الديودات Diodes
الديودات Diodes
الديود هو عنصر الكتروني يمرر التيار الكهربائي باتجاه واحد وعندما يكون جهد مصعد (anode) الديود أكثر إيجابية من مهبطه (cathode) , فإن التيار يمر عبر الديود من المصعد إلي المهبط إلي المهبط ويسمي هذا النوع من إستقطاب الديود بالاستقطاب الأمامي (forward biasing) , أما عندما يكون جهد مصعد الديود أقل إيجابية من جهد المهبط , فإن الديود لا يمرر التيار الكهربائي ويسمي هذا النوع من الإستقطاب بالاستقطاب العكسي (reversed biasing) , يبين الشكل رمز الديود وتسمية أطرافه (leads) .
الشكل الرمز الكهربائي للديود وتسميات أطرافه
تستخدم الديودات عادة في دارات تحويل الجهود أو التيارات المتناوبة (ac) إلي جهود أو تيارات مستمر (dc) , كما هي الحال في مصادر التغذية (ac/dc power supply) . كذلك تستخدم الديودات في دارات ضاربات الجهد (voltage multiplier circuits) , وفي دارات تحديد الجهود (voltage-limiting circuits) , وكذلك في دارات تنظيم الجهد (voltage-regulator circuits)
مبدأ عمل ديودات المتصل p-n
يتم تشكيل ديود المتصل p-n أو الديود المقوم (rectifier diode) من مادة (p) ومادة (n) بطريقة تكنولوجية خاصة والبنية التوضيحية للديود المبنية في الشكل ما هي إلا شكل بسيط لتوضيح مكونات الديود وفي الواقع يتم تصنيع الديود من شريحة سيلكونية نوع (n) يغطي سطحها بمادة عازلة ثم تحفر مناطق في العازل بطريقة ضوئية ويتم تبخير مادة خاصة وترسيبها فوق الحفر في السطح المعزول فتتحول هذه المناطق من مناطق (n) إلي مناطق (p) وبذلك يتم تشكيل ألاف الديودات دفعة واحدة وبعد ذلك تقطع هذه الديودات وتوصل أطرافها الخارجية وتوضع ضمن أغلفة بلاستيكية أو سيراميكية , يسمي الطرف (n) للديود باسم المهبط (cathode) أما الطرف (p) فيسمي المصعد (anode) .
وتعتمد فكرة تمرير التيار عبر هذا العصر المكون من مادة (p) وأخري نوع (n) فقط في اتجاه واحد علي التأثير أو التفاعل المتبادل بين حوامل الشحنات في المادة (p) وحوامل الشحنات في المادة (n) بطريقة ما تؤمن مرور التيار عند تطبيق جهد بقطبية معينة علي طرفي العنصر وعدم تمرير التيار عند عكس القطبية . إن المادة (n) تنقل التيار بواسطة الإلكترونات , أما المادة (p) فإنها تنقل التيار بواسطة الثقوب , والميزة الهامة التي تجعل الديود يمرر باتجاه واحد هي طريقة التأثير والتفاعل المتبادل بين حوامل الشحنات فيما بينها وبين حوامل الشحنات والجهد الخارجي المطبق ونبين فيما يلي شرحا يوضح هذا التفاعل والتأثير المتبادل بين حوامل الشحنات وبين الحق الكهربائي الخارجي المطبق (external electrical field ) .
الاستقطاب الأمامي ( الباب مفتوح )
عند وصل ديود إلي بطارية كما بالشكل بحيث يكون القطب الموجب للبطارية موصولا مع الطرف (p) والقطب السالب موصولا مع الطرف (n) , فإن الإلكترونات في المنطقة (n) تتوجه إلي موجب البطارية والثقوب في المنطقة (p) تتوجه إلي سالب البطارية فتلتقي الثقوب والإلكترونات في منطقة المتصل (المركز ) وعند التقاء إلكترون مع ثقب فإنه يعدله كهربائيا ويحدث اختفاء للثقب ويصبح الإلكترون الذي ملأ الثقب مرتبطا بالذرة ولا يشارك في التيار الكلي المار عبر الديود ولكن لا يحدث ذلك لكل الإلكترونات ولكل الثقوب وبذلك يتشكل تيار عبر الديود من الإلكترونات التي تصل موجب البطارية ومن الثقوب التي تصل سالب البطارية .
