من التصميم الإلكتروني إلى الإنتاج والإصلاح ، تُستخدم الثنائيات على نطاق واسع في العديد من التطبيقات. هذه من أنواع مختلفة وتنقل التيار الكهربائي بناءً على خصائص ومواصفات هذا الصمام الثنائي المعين. هذه هي بشكل أساسي ثنائيات الوصلات PN ، الثنائيات الحساسة للضوء ، الثنائيات Zener ، الثنائيات Schottky ، الثنائيات Varactor. تشمل الثنائيات الحساسة للضوء الصمامات الثنائية الباعثة للضوء والصمامات الضوئية والخلايا الكهروضوئية. يتم شرح بعض هذه بإيجاز في هذه المقالة.

1. PN مفرق ديود

تقاطع PN هو جهاز أشباه الموصلات ، يتكون من مادة شبه موصلة من النوع P و N. يحتوي النوع P على تركيز عالٍ من الثقوب والنوع N يحتوي على تركيز عالٍ من الإلكترونات. انتشار الثقوب من النوع p إلى النوع n وانتشار الإلكترون من النوع n إلى النوع p.

تصبح الأيونات المانحة في المنطقة من النوع n مشحونة إيجابًا حيث تنتقل الإلكترونات الحرة من النوع n إلى النوع p. وبالتالي ، يتم بناء شحنة موجبة على الجانب N من التقاطع. الإلكترونات الحرة عبر التقاطع هي الأيونات السالبة المستقبلة عن طريق ملء الثقوب ، ثم تظهر الشحنة السالبة التي تم إنشاؤها على الجانب p من التقاطع في الشكل.

مجال كهربائي يتكون من الأيونات الموجبة في المنطقة من النوع n والأيونات السالبة في المناطق من النوع p. هذه المنطقة تسمى منطقة الانتشار. نظرًا لأن المجال الكهربائي يكتسح الناقلات المجانية بسرعة ، فإن المنطقة مستنفدة من الناقلات المجانية. إمكانات مدمجة V_معويرجع ذلك إلى أن j يتشكل عند التقاطع في الشكل.

مخطط وظيفي لصمام ثنائي تقاطع PN:

مخطط وظيفي لصمام ثنائي تقاطع PN

الخصائص الأمامية لتقاطع PN:

عندما يكون الطرف الموجب للبطارية متصلاً بنوع P والطرف السالب متصل بنوع N يسمى التحيز الأمامي لتقاطع PN في الشكل أدناه.

الخصائص الأمامية لتقاطع PN

إذا أصبح هذا الجهد الخارجي أكبر من قيمة الحاجز المحتمل ، حوالي 0.7 فولت للسيليكون و 0.3 فولت لـ Ge ، يتم عبور الحاجز المحتمل ويبدأ التيار في التدفق بسبب حركة الإلكترونات عبر التقاطع ونفس الشيء بالنسبة للثقوب.

خصائص الانحياز إلى الأمام تقاطع PN

الخصائص العكسية لتقاطع PN:

عندما يتم إعطاء جهد موجب للجزء n والجهد السالب للجزء p من الصمام الثنائي ، يُقال إنه في حالة انحياز عكسي.

دائرة الخصائص العكسية للتقاطع P-N

عندما يتم إعطاء جهد موجب للجزء N من الصمام الثنائي ، تتحرك الإلكترونات نحو القطب الموجب وتطبيق الجهد السالب على الجزء p يجعل الثقوب تتحرك نحو القطب السالب. نتيجة لذلك ، تعبر الإلكترونات مفترق الطرق لتتحد مع الثقوب الموجودة في الجانب الآخر من التقاطع والعكس صحيح. نتيجة لذلك ، يتم تكوين طبقة نضوب ، لها مسار مقاومة عالي مع حاجز عالي الإمكانيات.

