الدايود - المدينة الكهربائية

الدايود Diode

شارك الموقع على مواقع التواصل الاجتماعي

الدايود Diode

الدايود diode يعد أهم عنصر إلكتروني في عالم الكهرباء والالكترونيات, فما هو الدايود ؟ وكيف يعمل الدايود ؟ وما هي تطبيقات واستخدامات الدايود ؟ أيضا, ماذا تعرف عن أشباه الموصلات ؟ هذه الاسئلة وغيرها ستتمكن من الإجابة عنها في هذا المقال.

حول أشباه الموصلات

أشباه الموصلات هي مواد تتكون من عنصر السيليكون او الجرمانيوم مع وجود ذرات عناصر اخري معها. سميت بأشباه موصلات لأنها أحيانا تكون في حيز عدم التوصيل (العزل) وأحيانا في حيز التوصيل أي لها خواص المواد الموصلة والمواد العازلة وتعمل في إحدى هاتين الخاصيتين.

في غالبية الأحيان, تصنع أشباه الموصلات من السليكون او الجرمانيوم. ونظرا لتواجد السيلكون (الرمل) بشكل متوافر على الأرض مع سهولة تنقيته والوصول به إلى الخصائص المطلوبة جُعل استخدامه شائعا في هذه التطبيقات أكثر من عنصر الجرمانيوم.

وبسبب أن ذرة السيليكون أو الجرمانيوم حسب التوزيع الالكتروني في المدارات تحتوي على أربعة الكترونات في المدار الخارجي لها, لذلك تساهم الذرة الواحدة مع اربعة ذرات مجاوره لها بروابط تساهمية حتى تصل الي حاله الاستقرار الكيميائي كما بالشكل التالي وسنأخذ ذرة السيليكون كمثال:

ذرة السيليكون - الدايود

ولكي تتحول كل من ذرات السيليكون والجرمانيوم النقية الي حيز التوصيل فإنه تتم إضافة بعض العناصر الأخرى إليها وهذه العناصر الأخرى تسمى بالشوائب. عادة, هذه الشوائب ما تكون الكبريت أو الفسفور. في الشكل السابق نلاحظ ان الذرة المتوسطة (الموجودة بالوسط) لها ثمانية إلكترونات ولا يوجد الكترون حر في هذا المدار.

عند إضافة الشوائب الي المادة النقية يصبح لدينا نوعان من البلورات، البلورات الموجبة والبلورات السالبة .في البلورات السالبة بعد عملية إضافة الشوائب يكون هنالك الكترون حر في الجزيء الواحد ذلك لان ذرة الفسفور لديها خمس الكترونات في المدار الخارجي، اربعه منها سيرتبط مع ذرات السيلكون المجاورة وسيكون هنالك الكترون حر كما بالشكل التالي:

إشابة السيليكون بالفسفور - الدايود

أما في البلورات الموجبة تضاف المواد الشائبة بحيث يكون هنالك الكترون ناقص في التركيب (فجوة)، فمثلا ذرة البورون تحتوي علي ثلاث الكترونات في مدارها الأخير واعند احاطتها بأربع ذرات سيلكون سترتبط ثلاث ذرات بشكل تام وذرة سيكون ارتباطها يحتاج الي الكترون كما بالشكل التالي:

إشابة السيليكون بالبورون - الدايود

هذه الفجوة سيأتي إليها الكترون ليستقر فيها تاركا خلفة فجوة في مكان اخر، تلك الفجوة الجديدة سينتقل اليها أيضا الكترون اخر وهو أيضا يترك فجوة في مكان اخر وهكذا تنتقل الالكترونات في المواد شبة الموصله متحولة الي مواد موصلة للتيار الكهربائي.

ما هو الدايود ؟

اشترك بالبريد ليصلك الجديد من المقالات

أدخل بريدك الإلكتروني للإشتراك في هذا الموقع لتستقبل أحدث المواضيع من خلال البريد الإلكتروني.

الدايود هو عنصر الكتروني مصنوع من أشباه الموصلات يسمح بمرور التيار في اتجاه واحد ويمنع مرور التيار في الاتجاه المعاكس، ويسمى أيضا بالثنائي. الشكل التالي يوضح الدايود مع رمزه المستخدم في الدوائر الكهربية والالكترونية:

الدايود ورمزه - المدينة الكهربائية

للدايود طرفان، طرف موجب يسمى بالمصعد واخر سالب يسمى بالمهبط ويسمح بمرور التيار من المصعد الي المهبط ( في اتجاة السهم اعلاه) ويمنع مروره في الاتجاه المعاكس:

  1. المصعد Anode (+)
  2. المهبط Cathode (-)

