کزاز الکترونیک

طراحی وساخت مدارات ساده تا پیشرفته الکترونیک ومعرفی قطعات

همه چیز درمورد دیود ونوع وکار آن
ساعت ۱٠:٠٤ ‎ق.ظ روز سه‌شنبه ٢٦ فروردین ۱۳٩۳   کلمات کلیدی:

 

دیودها جریان الکتریکی را در یک جهت از خود عبور می‌‌دهند و در جهت دیگر در مقابل عبور جریان از خود مقاومت بالایی نشان می‌‌دهند.


پرش به: ناوبری، جستجو
کریستال مربعی شکل نیمه رسانا در دیود
اشکال مختلف دیودها پائین: پل یکسو کننده دیودی

دیود (به انگلیسی: Diode)، (نام‌های دیگر:دوقطبی الکتریکی، یکسوساز) قطعه‌ای است الکترونیکی دو سر است که جریان الکتریکی را در یک جهت از خود عبور می‌دهد (در این حالت مقاومت دیود ایده‌آل صفر است) و در جهت دیگر در مقابل عبور جریان از خود مقاومت بسیار بالایی (در حد بینهایت) نشان می‌دهد. این خاصیت دیود باعث شده بود تا در سالهای اولیه ساخت این وسیله الکترونیکی، به آن دریچه هم اطلاق شود. در حال حاضر رایج ترین نوع دیود از بلور مواد نیمه رسانا ساخته می شود. لوله های خلا که اولین دیودها بودند امروزه فقط در تکنولوژی هایی که در ولتاژ بالا کار می کنند استفاده می‌شوند.

مهمترین کاربرد دیود عبور دادن جریان در یک جهت (به انگلیسی: diode's forward direction) و ممانعت در برابر عبور جریان در جهت مخالف (به انگلیسی: reverse direction) است. در نتیجه می‌توان به دیود مثل یک شیر الکتریکی یک طرفه نگاه کرد. این ویژگی دیود برای تبدیل جریان متناوب به جریان مستقیم استفاده می شود.

از لحاظ الکتریکی یک دیود هنگامی جریان را از خود عبور می دهد که شما با برقرار کردن ولتاژ در جهت درست (+ به آند و - به کاتد) آنرا آماده کار کنید. مقدار ولتاژی که باعث می‌شود تا دیود شروع به هدایت جریان الکتریکی نماید ولتاژ آستانه یا (forward voltage drop) نامیده می‌شود که چیزی حدود ۰٫۶ تا ۰٫۷ ولت می‌باشد (برای دیودهای سیلیکون). اما هنگامی که شما ولتاژ معکوس به دیود متصل می‌کنید (+ به کاتد و - به آند) جریانی از دیود عبور نمی‌کند، مگر جریان بسیار کمی که به جریان نشتی معروف است که در حدود چند µA یا حتی کمتر می‌باشد. این مقدار جریان معمولآ در اغلب مدارهای الکترونیکی قابل صرفنظر کردن بوده و تأثیری در رفتار سایر المانهای مدار نمی‌گذارد. هرچه جنس کریستال به کار رفته در ساخت دیود از نظر ساختار منظم تر باشد، دیود مرغوبتر و جریان نشتی کمتر خواهد بود. مقدار جریان نشتی در دیود های با تکنولوژی جدید عملاً به صفر میل می کند. اما نکته مهم آنکه تمام دیودها یک آستانه برای حداکثر ولتاژ معکوس دارند که اگر ولتاژمعکوس بیش از آن شود دیوید می‌سوزد (کریستال ذوب می شود) و جریان را در جهت معکوس هم عبور می‌دهد. به این ولتاژ آستانه شکست دیود گفته می‌شود.

 

 

ولتاژ شکست معکوس دیود[ویرایش]

چنان چه ولتاژ معکوس دیود را تا حد مشخصی افزایش دهیم جریان معکوس دیود به طور ناگهانی شروع به افزایش سریع می نماید.پدیده ای که در این حالت رخ می دهد را پدیده شکست و ولتاژی که در آن این پدیده آغاز می شود را ولتاژ شکست معکوس دیود گویند و با VBR نمایش می دهند.ولتاژ شکست دیود به ساختمان پیوند P-N و غلظت ناخالصی آن به نحو نسبتاً شناخته شده ای بستگی دارد؛شکست دیود می تواند حاصل یکی از دو پدیده ی ضرب بهمنی و شکست زنر می باشد. احتمال وقوع پدیده ی ضرب بهمنی در دیودهای سیلیکنی که ولتاژشکست آنها بیش از 6ولت است بیشتر می باشد.در حالی که شکست زنر به صورت پدیده ی غالب،تنها در دیودهایی با ولتاز شکست کمتر از 6ولت یافت می شود.

پدیده شکست ضرب بهمنی[ویرایش]

می دانیم که در بایاس معکوس پیوند P-N، با ازدیاد ولتاژ معکوس دیود عرض ناحیه ی تهی بیشتر می شود و همچنین شدت میدان الکتریکی در این ناحیه افزایش می یابد.در این حالت حامل های اقلیت در واقع در سراشیبی سد پتانسیل ناشی از پتانسیل داخلی و ولتاژ معکوس اعمال شده قرار گرفته و سرعت آنها به شدت افزایش می یابد. این حاملها با شتاب گرفتن خود می توانند با اتم های سیلیکن واقع در ناحیه تهی برخورد نموده و ضمن شکستن پیوندهای کووالان آن ها تعدادی حامل جدید آزاد نمایند.حامل های جدید نیز تحت تأثیر میدان الکتریکی زیاد در ناحیه تهی قرار گرفته و پس از برخورد با اتم های دیگر،حامل های بیشتری را از پیوند کووالان آنها جدا می سازند. بنابراین تعداد حامل هایی که می توانند در ایجاد جریان دخالت کنند به طور ناگهانی افزایش یافته و باعث ازدیاد سریع جریان می شوند. این پدیده را شکست ضرب بهمنی می نامند.

پدیده شکست زنر[ویرایش]

پدیده دیگری که ممکن است باعث ایجاد شکست در مشخصه ولتاژ-جریان دیود شود به پدیده زنر معروف است. تشریح این پدیده به این صورت است که با ازدیاد ولتاژ معکوس دیود شدت میدان الکتریکی در ناحیه تهی ممکن است به حدی برسد که بتواند مستقیماً پیوندهای کووالان اتم های سیلیکن این ناحیه را شکسته و الکترون های زیادی را آزاد نماید.در این حالت جدا شدن الکترون ها ناشی از برخورد سایر الکترون ها با آنها نیست بلکه ناشی از تأثیر مستقیم میدان الکتریکی ناحیه تهی بر آنها ست.

مقاومت دیود[ویرایش]

با توجه به غیرخطی بودن مشخصه دیود،دو نوع مقاومت می توان برای دیود تعریف نمود.این مقاومت ها عبارتند از مقاومت استاتیکی(Rs)و مقاومت دینامیکی (rd)

دسته بندی دیودها[ویرایش]

در این بخش پنج دسته مهم از انواع دیودهامعرفی می شوند.

دیود زنر[ویرایش]

ولتاژ دو سر دیود تقریباً ثابت بوده و تغییر جریان در ان تأثیری ندارد. دیودهایی که به منظور استفاده در ناحیه شکست معکوس ساخته شده اند به دیود زنر معروف هستند. البته این که این دیودها را زنر می نامند بدان مفهوم نیست که پدیده ضرب بهمنی در آنها صورت نمی‌گیرد،بلکه هر دو پدیده می توانند در ایجاد شکست در این دیودها نقش داشته باشند. ولتاژ شکست این نوع دیودها را ولتاژ زنر نیز می نامند و با vz نمایش می دهند. مقدار ولتاژ شکست در دیود زنر به میزان چگالی ناخالصی بستگی دارد. با افزایش چگالی ناخالصی ولتاژ شکست دیود کاهش می یابد. دیودهای زنر تجارتی با ولتاژ زنر از 2/4 تا 200 ولت و تا توان های حدود 100 وات ساخته می شود.


چون دیود زنر باید به صورت معکوس بایاس شود کاتد آن به قطب مثبت منبع ولتاژ و آند آن به قطب منفی وصل می شود. در این صورت جهت جریان از کاتد به آند خواهد بود. معمولاً کارخانه سازنده یک جریان حداقل Ik و یک جریان حداکثر مشخص می نماید که تغییرات جریان دیود زنر باید به آن محدود شود.قابل توجه است ک مشخصه دیود زنر در حالت بایاس مستقیم مشابه دیود ها ی معمولی است. از دیود زنر جهت تثبیت ولتاژ در تنظیم کننده های ولتاژ استفاده می شود.

دیود خازنی[ویرایش]

هرگاه یک پیوند P-N به صورت معکوس بایاس می شود،در حوالی پیوند یک ناحیه تهی و یا بار فضایی متشکل ار بارهای ساکن مثبت در طرف N و بارهای ساکن منفی در طرف P به وجود می آید. با توجه به این که در نواحی خنثای P و N، حاملهای بار الکتریکی آزاد بوده و همانند هادی عمل می کنند، می توان پیوند P-N را در این حالت به صورت خازنی مدلسازی نمود که در آن،نواحی خنثی همانند دو جوشن خازن،ناحیه تهی (همانند دی الکتریک) را در میان گرفته اند.

C\cong \frac{\varepsilon A}{W}

در رابطه ی فوق C ظرفیت خازن ناحیه تهی، A سطح مقطع پیوند، ε ضریب دی الکتریک ناحیه تهی که بستگی به جنس بلور و نحوه توزیع بار در این ناحیه دارد و W عرض ناحیه تهی می باشد. چون عرض ناحیه تهی با افزایش ولتاژ معکوس پیوند تغییر می کند،بنابراین خازن پیوند را می توان به عنوان یک خازن متغییر با ولتاژ در نظر گرفت. ناگفته نماند که وقتی از رابطه ی فوق برای محاسبه ظرفیت خازنی استفاده می کنیم در حقیقت فرض یکنواخت بودن میدان در دی الکتریک را پذیرفته ایم. می توان نشان داد که برای یک پیوند P-N با چگالی ناخالصی یکنواخت، ظرفیت خازنی ناحیه تهی با ولتاژ معکوس دو سر دیود به صورت زیر ارتباط دارد.

