معرفی و شناخت مدارهای الکترونیکی بخش پنجم: شناخت دیود و کاربری

در سلسله آموزش های معرفی و شناخت مدارت الکترونیکی، قسمت پنجم به بررسی دیود می پردازیم. در قسمت پیشین عملکرد و کاربرد خازن را مشاهده نمودیم. آنطور که از قسمت پیشین به یاد داریم، خازن یک ابزار کلیدی و کاربردی جهت تثبیت ولتاژ در مدارهای الکترونیکی به شمار می رود. این قطعه همانند یک باتری شارژ شده و در صورت افت ولتاژ لحظه ای، با تامین ولتاژ مورد نیاز قطعات حساس نظیر میکروکنترلرها و ماژول های مخابراتی، عملکرد پایدار را برای این قطعات تضمین می بخشد. در کنار این، خازن ها در مدارات تغذیه بسیار کلیدی بوده، به طوریکه نوسان های ولتاژ تبدیل شده از AC به DC را فیلتر می کند. در این آموزش اما قصد داریم به دیگر قطعه کلیدی و کاربردی بپردازیم. ایبن قطعه که دیود نام دارد، کلیدی ترین نقش در مدارات تبدیل AC به DC و مدارات دیجیتال DC را بر عهده دارد. در این آموزش همانند سایر آموزش های پیشین به معرفی این قطعه، نحوه کار با آن و سایر نکات و الزامات خواهیم پرداخت.  در ادامه شناخت دیود با مرجع تخصصی الکترونیک به زبان فارسی، دیجی اسپارک همراه باشید.

معرفی و شناخت دیود

دیود ها در کنار سایر قطعات نظیر خازن ها و مقاومت ها، یکی از مهم ترین و کلیدی ترین قطعات به شمار می روند. به کمک این قطعه می توان جریان الکتریکی را تنها از یک طرف عبور داد. به عبارت دیگر، این قطعه با عبور جریان از طرف مخالف خود، مقاومت کرده و اجازه عبور به آن نخواهد داد. در حقیقت دیود همانند یک سد، جریان الکتریکی را به یک طرف هدایت خواهد نمود.

دیودها دارای دو قطب آند و کاتد هستند. این دو قطب جهت عبور جریان در دیود تعیین می شوند. قطب کاتد قسمت خروجی جریان یا منفی و قطب آند، قسمت مثبت و ورودی جریان است. در اینجا دیود اجازه عبور جریان را تنها از آند به کاد صادر می کند. در این حالت جریانی از آند به سمت کاتد ورود پیدا نخواهد کرد. این مورد جزو ذات اصلی دیود است. در کنار موارد ذکر شده، دیودها هم نیز همانند  خازن ها و مقاومت ها دارای پارامترها و ویژگی های منحصر به خود هستند. این پارامترها را در قسمت بعد مورد بررسی و تحلیل قرار می دهیم.

پارامترهای فنی دیودها

در قسمت های قبلی سلسله آموزش ها، پارامترهای خازن و مقاومت را بررسی نمودیم. همانطور که از آموزش خازن به یاد داریم، این قطعه دارای دو پارامتر ظرفیت و ولتاژ است. در کنار این، مقاومت الکتریکی هم نیز دارای پارامتر اندازه است. در رابطه با دیودها، کمی پارامترها متفاوت هستند. یک دیود دارای دو پارامتر اصلی به نام VF و IF و تعداد زیادی پارامتر وابسته است. در رابطه با VF یا VoltageForward، این پارامتر حداقل ولتاژ لازم برای راه اندازی دیود است. دیود قطعه ای اصلاحا اکتیو بوده که تنها با ولتاژ خاصی شروع به فعالیت می کند. این مورد بر خلاف خازن و مقاومت(پسیو) بوده که با هر ولتاژ و جریانی، شروع به کار می کنند. بنابراین جهت اینکه دیود شروع به کار کرده و جریان را از خود عبور دهد، باید ولتاژ اعمال شده به آن از حداقل ولتاژ راه اندازی آن بیشتر باشد. توجه داشته باشید که پس از راه اندازی دیود، ولتاژ در خروجی دیود به اندازه افت ولتاژ کاسته خواهد شد.

در کنار VF، پارامتر IF در دیود بسیار مهم و تعیین کننده محسوب می گردد. این پارامتر در حقیقت بیانگر میزان تحمل دیود در عبور جریان است. به عنوان مثال فرض کنید یک دیود ۱ آمپری در اختیار دارید، این به معنای آنست که دیود می تواند تا نهایت یک آمپر را از خود عبور دهد.

نکته: به عبور جریان در جهت موافق دیود بایاس مستقیم و در حالت برعکس، یعنی وقتیکه جریان قصد عبور از کاتد به آند دیود را دارد، بایاس معکوس گفته می شود.

برای روشن تر شدن موضوع عبور جریان IF که تحت عنوان جریان بایاس مستقیم شناخته می شود، این نکته را در نظر بگیرید که یک دیود همانند یک سیم است. اما این سیم به طور هوشمند عمل کرده و تنها وقتیکه ولتاژ ورودی به آن از حداقل ولتاژ راه اندازی بیشتر باشد، فعال می شود. در این حالت این سیم می تواند حداکثر جریانی را از خود عبور دهد که این جریان تحت عنوان IF شناخته می گردد.