خصائص التحيز العكسي للتقاطع PN

“ما هي المواد العازلة ، إن وجدت ، في الجدول هي خيارك الأفضل لجميع التطبيقات الثلاثة؟ ”

تطبيقات ديود تقاطع PN:

الصمام الثنائي للوصلة PN هو جهاز حساس للقطبية ثنائي الأطراف ، يعمل الصمام الثنائي عند التحيز في التوجيه ولا يتم إجراء الصمام الثنائي عند التحيز العكسي. نظرًا لهذه الخصائص ، يتم استخدام الصمام الثنائي للوصلة PN في العديد من التطبيقات مثل

المقومات في العاصمة مزود الطاقة
دارات الاستخلاص
شبكات القطع والتثبيت

2. الثنائي الضوئي

الثنائي الضوئي هو نوع من الصمام الثنائي يولد تيارًا يتناسب مع طاقة الضوء الساقط. إنه محول من الضوء إلى الجهد / التيار الذي يجد تطبيقات في أنظمة الأمان ، والناقلات ، وأنظمة التبديل التلقائي ، وما إلى ذلك. يشبه الثنائي الضوئي LED في البناء ولكن تقاطع p-n حساس للغاية للضوء. قد يكون تقاطع pn مكشوفًا أو معبأ بنافذة لإدخال الضوء في تقاطع P-N. في ظل الحالة المنحازة للأمام ، يمر التيار من القطب الموجب إلى الكاثود ، بينما في الحالة المنحازة العكسية ، يتدفق التيار الضوئي في الاتجاه العكسي. في معظم الحالات ، يشبه تغليف Photodiode LED مع خيوط الأنود والكاثود التي تخرج من العلبة.

“مزيج من التوصيلات المتسلسلة والمتوازية للمكثفات ”

ديود الصورة

هناك نوعان من الثنائيات الضوئية - الثنائيات الضوئية PN و PIN. الفرق في أدائهم. يحتوي الثنائي الضوئي PIN على طبقة جوهرية ، لذلك يجب أن يكون منحازًا عكسيًا. نتيجة للانحياز العكسي ، يزداد عرض منطقة النضوب ، وتنخفض سعة الوصلة pn. هذا يسمح بتوليد المزيد من الإلكترونات والثقوب في منطقة النضوب. لكن أحد عيوب التحيز العكسي هو أنه يولد ضوضاء الحالية التي قد تقلل من نسبة S / N. لذا فإن التحيز العكسي مناسب فقط في التطبيقات التي تتطلب أعلى عرض النطاق . يعتبر الثنائي الضوئي PN مثاليًا لتطبيقات الإضاءة المنخفضة لأن العملية غير متحيزة.

يعمل الثنائي الضوئي في وضعين هما الوضع الكهروضوئي والوضع الضوئي. في الوضع الكهروضوئي (يسمى أيضًا وضع التحيز الصفري) ، يتم تقييد التيار الضوئي من الجهاز ويتراكم الجهد. أصبح الثنائي الضوئي الآن في حالة منحاز للأمام ويبدأ 'تيار داكن' بالتدفق عبر تقاطع p-n. يحدث هذا التدفق للتيار المظلم عكس اتجاه التيار الضوئي. يولد التيار المظلم في غياب الضوء. التيار المظلم هو التيار الضوئي الناتج عن إشعاع الخلفية بالإضافة إلى تيار التشبع في الجهاز.

يحدث الوضع الضوئي عندما يكون الثنائي الضوئي متحيزًا عكسيًا. نتيجة لذلك ، يزداد عرض طبقة النضوب ويؤدي إلى تقليل سعة الوصلة pn. هذا يزيد من وقت استجابة الصمام الثنائي. الاستجابة هي نسبة التيار الضوئي المتولد إلى طاقة الضوء الساقط. في الوضع الضوئي ، يولد الصمام الثنائي تيارًا صغيرًا فقط يسمى تيار التشبع أو التيار الخلفي على طول اتجاهه. يظل التيار الضوئي كما هو في هذه الحالة. دائمًا ما يتناسب التيار الضوئي مع اللمعان. على الرغم من أن الوضع الكهروضوئي أسرع من الوضع الكهروضوئي ، فإن الضوضاء الإلكترونية أعلى في الوضع الضوئي. تولد الثنائيات الضوئية القائمة على السيليكون ضوضاء أقل من الثنائيات الضوئية القائمة على الجرمانيوم لأن الثنائيات الضوئية السيليكونية لها فجوة نطاق أكبر.