C=C_0 (1+\frac{V_r}{V_0})^{\frac{-1}{2}}

در این رابطه V0 اختلاف پتانسیل تماس پیوند است و

C_0 =[\frac{q\varepsilon \times NA \times ND}{2V_0(NA+ND)}]^{\frac{1}{2}}

ظرفیت خازنی دیودهای سیگنال معمولی در حدود چند پیکوفاراد است. دیودهایی که منحصراً جهت استفاده به عنوان یک خازن متغییر ساخته می شوند به دیود خازنی یا دیود ورکتور مشهور هستند. این گونه دیود ها همیشه به صورت معکوس بایاس می شوند. دیود های خازنی معمولاً از جنس سیلیکن و برای ظرفیت های نامی تا 2500pf ساخته می شوند. از دیود خازنی برای تنظیم ولتاز مدارهای تشدید LC در نوسان سازها و نیز در مدارهای مدولاسیون فرکانس استفاده می شود.

دیود تونلی[ویرایش]

تفاوت اساسی ساختمان دیود تونلی با دیودهای معمولی در چگالی بسیار بالای ناخالصی در نیمه هادیهای نوع P و N به کار رفته در آن است. چون عرض ناحیه تهی با با چگالی ناخالصی نسبت عکس دارد. بنابراین در دیود تونلی عرض ناحیه تهی بسیار کم بوده و در حدود 0.01 دیودهای معمولی می باشد. این دیود در ولتاژهای معکوس و ولتاژهای مستقیم کوچک دارای مقاومت بسیار کوچکی است. از ویژگی های بارز دیود تونلی داشتن مقاومت منفی در بخشی از مشخصه اش می باشد. از این ویژگی دیود تونلی می توان قیمت ارزان، اغتشاش کم،سرعت زیاد و توان مصرفی کم آن را نام برد.

دیود نورانی(LED)[ویرایش]

دیودهای نورانی معمولاً از بلور نیمه هادی گالیم-آرسنیک ساخته می شوند. در این بلور بازده ترکیب مجدد الکترون آزاد و حفره بسیار بیشتر از بلورهای سیلیکن یا ژرمانیم است. نکته دیگر در مورد این بلور آن است که آزاد شدن انرژی در هر ترکیب مجدد به صورت تابش یک فوتون نوری است. در بلورهای سیلیکن و ژرمانیم این انرژی به شکل دما تلف می شود. مشخصه دیودهای نورانی مشابه دیودهای معمولی است. تنها،تفاوت در ولتاژ آستانه هدایت است که در دیودهای نورانی مادون قرمز تا سبز مقدار آن از 1/4 تا 2/9 ولت تغییر می کند. دیودهای نورانی به صورت مسقیم بایاس می شوند. با افزایش جریان مستقیم،تولید فوتون های نوری زیادتر شده و در نتیجه شدت نور تابشی افزایش می یابد. امروزه دیودهای نورانی برای نورهای قرمز، زرد، سبز و مادون قرمز ساخته شده اند. دیود های نورانی در نمایشگرهای دیجیتالی برای نشان دادن اعداد و یاحروف مورد استفاده قرار می گیرند. از جمله موارد مهم کاربرد دیودهای نورانی مادون قرمز، مخابرات فیبر نوری است.

دیود نوری[ویرایش]

در این نوع دیود،شدت جریان معکوس تقریباً متناسب با شدت نور تابش شده به سطح آن می باشد.این نوع دیود در واقع یک پیوند P-N معمولی است که در داخل یک پوشش پلاستیکی که یک طرف آن شفاف می باشد قرار گرفته است. دیود نوری به صورت معکوس بایاس می شود. با تابش فوتون های نوری به محل پیوند و جذب این فوتون ها توسط الکترونهای پیوندهای کوالان اتمهای نیمه هادی،به میزان حاملهای اقلیت افزوده شدهو جریان این حامل ها تشدید می شود. معمولاً مشخصه ولتاژ-جریان دیودهای نوری توسط کارخانه سازنده داده می شود. در این مشخصه ها تغییرات جریان معکوس دیود بر حسب ولتاژ معکوس دو سر آن به ازای مقادیر مختلف شارنوری نمایش داده می شود.

کاربرد[ویرایش]

مهم‌ترین کاربرد عملی دیود تبدیل جریان الکتریکی متناوب به مستقیم است. در بسیاری از آداپتورها جریان برقی که بوسیله ترانس کاهش پیدا کرده‌است به کمک یک دیود (یکسو سازی نیم موج)، دو دیود ( در ترانس با ثانویه سه سر ) یکسوسازی تمام موج و یا با چهار دیود ( در ترانس با ثانویه دو سر ) یکسو سازی تمام موج انجام می شود . توجه داشته باشید که ولتاز یکسویه پس از این دیود ها، فرکانس ریپل به میزان دو برابر فرکانس متناوب ( در حالت تمام موج ) را دارد و جهت مستقیم شدن کامل ولتاز بایستی خازن صافی با ولتاژ مجاز، ظرفیت بالا ( با توجه به مقدار جریان مصرفی ) و با رعایت پلاریته و بعد از پل دیود نصب شود.

در گیرنده‌های ای ام (مانند رادیو در باند اس دبلیو و آی ام و سیگنال تصویر تلویزیون آنالوگ) دیود نقش آشکارساز را دارد بطوری که سیگنال میانی (آی اف) پس از تقویت در بخش تقویت فرکانس میانی وارد یک دیود می‌شود و خروجی آن سیگنال نهایی قابل استفاده‌است. گرچه معمولاً به جای دیود از ترانزیستور استفاده می شود تا یک طبقه تقویت صورت گرفته باشد و دیود بیس-امیتر ترانزیستور عملاً کار آشکار سازی را هم انجام خواهد داد.

در موارد خاص هنگامی که برای روشن کردن وسایل الکتریکی تنها دسترسی به جریان الکتریکی مستقیم باشد برای جلوگیری از سوختن وسیله الکتریکی بر اثر اتصال معکوس سیم مثبت و منفی، از یک دیود در ابتدای مسیر جریان برق استفاده می‌کنند. اگر این دیود در مسیر مثبت جریان با مصرف کننده در حالت سری باشد به آن دیود رکتیفایر می گویند. ولی اگر بصورت موازی با مصرف کننده و به شکل معکوس قرار گرفته باشد به آن دیود محافظ در بایاس معکوس می گویند. از نوعی دیود به نام زنر در ساخت نوعی رگولاتور(تنظیم کننده ولتاژ) استفاده می شود.

محدودیت های کاربردی دیود[ویرایش]

در کاربرد دیودهای پیوندی نیز همانند سایر تجهیزات الکترونیکی با محدودیت هایی مواجه هستیم.آشنایی با این محدودیت ها طراح را در انتخاب دیودی که بتواند شرایط مورد نیاز مدار دلخواهش را برآورده سازد،یاری می نماید.از محدودیت های عمده دیود حداکثر جریان،حداکثر ولتاژ،حداکثر توان قابل اتلاف5 و سرعت قطع و وصل آن را می توان نام برد که در ادامه به شرح آنها می پردازیم.

حداکثر جریان و ولتاژ دیود[ویرایش]

حداکثر جریانی که دیود می تواند ازخودعبوردهدبه جنس وسطح مقطع دیودبستگی داردومعمولا کارخانه سازنده حداکثرجریان مستقیم وحداکثر جریان معکوس دیودرامشخص می کند .همچنین حداکثر ولتاژمستقیم ومعکوس دیودتوسط سازنده داده می شود.باید توجه داشت که مقادیر داده شده مربوط به اتاق برای بدنه دیود هستند.

حداکثر توان قابل تلف دیود[ویرایش]

از جمله عواملی که می تواند باعث خرابی یک قطعه الکترونیکی شود، بالارفتن دما از یک حد مجاز است. درقطعهه‌ای مقاومتی همان طور که می دانیم توان مصرفی به صورت حرارت ظاهر می شود که باید به نحو منا سبی بامحیط اطراف مبا دله شود. هر چه تبادل حرارت با محیط بیشتر باشد مشکلات ناشی از افزایش دما کمتر می شود. قطعه هایی که دارای سطح خارجی بیشتری هستند بهتر می توانند این تبادل حرارتی را انجام دهند. به همین دلیل مقاومتها و یا دیودهایی که توان نامی بزرگتری دارند در اندازه های فیزیکی بزرگتری ساخته می شوند. همچنین جنس موادی که در ساختمان قطعه بکار می رود در این امر تاثیر به سزایی دارد. در دیودهای پیوندی افزایش بیش ازحد دما می تواند باعث تغییر خواص بلور از قبیل تغییرni، u، p و....گردد، یا به علت یکنواخت نبودن ضریب انبساط حرارتی تغییرات مکانیکی در ساختمان آن به وجود آورد. همچنین ذوب شدن لحیم هایی که در اتصالات به کار رفته ممکن است باعث خرابی دیود شود. درحالی که دیودهای ژرمانیم حداکثر 75 تا 100 درجه سانتیگراد را می توانند تحمل کنند، دیودهای سیلسیکن تا حدود 200 درجه سانتیگراد قابل استفاده می باشند. برای افزایش قابلیت انتقال حرارت می توان ازعوامل کمکی ازقبیل گرما خور، عبور مایعات و عبور جریانهای هوا توسط پنکه استفاده می شود. در هر صورت باتوجه به وضعیت و شرایط نصب، هر دیود توان حداکثری خواهد داشت که آن را با   P_d^{\text{max}} نمایش می دهند. بنابراین ولتاژ و جریان مجاز دیود در رابطه زیر صدق کند:

 V_d \cdot I_d \le P_d^{\text{max}}

از آنجا که   P_d^{\text{max}} برای هر دیود توسط کارخانه سازنده داده می شود، می توان با کمک ترسیم در صفحه مختصات ولتاژ-جریان دیود و باتوجه به نامساوی بالا نواحی مجاز تغییرات جریان و ولتاژ دیود را مشخص نمود. دراستفاده از دیودها باید این نکته را درنظر داشت که توان   P_d^{\text{max}} که توسط کارخانه سازنده داده می‌شود معمولاً در دمای محیط (   25^{\circ}  \text{C} ) است. با بالا رفتن دما توان قابل اتلاف نیز کاهش می یابد.