كيف يعمل الدايود ؟

يتكون من اتحاد بلورتين احداهما موجبة (المصعد) والأخرى سالبة (المهبط) ومنطقة اتصالهما تسمي بمنطقة الاستنزاف. في هذه المنطقة تتحد الشحنات الموجبة والسالبة القريبة من بعضها وتتعادل فتصبح منطقه خالية من الشحنات الحرة، الشكل التالي يوضح تركيب الثنائي أو الدايود:

منطقة الاستنزاف - الدايود

عند توصيل الطرف الموجب من الثنائي مع الطرف السالب لمصدر الجهد والطرف السالب للثنائي مع الطرف الموجب للمصدر فإن الشحنات الموجبة من المصدر ستتجاذب مع الشحنات السالبة لبلورة الدابود السالبة، وكذلك بالنسبة للطرف السالب من المصدر سيجذب إليه الشحنات الموجبة من البلورة الموجبة وبالتالي تتسع منطقة الاستنزاف ولن يمر التيار في الدائرة، في هذا الوضع يقال ان الثنائي أو الدايود منحاز عكسيا Backward-biased أو reverse-biased. لاحظ الصورة التالية:

اشترك بالبريد ليصلك الجديد من المقالات

أدخل بريدك الإلكتروني للإشتراك في هذا الموقع لتستقبل أحدث المواضيع من خلال البريد الإلكتروني.

دايود منحاز انحياز عكسي

 

وعند توصيل الطرف الموجب من الدايود الي الطرف الموجب من المصدر وكذلك الحال بالنسبة للطرف السالب من الدايود الي الطرف السالب من المصدر ستتنافر شخنات كل من المصدر والبلورات مع بعضها (الشحنات المتشابهه تتنافر) متجهة إلى منطقة الاستنزاف مما يؤدي الي ضيق منطقة الاستنزاف وفي هذه اللحظات ستنهار منطقة الاستنزاف وسيمر التيار في الدائرة. في هذه الحالة يوصف الدايود بانة منحاز انحياز أمامي Forward biased.

لاحظ الصورة التالية التي تمثل الانحيار الأمامي للدايود:

دايود منحاز انحياز أمامي

تطبيقات واستخدامات الدايود

يستخدم الثنائي لإمرار التيار في اتجاه واحد ومنع مروره في الاتجاه المضاد لذا يستخدم في دوائر التقويم وهي دوائر تقوم بتحويل الجهد المتردد (ثنائي القطبية) الي جهد مستمر (أحادي القطبية)، فمثلا الدائرة التالية:

اشترك بالبريد ليصلك الجديد من المقالات

أدخل بريدك الإلكتروني للإشتراك في هذا الموقع لتستقبل أحدث المواضيع من خلال البريد الإلكتروني.

المقوم نصف الموجة

عند النصف الموجب من موجة الدخل النصف رقم (1) تكون النقطة (A) موجبة القطبية والنقطة (B) سالبة القطبية وبالتالي يكون الثنائي في حالة انحياز امامي وسيقوم بتوصيل نصف الموجة الموجب رقم (1) الي الحمل.

أما عند النصف السالب (النصف رقم (2)) ستكون النقطة (A) بقطبية سالبة والنقطة (B) بقطبية موجبة، أي انعكست قطبية الدخل فسيصبح الثنائي في هذه الحالة منحاز عكسيا ولا يقوم بتوصيل الجزء رقم (2) من موجة الدخل الي الحمل وهكذا بالنسبة للنصفين الاخرين 3 و4.

انظر إلى الشكل التالي:

خرج المقوم نصف الموجة

الدائرة السابقة تسمي بدائرة تقويم نصف الموجة ذلك لأن الثنائي يقوم بتمرير النصف الموجب من موجة الدخل فقط ويحجب النصف السالب منها.

هنالك أيضا مقوم الموجة الكاملة وهو يقوم بتوصيل كل من النصف الموجب والسالب الي الحمل ليصبح تيار مستمر بقطبية واحدة كما بالشكل التالي:

المقوم كامل الموجة - full wave rectifier

 

ومخرج المقوم كامل الموجة يكون ما توضحه الصورة التالية إذا كان المدخل هو الموجة بالصورة قبل السابقة:

خرج المقوم كامل الموجة

هكذا نكون قد انتهى المقال حول الدايود Diode فلا تترددوا في ترك اسئلتكم وتساؤلاتكم بالتعليقات ولا تنسوا مشاركة رابط المقال مع أصدقائكم عبر وسائل التواصل الاجتماعي. نحن بانتظار تعليقاتكم الجميلة.


شارك الموقع على مواقع التواصل الاجتماعي

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *