نظرة عامة على أنواع مختلفة من الثنائيات واستخداماتها

الصمام الثنائي هو جهاز كهربائي ذو طرفين يسمح بنقل التيار في اتجاه واحد فقط. يُعرف الصمام الثنائي أيضًا بخصائصه الحالية أحادية الاتجاه ، حيث يُسمح للتيار الكهربائي بالتدفق في اتجاه واحد. في الأساس ، يتم استخدام الصمام الثنائي لتصحيح أشكال الموجة ، داخل أجهزة الكشف عن الراديو أو داخلها مزودات الطاقة . يمكن استخدامها أيضًا في العديد من الدوائر الكهربائية والإلكترونية حيث تكون النتيجة 'أحادية الاتجاه' للديود مطلوبة. معظم الثنائيات مصنوعة من أشباه الموصلات مثل Si (السيليكون) ، ولكن في حالات قليلة ، يتم استخدام Ge (الجرمانيوم) أيضًا. من المفيد أحيانًا تلخيص ملف توجد أنواع مختلفة من الثنائيات . قد تتداخل بعض الأنواع ، لكن التعريفات المختلفة قد تفيد في تضييق المجال وتقديم نظرة عامة على الأنواع المختلفة من الثنائيات.

ما هي أنواع الثنائيات المختلفة؟

هناك عدة أنواع من الثنائيات وهي متاحة للاستخدام في تصميم الإلكترونيات ، وهي الصمام الثنائي الخلفي ، والصمام الثنائي BARRITT ، والصمام الثنائي Gunn ، والصمام الثنائي الليزري ، والصمامات الثنائية الباعثة للضوء ، الثنائيات المطلية بالذهب و الصمام الثنائي البلوري ، السندات الإذنية تقاطع، شوكلي ديود ، صمام استرجاع الخطوة ، الصمام الثنائي النفقي ، الصمام الثنائي فاراكتور ، والصمام الثنائي زينر.

أنواع الثنائيات

شرح مفصل للثنائيات

دعونا نتحدث بالتفصيل عن مبدأ عمل الصمام الثنائي.

الصمام الثنائي الخلفي

يسمى هذا النوع من الصمام الثنائي أيضًا الصمام الثنائي الخلفي ، ولا يتم تنفيذه بشكل كبير. الصمام الثنائي الخلفي هو صمام ثنائي PN-junction له عملية مشابهة لصمام ثنائي النفق. سيناريو النفق الكمي يحمل مسؤولية مهمة في توصيل المسار العكسي الحالي بشكل أساسي. مع صورة شريط الطاقة ، يمكن معرفة العمل الدقيق للديود.

عمل الديود الخلفي

يُطلق على النطاق الذي يقع في المستوى العلوي اسم نطاق التوصيل بينما يُطلق على نطاق المستوى الأدنى اسم نطاق التكافؤ. عندما يكون هناك تطبيق للطاقة على الإلكترونات ، فإنها تميل إلى اكتساب الطاقة والتحرك نحو نطاق التوصيل. عندما تدخل الإلكترونات من التكافؤ إلى نطاق التوصيل ، يُترك مكانها في نطاق التكافؤ بفتحات.

في حالة عدم التحيز الصفري ، يكون نطاق التكافؤ المشغول متعارضًا مع نطاق التوصيل المشغول. بينما في حالة التحيز العكسي ، فإن المنطقة P لديها حركة نحو الاتجاه الصعودي المقابل لمنطقة N. الآن ، النطاق المشغول في القسم P يتناقض مع النطاق الشاغر في القسم N. لذلك ، تبدأ الإلكترونات في النفق من النطاق المشغول في القسم P إلى النطاق الشاغر في القسم N.

لذلك ، هذا يدل على أن التدفق الحالي يحدث أيضًا في انحياز عكسي أيضًا. في حالة التحيز الأمامي ، فإن المنطقة N لديها حركة نحو الاتجاه الصعودي المقابل للمنطقة P. الآن ، النطاق المشغول في القسم N على عكس النطاق الشاغر في القسم P. لذلك ، تبدأ الإلكترونات في النفق من النطاق المشغول في القسم N إلى النطاق الشاغر في القسم P.