سرعت قطع و وصل دیود[ویرایش]

در مدارهای کلید یا مدارهای منطقی معمولاً با قطع و وصل دیود سر وکار داریم.در این موارد باید به محدودیت سرعت قطع و وصل دیود توجه نموده و با توجه به فرکانس قطع و وصل مورد نظر،دیود مناسب را انتخاب نمود.

مشخصه‌های مهم دیود[ویرایش]

از مشخصه‌های مهم دیود مقادیر حدی ولتاژ و جریان قابل تحمل توسط آن است که می‌توان آن‌ها را در کتابچه‌های فنی دیود پیدا کرد از جمله: [۱]

  • جریان متوسط یا Ifکه بیشینهٔ مقدار مجاز جریان در بایاس مستقیم است توسط آمپرمتر دی‌سی قابل اندازه‌گیری خواهد بود.
  • جریان ماکسیمم یا IMکه بیشترین جریانی است که اگر با فواصل زمانی زمانی ۱۰میلی‌ثانیه‌ای به دیود اعمال گردد به دیود آسیبی نخواهد رسید و می‌توان به آن ماکسیمم جریان تکراری نیز گفت.
  • ماکسیمم جریان لحظه‌ای غیر تکراری یا IFSM[۲]بیشینهٔ جریانی است که دیود در فواصل زمانی کوتاه تنها برای یک بار می‌تواند تحمل کند.
  • ماکسیمم ولتاژ معکوس تکراری یا VRRMبیشینهٔ ولتاژی است که در بایاس معکوس به دیود آسیبی نخواهد رساند.
  • ماکسیمم ولتاژ معکوس غیر تکراری یا VRSM[۳] بیشینهٔ ولتاژ لحظه‌ای قابل تحمل برای دیود در بایاس معکوس است.

 

همه چیز درباره دیود

دیود:

دیودهای معمولی که آنها را رکتیفایر می نامند دارای دو قطعه P وN هستند که از کریستالهای با بار مثبت و منفی تشکیل شده اند.خواص این دو قطعه آن است که در مقابل عبور جریان در جهت مخالف مقاومت کرده و اجازه عبور در جهت موافق می دهند.همانطور که می دانیم در نیمه رساناهای نوع P حاملان بار حفره ها و در نیم رسانای نوع  N حاملان بار الکترونها هستند،بنابراین ساختار کریستالی دیود به شکل زیر می با شد:

کریستالهای ژرمانیوم از ترکیب ژرمانیوم با دو ماده خارجی که یکی از آنها الکترون بیشتری از تعداد الکترونهای ژرمانیوم دارد و دیگری دارای الکترون کمتری(منظور الکترونهای آزاد- والانسی) می باشد. از این کریستال در ساختمان دیود و ترانزیستور استفاده می شود. دیود در یکسو سازی جریان متناوب و کنترل مقدار و جهت جریان مستقیم کاربرد دارد.

تست سلامت دیود:

برای آزمایش سالم بودن دیود از خواص عبور جریان می توان استفاده نمود، بدین ترتیب که به وسیله اهم متر،سیم مثبت آنرا به آند دیود (قطب مثبت) و سیم منفی آنرا به کاتد دیود (قطب منفی) وصل شود . در این زمان اهم متر مقاومت زیادی را نشان می دهد، زیرا در سیم مثبت اهم متر جریان منفی برقرار می شود و این جریان توان عبور از دیود را ندارد و اگر سیمها را جابه جا کنیم جریان از دیود عبور می کند و دستگاه مقاومت کمتری را نشان می دهد.

انواع دیود:

1.دیودهای معمولی

2- دیودهای زنر

3- دیودهای نوری

4- دیودهای تونل

5.فتو دیود

 

دیود زنر   Zener Diode:

همانطور که اطلاع داریم دیود در مقابل عبور جریان معکوس مقاومت زیادی از خود نشان می دهد لذا جریان معکوس به مقدار خیلی کم از دیود عبور می کند،که افت ولتاژی برابر با 0.2 v برای دیود های ژرمانیوم و حدود0.7 v     برای دیودهای  سیلیسیم در دو طرف دیود ایجاد می کند از این خاصیت برای ساخت دیودهای زنر استفاده می کنند.بطوری که ترکیبات داخلی دیود را طوری می گیرند تا در مقابل عبور جریان معکوس بیشتر مقاومت کمتری نشان دهد.لذا دیود زنر برای تثبیت ولتاژ به کار می رود، ولتاژی که دیود زنر نگاه می دارد جزء مشخصات این دیود محسوب می شود و از مشخصات دیگر دیود زنر مقدار جریان مدار است.

دیود نوری  Light Emiting Diode(LED):

نوعی دیود که به عنوان لامپ از آن استفاده می شود و از موادی ساخته شده که در مقابل عبور جریان ،نور از خود ساطع می کند وبه رنگهای مختلف (قرمز- زرد- سبز-آبی)ساخته می شود.مواد شیمیایی که در ساخت این نوع دیود مورد استفاده قرار می گیرد عبارتند از ترکیبات:گالیوم،فسفات و روی.اصولا دیود نوری جریان بسیار ضعیفی کمتر از10 mA ،از خود عبور می دهد و در مقابل جریان مخالف مقاومت کمتری دارند و خیلی زود خراب می شوند لذا برای استفاده از آنها در مدارهای جریان متناوب یک دیود دیگر که می تواند به صورت سری یا موازی نصب شود،دیود نوری را از سوختن محافظت می نماید. دیودهای نوری در ساخت مدارهای دیجیتال برای نوشتن اعداد صفر تا نه به کار بروند بدین ترتیب که از هفت دیود نوری که به صورت استوانه کوچک ساخته شده ، استفاده می شودو به آنها seven segment می گویند.

دیود تونلTunel Diode  :

این دیود در مقابل عبور جریان قطر لایه بین دو کریستال آن تغییر می کند و کاربرد آن در مدارهای نوسان ساز  می باشد . دیود تونل می تواند در فرکانسهای بسیار بالا (High Frequency ) تا حدود یک گیگا سیکل نوسان کند .

فتو دیود : 

در ظاهر ساختمان آن مانند دیودهای معمولی است با این تفاوت که در مقابل جذب نور دچار تغییرات شیمیایی داخلی شده و اجازه عبور جریان را  می دهد که از این خاصیت در صنعت استفاده می باشد و کاربرد این عنصر بیشتر در دستگاههایی می باشد که چشم الکترونیکی دارند . ترانزیستورها هم از این خاصیت استفاده می کنند .

کاربرد دیود:

1.ساختن مدارات یکسو کننده

2.ساخت مدارات  جند برابر کننده ولتاژ

3.مدارات برش دهنده یا محدود کنندهclipper

4.مدارات جابجا کننده clamper

 

دیود چیست و چگونه کار می کنند؟

شرکت در آزمون
برای شرکت در آزمون می بایست وارد سیستم شوید
در اثر اتصال یک نیمه رسانای نوع n به یک نیمه رسانای نوع p قطعه ای به نام پیوند p-n (دیود) حاصل می شود. بر اثر این اتصال کمی الکترون از بخش n به بخش p آمده و کمی هم حفره از بخش p به بخش n آمده و باعث می شود یک میدان الکتریکی درون این قطعه حاصل شود. حال که این قطعه در مدار قرار می گیرد اگر میدان الکتریکی دو سر این قطعه خلاف جهت میدان الکتریکی درونی باشد، میدان الکتریکی درونی خنثی شده و جریان الکتریکی در آن جهت برقرار می شود ولی اگر میدان الکتریکی دو سر قطعه هم سو با میدان درونی باشد ، جریان الکتریکی در آن جهت عبور داده نمی شود.
مروری بر گذشته
در مقاله های قبلی با مواد نیمه  رسانا و برخی ویژگی های آن آشنا شدیم و این مواد را از دیدگاه نظریه‌ی نواری بررسی کردیم. همچنین آموختیم که در نیمه  رسانا می توان با افزودن مقادیر کمی ناخالصی رسانش الکتریکی را به صورت شگفت  انگیزی افزایش داد. گفتیم سیلیسیوم (Si) و ژرمانیوم (Ge) دو نیمه  رسانای معروف هستند که هر کدام 4 الکترون ظرفیت دارند. اگر آن ها را با عناصری که اتم‌هایشان 5 الکترون ظرفیت دارند، نظیر ارسنیک (As) یا فسفر (P) آلایش دهیم، نیمه  رسانای نوع n تولید می شود و اگر آن ها را با عناصری که اتم هایشان 3 الکترون ظرفیت دارند، نظیر بور (B) یا آلومینیوم (Al) آلایش دهیم، نیمه  رسانای نوع p تولید می شود.
اشاره کردیم که در نیمه  رسانای نوع n، الکترون های نوار رسانش بیشتر از حفره  های نوار ظرفیت نقش حامل های بار الکتریکی را دارند. بنابراین می گوییم در نیمه  رسانای نوع n الکترون ها حامل اکثریت هستند (در مقابل حفره  ها حامل اقلیت هستند). در نیمه  رسانای نوع p، حفره  های نوار ظرفیت بیشتر از الکترون های نوار رسانش نقش حامل های بار الکتریکی را دارند. بنابراین می گوییم در نیمه  رسانای نوع p حفره  ها حامل اکثریت هستند (در مقابل الکترون ها حامل اقلیت هستند). اکنون در ادامه  ی مباحث قبل می خواهیم درباره ی یک ویژگی بسیار جالب نیمه  رسانا صحبت کنیم. این ویژگی اساسِ کارِ بسیاری از قطعات الکترونیکی است که ما در رایانه، تلفن همراه، حافظه و ... از آن‌ها استفاده می کنیم.