انواع مختلف دیودها

پس از آشنایی با ساختار و مشخصات دیود، نوبت به بررسی انواع مختلف دیودها می رسد. مهم ترین تفاوت بین مدل های مختلف این قطعه در ولتاژ VF، IF و سرعت سوییچ است. پیش از آنکه بحث را ادامه دهیم، بهتر است تا کمی در رابطه با سرعت سوییچ صحبت کنیم. همانطور که پیشتر هم گفته شد، دیود ها در حال عادی نارسانا هستند. با اعمال ولتاژی بیش از حداقل ولتاژ، این قطعه رسانا می شود. اما تغییر حالت از وضعیت نارسا به رسانا زمانبر بوده که این زمان تحت عنوان سرعت سوییچ شناخته می شود.  منظور از عبارت سوییچ، تغییر وضعیت از حالت نارسانا به رسانا است.

در ادامه این آموزش به برسی انواع مختلف دیودها می پردازیم. یکی از مهم ترین و پرکابردترین نوع دیودها، دیودهای معمولی هستند. این دیودها که بیشتر در یکسوسازی استفاده می شوند، دارای ولتاژ VF در حدود ۰٫۷ هستند.

از آنجاییکه ولتاژ VF این دیودها زیاد است، ممکن است در بعضی از سیستم ها و پروژه ها کارایی نداشته باشد. در این جا دیودهای شاتکی با کمترین افت به کار می آیند. این دیودها در مدارات سوییچ بین باتری بک آپ و برق اصلی بسیار کاربردی هستند.

اما دو دیود فوق به هیچ عنوان جریان الکتریکی را در معکوس خود عبور نمی دهند. در صورتیکه ولتاژ در بایاس مخالف از حد تحمل دیود بیشتر شود، دیود به آسیب دیده و به طرف مخالف راه می دهد. اما این مورد در دیودهایی با نام زنر متفاوت است. این دیودها در حالت عادی همانند شاتکی و معمولی عمل می کنند. اما در صورتیکه در حالت معکوس ولتاژ از حد تحمل بیشتر شود، آسیب نمی بینند. در این حالت این دیود به شکل یک تثبیت کننده ولتاژ(رگولاتور)، شروع به ثابت نودن ولتاژ بر روی مقدار خاص می کنند.

در نهایت نیز یکی دیگر از دیودهای بسیار کاربردی دیودهای سریع یا FAST به شمار می روند. این دیودها برخلاف سایر دیودهای ذکر شده، زمان سوییچ بسیار پایینی دارد. به عبارت دیگر این قطعه می تواند به سرعت و با سرعتی بسیار کمتر از دیودهای معمولی، از حالت قطع(نارسانایی) به رسانا تبدیل شود.

نقش دیود در مدارات یکسو ساز ولتاژ

همانطور که پیشتر هم گفته شد، دیود ها نقش یکسوسازی را در مدارات جهت تبدیل سیگنال AC به DC ایفا می کنند. در یک سیگنال متناوب برق شهری، قطب های مثبت و منفی در هر ثانیه ۵۰ بار عوض می شوند. در حقیقت سیگنال AC تصویری به شکل زیر و به صورت موج سینوسی دارد.

از آنجاییکه وسایل الکترونیکی تنها با برق مستقیم(DC)، برقی که جایگاه قطب های مثبت و منفی آن همواره ثابت هستند، کار می کنند، بنابراین نیاز است تا شکل موج سینوسی به خط تبدیل گردد. در اینجا از آنجاییکه دیود می تواند جریان الکتریکی را تنها از یک طرف عبور دهد، می تواند جریان الکتریکی متناوب را به ثابت خطی تبدیل کند. برای روشن تر شدن موضوع به تصویر زیر دقت کنید.

همانطور که در نمودار برق شهری AC مشاهده کردید، این برق دار مکان های زیر خط صفر دارای ولتاژ منفی و بالای خط صفر دارای ولتاژ مثبت است. به عبارت دیگر در یک نیم سیکل مثبت و در نیم سیکل دیگر منفی خواهد بود. آنطور که از دیود به خاطر داریم، این قطعه تنها زمانی جریان را از خود عبور می دهد که ولتاژ اعمال شده به آن از حداقل ولتاژ راه اندازی بیشتر باشد. طبق چنین تعریفی، هرگاه که سیگنال AC در فاز منفی ولتاژ باشد، از آنجاییکه این ولتاژ از حدل ولتاژ راه اندازی دیود کمتر است، بنابراین جریان اجازه عبور نداشته و تنها سیگنال مثبت می تواند از دیود خارج شود. بدین ترتیب همواره قطب های مثبت و منفی ثابت خواهند ماند.

لوازم مورد نیاز

دیود

انواع منبع تغذیه

انواع خازن

انواع مقاومت

انواع مولتی متر

برد بورد

بسته کابل ۶۰ عددی

جمع بندی

در مجموعه آموزش های تحلیل و بررسی مدارهای الکترونیکی، قسمت پنجم به دیود پرداختیم. آنطور که طی آموزش گفته شد، دیودها قطعاتی جهت یکسوسازی جریان الکتریکی به کار می روند. از این قطعه در تبدیل سیگنال AC به DC و سایر مدارها استفاده می گردد. در این آموزش مطابق رویه معمل این سلسله آموزش ابتدا به معرفی دیود پرداختیم. سپس در ادامه پارامترهای اساسی آن مورد بررسی قرار گرفت. در ادامه پس از بررسی انواع دیودها، به نقش این قطعه کلیدی در چگونگی تبدیل سیگنال AC به DC پرداختیم.

چنانچه مطالب این آموزش را گنک یافتید، بدون هیچ نگرانی در انتهای همین پست، به صورت ثبت نظر سوالتان را مطرح کنید. من در سریع‌ترین زمان ممکن پاسخ رفع مشکل شما را خواهم داد. همچنین اگر ایرادی در مطالب درج شده وجود دارد می‌توانید از همین طریق اطلاع رسانی کنید.