في هذا النوع من الصمام الثنائي ، يتم تشكيل منطقة المقاومة السلبية ويتم استخدام هذا بشكل أساسي في عمل الصمام الثنائي.

الصمام الثنائي الخلفي

باريت ديود

المدة الممتدة لهذا الصمام الثنائي هي الصمام الثنائي Barrier Injection Transit Time وهو الصمام الثنائي BARITT. إنه قابل للتطبيق في تطبيقات الميكروويف ويسمح بالعديد من المقارنات مع الصمام الثنائي IMPATT الأكثر استخدامًا. يعرض هذا الارتباط وصفًا واضحًا لما هو ملف باريت ديود وعملها وتطبيقاتها.

غون ديود

Gunn diode هو صمام ثنائي تقاطع PN ، هذا النوع من الصمام الثنائي هو جهاز أشباه الموصلات له طرفان. بشكل عام ، يتم استخدامه لإنتاج إشارات الميكروويف. يرجى الرجوع إلى الرابط أدناه لـ غون ديود يعمل وخصائصها وتطبيقاتها.

الثنائيات Gunn

ليزر ديود

لا يحتوي الصمام الثنائي الليزري على عملية مماثلة لتلك الخاصة بـ LED العادي (الصمام الثنائي الباعث للضوء) لأنه ينتج ضوءًا متماسكًا. يتم استخدام هذه الثنائيات على نطاق واسع لأغراض مختلفة مثل أقراص DVD ومحركات الأقراص المضغوطة ومؤشرات ضوء الليزر لـ PPTs. على الرغم من أن هذه الثنائيات غير مكلفة من الأنواع الأخرى من مولدات الليزر ، إلا أنها أغلى بكثير من مصابيح LED. لديهم أيضا حياة جزئية.

ليزر ديود

الصمام الثنائي الباعث للضوء

يشير مصطلح LED إلى الصمام الثنائي الباعث للضوء ، وهو أحد أكثر أنواع الصمام الثنائي القياسي. عندما يتم توصيل الصمام الثنائي في تحيز إعادة التوجيه ، يتدفق التيار عبر التقاطع ويولد الضوء. هناك أيضًا العديد من تطورات LED الجديدة التي تتغير من مصابيح LED و OLED. أحد المفاهيم الرئيسية التي يجب أن تكون على دراية بمصباح LED هو خصائصه IV. دعونا نلقي نظرة على خصائص LED بالتفصيل.

خصائص الثنائيات الباعثة للضوء

قبل أن ينبعث ضوء LED ، فإنه يتطلب تدفق التيار عبر الصمام الثنائي لأن هذا هو الصمام الثنائي الحالي. هنا ، كمية شدة الضوء لها نسبة مباشرة إلى الاتجاه الأمامي للتيار الذي يتدفق عبر الصمام الثنائي.

عندما يقوم الصمام الثنائي بإجراء تيار في التحيز الأمامي ، فيجب أن يكون هناك مقاومة سلسلة محدودة الحالية لحماية الصمام الثنائي من التدفق الإضافي للتيار. وتجدر الإشارة إلى أنه يجب ألا يكون هناك اتصال مباشر بين مصدر الطاقة بمصباح LED حيث يتسبب هذا في تلف فوري لأن هذا الاتصال يسمح بقدر كبير من التدفق الحالي ويحرق الجهاز.

عمل LED

يحتوي كل نوع من أجهزة LED على فقد الجهد الأمامي الخاص به من خلال تقاطع PN ويعرف هذا القيد بنوع أشباه الموصلات المستخدمة. يحدد هذا مقدار انخفاض الجهد للمقدار المقابل لتيار التوجيه بشكل عام لقيمة حالية تبلغ 20 مللي أمبير.

في معظم السيناريوهات ، يتم استخدام وظيفة LED من مستويات الجهد الدنيا التي تحتوي على المقاوم في اتصال متسلسل ، Rs لتقييد المقدار الأمامي للتيار إلى مستوى محمي بشكل عام من 5mA إلى 30mA عندما يكون هناك مطلب لتحسين السطوع .

