دیود یک قطعه الکتریکی دو ترمینال پلاریزه است که جریان را در جهت خاصی هدایت می کند و جریان را در جهت دیگر مهار می کند زیرا مقاومت آن در یک جهت ایده آل صفر و در جهت دیگر بی نهایت است. دو پایانه، یک آند و یک کاتد از جمله این اجزا هستند. بنابراین، دیود شاتکی، دیود ساطع نور، دیود اتصال PN، دیود زنر، دیود جریان ثابت و بسیاری از انواع دیودهای دیگر برای استفاده در پروژه‌های مختلف الکتریکی و الکترونیکی موجود هستند. بنابراین، در این پست، ما به یکی از انواع مختلف دیودهای جریان ثابت و نحوه عملکرد آنها در کاربردها نگاه خواهیم کرد. با این حال، قبل از اینکه بتوانیم این موضوع را به درستی درک کنیم، ابتدا باید توضیح دهیم که دیود چیست.
دیود چیست؟
دیود یک دستگاه الکترونیکی با دو الکترود است: آند و کاتد. ژرمانیوم، سیلیکون و سلنیوم رایج ترین مواد نیمه هادی هستند که در دیودها استفاده می شوند. در برخی از دیودها از الکترودهای فلزی استفاده می شود که در محفظه ای قرار می گیرند که یا تخلیه می شود یا با گاز عنصری خالص کم فشار پر می شود. یکسو کننده‌ها، تنظیم‌کننده‌های ولتاژ، محدودکننده‌های سیگنال، سوئیچ‌ها، تعدیل‌کننده‌های سیگنال، دمدولاتورهای سیگنال، میکسرهای سیگنال و نوسانگرها همگی نمونه‌هایی از کاربردهای دیود هستند.
تمایل یک دیود به هدایت جریان الکتریکی صرفاً در یک جهت، ویژگی اساسی آن است. هنگامی که کاتد در مقایسه با آند با ولتاژی بالاتر از مقدار شکست رو به جلو، بار منفی داشته باشد، جریان از دیود عبور می کند. اگر کاتد نسبت به آند مثبت باشد، ولتاژی مشابه آند داشته باشد یا کمتر از ولتاژ شکست رو به جلو منفی باشد، دیود جریانی را هدایت نمی کند. این یک ساده سازی بیش از حد است، اما برای سوئیچ ها، یکسو کننده ها و محدود کننده ها صادق است. برای دستگاه های سیلیکونی، ولتاژ شکست رو به جلو حدود شش دهم ولت (۰.۶ ولت)، برای دستگاه های ژرمانیومی ۰.۳ ولت و برای دستگاه های سلنیومی، ۱ ولت است.
صرف نظر از قانون کلی بالا، اگر ولتاژ کاتد در مقایسه با ولتاژ آند به اندازه کافی مثبت باشد، دیود جریان را هدایت می کند. ولتاژ لازم برای ایجاد این پدیده که ولتاژ بهمن نامیده می شود، بسته به مواد نیمه هادی مورد استفاده در ساخت دستگاه، بسیار متفاوت است. ولتاژ یک بهمن می تواند از چند ولت تا چند صد ولت متغیر باشد.
شکل موج یک سیگنال آنالوگ زمانی تغییر می کند که از طریق دیودی که در نزدیکی یا در نقطه شکست به جلو حرکت می کند، تغییر می کند. مدولاسیون، دمودولاسیون و اختلاط سیگنال همگی به لطف غیر خطی بودن سیستم امکان پذیر است. علاوه بر این هارمونیک ها یا مضرب های انتگرال فرکانس ورودی تشکیل می شوند. مقاومت منفی اصطلاحی است که برای توصیف خاصیتی که در برخی از دیودها وجود دارد استفاده می شود. این نوع دیود سیگنال‌های آنالوگ را در فرکانس‌های رادیویی مایکروویو هنگامی که ولتاژ در سطح و قطبیت صحیح اعمال می‌شود، تولید می‌کند.
هنگامی که انرژی انتقال مادون قرمز (IR)، نور مرئی، یا انرژی فرابنفش (UV) با دیودهای نیمه هادی برخورد می کند، می توان آنها را برای تولید جریان مستقیم (DC) مهندسی کرد. سلول های فتوولتائیک دیودهایی هستند که برای تامین انرژی پنل های خورشیدی و حسگرهای نوری استفاده می شوند. هنگامی که جریان از یک دیود عبور می کند، نور مرئی یا انرژی مادون قرمز ساطع می کند که به طور گسترده در تجهیزات الکترونیکی و رایانه ای استفاده می شود. دیود ساطع نور (LED) یکی از این ابزارها (LED) است.
کار دیود
الکترون ها اکثر حامل های بار را در ناحیه نوع N تشکیل می دهند، در حالی که سوراخ ها اقلیت را تشکیل می دهند. اکثر حامل های بار در ناحیه نوع P حفره ها هستند، در حالی که حامل های بار منفی الکترون ها هستند. انتشار در اکثر حامل های بار به دلیل اختلاف غلظت اتفاق می افتد و آنها با بار مخالف دوباره ترکیب می شوند. می تواند یک یون مثبت یا منفی تولید کند. آنها در امتداد تقاطع جمع می شوند. منطقه تخلیه نامی است که به این منطقه داده شده است.
