استخدامات الدايود

الدايود هو جهاز شبه موصل يسمح للتيار بالمرور فقط في اتجاه واحد عندما يتجاوز فرق الجهد بين طرفيه قيمة معينه، وبالتالي فهو يعمل كمفتاح أحادي الاتجاه. ويعد الدايود من أكثر القطع استخدامًا في الأجهزة إلكترونية وتطبيقاتها غير محدودة وتعتمد على أنواع الدايود.

استخدامات الدايود

فيما يلي بعض تطبيقات الدايود المستخدمة في حياتنا اليومية:

1. دوائر تقويم نصف الموجة.
2. دوائر التقويم كاملة الموجة.
3. كمفتاح في الدوائر الرقمية.
4. دوائر تنظيم الجهد.
5. كمستشعر للضوء والحرارة.
6. يستخدم كمصدر ضوئي.
7. يستخدم في الخلايا الشمسية.
8. في دوائر القص Clipper.
9. في دوائر الكلامبر Clamper.
10. الحماية من التيار العكسي,
11. الحماية من انعكاس القطبية.

دوائر التقويم (Rectification Circuits)

دوائر التقويم وتسمى أيضًا (دوائر التوحيد غير المحكمة) تستخدم لتحويل التيار المتردد (AC current) الى تيار مستمر (DC current) يمكن استخدامه لشحن البطاريات أو تغذية الأجهزة الالكترونية المختلفة، إذ لا يخلو أي جهاز الكتروني تقريبًا من وحدة تغذية تحوي إحدى دوائر التقويم. وتستخدم المقومات الخاصية الرئيسية للديود وهي إمكانية الديود بالسماح بمرور التيار الكهربائي خلاله بإتجاه معين ومنعه من المرور بالإتجاه الآخر. وتنقسم دوائر التقويم الى دوائر تقويم نصف موجة (half-wave rectifiers)، ودوائر تقويم موجة كاملة ( full-wave rectifiers).

تقويم نصف الموجة

تتكون دائرة تقويم نصف الموجة من دايود واحد وتعمل على تحويل نصف موجة التيار المتردد إلى تيار مستمر. الدائرة كما في الشكل التالي:

‏تقويم الموجة الكاملة

هناك نوعان لدوائر تقويم الموجة الكاملة هما دائرة تقويم القنطرة (rectifier bridge) ودائرة تقويم بمحول بمخرج وسطي (transformer center-tapped).
الشكل التالي يبين دائرة مقوم موجة كاملة قنطري (bridge full-wave rectifier). يسمح مقوم الموجة الكاملة بتحويل الموجة الكاملة للتيار المتردد إلى تيار مستمر.

وتعد دائرة تقويم الموجة الكاملة أكثر كفاءة من دائرة تقويم نصف الموجة.

يستخدم كمفتاح في الدوائر الرقمية

يعمل الدايود كمفتاح (switch) يوصل التيار في الإنحياز الأمامي ويمنع مروره في الإنحياز العكسي. ويتم استخدامه مع المقاومة. على الرغم من أن هذا التصميم لا يستخدم في الدوائر الحديثة إلا أنه يمكنك بسهولة تصميم البوابات المنطقية الأساسية باستخدام دايودات ومقاومات.

يستخدم في تنظيم الجهد

يستخدم دايود الزينر (Zener diode) كمرجع للجهد (voltage reference) في مختلف الدوائر الإلكترونية للحصول على جهد ثابت، ويعمل كمنظم للجهد في الإنحياز العكسي ويوفر جهدًا ثابتًا على نطاق واسع من التيار.

الدايود كمصدر للضوء

يستخدم الدايود الباعث للضوء LED (light-emitting diode) أو دايود الليزر (Laser diode) لتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ضوئية. يوفر دايود LED ضوءًا متفرقًا، بينما يوفر دايود الليزر شعاعًا من الضوء المتقارب. تُستخدم دايودات LED في أنظمة الإضاءة مثل الفلاش، بينما يستخدم الليزر في الاتصالات البصرية والمؤشرات والطابعات والماسح الضوئي.

الدايود كمستشعر (حساس)

يمكن استخدام الدايود كحساس للحرارة أو الضوء.

1- كمستشعر لدرجة الحرارة

وفقًا لمعادلة شوكلي، يعتمد التيار الأمامي للديود على درجة الحرارة. في الواقع، إذا ظل الجهد الأمامي ثابتًا، فإن الزيادة في درجة الحرارة تقلل من التيار الأمامي. ولذلك يمكن استخدامه لاستشعار درجة الحرارة. ويستخدم الدايود الحراري (thermal diode) لمراقبة الحرارة في المعالجات الدقيقة.

2- كجهاز استشعار للضوء

الدايود الضوئي (photodiode) هو صمام ثنائي حساس للضوء يحول الطاقة الضوئية إلى طاقة كهربائية. عندما يصطدم جسيم الفوتون الضوئي بالوصلة (junction) الخاص بالدايود، فإنه يبعث زوجًا من الثقوب الإلكترونية (electron-hole) تولد جهد عبر أطرافه. يتم استخدامه في الاتصالات البصرية، ومستشعرات الدخان ومستشعرات الأشعة تحت الحمراء (IR detectors).

الدايود في الالواح الشمسية

تقوم الخلية الكهروضوئية المستخدمة في الألواح الشمسية بتحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية. وتستخدم الدايودات على نطاق واسع في تركيبات الألواح الشمسية.

يسمح دايود الحظر (Blocking diode) بتدفق التيار من الألواح الشمسية إلى البطارية ولكنه يمنع تدفق التيار من البطارية إلى الألواح الشمسية وبالتالي يمنع البطارية من التفريغ.

يتم استخدام دايود التمرير (Bypass diode) في حالة وجود خلل في إحدى الألواح المتصلة على التوالي، يوفر مسار بديل للتيار من المرور في اللوح الموجود أي يمنع التيار من المرور باللوح الموجود فيه الخلل ويتم عزله وبالتالي يحافظ على استمرارية إنتاج الطاقة.

يستخدم في دوائر القص Clipper

الـ Clipper عبارة عن دائرة مكونة من دايودات تُستخدم لتغيير شكل الموجة عن طريق قص أو قطع إما جزء من النصف الموجب أو السالب أو كلا نصفي الموجة. يتم استخدامه للحد من الجهد عن الزيادة أكثر من نقطة محددة.

يستخدم في دوائر الكلامبر Clamper

تستخدم هذه الدوائر لإضافة موجة تيار مستمر تعمل عل إزاحة الموجة الأصلية إما للموجب أو للسالب دون تشويه شكلها. يتكون الـ clamper من دايود مع مكثف.

حماية الدوائر

تستخدم الدايودات أيضًا لأغراض الحماية في الدوائر لأسباب عديدة منها:

الحماية ضد التيار العكسي يتم استخدام الصمام الثنائي (الدايود) لمنع مرور التيار العكسي الذي قد يتسبب في تلف المصدر أو المكونات داخل الدائرة.

الحماية من عكس القطبية يستخدم الدايود للحماية من انعكاس القطبية في الدائرة. يمكن أن يتسبب القطبية العكسية للبطارية في تلف مكونات الدائرة. وبالتالي، يتم استخدام الصمام الثنائي الذي يسمح بتدفق التيار في اتجاه واحد فقط لإيقاف مرور التيار في مثل هذه الحالات.