تولد مصابيح LED المختلفة الضوء في المناطق المقابلة من طيف الأشعة فوق البنفسجية وبالتالي تولد مستويات مختلفة من شدة الضوء. يمكن معرفة الاختيار المحدد لأشباه الموصلات من خلال الطول الموجي الكامل لانبعاثات الفوتون وبالتالي إنتاج الضوء المقابل. ألوان LED كالتالي:

لذلك فإن اللون الدقيق للـ LED معروف بمسافة الطول الموجي المنبعث. والطول الموجي معروف بتركيبة أشباه الموصلات المحددة المستخدمة في تقاطع PN في وقت عملية التصنيع. لذلك ، كان من الواضح أن لون انبعاث الضوء من LED ليس بسبب البلاستيك المطحون المستخدم. لكنها تعمل أيضًا على تحسين سطوع الضوء عندما لا تكون مضاءة بواسطة التيار الكهربائي. من خلال الجمع بين مختلف المواد شبه الموصلة والغازية والمعدنية ، يمكن إنشاء مصابيح LED التالية وهي:

• زرنيخيد الغاليوم (GaAs) وهو الأشعة تحت الحمراء
• يتراوح فوسفيد زرنيخيد الغاليوم (GaAsP) من الأحمر إلى الأشعة تحت الحمراء والبرتقالية
• ألومنيوم جاليوم أرسينيد فوسفيد (AlGaAsP) الذي زاد من اللون الأحمر الساطع والبرتقالي من الأحمر والبرتقالي والأصفر.
• يوجد فوسفيد الغاليوم (GaP) بألوان الأحمر والأصفر والأخضر
• فوسفيد جاليوم الألومنيوم (AlGaP) - غالبًا باللون الأخضر
• نيتريد الغاليوم (GaN) المتوفر باللون الأخضر والزمرد الأخضر
• نيتريد إنديوم الغاليوم (GaInN) قريب من الأشعة فوق البنفسجية ، اللون مختلط باللون الأزرق والأخضر والأزرق
• كربيد السيليكون (SiC) متاح باللون الأزرق كركيزة
• سيلينيد الزنك (ZnSe) موجود باللون الأزرق
• نيتريد الألومنيوم جاليوم (AlGaN) وهو فوق بنفسجي

ضوئي

يستخدم الثنائي الضوئي لاكتشاف الضوء. لقد وجد أنه عندما يصطدم الضوء بتقاطع PN فإنه يمكن أن يخلق إلكترونات وثقوبًا. عادة ، تعمل الصمامات الثنائية الضوئية في ظل ظروف التحيز العكسي حيث يمكن ملاحظة كمية صغيرة من تدفق التيار الناتج عن الضوء ببساطة. يمكن أيضًا استخدام هذه الثنائيات لإنتاج الكهرباء.

ديود الصورة

صمام ثنائي PIN

يتميز هذا النوع من الصمام الثنائي ببنائه. لديها مناطق P-type & N-type القياسية ، لكن المنطقة بين المنطقتين وهي أشباه الموصلات الجوهرية لا تحتوي على المنشطات. منطقة أشباه الموصلات الجوهرية لها تأثير في زيادة مساحة منطقة النضوب والتي يمكن أن تكون مفيدة لتبديل التطبيقات.

صمام ثنائي PIN

حاملات الشحنة السالبة والموجبة من المناطق N و P من النوع المقابل لها حركة إلى المنطقة الجوهرية. عندما تمتلئ هذه المنطقة بالكامل بالثقوب الإلكترونية ، يبدأ الصمام الثنائي في التوصيل. بينما في حالة التحيز العكسي ، قد تمنع الطبقة الجوهرية الواسعة في الصمام الثنائي مستويات جهد عالية وتحملها.

عند مستويات التردد المتزايدة ، سيعمل الصمام الثنائي PIN كمقاوم خطي. إنه يعمل كمقاوم خطي لأن هذا الصمام الثنائي له وقت الاسترداد العكسي غير كاف . هذا هو السبب في أن المنطقة 'I' المشحونة بالكهرباء بشدة لن يكون لديها الوقت الكافي للتفريغ في وقت الدورات السريعة. وفي أدنى مستويات التردد ، يعمل الصمام الثنائي كصمام ثنائي مقوم حيث يكون لديه وقت كافٍ للتفريغ والإيقاف.