یک ماجرای جالب
.
.
.
لطفا وارد نشوید!
اگر یک نیمه  رسانای نوع n را به یک نیمه¬ رسانای نوع p متصل کنیم، قطعه  ای حاصل می شود که آن را پیوند p-n می گوییم. پیوند p-n ویژگی جالب توجهی دارد که شنیدن آن خالی از لطف نیست.
همانگونه که می دانیم حامل  های اکثریت در نیمه  رسانای نوع n از جنس الکترون های آزاد و در نیمه  رسانای نوع p از جنس حفره  های آزاد هستند. در اثر اتصال این دو نیمه  رسانا به یکدیگر، تعدادی از الکترون های نیمه  رسانای نوع n به سمت نیمه  رسانای نوع p می روند و تعدادی از حفره  های نیمه  رسانای نوع p به سمت نیمه  رسانای نوع n منتقل می شوند. علت این انتقال پدیده ای به نام نفوذ است که ما بارها آن را پیرامون خود مشاهده کردیم.


فعالیت1
مواد و وسایل مورد نیاز: مقداری جوهر رنگی، مقداری آب، یک ظرف شیشه  ای مثل بِشِر یا لیوان، یک قطره چکان.
شرح فعالیت: مقداری آب درون ظرف شیشه  ای بریزید به گونهای که ظرف تقریبا پُر شود. با استفاده از قطره چکان یک قطره جوهر رنگی درون آب بیاندازید. چه روی می دهد؟

filereader.php?p1=main_daa8f13c9d65da091


تصویر1: لحظات اولیه چکاندن قطره

filereader.php?p1=main_dfc0e642be3044e9f

تصویر2: توزیع یکنواخت قطره رنگی در آب

همان گونه که در تصویر1 مشاهده می کنیم ذرات جوهر از جایی که تعدادشان بیشتر است به جایی که تعدادشان کمتر است منتقل می شوند؛ به گونه  ای که به تدریج در همه جا به یک اندازه توزیع می‌شوند و تمامی آب رنگی می شود (تصویر2). به این پدیده، یعنی انتقال خودبخودی ذرات از جایی که تعدادشان بیشتر است به جایی که تعدادشان کمتر است، نفوذ می گوییم.
هنگام اتصال دو قطعه  ی نیمه  رسانای نوع n و p به یکدیگر، تعدادی از الکترون ها که در نیمه‌رسانای نوع n حامل اکثریت هستند، در اثر پدیده ی نفوذ به سمت نیمه  رسانای نوع p می روند. همچنین تعدادی از حفره  ها که در نیمه¬ رسانای نوع p حامل اکثریت هستند نیز در اثر پدیده ی نفوذ به سمت نیمه  رسانای نوع n می روند.

filereader.php?p1=main_628aadbeabbe1c09e


تصویر3- یک پیوند p-n

به تصویر3 نگاه کنید. در اثر انتقال الکترون ها از n به p، تعدادی از اتم های نیمه  رسانا در سمت n که یک الکترون خود را از دست داده  اند، به یونی با بار مثبت تبدیل می شوند. همچنین به صورت برعکس، در اثر انتقال حفره  ها از p به n، تعدادی از اتم های نیمه  رسانا در سمت p که یک حفره از دست داده‌اند، به یونی با بار منفی تبدیل می شوند. می دانیم که بر خلاف الکترون ها و حفره  ها که می توانند آزادانه حرکت کنند، یون  ها در جای خود ثابت می  مانند و حرکت نمی کنند. الکترون های آزاد و حفره های آزاد که از دو طرف می آیند با یکدیگر ترکیب می شوند و اثر هم را خنثی می کنند. بنابراین تعداد حاملان بار الکتریکی، که همان الکترون ها و حفره  ها هستند، در این ناحیه کم می شود. این ناحیه را که تعداد حاملان بار الکتریکی در آن بسیار کم است، ناحیه ی تهی می گوییم.

فعالیت2
مواد و وسایل مورد نیاز: 2 میله  ی کوچک شیشه  ای (در همه  ی آزمایشگاه ها می توانید پیدا کنید)، مقداری پارچه  ی پشمی، تکه  های کوچک کاغذ.

شرح فعالیت:
1- یک میله  ی شیشه  ای را با پارچه  ی پشمی مالش دهید و سپس آن را به تکه  های کاغذ نزدیک کنید. چه روی می دهد؟
2- هر دو میله  ی شیشه  ای را با پارچه  ی پشمی مالش دهید و آن ها را به یکدیگر نزدیک کنید. این بار چه روی می دهد؟
فضایی که پیرامون اجسام باردار الکتریکی شکل می  گیرد و در این فضا به اجسام دیگر نیروی جاذبه یا دافعه الکتریکی وارد می‌شود را میدان الکتریکی می گوییم. قرار می‌گذاریم (قرارداد می‌کنیم) که جهت میدان الکتریکی از بار مثبت به سمت بار منفی باشد. اگر جسمی باردار درون میدان الکتریکی قرار گیرد، از بار همنام خود دفع شده و به بار ناهمنام خود جذب می شود. این سبب می‌شود که اجسام با بار مثبت درون میدان الکتریکی هم جهت میدان (به سمت بار منفی) حرکت  کنند و اجسام با بار منفی، خلاف جهت میدان (به سمت بار مثبت) حرکت کنند.

filereader.php?p1=main_3e61ea5e7b685bb33

تصویر4- میدان الکتریکی بار منفی خلاف جهت میدان و بار مثبت هم‌جهت میدان حرکت می‌کند. جهت میدان الکتریکی با بردارهای آبی مشخص شده است.

همان‌گونه که بیان کردیم در اثر پدیده‌ی نفوذ، حامل‌های اکثریت بار الکتریکی از هر دو طرف به سمت یکدیگر حرکت می کنند و اثر هم را خنثی می کنند. بنابراین یون های ثابت با بار مثبت در سمت n و یون های ثابت با بار منفی در سمت p باقی می ماند. این ناحیه را ناحیه  ی تهی نامیدیم. ناحیه  ی تهی دارای عرض محدودی است. زیرا در اثر وجود یون های ثابت مثبت و منفی در طرفین آن، یک میدان الکتریکی داخلی در ناحیه ی تهی به وجود می آید. از آن جاییکه جهت میدان الکتریکی از مثبت به منفی است، پس جهت این میدان داخلی از سمت یون های مثبت به سمت یون های منفی است، یعنی از n به p. وجود این میدان الکتریکی داخلی، مانع ادامه  ی نفوذ الکترون های آزاد به سمت p و حفره های آزاد به سمت n می شود (زیرا الکترون ها بار الکتریکی منفی دارند و به صورت خودبخودی خلاف جهت میدان الکتریکی حرکت می کنند. همچنین حفره  ها بار الکتریکی مثبت دارند و به صورت خودبخودی هم  جهت میدان الکتریکی حرکت می کنند). تصویر5 را ببینید.

filereader.php?p1=main_c672c7807147fbdaf

تصویر5- ایجاد ناحیه تهی و جهت میدان الکتریکی داخلی

بنابراین نفوذ الکترون های آزاد و حفره  های آزاد تا جایی ادامه می یابد که میدان الکتریکی داخلی دیگر اجازه  ی نفوذ حاملان بار را ندهد. در این هنگام عرض ناحیه  ی تهی دیگر بیشتر نمی شود و تقریبا ثابت می  ماند.
این ویژگی جالب سبب می‌شود که که هرگاه پیوند p-n در مدار الکتریکی قرار بگیرد، جریان الکتریکی را فقط از یک سو عبور  دهد. در واقع الکترون ها از یک سو اجازه ی عبور دارند و از سوی دیگر اجازه‌ی عبور ندارند! (لطفا وارد نشوید!)
همان گونه که بیان کردیم میدان الکتریکی داخلی در ناحیه  ی تهیِ پیوندِ p-n، مانع از ادامه  ی نفوذ حاملان بار الکتریکی در دو طرف می شود و بنابراین جریان الکتریکی نمی تواند از آن عبور کند. اکنون اگر یک میدان الکتریکی قوی تر از میدان الکتریکی داخلی و خلاف جهت آن، به دو طرف پیوند p-n اعمال کنیم، اثر میدان داخلی از بین می رود و در اثر این میدان الکترون های آزاد می‌توانند منتقل شوند. برای این کار کافی است پایانه  ی مثبت منبع ولتاژ (نظیر یک باتری) را به سمت p و پایانه ی منفی منبع ولتاژ را به سمت n متصل کنیم. در پیوندهای p-n که از ماده نیمه  رسانای سیلیسیوم ساخته می شوند و در قطعات الکترونیکی استفاده می شود، برای غلبه بر میدان الکتریکی داخلی، تقریبا ولتاژ 0/7 ولت کافی است. بنابراین با این کار الکترون های آزاد می توانند هم جهت میدان الکتریکی داخلی (در واقع خلاف جهت میدان الکتریکی خارجی که بزرگتر است) حرکت کنند و موجب رسانش الکتریکی شوند (تصویر6).

filereader.php?p1=main_955308098d929de21

تصویر6- اتصال منبع ولتاژ الکتریکی به یک پیوند p-n به صورتی که پایانه مثبت به p و پایانه منفی به n متصل است.

اما اگر جهت پایانه  های باتری را برعکس متصل کنیم، یعنی پایانه  ی منفی را به p و پایانه  ی مثبت را به n اتصال دهیم، میدان الکتریکی خارجی هم جهت میدان الکتریکی داخلی ایجاد می شود و جریان الکتریکی برقرار نمی شود (تصویر7).

filereader.php?p1=main_94387bbb271592bf7


تصویر7- اتصال منبع ولتاژ الکتریکی به یک پیوند p-n به صورتی که پایانه مثبت به n و پایانه منفی به p متصل است.

در الکترونیک به قطعه  ای که دارای یک پیوند p-n هست، دیود می گوییم. در تصویر8 یک دیود واقعی را مشاهده می کنیم.

filereader.php?p1=main_28a41f24c1b02db5e


تصویر8- یک دیود واقعی که از یک پیوند p-n تشکیل شده است
 
 
 
یکسو ساز نیم موج با استفاده از یک دیود.