3. زينر ديود

Zener diode هو نوع من الصمام الثنائي الذي يسمح بتدفق التيار في الاتجاه الأمامي المماثل للديود المعدل ولكن في نفس الوقت ، يمكن أن يسمح بالتدفق العكسي للتيار أيضًا عندما يكون الجهد أعلى من قيمة انهيار Zener. هذا عادةً ما يكون أعلى بمقدار واحد إلى اثنين فولت من الجهد المقدر لـ Zener ويُعرف باسم جهد Zener أو نقطة الانهيار الجليدي. تم تسمية Zener بهذا الاسم بعد كلارنس زينر الذي اكتشف الخواص الكهربائية للديود. تجد ثنائيات زينر تطبيقات في تنظيم الجهد ولحماية أجهزة أشباه الموصلات من تقلبات الجهد. تستخدم ثنائيات زينر على نطاق واسع كمراجع للجهد وكمنظم تحويلة لتنظيم الجهد عبر الدوائر.

يستخدم الصمام الثنائي Zener تقاطع p-n الخاص به في وضع التحيز العكسي لإعطاء تأثير Zener. أثناء تأثير Zener أو انهيار Zener ، يحتفظ Zener بالجهد بالقرب من القيمة الثابتة المعروفة باسم جهد Zener. يتمتع الصمام الثنائي التقليدي أيضًا بخاصية التحيز العكسي ، ولكن إذا تم تجاوز جهد التحيز العكسي ، فإن الصمام الثنائي سيتعرض لتيار عالٍ وسيتلف. من ناحية أخرى ، تم تصميم الصمام الثنائي Zener خصيصًا ليكون له جهد انهيار منخفض يسمى جهد Zener. يعرض الصمام الثنائي Zener أيضًا خاصية الانهيار المتحكم فيه ويسمح للتيار بالحفاظ على الجهد عبر الصمام الثنائي Zener بالقرب من جهد الانهيار. على سبيل المثال ، سوف يسقط زينر 10 فولت 10 فولت عبر نطاق واسع من التيارات العكسية.

رمز زينر عندما يكون الصمام الثنائي Zener متحيزًا عكسيًا ، فإن تقاطعه p-n سيشهد انهيارًا جليديًا وسيجري Zener في الاتجاه العكسي. تحت تأثير المجال الكهربائي المطبق ، سيتم تسريع إلكترونات التكافؤ لضرب وإطلاق إلكترونات أخرى. هذا ينتهي في تأثير الانهيار الجليدي. عندما يحدث هذا ، فإن تغييرًا بسيطًا في الجهد سيؤدي إلى تدفق تيار كبير. يعتمد انهيار Zener على المجال الكهربائي المطبق بالإضافة إلى سمك الطبقة التي يتم تطبيق الجهد عليها.

كسر زينر يتطلب الصمام الثنائي Zener مقاومة محدودة للتيار متسلسلة لتقييد تدفق التيار عبر Zener. عادةً ما يتم إصلاح تيار زينر على أنه 5 مللي أمبير. على سبيل المثال ، إذا تم استخدام Zener 10 فولت مع مصدر 12 فولت ، فإن 400 أوم (القيمة القريبة هي 470 أوم) مثالية للحفاظ على تيار زينر عند 5 مللي أمبير. إذا كان الإمداد 12 فولت ، فهناك 10 فولت عبر الصمام الثنائي Zener و 2 فولت عبر المقاوم. مع 2 فولت عبر المقاوم 400 أوم ، سيكون التيار عبر المقاوم وزينر 5 مللي أمبير. لذلك ، كقاعدة ، يتم استخدام مقاومات 220 أوم إلى 1 ك بالتسلسل مع Zener اعتمادًا على جهد الإمداد. إذا كان التيار عبر Zener غير كافٍ ، فسيكون الإخراج غير منظم وأقل من جهد الانهيار الاسمي.