- این نوع دیود زمانی که آند یا نوع p دیود به ترمینال منفی و نوع n یا کاتد به ترمینال مثبت باتری متصل می شود، با بایاس معکوس مرتبط می شود.
- این نوع دیود زمانی که آند یا ترمینال نوع p به ترمینال مثبت و نوع n یا کاتد به ترمینال منفی باتری وصل می شود، به بایاس رو به جلو مرتبط می شود.
جهت گیری رو به جلو
بایاس فرآیند اتصال یک نیمه هادی به یک منبع خارجی است. هنگامی که نیمه هادی نوع p به ترمینال مثبت منبع یا باتری و همچنین ترمینال منفی به نوع n متصل می شود، این نوع اتصال بایاس رو به جلو در نظر گرفته می شود.
جهت میدان الکتریکی اعمال شده و میدان الکتریکی داخلی در محل اتصال در بایاس پیشروی مخالف هستند. این نشان می دهد که میدان الکتریکی تولید شده کوچکتر از میدان داخلی است. در نتیجه، مقاومت کاهش می‌یابد و ناحیه تخلیه نازک‌تر می‌شود. مقاومت ناحیه تخلیه در سیلیکون در ولتاژ ۰.۶ ولت کاملاً ناچیز است.
جهت گیری معکوس
ترمینال مثبت و ترمینال منفی به ترتیب در بایاس معکوس به نوع n و نوع p متصل می شوند. میدان الکتریکی اعمال شده و همچنین میدان الکتریکی داخلی، هر دو در این سناریو در یک جهت هستند و میدان الکتریکی حاصل بزرگتر از میدان الکتریکی داخلی است و در نتیجه ناحیه تخلیه مقاومتی بیشتری ایجاد می‌کند. با بزرگتر شدن ولتاژ اعمال شده، ناحیه تخلیه مقاوم تر و ضخیم تر می شود.
دیود بی طرف
دیود بی طرف دیودی است که در آن هیچ منبع خارجی برای نیمه هادی ها اعمال نمی شود. میدان الکتریکی بین مواد نوع p و نوع n در سراسر لایه تخلیه ایجاد می شود. دوپینگ باعث عدم تعادل تعداد الکترون ها و حفره ها می شود که باعث این امر می شود. در دمای معمولی، پتانسیل مانع دیود سیلیکونی ۰.۷ ولت است.
دیود جریان ثابت چیست؟
دیود جریان ثابت یا CCD، دیودی است که برای محدود کردن یا تغییر جریان به بیشترین مقدار دستگاه استفاده می‌شود. دیود تنظیم کننده جریان (CRD) و دیود محدود کننده جریان (CLD) نیز نام دیودها هستند. یک دیود جریان ثابت با تامین جریان ثابت از مدار در برابر اتصال کوتاه محافظت می کند.
جریان ثابت ساخت و کار دیود
ساختار داخلی دیود جریان ثابت در زیر آورده شده است. این دیود حاوی یک ترانزیستور JFET کانال N است که ترمینال گیت آن به منبع اتصال دارد و به آن اجازه می دهد تا به عنوان یک محدود کننده جریان یا منبع جریان دو ترمینالی مانند دیود زنر محدود کننده ولتاژ عمل کند.
برخلاف دیودهای زنر، این دیودها یک جریان ثابت را به جای ولتاژ ثابت حفظ می کنند. عبور جریان از طریق این دیودها تحت تأثیر نوسانات ولتاژ قرار نمی گیرد. این دیودها با ولتاژهای ۱.۵ تا ۶ ولت در شرایط بایاس فورواردینگ استفاده می شوند. جریان رو به جلو جریانی است که در نتیجه بایاس (Ip) ایجاد می شود. این دیود می تواند مقدار جریان را حتی در صورت تغییر در ولتاژ ورودی و مقاومت بار حفظ کند.
این دیود همانطور که از نامش پیداست عبور جریان برق از خود را تا بالاترین سطوح ممکن کنترل می کند. هنگامی که جریان بیشتری را به این دیود وارد می‌کنید که بتواند آن را تحمل کند، با کاهش ولتاژ به مقابله می‌پردازد. یک دیود جریان ثابت با تامین جریان ثابت از مدار در برابر اتصال کوتاه محافظت می کند. مدار کاربرد دیود جریان ثابت در زیر نشان داده شده است.
یک دیود جریان ثابت، یک باتری و یک دیود لیزر یا LED در مدار زیر استفاده می شود. دیود جریان ثابت به صورت سری با دیود لیزر در مدار زیر متصل می شود. هنگامی که از یک منبع ولتاژ برای اعمال ولتاژ به این دیود استفاده می شود، جریان را کنترل می کند و اطمینان حاصل می کند که ولتاژ مورد نیاز به دیود لیزر تامین می شود و به دیود لیزر (دیود LED) در مدار اجازه می دهد تا روشن شود.