ديود مفرق PN

قد يُنظر إلى تقاطع PN القياسي على أنه النوع العادي أو القياسي من الصمام الثنائي المستخدم اليوم. هذا هو أبرز أنواع الثنائيات المختلفة الموجودة في المجال الكهربائي. ولكن ، يمكن استخدام هذه الثنائيات كأنواع إشارات صغيرة لاستخدامها في الترددات الراديوية (RF) ، أو غيرها من تطبيقات التيار المنخفض التي قد تسمى صمامات الإشارة. يمكن التخطيط لأنواع أخرى لتطبيقات الجهد العالي والتيار العالي وتسمى عادة الثنائيات المعدلة. في الصمام الثنائي للوصل PN ، يجب أن يكون المرء خاليًا من ظروف التحيز. هناك ثلاثة شروط انحياز رئيسية وهذا يعتمد على مستوى الجهد المطبق.

• التحيز إلى الأمام - هنا ، يتم توصيل الطرف الموجب والسالب بأنواع P و N من الصمام الثنائي.
• التحيز العكسي - هنا ، يتم توصيل الطرف الموجب والسالب بأنواع N و P من الصمام الثنائي.
• التحيز الصفري - يسمى هذا الانحياز '0' لأنه لا يتم تطبيق أي جهد خارجي على الصمام الثنائي.

انحياز أمامي لثنائي تقاطع PN

في حالة التحيز الأمامي ، يتم تطوير تقاطع PN عندما تكون حواف البطارية الموجبة والسالبة متصلة بنوعين P و N. عندما يعمل الصمام الثنائي في تحيز إعادة التوجيه ، تكون المجالات الكهربائية الداخلية والمطبقة عند التقاطع في مسارات متعاكسة. عندما يتم تلخيص هذه المجالات الكهربائية ، يكون مستوى حجم الخرج التبعي أقل من مستوى المجال الكهربائي المطبق.

التحيز الأمامي في أنواع تقاطع PN من الثنائيات

ينتج عن هذا الاتصال الحد الأدنى من مسار المقاومة ومنطقة استنفاد أرق. تصبح مقاومة منطقة النضوب أكثر إهمالًا عندما تكون قيمة الجهد المطبق أكثر. على سبيل المثال ، في أشباه الموصلات السيليكونية ، عندما تكون قيمة الجهد المطبق 0.6 فولت ، تصبح قيمة مقاومة طبقة النضوب ضئيلة تمامًا وسيكون هناك تدفق غير معاق للتيار عبرها.

التحيز العكسي لثنائي تقاطع PN

هنا ، الاتصال هو أن الحواف الموجبة والسالبة للبطارية متصلة بمناطق N-type و P-type ، وهذا يشكل تقاطع PN المنحاز العكسي. في هذه الحالة ، تكون المجالات الكهربائية المطبقة والداخلية في اتجاه مماثل. عندما يتم تلخيص كلا المجالين الكهربيين ، يكون مسار المجال الكهربائي الناتج مشابهًا لمسار المجال الكهربائي الداخلي. هذا يطور منطقة نضوب مقاومة أكثر سمكًا ومعززة. تتعرض منطقة النضوب لحساسية وسمك أكثر عندما يكون مستوى الجهد المطبق أكثر وأكثر.

التحيز العكسي في نوع تقاطع PN من الثنائيات

خصائص V-I لثنائي تقاطع PN

بالإضافة إلى ذلك ، من الأهمية بمكان أن تكون على دراية بخصائص V-I الخاصة بصمام تقاطع PN.

عندما يتم تشغيل الصمام الثنائي تحت حالة انحياز '0' مما يعني أنه لا يوجد تطبيق للجهد الخارجي على الصمام الثنائي. هذا يدل على أن الحاجز المحتمل يقيد التدفق الحالي.

