أنواع الدايود واستخداماتها

الدايود أو الثنائي (Diode) هو عنصر مصنوع من اشباه الموصلات ذو طرفين: مصعد (Anode)، ويرمز له بالرمز (A)، وهو متصل بالقطعة الموجبة؛ ومهبط (Cathode)، ويرمز له بالرمز (K)، وهو متصل بالقطعة السالبة، يسمح بمرور التيار باتجاه واحد، ويمنع مروره بالاتجاه المعاكس. وهناك العديد من أنواع الدايودات ولكلٍ منها استخدامات وخصائص مختلفة تم شرحها في هذا المقال.

زينر دايود

زينر دايود (Zener Diode) هو دايود مكون من وصلة P-N مصنوع من السيلكون، نسبة الشوائب به تزيد عن نسبتها فـي الثنائـي العادي، مما يتيح له العمل في حالة الانحياز العكسي حيث يمرر التيار العكسي ويحافظ على قيمة جهد ثابتة، ويكون جهد الانهيار للثنائي الزينر أقل منه للثنائي العادي،

يعمل ثنائي الزينر في حالة الانحياز الأمامي مثل الثنائي العادي؛ حيث يسمح بمرور التيار، أما في حالة الانحياز العكسي فإنه لا يمرر التيار، الا اذا تجاوز الجهد المسلط على طرفيه قيمة جهد الزينر (٧_z)، عندها يمرر التيار، ويبقى الجهد بين طرفيه ثابتا بالرغم من التغير في قيمة التيار العكسي المتدفق بين طرفيه.

وصممت هذه الثنائيات لتبديد الحرارة المتولدة أثناء التشغيل في حالة الانهيار العكسي، ولن تتلف ما لم تتجاوز قيمة التيار العكسي المار قيمة تيار الزينر القصوى. ويراعى أن لا تزيد قيمة التيار المار به عن التيار المحدد، بحيث يتم توصيل مقاومة على التوالي معه لهذا الغرض، ويتوفر ثنائي الزينر بجهود تتراوح بين له 200V وبقدرة تصل إلى IOOW.

الدايود المشع للضوء

الدايود المشع للضوء (Light Emitting Diode) عبارة عن بلورة شبه موصلة من فوسفور زرنيخ الجاليوم وعندما يتم توصيلها توصيلًا أماميًا فإنها تضيئ باللون الأحمر أو الأصفر أو الأخضر حسب نوع الشوائب المضافة إليها،

توضح الصورة في الأعلى وصلة ثنائية مشعة للضوء ورمزها في الدوائر الكهربائية، حيث يمثل الطرف الأطول الأنود والطرف الأقصر الكاثود. تعمل الوصلة الثنائية عندما يكون فرق الجهد 2V وشدة التيار المار فيها 10mA وعادة يتم توصيل مقاومة على التوالي بالوصلة الثنائية الضوئية، وذلك للتحكم في تيار الوصلة و حمايتها من التلف.

تستخدم الوصلة الثنائية المشعة للضوء كمصباح مؤشر على أن الجهاز موصل بمصدر للطاقة الكهربائية، كما تستخدم في العديد من الأجهزة الإلكترونية التي تظهر فيها أرقام على الشاشة من 0 إلى 9، مثل الآلات الحاسبة والساعات وأدوات القياس.

الدايود الضوئي

يتكون الثنائي الضوئي (Photo diode) من وصلة (P-N) مصنوعة من السيلكون، حيث إن تركيبه مناسب لاستقبال الضوء، إذ يحتـوي على عدسة زجاجية تسمح للضوء الساقط بالوصول إلى منطقة الوصلة الفعالة، و منطقة التقاء الوصلتين الموجبة والسالبة، وله طرفان: هما المصعد (A) والمهبط (K).

صمم هذا الثنائي لكي يعمل في حالة الانحياز العكسي بحيث يتناسب مقدار التيار المار من خلاله مع مقدار الضوء.من اهم ميزاته بأنه صغير الحجم يستخدم ككاشف للضوء، ويستخدم لتحويل رموز البطاقات إلى إشارات كهربائية وتكلفته قليلة، ولا يصدر عنه ضجيـج، كما يستخدم في مجالي الاتصالات والحماية.