در مطلب قبل راجع به دیودهای زنر و سیگنال صحبت کردیم و ضمن آوردن مثال، توضیح دادیم که این دیودها چگونه کار میکنند. حال در ادامه این مجموعه مطالب ابتدا به تشریح مختصر دیود های یکسو کننده میپردازیم.

 

دیود های یکسوساز عموما" در مدارهای جریان متناوب بکار برده می شوند تا با کمک آنها بتوان جریان متناوب (AC) را به مستقیم (DC) تبدیل کرد. این عملیات یکسوسازی یا Rectification نامیده می شود.

از مشهورترین این دیودها می توان به انواع دیودهای 1N400x و یا 1N540x اشاره کرد که دارای ولتاژ کاری بین 50 تا بیش از 1000 ولت هستند و می توانند جریان های بالا را یکسو کنند. این ولتاژ، ولتاژی است که دیود می تواند بدون شکسته شدن - سوختن - در جهت معکوس آنرا تحمل کند.

دیودهای یکسوساز معمولآ از سیلیکون ساخته می شوند و ولتاژ بایاس مستقیم آنها حدود 0.7 ولت می باشد.

یکسو سازی جریان متناوب با یک دیود
شما می توانید با قرار دادن فقط یک دیود در مسیر جریان متناوب مانع از گذر سیکل منفی جریان در جهت مورد نظر در مدار باشید به شکل اول دقت کنید که چگونه قرار دادن یک دیود در جهت موافق، فقط به نیم سیکل های مثبت اجاز خروج به سمت بار را می دهد. به این روش یکسوسازی نیم موج یا Half Wave گفته می شود.

بدیهی است برای بالابردن کیفیت موج خروجی و نزدیک کردن آن به یک ولتاژ مستقیم باید در خروجی از خازن هایی با ظرفیت بالا استفاده کرد. این خازن در نیم سیکل مثبت شارژ می شود و در نیم سیکل منفی در غیاب منبع تغذیه، وظیفه تغذیه بار را بعهده خواهد داشت.

 

Half Wave Rectifier
یکسو ساز تمام موج با استفاده از پل دیود.
 

پل دیود یا Bridge Rectifiers
اما برای آنکه بتوانیم از نیمه منفی موج ورودی که در نیمی از سیکل جریان امکان عبور به خروجی را ندارد، استفاده کنیم باید از مداری بعتوان پل دیود استفاده کنیم. پل دیود همانطور که از شکل دوم مشخص است متشکل از چهار دیود به یکدیگر متصل می باشد. جریان متناوب به قسمتی که دو جفت آند و کاتد به یکدیگر متصل هستند وصل می شود و خروجی از یک جف آند و یک جفت کاتد به یکدیگر متصل شده گرفته می شود.

 

روش کار به اینصورت است که در سیکل مثبت مدار دیودهای 1 و 2 عمل کرده و خروجی را تامین میکنند و در سیکل منفی مدار دیودهای 3 و 4 عمل می کند و باز خروجی را در همان وضعیت تامین می کند

 

دیود چیست ؟ گزارش در رابطه با کار کرد اصلی دیود ها@

مقدمه

دیودها جریان الکتریکی را در یک جهت از خود عبور می‌‌دهند و در جهت دیگر در مقابل عبور جریان از خود مقاومت بالایی نشان می‌‌دهند. این خاصیت آنها باعث شده بود تا در سالهای اولیه ساخت این وسیله الکترونیکی ، به آن دریچه یا Valve هم اطلاق شود. از لحاظ الکتریکی یک دیود هنگامی عبور جریان را از خود ممکن می‌‌سازد که شما با برقرار کردن ولتاژ در جهت درست (+ به آند و - به کاتد) آنرا آماده کار کنید. مقدار ولتاژی که باعث می‌شود تا دیود شروع به هدایت جریان الکتریکی نماید ولتاژ آستانه یا (forward voltage drop) نامیده می‌شود که چیزی حدود 0.6 تا 0.6 ولت می‌‌باشد.
ولتاژ معکوس

هنگامی که شما ولتاژ معکوس به دیود متصل می‌‌کنید (+ به کاتد و - به آند) جریانی از دیود عبور نمی‌کند، مگر جریان بسیار کمی که به جریان نشتی یا Leakage معرف است که در حدود چند µA یا حتی کمتر می‌‌باشد. این مقدار جریان معمولآ در اغلب مدارهای الکترونیکی قابل صرفنظر کردن بوده و تأثیر در رفتار سایر المانهای مدار نمی‌گذارد. اما نکته مهم آنکه تمام دیودها یک آستانه برای حداکثر ولتاژ معکوس دارند که اگر ولتاژ معکوس بیش از آن شود دیود می‌‌سوزد و جریان را در جهت معکوس هم عبور می‌‌دهد. به این ولتاژ آستانه شکست یا Breakdown گفته می‌شود.
دسته بندی دیودها

در دسته بندی اصلی ، دیودها را به سه قسمت اصلی تقسیم می‌‌کنند، دیودهای سیگنال (Signal) که برای آشکار سازی در رادیو بکار می‌‌روند و جریانی در حد میلی آمپر از خود عبور می‌‌دهند، دیودهای یکسو کننده (Rectifiers) که برای یکسو سازی جریانهای متناوب بکار برده می‌‌شوند و توانایی عبور جریانهای زیاد را دارند و بالاخره دیودهای زنر (Zener) که برای تثبیت ولتاژ از آنها استفاده می‌شود.
اختراع دیود پلاستیکی (plastic diode)

محققان فیزیک دانشگاه اوهایو (Ohio State University) توانستند دیود تونل پلیمری اختراع کنند. این قطعه الکترونیکی منجر به ساخت نسل آینده حافظه‌های پلاستیکی کامپیوتری و چیپهای مدارات منطقی خواهد شد. این قطعات کم مصرف و انعطاف پذیر خواهند بود. ایده اصلی از سال 2003 که یک دانشجوی کارشناسی دانشگاه اوهایو ، سیتا اسار ، شروع به طراحی سلول خورشیدی پلاستیکی نمود بوجود آمد. تیم پژوهشی توسط پاول برگر (Paul Berger) ، پروفسور الکترونیک و مهندسی کامپیوتر و همچنین پروفسور فیزیک دانشگاه اوهایو رهبری می‌شود

· دیود چیست ؟ از اتصال دولایه p & n دیود درست می شود

1- بعد از پیوند نیمه هادی نوع p & n کنار یکدیگر ، الکترونهای آزاد و حفره ها از محل پیوند عبور کرده ، با هم ترکیب می شوند و تشکیل یک لایه سد یا عایق می دهند .

2-یک منطقه تخلیه در محل پیوند ها ایجاد می شود که فاقد الکترونهای آزاد و حفره ها می باشد ، لکن اتمهایی که الکترون از دست داده و یا گرفته اند ، در دو طرف لایه سد و در منطقه تخلیه وجود دارند

-3 اتمهای یونیزه شده ، ایجاد سد پتانسیل می کنند که برای نیمه هادی ژرمانیومی حدود ۰.۲ ولت است و برای نیمه هادی سیلسیمی حدود ۰.۶ ولت است .

4- سد پتانسیل باعث که از حرکت و ترکیب بیشتر الکترونها و حفره ها در لایه سد جلوگیری به عمل آید .

5- کریستال نیمه هادی نوع p دارای بار الکتریکی مثبت و کریستال نیمه هادی n دارای بار الکتریکی منفی می باشد .

· بایاس دیود

وصل کردن ولتاژ به دیود را بایاس کردن دیود می گویند .

1-بایاس مستقیم

اگرنیمه هادی نوع p به قطب مثبت باتری و نیمه هادی نوع n به قطب منفی آن وصل شود و ولتاژ از پتانسیل سد دیود بیشترباشد ، در مدار جریان بر قرار خواهد شد .

2-بایاس معکوس

اگر قطب مثبت باتری به نیمه هادی نوع n وصل شود و قطب منفی باتری به نیمه هادی نوع p وصل شود ، جریانی در مدار نخواهیم داشت .

· تست دیود

همانطور که گفته شد اگر دوید در بایاس موافق یا معکوس قرار بگیرد جریان را از خود عبور می دهد و ما می توانیم دیود را با یک مدار ساده سری کنیم ( البته با رعایت قطبهای دیود و باتری ) اگر مدار شروع به کار کرد پس دیود سالم است و در غیر این صورت دیود سوخته شده است .

· انواع دیود ها

1- دیود اتصال نقطه ای

2- دیود زنر

3-دیود نور دهنده LED

4- دیود خازنی ( واراکتور )

5- فتو دیود

· دیود اتصال نقطه ای

دیود های معمولی در بایاس معکوس ایجاد ظرفیت خازنی ( حدود PF ) می کنند . اگر بخواهیم در فرکانس های بالا به کار می بریم ، به علت ظرفیت خازنی در بایاس معکوس ، جریان در مدار عبور می کند . چون در فرکانس های بالا مقاومت دیود کم می شود . برای جلوگیری از این کار از دیود اتصال نقطه ای استفاده می کنیم

· دیود نوردهنده LED

این دوید از دو نوع نیمه هادی P & N تشکیل شده است . هر گاه این دیود ، در بایاس مستقیم ولتاژی قرار گیرد و شدت جریان به اندازه کافی باشد ، دیود ، از خود نور تولید می کند . نور تولید شده در محل اتصال دو نیمه هادی تشکیل می شود . نور تولیدی بستگی به جنس به کار برده شده در نیمه هادی دارد . این لامپ چند مزایا بر لامپ های معمولی دارد که عبارتند از :

1- کوچک بودن و نیاز به فضای کم

2- محکم بودن و داشتن عمر طولانی ( حدود صد هزار ساعت کار )

3- قطع و وصل سریع نور

4- تلفات حرارتی کم

5- ولتاژ کار کم ، بین ۱.۷ ولت تا 3.3 ولت

6- جریان کم حدود چند میلی آمپر با نور قابل رویت

7- توان کم ، حدود ۱۰ تا ۱۵۰ میلی وات



· دیود خازنی ( واراکتور )

این دیود از دو نیمه هادی نوع P & N تشکیل می شود . دیود خازنی در واقع دیودی است که به جای خازن بکار می رود و مقدار ظرفیت آن با ولتاژ دو سر آن رابطه عکس دارد

· فتو دیود

این دیود از دو نیمه هادی نوع P & N تشکیل می شود . با این تفاوت که محل پیوند P & N ، جهت تابانیدن نور به آن از مواد پلاستیکی سیاه پوشیده نمی باشد ، بلکه توسط شیشه و یا پلاستیک شفاف پوشیده می گردد تا نور بتواند با آسانی به آن بتابد . روی اکتر فتو دیود ها یک لنز بسیار کوچک نصب می شود تا بتواند نور تابانیده شده به آن را متمرکز کرده و به محل پیوند برساند .
دیود واراکتور

در الکترونیک کی از انواع دیودهایی که با ظرفیت خازنی متغیر ، دیود واراکتور (دیود واریکاپ) یا دیود تنظیمی است . مقدار این ظرفیت خازنی تابعی است از ولتاژی که به پایه های دیود می دهیم .