تنتج هذه الحركة لحوامل الشحنات بتأثير الحقل الكهربائي الخارجي الناتج عن البطارية . إن طريقة توصيل أقطاب البطارية مع أطراف الديود بهذا الشكل ( + موجب علي p و – سالب علي n ) تسمي طريقة الاستقطاب الأمامي .
الشكل : الإستقطاب الأمامي لديود p-n الاستقطاب العكسي (الباب مغلق )
الإستقطاب العكسي ( الباب مغلق )
عند وصل سالب البطارية مع الطرف (p) وموجب البطارية مع الطرف (n) فإن إلكترون الطرف (n) تجبر علي التحرك إلي موجب البطارية وثقوب الطرف (p) تتحرك إلي سالب البطارية وتصبح المنطقة المحيطة بمكان التحام (p) مع (n) والتي تسمي منطقة المتصل خالية من حوامل الشحنات القابلة للحركة , وتسمي هذه المنطقة باسم منطقة مجردة (deplection region ) وبما أنها خالية من حوامل الشحنات القابلة للحركة فإنها عازلة وتمنع التيار من المرور عبر الديود , ويسمي هذا النوع من الاستقطاب باسم الاستقطاب العكسي .
تابع الشكل : الاستقطاب العكسي لديود p-n .
لا تحقق ميزة التيار في إتجاه واحد في الديود عندما يكون استقطابه أماميا إلا إذا كان جهد البطارية الموصولة مع الديود أكبر من قيمة معينة وهذه القيمة فإن الديود لن يمرر حتي لو كان استقطابه أماميا , تسمي هذه القيمة للجهد باسم جهد عتبة التمرير وقد يبدو للوهلة الأولي أن جهد عتبة التمرير هو أحدي سلبيات الديود , إلا أن هذا الجهد يصبح مفيدا جدا في التطبيقات حيث يعمل الديود كمفتاح حساس للجهد ( voltage-sensitive switch ) , تحتاج ديودات الجرمانيوم إلي جهد أصغري قدره (0.2V) كي تمرر التيار إذا كان إستقطابها أماميا أي أن جهد العتبة فيها يساوي (0.2V) يبين الشكل العلاقة بين التيار والجهد في ديودات السيلكون والجرمانيوم .
الشكل : مميزة الفولت –أمبير لديودات (Si) و (Ge) و مخطط دهرة استقطاب أمامي
هناك فرق أخر بين ديودات السليكون (Si) والجرمانيوم (Ge) وهو قدرة هذه الديودات علي تبديد الحرارة فديودات السيلكون أكثر قدرة علي تبديد الحرارة من ديودات الجرمانيوم . عندما ترتفع درجة حرارة ديودات الجرمانيوم عند زيادة درجة الحرارة عن 85ºC فإن الاهتزازات الحرارية تؤثر علي البنية الفيزيائية للتركيب البللوري للمادة إلي درجة تجعل عمل الديود غير موثوق , ولذلك فإن ديودات الجرمانيوم تصبح عديمة الفائدة عند درجات حرارة أكبر من 85ºC .
التشابه بين الديود وبوابة تمرير ماء
في هذه المقارنة تعتبر أن الديود مثل بوابة وحيدة الاتجاه وذات نابض , والنابض في البوابة يماثل جهد عتبة التمرير في الديود . وفي هذه المقارنة يعمل النابض علي الحفاظ علي البوابة في حالة إغلاق ويجب أن يكون ضغط الماء من الأعلي إلي الأسفل (إذن وظيفة قوة النابض تماثل وظيفة جهد عتبة التمرير (0.6v) في الديود ) . طبعا إذا كان الديود نوع جرمانيوم فإن جهد عتبة تمريره يساوي (0.2v) والنابض المستخدم لمحاكاة هذا الجهد يجب أن يكون ذا قوة أقل من النابض المستخدم لمحاكاة ديود السيلكون , لاحظ أنه إذا تم تطبيق ضغط الماء من الأسفل , فإن السدادة Blocker) ( ستمنع البوابة من الإنزلاق إلي الأعلي , وبالتالي لا يمر الماء بالإتجاه العكسي , ونفس الشئ يحدث عند تطبيق جهد عكسي علي الديود , فلا يمر فيه تيار بالإتجاه العكسي .