في حين أنه عندما يعمل الصمام الثنائي في إعادة توجيه ظروف التحيز ، سيكون هناك حاجز محتمل أرق. في نوع السيليكون من الثنائيات ، عندما تكون قيمة الجهد 0.7 فولت وفي أنواع الثنائيات الجرمانيوم عندما تكون قيمة الجهد 0.3 فولت ، يتم تقليل عرض الحاجز المحتمل وهذا يسمح بتدفق التيار عبر الصمام الثنائي.

خصائص VI في صمام تقاطع PN

في هذا ، ستكون هناك زيادة تدريجية في القيمة الحالية ويكون المنحنى الناتج غير خطي حيث أن مستوى الجهد المطبق يتغلب على الحاجز المحتمل. عندما يتغلب الصمام الثنائي على هذا الحاجز المحتمل ، يعمل الصمام الثنائي في الحالة العادية ، ويصبح شكل المنحنى تدريجيًا حادًا (يصل إلى الشكل الخطي) مع ارتفاع قيمة الجهد.

عندما يعمل الصمام الثنائي في حالة انحياز عكسي ، سيكون هناك حاجز محتمل متزايد. نظرًا لوجود ناقلات شحن أقلية في التقاطع ، فإن هذا يسمح بتدفق تيار التشبع العكسي. عندما يكون هناك مستوى متزايد من الجهد المطبق ، فإن ناقلات الشحنة الأقلية تمتلك طاقة حركية مرتفعة تظهر تأثيرًا على ناقلات الشحنة الأغلبية. في هذه المرحلة ، يحدث انهيار الصمام الثنائي وقد يؤدي ذلك إلى تلف الصمام الثنائي.

شوتكي الصمام الثنائي

يحتوي الصمام الثنائي Schottky على انخفاض جهد أمامي أقل من الثنائيات العادية Si PN-junction. في التيارات المنخفضة ، قد يكون انخفاض الجهد بين 0.15 و 0.4 فولت مقابل 0.6 فولت بالنسبة إلى الصمام الثنائي Si. لتحقيق هذا الأداء ، تم تصميمها بطريقة مختلفة للمقارنة مع الثنائيات العادية التي تحتوي على اتصال معدني بأشباه الموصلات. تُستخدم هذه الثنائيات على نطاق واسع في تطبيقات المقوم ، وثنائيات التثبيت ، وكذلك في تطبيقات الترددات اللاسلكية.

شوتكي الصمام الثنائي

خطوة استعادة الصمام الثنائي

الصمام الثنائي للاستعادة التدريجي هو نوع من الصمام الثنائي للميكروويف يستخدم لتوليد نبضات عند HF (ترددات عالية). تعتمد هذه الثنائيات على الصمام الثنائي الذي يتميز بخاصية إيقاف التشغيل السريعة جدًا لتشغيلها.

الثنائيات خطوة الانتعاش

نفق ديود

يستخدم الصمام الثنائي النفقي لتطبيقات الميكروويف حيث تجاوز أداؤه أداء الأجهزة الأخرى في اليوم.

نفق ديود

في المجال الكهربائي ، يشير النفق إلى أنه حركة مباشرة للإلكترونات عبر الحد الأدنى لعرض منطقة النضوب من نطاق التوصيل إلى نطاق التكافؤ. في الصمام الثنائي للوصل PN ، تم تطوير منطقة النضوب بسبب كل من الإلكترونات والثقوب. بسبب ناقلات الشحنة الموجبة والسالبة هذه ، تم تطوير المجال الكهربائي الداخلي في منطقة النضوب. هذا يخلق قوة في المسار المعاكس للجهد الخارجي.

مع تأثير النفق ، عندما يكون هناك حد أدنى لقيمة الجهد الأمامي ، فإن قيمة التيار الأمامي ستكون أكثر. يمكن أن تعمل في ظروف منحازة للأمام والخلف. بسبب ارتفاع مستوى منشطات ، يمكن أن تعمل أيضًا في التحيز العكسي. مع تناقص إمكانات الحاجز ، فإن جهد الانهيار في الاتجاه العكسي ينخفض ​​أيضًا ويصل إلى ما يقرب من الصفر. مع هذا الجهد العكسي الأدنى ، قد يصل الصمام الثنائي إلى حالة الانهيار. بسبب هذه المقاومة السلبية تتشكل.