نقطه کنترل این دیود باید به گونه ای انتخاب شود که با دیود ساطع کننده نور مطابقت داشته باشد، در غیر این صورت حداکثر جریان رو به جلو دیود لیزر از بین می رود. این امر به ویژه در مورد دیودهای لیزر صادق است، اما برای LED ها کمتر صدق می کند، زیرا LED های معمولی تحمل بیشتری نسبت به تغییرات جریان رو به جلو دارند. از این دیود می توان برای شارژ یک باتری کوچک کمکی نیز استفاده کرد.
ویژگی های دیود جریان ثابت
برخی از ویژگی های دیود جریان ثابت به شرح زیر است:
- منحنی مشخصه یک دیود جریان ثابت به مناطقی که در بالا نشان داده شده است تقسیم می شود.
- نیمه سمت راست منحنی در نمودار بالا بایاس رو به جلو است. در نتیجه، برای ولتاژهای بین ۰ تا ۶ ولت، مقدار جریان رو به جلو ثابت می ماند.
- این جریان به عنوان جریان تنظیم کننده نامیده می شود و با حرف “IP” نشان داده می شود. برای دیودهای خانواده ۱N5283 تا ۱N5314، جریان تنظیم کننده از ۲۲۰ میلی آمپر تا ۴.۷ میلی آمپر متغیر است.
- برای یک مقدار جریان بزرگ، این دیودها در تنظیمات موازی استفاده می شوند.
- این دیود در شرایط بایاس معکوس در مقایسه با دیودهای دیگر کار می کند. روش کنترل دیود از “VL” که به عنوان (ولتاژ محدود کننده) نیز شناخته می شود شروع می شود و به “POV” (نقطه دید) (ولتاژ عملیاتی اوج) می رسد.
مزایا و معایب
در زیر برخی از مزایای دیود جریان ثابت آورده شده است.
- نیازی به منبع ولتاژ اضافی نیست و ساخت این مدار ساده است.
- حتی زمانی که ولتاژ نوسان می کند، این دیودها یک جریان ثابت را حفظ می کنند.
- در بسته بندی کوچک و سبک عرضه می شود.
- عملکرد دیود ولتاژ پایین پیوسته است، در حالی که هارمونیک های ولتاژ بالا توسط دیود محافظت می شوند.
موارد زیر برخی از معایب دیود جریان ثابت است.
- برای عملکرد این دیودها از بایاس به جلو استفاده می شود.
- دمای بالا می تواند به این دیودها آسیب برساند.
- نرخ پاسخگویی پایینی دارد.
- سطح نویز در فرکانس های بالا بالاست.
کاربردهای دیود جریان ثابت
دیود جریان ثابت که به عنوان دیود محدود کننده جریان نیز شناخته می شود، کاربردهای مختلفی دارد.
- مدارهای مختلف مانند شارژرهای باتری، زمان بندی و مدارهای مولد شکل موج به دیودهای محدود کننده جریان نیاز دارند.
- این دیودها همچنین می توانند به عنوان منابع جریان ثابت استفاده شوند که معمولاً برای تغذیه LED ها استفاده می شوند.
- سیم پیچ های نگهدارنده در دستگاه های اتصال تلفن با این دیودها جایگزین می شوند.
- این دیودها را می توان در مدارهایی که از یک رشته LED طولانی استفاده می شود و همچنین در منابع متغیر ولتاژ مانند لامپ ها استفاده کرد.
- دیود تنظیم کننده جریان، مشابه دیود زنر، در درجه اول برای تنظیم جریان استفاده می شود.
- ورودی رله های حالت جامد توسط این دیودها تامین می شود.
- هدف آن محافظت از مدارها در برابر ولتاژ بیش از حد است.
نتیجه گیری
این مقاله به شما بینشی درباره نحوه عملکرد دیود جریان ثابت و نحوه استفاده از آن در کاربردهای مختلف ارائه می دهد. این یک دستگاه الکترونیکی است که جریان را به حداکثر مقدار تنظیم یا محدود می کند. در نتیجه، این یک دیود حیاتی در مدار است زیرا از اتصال کوتاه و سایر اثرات منفی محافظت می کند.
هنگام انتخاب و خرید دیود در اصفهان، پیدا کردن یک توزیع کننده قابل اعتماد مهم است. شما می خواهید تامین کننده ای را انتخاب کنید که سابقه خوبی داشته باشد و قابل اعتماد باشد. نیما الکترونیک با سابقه ای درخشان خدمات فروش دیود الکترونیکی را به مشتریان ارائه می دهد.
در صورت تمایل به هرگونه اطلاعات یا مشاوره بیشتر در مورد خرید دیود الکترونیکی یا هر نوع دیگر از اجزا و لوازم جانبی کنترل مدار، لطفاً با تیم پشتیبانی نیما الکترونیک از طریق تلفن یا ایمیل تماس بگیرید.