الشكل : مقارنة بين الديود وبوابة تمرير أحادية الإتجاه
التطبيقات الأساسية
تستخدم الديودات في دارات التقويم (rectifier circuits) التي تحول الجهد المتناوب (ac ) إلي جهد مستمر (dc) , كما تستخدم الديودات أيضا في تطبيقات عديدة , وفيما يلي نتعرف علي التطبيقات الأكثر شيوعا للديودات .
مقوم نصف الموجة
في دارة مقوم نصف الموجة المبينة في الشكل يعمل الديود علي تحويل جهد الدخل المتناوب (ac) إلي جهد نبضي في الخرج ففي نصف الدور الموجب لجهد الدخل يكون استقطاب الديود أماميا ويمرر تيار عبر الديود والحمل فيتشكل علي الحمل جهد موجب , أما في نصف الدور عكسيا ولا يمر تيار عبر الدارة لأن الديود لا يمرر وجهد الخرج يساوي الصفر وبذلك تلاحظ أن أنصاف الدور الموجب تقريبا هي التي تمر عبر الديود إلي الخرج
الشكل : دارات تقويم نصف موجبة , وموجة كاملة .
ولذلك يسمي هذا المقوم نصف موجة , طبعا سيكون هناك هبوط جهد قدره (0.6V) علي الديود ولذلك فإن جهد الخرج خلال نصف الدور الموجب سيكون أخفض من جهد الدخل بقدار (0.6V) تردد جهد الخرج يساوي تردد جهد الدخل وتبلغ القيمة الوسطي لجهد الخرج حوالي (0.138) ضرب مطال جهد الخرج والمطال هو الجهد من الصفر إلي القيمة العظمي . يستخدم عادة محول (transformer) لرفع أو خفض الجهد المتناوب قبل تطبيقه علي الديود .
مقوم الموجة الكاملة
في الشكل تعطي دارة موجة كاملة يسمي مقوم موجة كاملة جسري (full-wave- bridge rectifier) وهذا المقوم بعكس مقوم نصف الموجة لا يحجب أنصاف الدور السالب عن المرور ويحولها إلي موجبة ولفهم ألية عمل هذا المقوم لاحق مسار التيار عبر الديودات . لاحظ أن بسبب فرق جهد قدرة (1.2V) بين جهد الخرج وجهد الدخل , حيث هناك هبوط جهد قدره (0.6V) علي الديود الواحد وبما أن مسار التيار في كل نصف دور يحوي ديودين , فإن فرق الجهد الكلي سيكون (1.2V) . تردد الخرج يساوي ضعف تردد الدخل , والقيمة الوسطي لجهد الخرج تساوي تقريبا (0.636) ضرب مطال جهد الخرج والمطال هو الجهد من الصفر إلي القيمة العظمي في الخرج .
دارة أساسية لمصدر تغذية
يمكن بناء مصدر تغذية يحول الجهد المتناوب (ac) إلي مستمر باستخدام محول ومقوم موجة كاملة جسري , كما في الشكل يستخدم المحول لتخفيض الجهد المتناوب إلي قيمة متناوبة , الجهد المتناوب في ثانوي المحول يطبق علي مقوم الموجة الكاملة الذي يحوله إلي جهد نبضي موجب في الخرج , يستخدم مكثف (c) علي التوازي مع الحمل من أجل تنعيم (smooth) جهد الخرج , ويجب أن يكون المكثف كبيرا إلي درجة كبيرة بحيث يخزن قدرا كافيا من الطاقة التي تضمن تزويد الحمل بتيار ثابت . إذا لم يكن المكثف كبيرا إلي الدرجة الكافية , أو كان شحنه ليس بالسرعة الكافية , فإن جهد الخرج سوف ينخفض عندما يتطلب الحمل تيارا أكبر وهناك قاعدة عامة من أجل اختيار سعة المكثف .
(RLoad).(C) >>1/f
تابع الشكل : دارات تقويم نصف موجة كاملة .