Varactor Diode أو Varicap Diode

الصمام الثنائي المتغير هو نوع واحد من أشباه الموصلات جهاز الحالة الصلبة بالميكروويف ويستخدم في حيث يتم اختيار السعة المتغيرة والتي يمكن تحقيقها عن طريق التحكم في الجهد. وتسمى هذه الثنائيات أيضًا باسم الثنائيات الدوالي. على الرغم من أنه يمكن عرض o / p للسعة المتغيرة بواسطة صمامات التوصيل العادية PN. ولكن ، يتم اختيار هذا الصمام الثنائي لإعطاء تغييرات السعة المفضلة لأنها أنواع مختلفة من الثنائيات. تم تصميم هذه الثنائيات وتحسينها بدقة بحيث تسمح بمجموعة كبيرة من التغييرات في السعة.

فاراكتور ديود

زينر ديود

يستخدم الصمام الثنائي Zener لتوفير جهد مرجعي ثابت. نتيجة لذلك ، يتم استخدامه بكميات كبيرة. إنه يعمل في ظل ظروف التحيز العكسي ووجد أنه عند الوصول إلى جهد معين ينهار. إذا كان تدفق التيار محدودًا بواسطة المقاوم ، فإنه ينشط جهدًا ثابتًا ليتم إنشاؤه. يستخدم هذا النوع من الصمام الثنائي على نطاق واسع لتقديم جهد مرجعي في إمدادات الطاقة.

زينر ديود

توجد طرق مختلفة في حزمة الصمام الثنائي Zener. يتم استخدام القليل من هؤلاء لزيادة مستويات تبديد الطاقة بينما يتم استخدام البعض الآخر لتصميمات تثبيت الحافة. الجنرال نوع الصمام الثنائي زينر يتكون من الحد الأدنى من غطاء الزجاج. يحتوي هذا الصمام الثنائي على شريط على حافة واحدة يميزه على أنه الكاثود.

يعمل الصمام الثنائي Zener بطريقة مماثلة للديود عند تشغيله في حالة تحيز إعادة التوجيه. بينما في التحيز العكسي ، سيكون هناك حد أدنى التسرب الحالي . عندما تكون هناك زيادة في الجهد العكسي حتى جهد الانهيار ، فإن هذا يؤدي إلى تدفق التيار عبر الصمام الثنائي. سيتم الوصول إلى القيمة الحالية إلى الحد الأقصى ويتم التقاطها بواسطة المقاوم المتسلسل.

تطبيقات زينر ديود

هناك تطبيقات واسعة النطاق للديود Zener ، والقليل منها هو:

• يتم استخدامه كمحدد للجهد لتنظيم مستويات الجهد عبر الحد الأدنى من قيمة الأحمال
• يعمل في التطبيقات التي تحتاج إلى حماية من الجهد الزائد
• مستعمل في دوائر القطع

فيما يلي بعض الأنواع الأخرى من الصمام الثنائي التي يتم تنفيذها بشكل حاسم في التطبيقات المختلفة:

• ليزر ديود
• أفالانش ديود
• الصمام الثنائي لقمع الجهد العابر
• نوع الذهب مخدر من الصمام الثنائي
• نوع تيار ثابت من الصمام الثنائي
• بلتيير ديود
• السيليكون المعدل للرقابة الصمام الثنائي

كل ديود له فوائده وتطبيقاته. يتم استخدام القليل منها على نطاق واسع في تطبيقات مختلفة عبر مجالات متعددة ، في حين يتم استخدام القليل فقط في تطبيقات قليلة. وبالتالي ، كل هذا يتعلق بأنواع مختلفة من الثنائيات واستخداماتها. نأمل أن يكون لديك فهم أفضل لهذا المفهوم أو لتنفيذ مشاريع كهربائية ، يرجى تقديم اقتراحاتك القيمة من خلال التعليق في قسم التعليقات أدناه. هنا سؤال لك، ما هو ملف وظيفة الصمام الثنائي ؟