تعتمد مبدلات الكترونيات القدرة الكهربائية على عناصر نصف ناقلة تعمل في نظام المفتاح وبسرعة فصل-وصل عالية جداً، يتميّز كل عنصر من هذه العناصر نصف الناقلة بخصائص محددة تجعل منه ملائماً لمختلف التطبيقات العمليّة؛ ويعد ديود القدرة بمثابة حجر الأساس في معظم دارات الكترونيات القدرة وهو يعمل كمفتاح الكتروني أو مقوم للتيار المتناوب ويمكن استخدامه أيضاً في المسارات الحرّة.

الديودات

والديودات أو باسم آخر الصمام الثنائي بالتعريف هي مكون كهربائي يسمح للتيار بالتدفق من خلاله في اتجاه واحد، يتألف ديود القدرة من وصلة ثنائيّة PN حيث p هي ثقوب التي تعمل كجسيمات موجبة الشحنة، يتم ملؤها بالإلكترونات وهي N سالبة الشحنة، يتميز الديود الكهربائي بأن له طرفان المصعد والمهبط، حيث ينتقل إلى حالة التوصيل on عندما يكون جهد المصعد anode(A) موجباً أو أعلى من جهد المهبط cathode (k)، تتميّز الديودات بشكل عام بامتلاكها حالتان هما:

  • انحياز أمامي Forward Biased وهي الحالة التي يكون بها الديود في حالة التوصيل ويحدث هبوط للجهد الأمامي بقيمة تتراوح بين 1-2 v.
  • انحياز عكسي Resversed Biased وهي حالة يكون فيها جهد المصعد سالباً أو أقل من جهد المهبط، فإن الديود ينتقل إلى حالة الفصل، لكن قد يمر تيار عكسي صغير يدعى تيار التسريب Leakage current، وتكون عادةً قيمة هذا التيار صغيرة جداً بالمايكرو أو الميللي أمبير، وتزداد قيمته بزيادة قيمة الجهد العكسي حتى تصل قيمة هذا الجهد إلى قيمة جهد الانهيار Vbr المحدد للديود فتزداد قيمة التيار عكسي ويفقد الديود خصائصه وقد يتعطل.

أنوع الديودات الرئيسيّة:

  • ديود الأغراض العامة General purpose Diode .
  • ديود سريع الاستعادة Fast recovery Diode.
  • ديود شوتكي Shottkey Diode.

آلية عمل الديودات الكهربائية:

عندما يتم تطبيق جهد موجب على الأنود فإن الإلكترونات تتدفق وتنبعث من الكاثود ذو الشحنة السلبية بسبب وجود الالكترونات فيها بكثرة إلى الأنود موجب الشحنة بسبب الثقوب، تكون عمليّة الانتقال بسبب تشكل حقل كهربائي من خلال  مصدر الطاقة الخارجي، وتعود إلى الكاثود، عندما يتم توصيل منطقتي الديود تتشكل منطقة ثالثة في الديود تدعى منطقة العبور وتعود بالالكترونات إلى الكاثود.

بينما في حالة تطبيق جهد سلبي على الأنود فلن تستطيع الالكترونات الانبعاث من الكاثود، ولا يتدفق أي تيار، ومن هنا يبرز دور الصمام الثنائي بتمرير التيار في حالة الانحياز الأمامي فقط، وفي حالة أخرى عندما يتم تطبيق جهد متناوب على الأنود فإن التيار ينبعث عندما تكون موجة التيار في الجزء الموجب فقط دون تمريره في حالة القسم السالب من الموجة، ويتم تعريف هذه العمليّة بأن الجهد المتردد قد تم ترشيحه أو تقويمه وأصبح تيار مستمر.

ومن أبرز استخدامات الديود الأخرى بالإضافة إلى التقويم هو حماية الدارات الكهربائيّة حيث يفصل الديود عندما يتجاوز الجهد حداً معيناً وبذلك تتم حماية باقي أجزاء الدارة الكهربائيّة.

أكمل القراءة

الديودات أو كما يطلق عليها الصمامات الثنائيّة وهي عبارة عن مكونات إلكترونية صغيرة مصنوعة من بلورات نصف ناقلة مشوبة، يتكون كل ديود من منطقتين تختلف كلٍّ منهما عن الأخرى بالشحنة الإلكترونيّة، فالجهة أو المنطقة التي تكون شحنتها موجبة تسمى الأنود أمّا الجهة أو المنطقة التي تحمل شحنةً سالبةً فتدعى الكاثود، ويرمز للأنود بالحرف( p ) والكاثود يكون رمزه الحرف ( n ).