F : تردد الإشارة المقومة , فإذا كان تردد جهد الدخل (60Hz) فإن تردد الإشارة المقومة سيكون (120Hz) . أما مقدار جهد التموج (ripple) وهو الإنحراف عن القيمة الوسطي للجهد المستمر فيعطي تقريبا بالعلاقة التالية :
Vripple = ILoad/f.c
مخفض الجهد
عندما يمر تيار عبر الديود , فإن هبوط الجهد علي الديود يساوي تقريبا (0.6v) وذلك طبعا إذا كان الديود الكلي عليها هو مجموع هبوطات الجهد الكلي عليها هو مجموع هبوطات الجهد علي الديودات , ولذلك يمكن وصل عدة ديودات علي التسلسل لتأمين إنخفاض معين في الجهد في الشكل تعطي دارة خافض جهد ديودي للتطبيقات المستمرة (dc) وفيها نلاحظ أن الجهد المطبق علي الحمل :
VLoad = (V + ) – 3(0.6) = (V + ) – 1.8V
كما تعطي دارة خافض جهد للتطبيقات المتناوبة , وفيها نلاحظ وصل مجموعتين من الديودات متعاكسة الاتجاه علي التوازي , وفي كل مجموعة توصل الديودات علي التسلسل .
منظم الجهد
تؤمن هذه الدارة جهد خرج ثابتا يساوي مجموع هبوطات الجهد الأمامية علي الديودات إذا كانت D3, D2, D1 ديودات سليكونية , فإن هبوط الجهد علي كل ديود سيلكون (0.6v) , وهبوط الجهد المطبق علي الحمل (Vout) سوف يبقي (1.8V) R1. تعمل علي حماية الديودات من التخرب , أو إذا أصبحت مقاومة الحمل عالية جدا . إذا فصل الحمل , أو إذا أصبحت مقاومة الحمل عالية جدا , فيجب أن تكون R1 مساوية تقريبا للقيمة التالية :
R1 = (Vin – Vout ) / I
شكل دارات تخفيض وتنظيم للجهد
دارات ضاربات الجهد
من المفيد أحيانا أن تكون لديك دارة مقوم تعطي خرج مستمرا أكبر من مطال الدخل المتناوب للمقوم . مع أن الطريقة المستخدمة عادة عند الرغبة في الحصول علي جهد مستمر أكبر من مطال جهد الدخل المتناوب هي استخدام محول رافع للجهد قبل مرحلة التقويم , إلا أنه توجد طريقة أخري بديلة تحقق المطلوب وهي طريقة استخدام دارات ضاربات و الجهد . في الشكل تعطي مجموعة من دارات ضاربات الجهد و الدراة الموجودة في الأعلي هي دارة مضاعف جهد تقليدية (voltage doubler ) خلال نصف الدور الموجب يكون (D1) في حالة استقطاب أمامي وبذلك يشحن المكثف (C1) إلي جهد يساوي (Vo) , أي إلي جهد مستمر يساوي القيمة العظمي للجهد المتناوب المطبق علي الدخل , أما خلال نصف الدور السالب فإن (D2) يكون في حالة استقطاب أمامي ويشحن (C2) إلي جهد مستمر يساوي (Vo) وبما أن (C1) و (C2) علي التسلسل و بالقطبيات المبينة علي الشكل , فإن جهد الخرج هو مجموع الخرج هو مجموع جهدي المكثفين أي (2Vo) أما الدارة الثانية فهي مغايرة من حيث الشكل للدارة الأولي وهي عبارة عن مضاعف جهد وتسمي مضخة شحنة (charge pump) . خلال نصف الدور السالب يقوم المنبع بضخ شحنات إلي C1 عبر D1 في حين يكون D2 كدارة مفتوحة وخلال نصف الدور الموجب يصبح D1 كدارة مفتوحة أم (D2) فيصبح في حالة تمرير ويمكن اعتباره كدارة مقصورة وتتدفق بعض من شحنة C1 إلي C2 ويستمر هذا العمل متكررا حتي تضخ شحنة كافية إلي (C2) جاعلة جهدها يساوي (2Vo) . إحدي إيجابيات مضخة الشحنة بالمقارنة مع مضاعف الجهد التقليدي هي أن أحد أطراف منبع جهد الدخل وأحد أطراف مكثف الخرج يوصلان إلي نقطة مشتركة , ويمكن تأريض هذه النقطة . يمكن إضافة مراحل أخري إلي دارة مضاعف الجهد للحصول علي جهد يساوي ثلاثة أضعاف جهد الدخل , أما في الدارة السفلية اليمينية فيمكن الحصول ,علي جهد خرج يساوي أربعة أضعاف جهد الدخل . أحد أبرز عوائق استخدام مضاعفات الجهد هو سوء تنظيم جهد الخرج بالإضافة إلي إنخفاض تيار الخرج الذي تعطيه هذه الدارات إلي الحمل .
