تعمل دارة الصمام الثنائي الكريستالي وتطبيقاتها

جرب أداة القضاء على المشاكل





ال المشاريع القائمة على متحكم أو غيرها من المشاريع الإلكترونية والكهربائية المصممة باستخدام بعض المكونات الأساسية في الكهرباء والإلكترونيات ، والتي تصنف على أنها عناصر. تسمى العناصر التي تخزن أو تبدد الطاقة بالعناصر السلبية ، والعناصر التي توفر أو يتم التحكم في تدفق الطاقة بشكل جيد تسمى العناصر النشطة. وتشمل هذه العناصر الأساسية المقاومات الكهربائية المحاثات أنواع مختلفة من الثنائيات بما في ذلك الثنائيات الكريستالية ، الثنائيات Gunn ، الثنائيات Peltier ، الثنائيات Zener ، الثنائيات النفقية ، الثنائيات Varactor ، إلخ. المحولات ، المكثفات ، أشباه الموصلات ، الترانزستورات ، الثايرستور ، الدوائر المتكاملة ، الأجهزة الإلكترونية الضوئية ، الأنابيب المفرغة ، أجهزة الاستشعار ، Memristor ، محولات الطاقة ، الكاشفات ، الهوائيات وهلم جرا. في هذه المقالة ، سنناقش حول المكون الأكثر استخدامًا للديود البلوري.

كريستال ديود

ديود كريستال الجرمانيوم

ديود كريستال الجرمانيوم



الصمام الثنائي أشباه الموصلات أو الصمام الثنائي الوصل PN هو جهاز ذو طرفين يسمح للتيار بالتدفق في اتجاه واحد فقط ويمنع تدفق التيار في اتجاه آخر. هاتان المحطتان هما الأنود والكاثود. إذا كان جهد الأنود أكبر من جهد الكاثود ، فإن الصمام الثنائي يبدأ بالتوصيل. يُطلق على الصمام الثنائي البلوري أيضًا اسم الصمام الثنائي ذو الطولي من Cat أو الصمام الثنائي أو البلورات. تم تطوير هذه الثنائيات أجهزة الميكروويف أشباه الموصلات خلال الحرب العالمية الثانية لاستخدامها في مستقبلات الميكروويف وأجهزة الكشف .


تعمل دائرة الصمام الثنائي البلوري

يعتمد تشغيل الصمام الثنائي البلوري على ضغط التلامس بين بلورة أشباه الموصلات والنقطة. ويتكون من قسمين - بلورة صغيرة مستطيلة الشكل من السيليكون من النوع N مع قسم واحد ، وسلك بريليوم-نحاسي ، وبرونز-فوسفور ، وسلك تنجستين يُطلق عليه اسم سلك شارب Cat الذي يضغط على البلورة لتشكيل قسم آخر. لتشكيل منطقة من النوع P حول البلورة ، يتم تمرير تيار كبير إلى بلورة السيليكون من شعيرات القط أثناء تصنيع الصمام الثنائي البلوري أو الصمام الثنائي التلامسي. ومن ثم ، يتم تكوين تقاطع PN وهو يتصرف بشكل مشابه لتقاطع PN العادي.



نقطة الاتصال ديود

نقطة الاتصال ديود

لكن خصائص الصمام الثنائي البلوري تختلف عن خصائص الصمام الثنائي PN-junction. في حالة التحيز الأمامي ، تكون مقاومة الصمام الثنائي التلامسي النقطي عالية مقارنةً بصمام ثنائي الوصلة PN العام. في حالة التحيز العكسي ، في حالة الصمام الثنائي التلامسي للنقطة ، لا يكون تدفق التيار عبر الصمام الثنائي مستقلاً عن الجهد المطبق على البلورة كما هو الحال في الصمام الثنائي الوصلة. السعة بين طولي القط والبلور أقل مقارنة بسعة الصمام الثنائي بين جانبي الصمام الثنائي. وبالتالي ، فإن التفاعل مع السعة يكون مرتفعًا وعند التردد العالي يتدفق تيار سعوي صغير جدًا في الدائرة.

رمز تخطيطي للديود البلوري

رمز تخطيطي للديود البلوري

بشكل عام ، نعلم أن الصمام الثنائي للوصل P-N أو الصمام الثنائي لأشباه الموصلات يعمل عندما يكون جهد الأنود أكبر من جهد الكاثود. يمكن تحقيق الدائرة بثلاث طرق: نموذج تقريبي ونموذج مبسط ونموذج مثالي. تظهر دائرة الصمام الثنائي البلوري التي تعمل لكل نموذج أدناه. إذا طبقنا جهدًا أماميًا Vf ، فإن خصائص thediode مثل Vf vs If تظهر في الشكل.

نموذج تقريبي

يتكون النموذج التقريبي لدائرة الصمام الثنائي البلوري من الصمام الثنائي المثالي المتصل بالسلسلة والمقاومة الأمامية Rf والحاجز المحتمل Vo. يجب أن يتغلب الصمام الثنائي الفعلي على الحاجز المحتمل Vo والإسقاط الداخلي VfRf. يظهر انخفاض الجهد عبر الصمام الثنائي بسبب التيار إذا كان يتدفق عبر المقاومة الداخلية Rf.


