Diode - دیود

دو پایه دیود عبارت‌اند از:

• آند (Anode): پایه مثبت در حالت بایاس مستقیم
• کاتد (Cathode): پایه منفی در حالت بایاس مستقیم

ساختار بسیاری از دیودها بر اساس اتصال دو ناحیه نیمه‌هادی نوع P و نوع N تشکیل شده است. در محل اتصال این دو ناحیه، یک پیوند PN ایجاد می‌شود که رفتار یکسوسازی دیود را شکل می‌دهد.

عملکرد دیود در دو حالت اصلی:

الف) بایاس مستقیم (Forward Bias)

در این حالت آند به ولتاژ مثبت‌تر و کاتد به ولتاژ منفی‌تر متصل می‌شود. با رسیدن ولتاژ مستقیم به محدوده مناسب، دیود هدایت می‌کند.

افت ولتاژ مستقیم در دیودهای سیلیکونی معمولی اغلب حدود ۰٫۶ تا ۰٫۷ ولت است؛ البته مقدار واقعی به نوع دیود و جریان عبوری وابسته است.

ب) بایاس معکوس (Reverse Bias)

در این حالت کاتد به ولتاژ مثبت‌تر و آند به ولتاژ منفی‌تر متصل می‌شود. جریان عبوری بسیار کم است و معمولاً به جریان نشتی محدود می‌شود. اگر ولتاژ معکوس از حد مجاز فراتر رود، ممکن است دیود وارد ناحیه شکست (Breakdown) شود.

انواع رایج دیود:

دیود یکسوساز (Rectifier Diode) برای تبدیل ولتاژ AC به DC در منابع تغذیه و مدارهای یکسوساز استفاده می‌شود.

دیود سیگنال (Signal Diode) برای پردازش و سوئیچینگ سیگنال‌های کم‌جریان و سریع کاربرد دارد.

دیود زنر (Zener Diode) برای تثبیت یا مرجع‌سازی ولتاژ در ناحیه شکست معکوس طراحی شده است.

دیود LED با عبور جریان در بایاس مستقیم، نور تولید می‌کند.

دیود شاتکی (Schottky Diode) دارای افت ولتاژ مستقیم کم و سرعت سوئیچینگ بالا است.

دیود TVS برای محافظت از مدار در برابر پالس‌های گذرای ولتاژ و تخلیه‌های الکتریکی استفاده می‌شود.

کاربرد

• یکسوسازی ولتاژ AC در منابع تغذیه
• محافظت از مدار در برابر اتصال معکوس تغذیه
• تثبیت و مرجع‌سازی ولتاژ
• تولید نور و نمایش وضعیت با LED
• حفاظت در برابر اضافه‌ولتاژهای گذرا
• آشکارسازی و پردازش سیگنال
• استفاده در مدارهای سوئیچینگ و مبدل‌های DC-DC

نکته طراحی PCB

• جهت قرارگیری: جهت آند و کاتد را مطابق شماتیک و علامت‌گذاری قطعه رعایت کنید. نوار روی بدنه بسیاری از دیودهای محوری نشان‌دهنده کاتد است.
• جریان مجاز: عرض ترک‌ها و ظرفیت حرارتی مسیرها را با توجه به جریان عبوری از دیود انتخاب کنید.
• توان تلفاتی: توان تلف‌شده در دیود را با توجه به جریان و افت ولتاژ مستقیم بررسی کنید: PD = VF × IF
• ولتاژ معکوس: حداکثر ولتاژ معکوس قابل تحمل دیود (Reverse Voltage) باید از ولتاژ معکوس احتمالی مدار بیشتر باشد.
• دفع حرارت: در دیودهای توان، سطح مس اطراف پدها و شرایط انتقال حرارت را در نظر بگیرید.
• دیودهای TVS: این قطعات را تا حد امکان نزدیک کانکتور یا نقطه ورود سیگنال و تغذیه قرار دهید تا مسیر حفاظت کوتاه باشد.
• دیودهای فرکانس بالا: در طراحی مدارهای سوئیچینگ سریع، ظرفیت خازنی پیوند (Junction Capacitance) و زمان بازیابی معکوس (Reverse Recovery Time) اهمیت دارند.

اصطلاحات مرتبط

• Anode آند
• Cathode کاتد
• Forward Bias بایاس مستقیم
• Reverse Bias بایاس معکوس
• Forward Voltage (VF) ولتاژ مستقیم
• Reverse Voltage (VR) ولتاژ معکوس
• Forward Current (IF) جریان مستقیم
• Reverse Leakage Current جریان نشتی معکوس
• Breakdown Voltage ولتاژ شکست
• Reverse Recovery Time زمان بازیابی معکوس
• Junction Capacitance ظرفیت خازنی پیوند
• Rectification یکسوسازی
• Schottky Diode دیود شاتکی
• Zener Diode دیود زنر