دیود چیست ؟

دیود یک قطعه الکترونیکی است که دارای دو سر است. این وسیله، جریان الکتریکی را از یک سمت خود عبور می دهد. در این وضعیت مقاومت دیود بسیار کم است. در سمت دیگر، این وسیله در برابر عبور جریان مقاومت بالا دارد. این ویژگی در وسیله مذکور سبب شده است تا در سال های ابتدایی تولید این قطعه، نام دریچه را به خود بگیرد. در وسیله نام برده، پایه های متصل به نیمه هادی N است که کاتد نامیده می شود. در مقابل، پایه ای که متصل به نیمه رسانای P است آند نام دارد. جالب است بدانید دیود اولین وسیله تولید شده با نیمه رساناها است.

از اصلی ترین کاربردهای این قطعه می توان به گذر دادن جریان در یک سمت و جلوگیری از عبور جریان در طرف دیگر اشاره کرد. در واقع این عمل را یک سو سازی می نامند. لذا به قطعه دیود می توان همانند یک شیر الکتریکی که یک طرفه است نگریست. این خصوصیت دیود برای بدل ساختن جریان تناوب دار به جریان مستقیم استفاده می شود. دیود را می توان نوعی مقاومت دانست. از لحاظ الکتریکی، یک دیود زمانی که جریان را از خود عبور می دهد که با جاری ساختن ولتاژ در جهت صحیح آماده برای کار شود.

میزان ولتاژی که سبب می شود تا دیود هدایت جریان الکتریکی را آغاز نماید، ولتاژ آستانه نام دارد. ولتاژ آستانه برای دیودهای سیلیکون و ژرمانیوم با یکدیگر متفاوت است. اما زمانی که ولتاژ به صورت برعکس به دیود اتصال می یابد یعنی مثبت به کاتد و منفی به آند، جریانی از آن عبور نمی کند به جز جریان اندکی که به آن جریان نشتی گفته می شود.جریان نشتی به میزان چند میکروآمپر یا حتی کمتر از این مقدار می تواند باشد. این میزان جریان به طور معمول در بیشتر مدارهای الکترونیکی قابل چشم پوشی شدن است و اثری در رفتار دیگر المان های مدار ندارد. لازم به ذکر است این حالت برعکس را بایاس معکوس می نامند؛ یعنی زمانی که مثبت به کاتد و منفی به آند اتصال یابد.

اگر جنس بلوری که درساختمان این قطعه استفاده شده باشد از لحاظ ساختاری دارای نظم بیشتری باشد، دیود از مرغوبیت بالاتری برخوردار است و جریان نشتی نیز کمتر است. میزان جریان نشتی در دیودهایی که با تکنولوژی های جدید ساخته شده اند، عملا نزدیک به صفر است. همه دیودها یک حدی برای بیشترین ولتاژ معکوس دارند. چنانچه ولتاژ معکوس بیشتر از حد آستانه شود، دیود دچار سوختگی خواهد شد. در این صورت بلور ذوب می شود و جریان را در جهت عکس عبور می دهد. به این ولتاژ در حد آستانه، ولتاژ شکست گفته می شود.

ولتاژ شکست معکوس دیود

اگر ولتاژ معکوس دیود را تا میزان مشخصی بالا ببریم، جریان معکوس دیود ناگهان و به سرعت افزایش می یابد. به این پدیده، ولتاژ شکست می گویند. اما ولتاژی که در این رویداد شروع می شود ولتاژ شکست دیود نام دارد. جالب است بدانید که ولتاژ شکست دیود به ساختار پیوند  P-N و غلظت ناخالصی وابسته است. شکست دیود می تواند به علل شکست بهمنی و شکست زنر رخ دهد. احتمال این که شکست بهمنی در دیودهای سیلیکونی که دارای ولتاژ بیشتر از 6 ولت هستند به وقوع بپیوندد بیشتر است. اما شکست زنر به صورت اتفاق غالب فقط در دیودهایی با ولتاژ شکست تا میزان 6 دیده می شود.

رویداد شکست بهمنی

در معکوس پیوند با بالا رفتن ولتاژ معکوس دیود، پهنای منطقه خالی بیشتر می شود و میزان میدان الکتریکی در این قسمت رو به صعود می گذارد. در این وضعیت، حامل هایی که در اقلیت قرار دارند در سراشیبی سد پتانسیل که ناشی شده از پتانسیل داخلی و ولتاژ معکوس هستند قرار می گیرند. در این حالت این حامل ها با افزایش سرعت مواجه می شوند. حامل های اقلیت با شتابی که می گیرند قادرند تا به اتم های سیلیکون که در ناحیه خالی یا همان تهی قرار دارند برخورد کنند و علاوه بر شکستن پیوندهای کوالانس، تعدادی حامل نیز رها کنند.

حامل های جدید تحت سلطه میدان الکتریکی زیاد در منطقه تهی قرار می گیرند و بعد از برخورد با سایر اتم ها، حامل های بیشتر را از پیوند کوالانس در آن ها رها می کنند. لذا تعداد حامل هایی که قادرند تا در تولید جریان دخیل باشند ناگهان رو به افزایش می گذارد و سبب می شود تا جریان با سرعت افزایش پیدا کند. به این رویداد شکست بهمنی گفته می شود.

رویداد شکست زنر 

این پدیده سبب ایجاد شکست در ولتاژ- جریان دیود می شود. این رویداد چنین است که با بالا رفتن ولتاژ به حالت معکوس در دیود، شدت میدان الکتریکی در منطقه تهی امکان دارد تا حدی برسند که حامل های اقلیت که در نیمه P قرار گرفته اند بتوانند از درون سد، تونلی ایجاد نمایند و به سمت مقابل وارد شوند و جریان را به صورت معکوس کنند.

به طور معمول دیود هایی که ولتاژ شکست تا مقدار 6 دارند، شکستشان با رویداد زنر قابل توجیه است. اما دیودهایی که ولتاژ شکستی بالاتر از میزان 6 ولت دارند شکستشان با رویداد بهمنی قابل توضیح است.