بطور معمول دیود واراکتور در آمپلی فایرهای پارامتری ، اسیلاتور های پارامتری و اسیلاتور کنترل شده با ولتاژ ( یکی از اجزا اساسی حلقه قفل شده فاز و سینتی فاز ها ی فرکانس است . ولی عمده ترین کاربرد آن درخازن کنترل شده با ولتاژ است . در بعضی موارد هم از این دیود می توان به عنوان یکسوسازی استفاده کرد .

· دیود پیوندی

از پیوند دو نوع نیم رسانای n و p یک قطعه الکترونیکی به نام دیود بوجود می‌آید که در انواع مختلفی در سیستمهای مخابرات نوری ، نمایشگرهای دیجیتالی ، باتری‌های خورشیدی و ... مورد استفاده قرار می‌گیرد.
دیود یک قطعه ‌الکترونیکی است که ‌از به هم چسباندن دو نوع ماده n و p (هر دو از یک جنس ، سیلیسیم یا ژرمانیم) ساخته می‌شود. چون دیود یک قطعه دو پایانه ‌است، اعمال ولتاژ در دو سر پایانه‌هایش سه حالت را پیش می‌آورد.دیود بی بایاس یا بدون تغذیه که ولتاژ دو سر دیود برابر صفر است و جریان خالص بار در هر جهت برابر صفر است.بایاس مستقیم یا تغذیه مستقیم که ولتاژ دو سر دیود بزرگتر از صفر است که ‌الکترونها را در ماده n و حفره‌ها را در ماده p تحت فشار قرار می‌دهد تا یونهای مرزی با یکدیگر ترکیب شده و عرض ناحیه تهی کاهش یابد. (گرایش مستقیم دیود). تغذیه یا بایاس معکوس که ولتاژ دو سر دیود کوچکتر از صفر است، یعنی ولتاژ به دو سر دیود طوری وصل می‌شود که قطب مثبت آن به ماده n و قطب منفی آن به ماده p وصل گردد و به علت کشیده شدن یونها به کناره عرض ناحیه تهی افزایش می‌یابد (گرایش معکوس دیود).

· مشخصه دیود در گرایش مستقیم

فرض کنید توسط مداری بتوانیم ولتاژ دو سر یک دیود را تغییر دهیم و توسط ولتمتر و آمپرمتر ولتاژ و جریان دیود را در هر لحظه اندازه گیری کرده ،بر روی محورهای مختصات رسم نماییم.جریان I در جهتی است که دیود قادر به عبور آن است .به همین علت اصطلاحاَ گفته می شود دیود در گرایش مستقیم یا بایاس مستقیم است . در هر حال اگر توسط پتانسیومتر ولتاژ دو سر دیود را از صفر افزایش دهیم ،مشاهده می شود تا ولتاژ به خصوصی ، جریان قابل ملاحظه ای از دیود عبور نمی کند.به این ولتاژ زانو می گویند ،این ولتاژبرای دیودهای از جنس ژرمانیم 2/0 ولت و برای دیودهای سیلیسیم 7/0 ولت است .تا ولتاژ زانو اگرچه دیود در جهت مستقیم است ، اما هنوز دیود روشن نشده است .از این ولتاژ به بعد ، به طور ناگهان جریان در مدار افزایش یافته و هرچه ولتاژ دیود را افزایش دهیم ، جریان دیود افزایش می یابد .

· مشخصه دیود در گرایش معکوس

هرگاه جهت دیود را تغییر داده یعنی برعکس حالت گرایش مستقیم ، در جهت بایاس معکوس جریان مدار خیلی کم بوده و همچنین با افزایش ولتاژ معکوس دو سر دیود جریان چندان تغییر نمی کند به همین علت به آن جریان اشباع دیود گویند که این جریان حاصل حاملهای اقلیت می باشد . حدود مقدار این جریان برای دیودهای سیلیسیم ،نانو آمپر و برای دیودهای ژرمانیم حدود میکرو آمپر است. ارگ ولتاژ معکوس دیود را همچنان افزایش دهیم به ازاء ولتاژی ، جریان دیود به شدت افزایش می یابد . ولتاژ مزبور را ولتاژ شکست دیود می نامند و آنرا با VB نشان می دهند . دیودهای معمولی ،اگر در ناحیه شکست وارد شوند از بین می روند .(اصطلاحاَ می سوزند).
بنابر این ولتاژ شکست دیود یکی از مقادیر مجاز دیود است که توسط سازنده معین می گردد و استفاده کننده از دیود باید دقت نماید تا ولتاژ معکوس دیود به این مقدار نرسد.

البته در حالت مستقیم نیز جریان دیود اگر از حدی تجاوز نماید به علت محدودیت توان دیودباعث از بین رفتن دیود می گردد.این مقدار نیز یکی از مقادیر مجاز دیود است و به آن جریان مجاز دیود گفته می شود و توسط سازنده دیود معین می گردد.


· دیود متغییر

وقتی که دیودی در بایاس معکوس قرار می‌گیرد، با افزایش ولتاژ معکوس لایه تهی تقریبا فاقد حاملهای بار الکتریکی است، شبیه به یک عایق یا دی‌الکتریک عمل می‌کند. از سوی دیگر نواحی n و p شبیه به رسانای خوب عمل می‌کنند. با یک تجسم ساده می‌توان نواحی p و n را در دو طرف لایه تهی مانند یک خازن تخت موازی در نظر گرفت. از این جهت ظرفیت این خازن تخت موازی را ظرفیت خازن انتقال یا ظرفیت لایه تهی گویند. ظرفیت خازن انتقال (Ct) هر دیود با افزایش ولتاژ معکوس کاهش می‌یابد. دیودهای سیلسیوم که برای این اثر ظرفیتی طراحی و بهینه شده‌اند، دیود با ظرفیت متغیر یا ورکتور نام دارند.


ساخت دیود متغیر

در دیود متغیر ، رابطه ظرفیت دیود با پتانسیل گرایش معکوس به صورت است، که اگر پیوند خطی باشد، است. ولی اگر پیوند تیز باشد، است. پس حساسیت ولتاژ برای یک پیوند تیز بیشتر از پیوند شیبدار خطی است. به این دلیل ورکتور غالبا با روشهای آلیاژی یا رشد رونشستی و یا کاشت یونی ساخته می‌شوند.
مشخصات لایه رونشستی و ناخالصی بستر را می‌توان طوری انتخاب کرد که پیوندهای با نمای n بزرگتر از بدست آید. چنین پیوندهایی فوق تیز نامیده می‌شوند. ورکتور موازی با یک القاگر تشکیل یک مدار تشدید می‌دهد. با تغییر ولتاژ معکوس ورکتور می‌توانیم فرکانس تشدید را تغییر بدهیم. این کنترل الکترونیکی فرکانس تشدید در موارد مختلف مدارهای الکترونیکی کاربرد فراوان دارد.

کاربرد دیود متغیر

دیود متغیر یا ورکتور به شکل متداولتری برای بهره‌گیری ویژگی‌های ولتاژ متغیر ظرفیت بکار می‌رود. مثلا یک ورکتور با مجموعه‌ای از ورکتورها را می‌توان در طبقه تنظیم ، که گیرنده رادیویی به جای خازن حجیم صفحه متغیر ظرفیت مورد استفاده قرار داد. در این صورت اندازه مدار می‌تواند بسیار کوچک شده قابلیت اطمینان آن بهتر شود. از دیگر کاربردهای ورکتورها می‌توان به تولید رمونی‌ها ، ضرب فرکانس‌های مایکرویو ، فیلتر‌های فعال اشاره کرد.