نموذج تقريبي

نموذج تقريبي

يبدأ الصمام الثنائي التوصيل فقط إذا تجاوز الجهد الأمامي المطبق Vf جهد الحاجز المحتمل Vo.

نموذج مبسط

في هذا النموذج ، لا يتم النظر في المقاومة الداخلية Rf. وبالتالي ، تتكون الدائرة المكافئة من الحاجز المحتمل Vo فقط. لتحليل دائرة الصمام الثنائي ، يتم استخدام هذا النموذج بشكل متكرر.

نموذج مبسط

نموذج مبسط

النموذج المثالي

في هذا النموذج ، لا يتم النظر في كل من المقاومة الداخلية Rf والحاجز المحتمل Vo. في الواقع ، لا توجد ثنائيات مثالية عمليًا ويفترض وجود ثنائيات مثالية لبعض تحليلات دارات الصمام الثنائي.

النموذج المثالي

النموذج المثالي

تطبيقات كريستال ديود

تستخدم هذه الثنائيات في العديد من التطبيقات مثل مستقبل الراديو البلوري. في هذه المقالة ، الكريستال الأكثر استخدامًا تطبيقات الصمام الثنائي تم ذكر مقوم الصمام الثنائي البلوري وكاشف الصمام الثنائي أدناه.

مقوم كريستال ديود

اكتشف الفيزيائي الألماني فرديناند براون أثناء دراسته خصائص البلورات الموصلة للكهرباء والإلكتروليتات في عام 1874 ، تأثير التصحيح عند نقطة التلامس بين المعادن وبعض المواد البلورية. عندما لم تكن المواد عالية النقاء متاحة ، تم اختراع مقوم نقطة التلامس القائم على كبريتيد الرصاص.

مقوم كريستال ديود

مقوم كريستال ديود

يمكن استخدام الصمام الثنائي البلوري كمقوم لتحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر. نظرًا لأنه يسير في اتجاه واحد فقط ويمنع تدفق التيار في الاتجاه العكسي مثل الصمام الثنائي العادي - يمكن استخدامه لتصميم نصف موجة وموجة كاملة و دوائر مقوم الجسر .

كاشف الصمام الثنائي الكريستال

في عام 1900 ، تم استخدامه بشكل أساسي في جهاز راديو بلوري ككاشف إشارة. يتلامس السطح البلوري مع المسبار المعدني الدقيق. وبالتالي ، حصل الثنائي النقطي على اسم وصفي كـ a كاشف شارب القط . هذه قديمة وتتكون من سلك معدني رفيع وشحذ يعمل كأنود وبلور أشباه الموصلات يعمل ككاثود. يتم ضغط هذا السلك المعدني الرقيق المصنوع من الأنود والذي يسمى سلك شعيرات القط على بلورة الكاثود. تم تطوير أجهزة الكشف عن الصمام الثنائي البلوري في أوائل القرن العشرين واستخدمت في العثور على النقاط الساخنة في مادة أشباه الموصلات يتم ضبط الكاثود البلوري يدويًا للحصول على أفضل اكتشاف لموجات الراديو.

تم تطويرها بشكل أساسي باستخدام البلورات المعدنية galena أو قطعة من الفحم في عام 1906 ولكن يتم تطوير معظم الثنائيات الحديثة باستخدام السيليكون والسيلينيوم والجرمانيوم. نظرًا لأن هذا الصمام الثنائي يسمح بتدفق التيار في اتجاه واحد فقط ، فإن جهد التيار المستمر يتم توفيره بواسطة إشارة الناقل المعدلة لتشغيل سماعات الرأس. في عام 1946 ، كانت سيلفانيا رائدة في استخدام الجرمانيوم لأول مرة في الصمام الثنائي البلوري التجاري 1N34.

الضبط اليدوي للديود البلوري

الضبط اليدوي للديود البلوري

بادئ ذي بدء ، يجب تحديد المنطقة الحساسة من خلال البحث في السطح بالكامل والذي يمكن أن يضيع قريبًا بسبب اهتزازه. لذلك ، لجعل السطح كله حساسًا ولتجنب البحث عن بقعة حساسة ، تم استبدال هذا المعدن بأشباه الموصلات N-doped.

أتقن العالم جي دبليو بيكارد في عام 1906 هذا الجهاز من خلال إنتاج منطقة موضعية من النوع P داخل أشباه الموصلات باستخدام اتصال معدني مدبب. لجعله مستقرًا ميكانيكيًا وكهربائيًا ، تم تغليف ديود نقطة الاتصال بالكامل في جسم أسطواني عن طريق تثبيت نقطة معدنية في مكانها. على الرغم من وجود العديد من الثنائيات مثل الثنائيات الوصلة وأشباه الموصلات الحديثة ، لا تزال هذه الثنائيات البلورية تستخدم كاشفات تردد الميكروويف بسبب السعة المنخفضة.

نأمل بعد قراءة هذا المقال أن تكون قد حصلت على فكرة موجزة عن الصمام الثنائي البلوري. للحصول على أي مساعدة فنية حول هذا الموضوع وكذلك حول المشاريع الكهربائية والإلكترونية ، يمكنك نشر أفكارك وتعليقاتك واقتراحاتك لتشجيع القراء الآخرين على تحسين معارفهم.

اعتمادات الصورة:

  • كريستال الجرمانيوم بواسطة اليوم
  • كاشف الصمام الثنائي البلوري بواسطة التاريخ