تمتلك الديودات خاصيّة رئيسيّةً وهي مرور التيار وفق اتجاهٍ واحدٍ من الأنود إلى الكاثود فقط، فحين وصل التيار من طرف الكاثود فلن يستطيع المرور نتيجة مقاومة الديودات العالية، وتعدّ هذه الخاصيّة الوظيفة الأساسيّة التي تقوم بها الديودات في عملها مع تعدد استخداماتها.

كيفية عمل الديودات:

في منطقة الكاثود تكون الشحنة سلبية لوجود الإلكترونات فيها بأكثرية والتي تعد حاملات الشحنة، أمّا منطقة الأنود فتكون شحنتها موجبة نظرًا لوجود الثقوب الموجبة والتي تعد حاملات الشحنة فيها، ويتمّ وصل المنطقتين ببعضهما لتتشكل بينهما منطقة ثالثة تسمى منطقة العبور، وعندها تصبح منطقة الكاثود (n ) ذات شحنةٍ موجبة نتيجة انتقال الإلكترونات إلى منطقة الشحنة الموجبة (p) أو الأنود، وتبقى هذه العملية مستمرة حتى حدوث حالة توازن وحينها يطلق على فرق الكمون بين الطرفين بتوتر الحاجز، وحينما يتمّ وصل الديودات في الدارة فتتم هذه العملية من خلال الوصل بقطبي مولد للتيار المستمر والتي تحدد طريقة عمله وفق حالتين هما:

  • طريقة التغذية الأمامية: وهي التي يتمّ فيها وصل القطب الموجب لمولد التيار بمنطقة الأنود (p) ووصل القطب السالب لمولد التيار بمنطقة الكاثود (n)، وعندها يتولد حقلٌ كهربائيٌّ متجهٌ من القطب الموجب إلى القطب السالب نتيجة التوتر المطبق من قبل مولد التيار، ويكون حامله هو ذاته حامل الحقل الكهربائي الداخلي للديود ولكن في اتجاهٍ معاكسٍ مما يؤدي إلى نقصان حاجز ارتفاع الكمون أو حتى انعدامه مع ازدياد حاملات الشحنة الأكثرية مما يسهل مرور التيار.
  • طريقة التغذية العكسية: وفيها يتم عكس قطبي المولد أي وصل منطقة الأنود إلى القطب السالب للمولد ومنطقة الكاثود إلى القطب الموجب للمولد، وحينها تتمّ عملية التغذية العكسية للدارة أي يكون الحقل الكهربائي للمولد له نفس الحامل والجهة للحقل الداخلي للديود وهذا يؤدي إلى انخفاض أعداد حاملات الشحنة الأكثرية ذات الطاقة الكافية لمرور من خلال حاجز الكمون نتيجة ارتفاعه، ويؤدي ذلك إلى مرور تيارٍ صغيرٍ يسمى بالتيار العكسي ذو شدة من رتبة ميكرو أمبير ومن هنا يتم التأكيد على فكرة بأن الديودات لا تمرر التيار المتواصل إلا في جهةٍ واحدة.

من أكثر الإستخدامات الشائعة للديودات عندما تدخل في تركيب الدارات هي:

  • تقويم التيار المتناوب: يتمّ استخدام داراتٍ تحوي ديودات في صناعة معظم الأجهزة الإلكترونية مثل الراديو والتلفزيون وغيرها، وذلك لحاجتها في الحصول على التيار المستمر الذي يتشكل نتيجة تواجد الدايودات التي تحوّل التيار في البداية إلى تيارٍ متقطعٍ ذو اتجاهٍ وحيدٍ ويسمى بالتقويم نصف الموجي عند تواجد ديودٍ واحدٍ ضمن الدارة، أمّا في حالة تواجد أكثر من ديود يصبح التيار موجيًّا بشكلٍ كاملٍ.
  • حماية الدارات من الجهد الزائد: فيستخدم الديود ليحمي الدارات ذات التكوينات الحساسة، عن طريق حرقه للمنصهرة وحماية باقي مكونات الدارة نتيجة زيادة الجهد عن الحد المسموح له.
  • للديودات دورٌ في المحافظة على ثبات قيمة الجهد لدى الدارة.

أكمل القراءة

هل لديك إجابة على "ماهي الديودات"؟