· دیود زنر

دیود های زنر یا شکست ، دیود های نیمه هادی با پیوند p-n هستند که در ناحیه بایاس معکوس کار کرده و دارای کاربردهای زیادی در الکترونیک ، مخصوصآ به عنوان ولتاژ مبنا و یا تثبیت کننده ی ولتاژ دارند.
هنگامیکه پتانسیل الکتریکی دو سر دیود را در جهت معکوس افزایش دهیم در ولتاژ خاصی پدیده شکست اتفاق می افتد، بد ین معنی که با افزایش بیشتر ولتاژ ، جریان بطور سریع و ناگهانی افزایش خواهد داشت. دیود های زنر یا شکست دیود هایی هستند که در این ناحیه یعنی ناحیه شکست کار میکنند و ظرفیت حرارتی آنها طوری است که قادر به تحمل محدود جریانمعینی در حالت شکست می باشند، برای توجیه فیزیکی پدیده شکست دو نوع مکانیسم وجود دارد.مکانیسم اول در ولتاژهای کمتر از 6 ولت برای دیودهایی که غلظت حامل ها در آن زیاد است اتفاق می افتد و به پدیده شکست زنر مشهور است. در این نوع دیود ها به علت زیاد بودن غلظت ناخالصی ها در دو قسمت p و n ، عرض منطقه ی بار فضای پیوند باریک بوده و در نتیجه با قرار دادن یک اختلاف پتانسیل v بر روی دیود (پتانسیل معکوس) ، میدان الکتریکی زیادی در منطقه ی پیوند ایجاد می شود.
با افزایش پتانسیل v به حدی می رسیمکه نیروی حاصل از میدان الکتریکی ، یکی از پیوند های کووالانسی را می شکند. با افزایش بیشتر پتانسیل دو سر دیود از انجایی که انرژی یا نیروهای پیوند کووالانسی باند ظرفیت در کریستال نیمه هادی تقریبأ مساوی صفر است ، پتانسیل تغییر چندانی نکرده ، بلکه تعداد بیشتری از پیوندهای ظرفیتی شکسته شده و جریان دیود افزایش می یابد.آزمایش نشان میدهد که ضریب حرارتی ولتاژ شکست برای این نوع دیود منفی است ، یعنی با افزایش درجه حرارت ولتاژ شکست کاهش می یا بد. بنابر این دیود با ولتاژ کمتری به حالت شکست می رود (انرژی باند غدغن برای سیلیکن و ژرمانیم در درجه حرارت صفر مطلق بترتیب 1.21 و0.785 الکترون_ولت است، و در درجه حرارت 300 درجه کلوین این انرژی برای سیلیکن ev 1.1و برای ژرمانیم ev0.72 خواهد بود). ثابت می شود که می دان الکتریکی لازم برای ایجاد پدیده زنر در حدود 2*10است.
این مقدار برای دیود هایی که در آنها غلظت حامل ها خیلی زیاد است در ولتاژهای کمتر از 6 ولت ایجاد می شود . برای دیودهایی که دارای غلظت حاملهای کمتری هستند ولتاژ شکست زنر بالاتر بوده و پدیده ی دیگری بنام شکست بهمنی در آنها اتفاق می افتد (قبل از شکست زنر) که ذیلأ به بررسی آن می پردازیم. مکانیسم دیگری که برای پدیده شکست ذکر می شود ، مکانیسم شکست بهمنی است. این مکانیسم در مورد دیودهایی که ولتاژ شکست آنها بیشتر از 6 ولت است صادق می باشد . در این دیود ها به علت کم بودن غلظت ناخالصی ، عرض منطقه ی بار فضا زیاد بوده و میدان الکتریکی کافی برای شکستن پیوندهای کووالانسی بوجود نمی آید ، بلکه حاملهای اقلیتی که بواسطه انرژی حرارتی آزاد می شود ، در اثر میدان الکتریکی شتاب گرفته و انرژی جنبشی کافی بدست آورده و در بار فضا با یون های کریستال برخورد کرده و در نتیجه پیوندهای کووالانسی را می شکنند . با شکستن هر پیوند حاملهای ایجاد شده که خود باعث شکستن پیوند های بیشتر می شوند . بدین ترتیب پیوندها بطور تصاعدی یا زنجیری و یا بصورت پدیده ی بهمنی شکسته می شوند و این باعث می شود که ولتاژ دو سر دیود تقریبأ ثابت مانده و جریان آن افزایش یافته و بواسطه ی مدار خارجی محدود می شود . چنین دیود هایی دارای ضریب درجه ی حرارتی مثبت هستند . زیرا با افزایش درجه ی حرارت اتمهای متشکله کریستال به ارتعاش در آورده ، در نتیجه احتمال برخورد حاملهای اقلیت با یونها ، بهنگام عبور از منطقه بار فضا زیادتر می گردد.

وقتی که دیودی در بایاس معکوس قرار می‌گیرد، با افزایش ولتاژ معکوس لایه تهی تقریبا فاقد حاملهای بار الکتریکی است، شبیه به یک عایق یا دی‌الکتریک عمل می‌کند. از سوی دیگر نواحی n و p شبیه به رسانای خوب عمل می‌کنند. با یک تجسم ساده می‌توان نواحی p و n را در دو طرف لایه تهی مانند یک خازن تخت موازی در نظر گرفت. از این جهت ظرفیت این خازن تخت موازی را ظرفیت خازن انتقال یا ظرفیت لایه تهی گویند. ظرفیت خازن انتقال (Ct) هر دیود با افزایش ولتاژ معکوس کاهش می‌یابد. دیودهای سیلسیوم که برای این اثر ظرفیتی طراحی و بهینه شده‌اند، دیود با ظرفیت متغیر یا ورکتور نام دارند.

کاربرد دیود متغیر

دیود متغیر یا ورکتور به شکل متداولتری برای بهره‌گیری ویژگی‌های ولتاژ متغیر ظرفیت بکار می‌رود. مثلا یک ورکتور با مجموعه‌ای از ورکتورها را می‌توان در طبقه تنظیم ، که گیرنده رادیویی به جای خازن حجیم صفحه متغیر ظرفیت مورد استفاده قرار داد. در این صورت اندازه مدار می‌تواند بسیار کوچک شده قابلیت اطمینان آن بهتر شود. از دیگر کاربردهای ورکتورها می‌توان به تولید رمونی‌ها ، ضرب فرکانس‌های مایکرویو ، فیلتر‌های فعال اشاره کرد.
مشخصه دیود

وقتی که دیودی در بایاس معکوس قرار می‌گیرد، با افزایش ولتاژ معکوس لایه تهی تقریبا فاقد حاملهای بار الکتریکی است، شبیه به یک عایق یا دی‌الکتریک عمل می‌کند. از سوی دیگر نواحی n و p شبیه به رسانای خوب عمل می‌کنند. با یک تجسم ساده می‌توان نواحی p و n را در دو طرف لایه تهی مانند یک خازن تخت موازی در نظر گرفت. از این جهت ظرفیت این خازن تخت موازی را ظرفیت خازن انتقال یا ظرفیت لایه تهی گویند. ظرفیت خازن انتقال (Ct) هر دیود با افزایش ولتاژ معکوس کاهش می‌یابد. دیودهای سیلسیوم که برای این اثر ظرفیتی طراحی و بهینه شده‌اند، دیود با ظرفیت متغیر یا ورکتور نام دارند.


انواع دیودهای پیوندی
دیود های نور گسل

در دیودی که بایاس مستقیم دارد، الکترونهای نوار رسانش از پیوندگاه عبور کرده و به داخل حفره‌ها می‌افتند. این الکترونها به هنگام صعود به نوار رسانش انرژی دریافت کرده بودند که به هنگام برگشت به نوار ظرفیت انرژی دریافتی را مجددا تابش می‌کنند. در دیودهای یکسوساز این انرژی به صورت گرما پس داده می‌شود، ولی دیودهای نور گسل LED این انرژی را به صورت فوتون تابش می‌کنند.
فوتودیودها

انرژی گرمایی باعث تولید حامل‌های اقلیتی‌ در دیود می‌گردد. با افزایش دما جریان دیود در بایس معکوس افزایش می‌یابد. انرژی نوری هم همانند انرژی گرمایی باعث بوجود آمدن حاملهای اقلیتی ‌می‌گردد. کارخانه‌های سازنده با تعبیه روزنه‌ای کوچک برای تابش نور به پیوندگاه دیودهایی را می‌سازند که فوتودیود نامیده می‌شوند. وقتی نور خارجی به پیوندگاه یک فوتودیود که بایس مستقیم دارد فرود آید، زوجهای الکترون _ حفره در داخل لایه تهی بوجود می‌آیند. هرچه نور شدیدتر باشد، مقدار حاملهای اقلیتی ‌نوری افزایش یافته، در نتیجه جریان معکوس بزرگتر می‌شود. به ‌این دلیل فوتودیودها را آشکارسازهای نوری گویند.
وراکتور

نواحی p و n در دو طرف لایه تهی را می‌توان مانند یک خازن تخت موازی در نظر گرفت، ظرفیت این خازن تخت موازی را ظرفیت خازن انتقال یا ظرفیت پیوندگاه گویند. ظرفیت خازن انتقال CT هر دیود با افزایش ولتاژ معکوس کاهش می‌یابد. دیودهای سیلسیم که برای این اثر ظرفیتی طراحی و بهینه شده‌اند، دیود با ظرفیت متغییر یا وارکتور نام دارند. وراکتور موازی با یک القاگر تشکیل یک مدار تشدید را می‌دهد که با تغییر ولتاژ معکوس وراکتور می‌توانیم فرکانس تشدید را تغییر بدهیم.
دیودهای شاتکی

دیود شاتکی یک وسیله تک‌قطبی است که در آن به جای استفاده ‌از دو نوع نیمه ‌هادی p و n متصل به هم ، معمولا از یک نوع نیم ‌هادی سیلیسیم نوع n با یک اتصال فلزی مانند طلا – نقره یا پلاتین استفاده می‌شود. در هر دو ماده ‌الکترون حامل اکثریت را تشکیل می‌دهد. وقتی که دو ماده به هم متصل می‌شوند، الکترونها در ماده سیلیسیم نوع n فورا به داخل فلز نفوذ می‌کنند و یک جریان سنگینی از بارهای اکثریت بوجود می‌آید. دیود شاتکی لایه تهی ذخیره بار ندارد. کاربرد این دیود در فرکانس‌های خیلی بالاست.