الدايود السعوي

الثنائي السعوي (Varactor or varicap Diodes) يتكون الثنائي السعوي من شريحتين موجبة وسالبة (P-N) وقد صمم للعمل في حالة الانحياز العكسي، ومبدا عمل الثنائي السعوي مشابه لعمل المتسعة (المكثف)، فكما علمت ان المكثف عبارة عن لوحين يفصلهما عازل، هذه الحالة مشابهة لما يحدث للدايود في حالة الانحياز العكسي، في منطقة الاستنزاف (هي التي تعد منطقة عازلة بين موصلين)، مشابه للمكثف.

فعند تغيير الجهد العكسي المسلط عليها، فان عرض هذه المنطقة سوف يتغير تبعًا لتغير قيمة الجهد، فتتغير سعة المتسعة الناتجة عن وجود موصلين (الجزء السالب والجزء الموجب)، والعازل بينهما (منطقة الاستنزاف).

تمت الاستفادة من هذه الخاصية بتصنيع ثنائي خاص يسمى ثنائي سعوي، حيث يعمل في حالة الانحياز العكسي كمتسعة متغيرة يمكن التحكم بقيمة سعة هذه المتسعة، عن طريق التحكم بالجهد العكسي الواقع عليه. من اهم استخدامات الثنائي هو: في التوليف دوائر الرنين (Tuning) ذات التردد العالي، ويستعمل في بعض المكبرات الخاصة.

الثنائي النفقي

الثنائي النفقي (Tunnel Diode) يتركب من شريحتين (P-N)، لكنه يختلف عن الثنائي العادي، بأنه يتم تطعيمه بكمية كبيرة من الشوائب؛ مما يجعل منطقة الاستنزاف رفيعة جدًا، حيث ان تسليط جهد قليل على طرفيه يؤدي إلى مرور تيار عال، ويستخدم كمكبر للإشارة ويكثر استخدامه فـي دوائر المذبذبات ودارات التبديل.

دايود الليزر

ثنائى الليزر (Laser Diode) مصنوع من اشباه الموصلات بتطعيم البلورات والحصول على القطعة (P-N) ويكون سطح القطعة N والقطعة p ناعمة جدًا ومتوازية الحافات حيث يتم صقل حافات طرفي الثنائي لتعمل عمل المرايا وتعتمد عملية التحفيز على التيار الكهربائي. ويكون خرج شعاع الليزر من فتحة صغيرة جدا في الثنائي.

ليزر دايود يعتبر من الاجزاء المهمة في منظومة الاتصالات وقد بدأ استخدامه بشكل واسع في تقنيات كثيرة منها المؤشرات الليزرية وفي اجهزة المدى الليزرية وكذلك في مشغلات الاقراص (Players CD).

ليزر دايود (Diode Laser) تستخدم ثنائيات الليزر على نطاق واسع الان، ان ميزة الليزر عن سواه تكمن في اتجاهيته العالية، فهو مصدر لضوء متماسك (Coherent) وذو قدرة عالية جدا، ومن صفاته أيضًا ان سرعة الفتح والغلق تكون عالية، وهذا يجعله مناسبًا لاستخدامه في الاتصالات البصرية.

دايود شوتكي

شوتكي دايود (Shockley Diode) في هذا النوع من الدايودات تم استبدال الطبقة الموجبة من شبه الموصل بمعدن (عادة يستخدم الذهب) مما يؤدي إلى تقليل عرض منطقة الاستنزاف بشكل كبير بحيث يصبح جهد الحاجز أقل من 0.3V، وهذا يؤدي بدوره إلى نقصان السعة الداخلية للديود، مما يمكن الديود أن ينتقل من وضع التوصيل إلى وضع القطع في زمن صغير جدًا.

ويستخدم شوتكي دايود في حالة الترددات العالية، ويتميز بمقررات تيار تصل إلى 200A ومقررات جهد تصل إلى 200V، لذلك فهو يستخدم في التطبيقات ذات الفولتية المنخفضة والتيار العالي مثل مزودات القدرة المفتاحية.