ما هو الدايود؟ دليل واضح وعملي.
ما هو الصمام الثنائي؟ الصمام الثنائي هو مُكوّن إلكتروني صغير يسمح بتدفق التيار الكهربائي في اتجاه واحد. يُمكن تشبيهه بصمام أحادي الاتجاه للكهرباء. هذه الخاصية الفريدة تجعله مفيدًا في العديد من الدوائر الكهربائية.
1. الفكرة الأساسية وكيفية عمل الثنائيات
للثنائي طرفان: الأنود والكاثود. عند تطبيق جهد موجب على الأنود وجهد أقل على الكاثود، يُوصل الثنائي التيار الكهربائي. أما في حالة القطبية العكسية، فيمنع مرور التيار.
يحدث هذا لأن الصمام الثنائي يحتوي على وصلة PN. يُشَوَّب أحد جانبيه لاحتواء إلكترونات إضافية (من النوع N)، بينما يُشَوَّب الجانب الآخر لاحتواء فجوات إضافية (من النوع P). عند الوصلة، تتشكل منطقة استنفاد رقيقة. تُشكِّل هذه المنطقة حاجزًا يمنع مرور التيار عبرها، إلا إذا كان الجهد المطبق عاليًا بما يكفي لتمرير حاملات الشحنة عبرها.
2. المصطلحات الكهربائية الرئيسية (ملخص)
- الجهد الأمامي (Vf): انخفاض الجهد عند توصيل الثنائي (≈ 0.7 فولت للسيليكون)
- جهد الانهيار العكسي (Vbr): الجهد العكسي الذي يبدأ عنده الثنائي بالتوصيل في الاتجاه المعاكس.
- الحد الأقصى للتيار المستمر (إذا): الحد الأقصى للتيار الآمن الذي يمكن للديود أن يتحمله.
- تيار التسرب العكسي (Ir): يتدفق تيار صغير عندما يكون الثنائي متحيزًا عكسيًا.
أنواع الثنائيات الشائعة ووظائفها
1. الصمام الثنائي المعدل:
يُحوِّل التيار المتردد إلى تيار مستمر. يمكنك العثور على هذا في
2. الصمام الثنائي الباعث للضوء
تُصدر مصابيح LED الضوء عند مرور التيار الكهربائي عبرها. تُستخدم في الشاشات والمؤشرات وأنظمة الإضاءة.
3. ثنائي زينر
مُصمم للعمل في وضع الكبح العكسي الآمن، ويُستخدم لتنظيم الجهد والحماية.
4. ثنائي شوتكي
مُصمم للعمل في وضع الكبح العكسي الآمن، ويُستخدم لتنظيم الجهد والحماية.
5. الصمام الضوئي
يقوم بتحويل الضوء إلى تيار كهربائي، ويُستخدم عادةً في دوائر ضبط الترددات الراديوية.
6. ثنائي فاراكتور
يقوم بتحويل الضوء إلى تيار كهربائي، ويُستخدم عادةً في دوائر ضبط الترددات الراديوية.
التطبيقات العملية
- تستخدم شواحن الهواتف المحمولة ومحولات الطاقة ثنائيات التعديل لتحويل التيار المتناوب إلى تيار مستمر.
- تضيء مصابيح LED مؤشرات الحالة والشاشات.
- تحمي ثنائيات زينر المكونات الإلكترونية الحساسة من طفرات الجهد الكهربائي.
- تُستخدم ثنائيات شوتكي في مصادر الطاقة ذات الوضع المتغير لتحسين الكفاءة.
- توجد الثنائيات الضوئية في أجهزة التحكم عن بعد، وأجهزة قياس الضوء، وأجهزة الاستقبال البصرية.
كيف تتصرف الثنائيات على منحنى IV؟
ارسم منحنى التيار كدالة للجهد. في منطقة الانحياز الأمامي، يُلاحظ ارتفاع استثنائي في التيار بمجرد تجاوز الجهد العتبة (Vf). في منطقة الانحياز العكسي، يكون التيار صفرًا تقريبًا حتى يصل إلى جهد الانهيار. عند نقطة الانهيار، يزداد التيار بشكل حاد، ما لم يكن محدودًا بمقاوم أو بتصميم الدائرة.
المواد والاتجاهات الحديثة
السيليكون هو المادة القياسية. استُخدم الجرمانيوم في البداية لانخفاض انخفاض جهده الأمامي، ولكنه أقل استقرارًا. يؤدي زرنيخيد الغاليوم (GaAs) ونتريد الغاليوم (GaN) وظائف محددة: زرنيخيد الغاليوم (GaAs) في الإلكترونيات الضوئية وتطبيقات التردد العالي؛ بينما يُستخدم نتروجين الغاليوم (GaN) وكربيد السيليكون (SiC) في عمليات التبديل عالية الطاقة والكفاءة. تُقلل هذه المواد من الفاقد والسخونة في أنظمة الطاقة.
دوائر بسيطة يمكنك تجربتها.
- مؤشر LED: ثنائي + مقاومة متصلة على التوالي + بطارية. يُستخدم كاختبار بصري.
- مقوم نصف الموجة: يقوم الصمام الثنائي الواحد بتحويل نبضات التيار المتناوب إلى تيار مستمر نابض.
- مقوم الجسر: أربعة ثنائيات تُوفّر تيارًا مستمرًا مُقوّمًا بموجة كاملة من تيار متناوب. أضف مُكثّفًا لتنعيم الخرج.
نصائح السلامة والاختيار
- تحقق من الحد الأقصى للتيار الأمامي والحد الأقصى للجهد العكسي للدائرة الخاصة بك.
- أضف مقاومة الحد من التيار إلى مصابيح LED.
- استخدم مشعات حرارية أو اختر ثنائيًا يتمتع بتصنيف طاقة أعلى عند التعامل مع التيارات العالية.
- بالنسبة لتطبيقات التبديل، اضبط وقت الاسترداد وانخفاض الجهد الأمامي للديود على التردد والجهد الخاصين بالدائرة لديك.
قائمة التحقق السريعة لاستكشاف الأخطاء وإصلاحها
- يحتوي الصمام الثنائي على دائرة مفتوحة في كلا الاتجاهين: ربما يكون محترقًا.
- إنه يوصل في كلا الاتجاهين: ربما يكون به قصر في الدائرة.
- جهد أمامي مرتفع أو عدم وجود ضوء في الصمام الثنائي الباعث للضوء: تحقق من المقاومة التسلسلية أو الأسلاك.
الملخص النهائي
يتحكم الثنائي في اتجاه التيار الكهربائي. تتيح هذه القاعدة البسيطة تطبيقات متعددة: التقويم، وانبعاث الضوء، ومرجع الجهد، والكشف، والضبط. إذا كنت تعمل في مجال الإلكترونيات، فستستخدم الثنائيات بكثرة. فهي صغيرة، وغير مكلفة، وفعالة.