کاربردها

قطعات پیوندی p - n در صنعت الکترونیک از اهمیت ویژه‌ای برخوردارند. به عنوان مثال دیود های نور افشان LED در نمایشگرهای دیجیتالی و گسیلنده‌های نور قرمز GaAs و InP بویژه برای سیستمهای مخابرات نوری مناسب هستند. آرایش لیزر نیم رسانا ، آشکارساز نوری را می‌توان در سیستم دیسک فشرده برای خواندن اطلاعات دیجیتال از دیسک چرخان مورد استفاده قرار داد.کاربرد بسیار مهم پیوندها به عنوان باری های خورشیدی است که ‌انرژی نوری جذب شده را به انرژی ‌الکتریکی مفید تبدیل می‌کنند. دیودهای با ظرفیت متغیر در تولید رمونی‌ها ، مخرب فرکانس‌های مایکروویو و فیلترهای فعال است. دیودهای زنر به عنوان مرجع در مدارهایی که نیازمند مقدار معینی از ولتاژ هستند، استفاده می‌شوند.
· دیود تونلی

دیود تونلی یک قطعه پیوندی p-n است که بر اساس تونل زنی مکانیک کوانتومی الکترونها از درون سد پتانسیل پیوند عمل می‌کند. چگونگی تونل زنی برای جریان معکوس در اصل اثر زنر است، هر چند مقدار اندکی گرایش معکوس برای شروع آن در دیودهای تونلی لازم است.
دیود تونلی تحت گرایش معکوس

تحت یک گرایش معکوس این امکان فراهم می‌شود که الکترونها از حالت پر نوار ظرفیت در زیر Eft به حالتهای خالی نوار هدایت در بالای Efn تونل بزنند. این شرایط مشابه اثر زنری است، با این تفاوت که هیچگونه گرایشی برای ایجاد حالت همپوشانی نوارها لازم نیست. با ادامه افزایش گرایش معکوس Efn به پایین آمدن خود در مقیاس انرژی نسبت به Efp ادامه داده و حالتهای پر بیشتری را از طرف p مقابل حالتهای خالی طرف n قرار می‌دهد. در نتیجه تونل زنی الکترونها از P به n با افزایش گرایش معکوس زیاد می‌شود.
دیود تونلی تحت گرایش مستقیم

وقتی یک گرایش مستقیم اعمال شود، Efn نسبت به Efp به اندازه qv در مقیاس انرژی افزایش می‌یابد. در نتیجه الکترونها زیر Efn در طرف n در مقابل وضعیتهای خالی بالای Efp در طرف P قرار می‌گیرند. این جریان مستقیم با افزایش گرایش مادامی که حالتهای پر بیشتری در مقابل حالتهای خالی قرار می‌گیرند، افزایش می‌یابد.

مقاومت فعال

در دیودهای تونلی با گرایش مستقیم ، هنگامی که Efn به افزایش خود نسبت به Efp ادامه می‌دهد، به نقطه‌ای می‌رسیم که در آن نوارها از مقابل هم می‌گذرند. در این حالت تعداد حالتهای پر در مقابل حالتهای خالی کاهش می‌یابد. این ناحیه از این جهت اهمیت دارد که کاهش جریان تونل زنی با افزایش گرایش ناحیه‌ای با شیب منفی تولید می‌کند. مقاومت فعال (دینامیک) dv/dt منفی است. این ناحیه با مقاومت منفی در بسیاری از کاربردها مفید است. اگر گرایش مستقیم بعد از ناحیه با مقاومت منفی افزایش یابد، جریان دوباره شروع به افزایش می‌کند.

کاربردهای مداری

مقاومت منفی دیود تونل را می‌توان برای کلید زنی ، نوسان ، تقویت و سایر عملیات مداری مورد استفاده قرار داد. این حوزه وسیع کاربردی همراه با این واقعیت که فرایند تونل زنی تاخیر زمانی رانش و نفوذ را ندارد، دیود تونلی را یک انتخاب طبیعی برای مدارهای بسیار سریع ساخته است.
باتریهای خورشیدی

امروزه برای تأمین توان الکتریکی مورد نیاز بسیاری از ماهواره‌های فضایی از آرایه‌های باتری خورشیدی از نوع پیوندی p-n استفاده می‌شود. باتریهای خورشیدی می‌توانند توان مورد نیاز تجهیزات داخل یک ماهواره را در مدت زمان طولانی فراهم سازند. آرایه‌های پیوندی را می‌توان در سطح ماهواره توزیع و یا اینکه در باله‌های باتری خورشیدی متصل به بدنه ‌اصلی ماهواره جا داد. برای بهره گیری از بیشترین مقدار انرژی نوری موجود ، لازم است که باتری خورشیدی دارای پیوندی با سطح مقطع بزرگ و در نزدیکی سطح قطعه باشد. پیوند سطحی توسط نفوذ یا کاشت یون تشکیل شده و برای جلوگیری از انعکاس و نیز کاهش بازترکیب ، سطح آن با مواد مناسب پوشیده می‌شود.
آشکارسازهای نوری

یک چنین قطعه‌ای برای اندازه گیری سطوح روشنایی یا تبدیل سیگنالهای نوری متغیر با زمان به سیگنالهای الکتریکی وسیله‌ای مناسب است. در بیشتر آشکارسازهای نوری سرعت پاسخ آشکارساز بسیار مهم است. مرحله نفوذ حاملین بار امری زمان‌بر است و باید در صورت امکان حذف شود. پس مطلوب است که پهنای ناحیه تهی به ‌اندازه کافی بزرگ باشد تا اکثر فوتون‌ها به‌جای نواحی خنثی n و p در درون ناحیه تهی جذب شوند. وقتی که یک EHP در ناحیه تهی بوجود آید، میدان الکریکی ، الکترون را به طرف n و حفره را به طرف p می‌کشد. چون این رانش حاملین بار در زمان کوتاهی رخ می‌دهد، پاسخ دیود نوری می‌تواند بسیار سریع باشد. هنگامی ‌که حاملین بار عمدتا در ناحیه تهی w ایجاد شوند، به آشکارساز یک دیود نوری لایه تهی گفته می‌شود. اگر w پهن باشد، اکثر فوتونهای تابشی در ناحیه تهی جذب خواهند شد. w پهن منجر به کاهش ظرفیت پیوند شده و در نتیجه ثابت زمانی مدار آشکارساز را کاهش می‌دهد.
نحوه کنترل پهنای ناحیه تهی

روش مناسب برای کنترل پهنای ناحیه تهی ساختن یک آشکارساز نوری p-i-n است. ناحیه i مادامی که مقاومت ویژه زیاد است، لزومی ‌ندارد که حقیقتا ذاتی باشد. می‌توان آن را به روش رونشستی روی بستر نوع n رشد داد و ناحیه p را توسط نفوذ ایجاد کرد. هنگامی‌ که ‌این قطعه در گرایش معکوس قرار می‌گیرد، ولتاژ وارده تقریبا بطور کامل در دو سر ناحیه i ظاهر می‌شود. برای آشکارسازی سیگنالهای نوری ضعیف اغلب مناسب است که دیود نوری در ناحیه شکست بهمنی مشخصه‌اش عمل کند.
نویز و پهنای باند آشکارسازهای نوری

در سیستمهای مخابرات نوری حساسیت آشکارسازهای نوری و زمان پاسخ آنها بسیار مهم است. متاسفانه ‌این دو ویژگی عموما با هم بهینه نمی‌شوند. مثلا در یک آشکارساز نوری بهره به نسبت طول عمر حاملین بار به زمان گذار وابسته ‌است. از سوی دیگر پاسخ فرکانسی نسبت عکس با طول عمر حاملین بار دارد. معمولا حاصلضرب بهره در پهنای باند را به عنوان ضریب شایستگی برای آشکارسازها ملاک قرار می‌دهند. طراحی برای افزایش بهره سبب کاهش پهنای باند می‌شود و برعکس ویژگی مهم دیگر آشکارسازها نسبت سیگنال به نویز است که مقدار اطلاعات مفید در مقایسه با نویز در زمینه آشکارساز را نشان می‌دهد. منبع اصلی نویز در نور رساناها نوسانات اتفاقی در جریان تاریک است. جریان نویز در تاریکی متناسب ، دما و رسانایی ماده ‌افزایش می‌یابد. افزایش مقاومت تاریک همچنین بهره نور رسانا را افزایش داده و بالطبع باعث کاهش پهنای باند می‌شود.
· مشخصه دیود در گرایش معکوس

هرگاه جهت دیود را تغییر داده یعنی برعکس حالت گرایش مستقیم ، در جهت بایاس معکوس جریان مدار خیلی کم بوده و همچنین با افزایش ولتاژ معکوس دو سر دیود جریان چندان تغییر نمی کند به همین علت به آن جریان اشباع دیود گویند که این جریان حاصل حاملهای اقلیت می باشد . حدود مقدار این جریان برای دیودهای سیلیسیم ،نانو آمپر و برای دیودهای ژرمانیوم حدود میکرو آمپر است. ارگ ولتاژ معکوس دیود را همچنان افزایش دهیم به ازاء ولتاژی ، جریان دیود به شدت افزایش می یابد . ولتاژ مزبور را ولتاژ شکست دیود می نامند و آنرا با VB نشان می دهند . دیودهای معمولی ،اگر در ناحیه شکست وارد شوند از بین می روند .(اصطلاحاَ می سوزند( بنابر این ولتاژ شکست دیود یکی از مقادیر مجاز دیود است که توسط سازنده معین می گردد و استفاده کننده از دیود باید دقت نماید تا ولتاژ معکوس دیود به این مقدار نرسد. البته در حالت مستقیم نیز جریان دیود اگر از حدی تجاوز نماید به علت محدودیت توان دیودباعث از بین رفتن دیود می گردد.این مقدار نیز یکی از مقادیر مجاز دیود است و به آن جریان مجاز دیود گفته می شود و توسط سازنده دیود معین می گردد.
· مشخصه دیود در گرایش مستقیم

فرض کنید توسط مداری بتوانیم ولتاژ دو سر یک دیود را تغییر دهیم و توسط ولتمتر و آمپرمتر ولتاژ و جریان دیود را در هر لحظه اندازه گیری کرده ،بر روی محورهای مختصات رسم نماییم.جریان I در جهتی است که دیود قادر به عبور آن است .به همین علت اصطلاحاَ گفته می شود دیود در گرایش مستقیم یا بایاس مستقیم است . در هر حال اگر توسط پتانسیومتر ولتاژ دو سر دیود را از صفر افزایش دهیم ،مشاهده می شود تا ولتاژ به خصوصی ، جریان قابل ملاحظه ای از دیود عبور نمی کند.به این ولتاژ زانو می گویند ،این ولتاژبرای دیودهای از جنس ژرمانیوم 2/0 ولت و برای دیودهای سیلیسیم 7/0 ولت است .تا ولتاژ زانو اگرچه دیود در جهت مستقیم است ، اما هنوز دیود روشن نشده است .از این ولتاژ به بعد ، به طور ناگهان جریان در مدار افزایش یافته و هرچه ولتاژ دیود را افزایش دهیم ، جریان دیود افزایش می یابد .