الشد الديودي
تطبق علي دخل دارة الشد الديودي المبينة في الشكل إشارة متناوبة دورية تهتز بين قيم موجبة وسالبة فتقوم الدارة بإزاحة هذه الإشارة بحيث تكون إما موجبة دوما أو سالبة دوما . يشحن المكثف إلي جهد مستمر يساوي مطال جهد الدخل ( المطال يقاس بين الصفر والقيمة العظمي ) . يتم اختيار سعة المكثف عالية بحيث تمثل قصرا بالنسبة للإشارة المتناوبة , فإذا كانت (Vin) موجة جيبية مثلا فإن جهد الخرج سيكون مساويا لمجموع (Vin) والجهد المستمر (dc) الذي شحن المكثف إليه . بعكس إتجاه الديود في الدارة تزاح Vout إلي الأسفل بحيث تكون دوما سالبة .
تابع الشكل : مضاعفات الجهد ودارة شد ديودية .
دارة قص موجة
تعطي في الشكل دارة قص , وتستخدم هذه الدارة عادة لحماية عناصر دارة أخري من الضرر بسبب الجهود الزائدة , كما تستخدم أيضا لتوليد موجات بأشكال خاصة . تتحكم المقاومة (R2) بمستوي القص السفلي (lower-level clipping) , أما (R3) فوظيفتها التحكم بمستوي القص العلوي في حين تستخدم (R1) كمقاومة حماية لمنع تيار عال من المرور عبر الديود عندما تكون المقاومة المتغيرة الموصولة معه موضوعة علي قيمة تساوي الصفر .
دارة حماية عكس القطبية
يمكن استخدام ديود واحد لحماية دارة من الضرر الذي قد يلحق بها إذا عكست قطبية جهد التغذية المطبق عليها . فإذا تم عكس قطبية الجهد الموصول مع الدارة فإن الديود يصبح في حالة استقطاب عكسي ويمنع التيار من المرور عبر الدارة , أما في الدارة اليمينية والتي نجد فيها ديودا موصولا علي التوازي مع مقياس فإن الديود يمنع تيار عاليا من الدخول عبر الطرف السالب للمقياس عند وصل المقياس بشكل معكوس مع الدارة .
دارة حماية من الحالة العابرة
إن وضع ديود عكسي علي التوازي مع حمل تحريضي يزيل الحالات العابرة الجهدية (voltage spikes) وذلك لأن الديود ينتقل إلي حالة التمرير قبل أن يشكل جهد كبير علي طرفي الحمل , ويجب اختيار الديود بحيث يتحمل التيار المكافئ للتيار الأعظمي الذي يمكن أن يمر عبر الحمل قبل فصل التغذية عن الحمل , وتبين الدارة السفلية كيفية استخدام الديود لحماية دارة من القفزات المفاجئة الجهدية التي تنشأ في الدراة عندما حالة عمل حاكمة (dc) .
تابع الشكل : دارات قص وحماية
مصدر تغذية احتياطي من بطارية
تبين هذه الدارة كيفية استخدام بطارية وديودين لتأمين مصدر تغذية احتياطي لدارة تغذي في الحالة الطبيعية من مصدر تغذية يحول البجهد المتناوب إلي جهد مستمر والدارة المغذاة تعمل إذا غذيت من جهود تتراوح بين (6v) و (9v) . الجهد الذي يؤمنه مصدر التغذية (ac-to dc) يساوي (9V) , أما جهد البطارية فيساوي (6v) . عندما يكون مصدر التغذية في حالة عمل يكون (D1) في حالة تمرير و (D2) في حالة قطع ويطبق علي الدارة جهد يساوي (B.4V) , لأن هبوط الجهد علي D1 يساوي (0.6V) , وفي نفس الوقت يكون مصعد الديود (D2) أق إيجابية من مهبطه بمقدار (2.4v) ولذلك يكون (D2) في حالة قطع ويمنع مرور تيار من البطارية . إذا أنقطعت التغذية الكهربائية المتناوبة الطبقة علي دخل مصدر التغذية (9V) لسبب من الأسباب , عندها يصبح مصعد الديود (D2) أكثر إيجابية من مهبطه , ويمر تيار من البطارية إلي الحمل ويمنع الديود (D1) تيار البطارية من المرور إلي مصدر التغذية (9V) .
