از این قطعه همانند درایور ال ای دی، در مصارف زیادی همچون ابزارهای الکترونیکی، برق، سیستم‌های نوری، کامپیوتری، مدارهای مختلف و غیره استفاده می‌شود. همچنین شما می‌توانید برای اطلاع از قیمت پروژکتور ال ای دی 100 وات و پروژکتور ال ای دی 200 وات از کاسپین نور کمک بگیرید و محصولات روشنایی خود را با ضمانت بیشترین نوردهی دریافت کنید.