أشياء هامة يجب معرفتها عن الديودات
تتوفر الديودات بأشكال وأحجام مختلفة . يتم عادة تركيب ديودات التيارات العالية علي أجسام تبريد من أجل تخفيض درجة حرارتها أثناء العمل . يمكن وصل الديودات علي التوازي من أجل زيادة التيار المقدم إلي الحمل , وعند وصل الديودات علي التوازي يجب أن تكون مميزات الفولت أمبير للديودات متماثلة كي يتم توزيع التيار بشكل متساو , ويمكن وصل مقاومة علي التسلسل مع كل ديود من أجل ضمان تساوي التيارات . في كافة الديودات يمر تيار عكسي عبر الديود عندما يكون الديود في حالة استقطاب عكسي ويسمي هذا التيار تسرب (leakage current) ولكن التسمية الشائعة له هي تيار عكسي ( reverse current (IR , وهذا التيار صغير جدا ومن مرتبة الناتو أمبير . لكلديود جهد عكسي أعظمي مسموح وهذا الجهد عند تطبيقه بشكل عكسي علي الديود , فإن الديود يتحمله دون ضرر ويرمز لها الجهد بالرمز Peak Reverse Voltage (PRV) , أما إذا تجاوز الجهد العكسي الأعظمي القيمة المسموحة , فإن تيارا عكسيا كبيرا يمر عبر الديود ويؤدي إلي تخريب الديود . يرمز للجهد العكسي الأعظمي أيضا بـــ (PIV) من Peak Inverse Voltage . تتراوح قيم (PIV) للديودات من عدة فولتات وحتي عدة الأف من الفولت . توصل الديودات علي التسلسل من أجل زيادة الجهد العكسي الأعظمي الكلي المسموح تطبيقه علي الديودات , وتوصل مع الديودات التي توصل علي التسلسل من أجل زيادة الجهد العكسي الأعطمي الكلي المسموح تطبيقه علي الديودات , وطبعا يجب أن تكون الديودات التي توصل علي التسلسل متماثلة كي تتوزع هبوطات الجهد العكسي بالتساوي علي الديودات وتوصل مع الديودات مقاومات علي التوازي من أجل موازنة الجهود العكسية الهابطة عليها . شئ أخر يجب أن تعرفه عن الديود وهو التيار الأمامي الأعظمي المسموح maximum forward current (If) , بالإضافة إلي السعة التي تتشكل علي متصل الديود , وأيضا زمن الاستعادة العكسي (reverse recovery time ) , تبدأ تسمية أغلب أنواع الديودات بالرقم (1) , مثل (1N4003) . يتم عادة تمييز أطراف الديود عن بعضها بوضع علامة علي الجسم الديود علي شكل خط قريب إلي طرف المهبط ويكون لون الخط أبيض في الديودات ذات الغلاف الخارجي المصنوع من البلاستيك , أما في الديودات المغلفة بالزجاج فيكون لون الخط أسود , أنظر الشكل .
وإذا لم يكن هناك علامة علي الديود , فإن المهبط أن يكون علي شكل برغي يتم إدخاله عبر الجسم المبدد للحرارة ويثبت بعزقة (nut) . تستخدم مادة عازلة كهربائيا مثل الفيبر (fiber) أو الميكا (mica) بين المهبط وجسم التبريد لعزل جسم التبريد كهربائيا عن مهبط الديود , كما يوضع شحم سيلكوني خاص بين قطعة الميكا مثلا وجسم التبريد وجسم التبريد لزيادة
الشكل : العلامة التي توضع بطرف المهبط علي جسم الديود
ديودات الزينر
ثنائي الزينر أو ديود يعمل كديود عادي إذا كانت استقطابه أماميا , ولكنه يمتاز بالقدرة علي التمرير بالإتجاه العكسي عندما يصل الجهد العكسي المطبق عليه إلي قيمة يرمز لها بالرمز (VB) ويسمي الجهد باسم جهد الانهيار للديود (break down voltage ) . تتراوح قيم جهود الانهيار لديودات الزينر من عدة فولتات وحتي مئات الفولت , ويمكن زيادة مقدار جهد الإنهيار بوصل ديودات الزينر علي التسلسل . يبين الشكل رمز ديود الزينر ومميزة الفولت – أمبير الأمامية والعكسية له (مميزة الفولت –أمبير هي علاقة التيار الذي يمر عبر الديود بالجهد المطبق عليه ) .
الشكل : رمز ديود الزينر ومميزة الفولت – أمبير .
النموذج المائي المكافئ للزينر
في هذه المقارنة بين ديود الزينر ونموذج مائي يتم اعتبار الزينر كبوابة ثنائية ذات أمامي يشبه من حيث التأثير جهد عتبة التمرير الأمامي للديود ونابض عكسي يشبه من حيث التأثير جد الانهيار للزينر (VB) . وهذه المقارنة بين الزينر ونموذج مائي تشبه كثيرا المقارنة التي أجريت سابقا بين الديود العادي ونموذج مائي والفارق الوحيد هو عدم وجود سدادة (Block) لتمتع البوابة من الحركة بالإتجاه العكسي وبدلا عن ذلك يتم استخدام نابض عكسي يبقي البوابة في حالة إغلاق . إذا تم تطبيق الماء في الإتجاه العكسي , فإن البوابة تفتح فقط إذا كان ضغط الماء أكبر من قوة ضغط النابض العكسي . إن إستخدام نابض استقطاب عكسي بقوة أكبر في النموذج المائي يطابق حالة استخدام زينر بجهد انهيار مرتفع .
الشكل : مقارنة بين زينر ونموذج مائي
التطبيقات الأساسية لديودات الزينر
تستخدم ديودات الزينر عادة في تطبيقات تنظيم الجهد (voltage regulation) , وفيما يلي نتعرف علي بعض التطبيقات .
منظم جهد Voltage Regulator
في الشكل تعطي دارة منظم جهد باستخدام ديود زينر , ووظيفة هذه الدارة هي تنظيم الجهد المطبق علي الحمل , فعندما يزداد جهد الدخل ويحاول زيادة جهد الخرج إلي قيمة أعلي من (Vzenar) , فإن ديود الزينر يمتص تيارا أعلي ويمر هذا التيار عبر الزينر المستقطب في الإتجاه العكسي ويبقي (Vout) جهد الخرج مساويا جهد الزينر (Vzenar) .
المقاومة الموجودة في الدارة هي مقاومة لتحديد التيار الذي يمر عبر الزينر عندما يفصل الحمل التيار من الدارة وبذلك تتم حماية الزينر من التيار الزائد . وتحسب المقاومة (R) من العلاقة :
R = (Vin – Vzener) / Imax, zener
Imax,Zenar : هو التيار الأعظمي المسموح مروره عبر الزينر .
الشكل : دارات تنظيم الجهد
يجب أن تكون المقاومة (R) قادرة علي تبديد الإستطاعة المحسوبة من العلاقة :
PR = IVR = (Imax,zener) . (Vin - Vzener)
مزيح جهد
تزيح الدارة المبينة في الشكل جهد الدخل إلي الأسفل بمقدار (Vzenar) .
دارة قص موجة
في دارة القص تم وصل ديودي زينر علي التسلسل والتعاكس من أجل قص قمم موجة الدخل الموجبة والسالبة , وبذلك فإن إشارات دخل جيبية يمكن أن تتحول إلي موجة مربعة تقريبا ويمكن وصل هذه الدارة إلي خرج مصدر تغذية مستمر (power supply) من أجل مع القفزات الجهدية المفاجئة (voltage spikes) من الوصول إلي الدارة الموصولة مع منبع التغذية . وجهود الإنهيار للديودات يتم اختيارها وفقا للتطبيق المطلوب . لاحظ من الشكل أن أعلي قيمة موجبة لجهد الخرج تساوي (Vzenar2) وأخفض قيمة سالبة تساوي (-Vzenar1) .
تابع الشكل دارات إزاحة وقص
بارك الله فيك
ردحذف