معرفی دیود و کاربرد آن در گوشی موبایل

معرفی دیود و کاربرد آن در گوشی موبایل به صورت تصویری و کامل در این مقاله بررسی می شود.

دیود، قطعه‌ای الکترونیکی است که دو سر دارد، و جریان الکتریکی را در یک جهت از خود عبور می ‌دهد که (در این حالت، مقاومت دیود ناچیز است) و در جهت دیگر، در مقابل گذر جریان مقاومت بسیار بالایی (در حالت ایده ‌آل، بی‌ نهایت) از خود نشان می ‌دهد .دیودها انواع مختلف و کاربردهای متعددی دارند. این قطعات الکترونیکی تثبیت کننده و نقش محافظتی دارند. در ادامه با کوک موبایل همراه باشید تا به معرفی دیودها، انواع و کاربرد آنها در گوشی های موبایل بپردازیم.

معرفی دیود و کاربرد آن در گوشی موبایل: بررسی

دیود یکی از مهمترین قطعات گوشی است که یک قطعه الکترونیکی است که نام دیگر آن یکسوساز می باشد. دیود قطعه ای قطبی و دارای دو پایه است، پایه مثبت آن آند و پایه منفی کاتد نامیده می شود. در تعریف ساده، می توان گفت که دیود یک خیابان یک طرفه است که جریان الکتریکی را از یک سو عبور داده و از سوی دیگر مانع عبور جریان می شود. اگر بخواهیم ساختمان دیود را به طور ساده شرح دهیم، باید این طور بیان کنیم.

دیود معمولی با حرف D یا V نمایش داده می شود و روی نقشه با علامت مشخص می شود.

دیود فقط از یک جهت اجازه عبور می دهد و جریان از آند وارد و از کاتد خارج می شود.

دیودها معمولاً به رنگهای مشکی و خاکستری وکمی بزرگتر از مقاومت مشاهده می شود، در بعضی مواقع نیز به شکل کریستالی یا شیشه ای هم دیده می شوند.

دیود

بایاس مستقیم و بایاس معکوس در دیود

فرض کنید مواد نیمه هادی مثل سیلیکون و یا ژرمانیوم در اختیار داریم و آنها را به دو قسمت مجزا تقسیم می کنیم، بعد یک ماده شیمیایی به آنها اضافه کنیم تا ناخالصی ایجاد کرده و باعث آزاد کردن الکترون شود و ماده ی دیگری نیز به قسمت دوم اضافه می کنیم تا باعث ایجاد حفره کرده و کمبود الکترون حاصل شود. این دو قطعه را به یکدیگر می چسبانیم، اکنون شاهد هجوم الکترون ها از قسمت پر الکترون به قسمت کم الکترون شده و به دلیل هجوم و ازدحام الکترون ها در محل اتصال این دو قطعه سدی ایجاد می شود که مانع ورود بقیه الکترون ها به قسمت دیگر می شود. سد ایجاد شده حاوی ولتاژ است که بسته به ماده بکار رفته متفاوت بوده مثلا در سیلیکون این مقدار ولتاژ 0.3 و در ژرمانیوم 0.7 می باشد.

بایاس مستقیم و بایاس معکوس در دیود

حال اگر به دو سر قطعه ولتاژ داده، یعنی به قسمت پر الکترون ولتاژ منفی و به قسمت کم الکترون ولتاژ مثبت دهیم، مقدار زیادی از الکترون ها به سمت دیگر هجوم آورده و باعث شکسته شدن ناحیه سد می شود و تمام الکترون ها از سمت پر تراکم به سمت دیگر خواهند رفت. لازم به ذکر است که میزان ولتاژ ما باید از 0.3 ولتاژ برای سلیکون و از 0.7 ولتاژ برای ژرمانیوم بیشتر باشد. به این پدیده بایاس مستقیم گفته می شود و در این حالت اصطلاحاً دیود روشن است.

رفتار دیود در بایاس مستقیم

در صورت دیگر اگر به هر قسمت ولتاژ معکوس داده یعنی به قسمت کم الکترون ولتاژ منفی و به قسمت پر الکترون ولتاژ مثبت دهیم، این سد محکم تر شده و دیگر هیچ الکترونی امکان عبور پیدا نمی کند به این پدیده نیز بایاس معکوس یا مخالف گفته می شود و اصطلاحاً می گوییم دیود خاموش است.

بایاس معکوس ( مخالف)

پس دقت داشته باشید که اگر به هر سمت، ولتاژ درست داده شود، فضای سد باز شده و باعث عبور الکترون ها می شود و در صورتی که ولتاژ نادرست داده شود باعث بسته شدن کامل سد شده و مانند یک کلید بسته مانع عبور کامل الکترون ها می گردد.

اتصال PN چیست؟

اساس دیود ها بر اساس اتصال PN است. اکنون به این سوال پاسخ خواهیم داد که پیوند PN چیست؟ هنگامی که یک نیمه ‌هادی نوع N به نیمه‌ هادی از نوع P متصل می ‌شود، پیوند PN به وجود می ‌آید. نیمه ‌هادی نوع N، حاصل تزریق عنصر آنتیموان در اتم سیلیکون است و اگر به اتم سیلیکون، عنصر بور تزریق کنیم، به نیمه‌ هادی نوع P خواهیم رسید. در حالت عادی، بارهای الکتریکی نیمه ‌هادی‌ها خنثی هستند؛ اما اگر این دو نیمه هادی را به هم متصل کنیم، رفتار متفاوتی از خود نشان خواهند داد.

اتصال PN

ساختار دیود بر اساس پیوند PN

الکترون‌ های آزاد در ناحیه‌ N، به طرف ناحیه اتصال حرکت می ‌کنند تا حفره ‌های موجود در ناحیه P را پر کنند. در نتیجه یون‌ های دارای بار منفی، در ناحیه P ظاهر می‌ شوند. این جابجایی الکترون‌ ها سبب کاهش چگالی بار منفی در ناحیه N ‌می ‌شود. هر چه جابجایی الکترون‌ ها و حفره‌ ها بیشتر شود، بار الکتریکی بیشتری در دو طرف پیوند جمع می ‌شود. به این ترتیب، یک اختلاف ولتاژ بین دو طرف پیوند ایجاد می‌ شود.
این اختلاف ولتاژ، با جابجایی حامل‌ های بار الکتریکی مخالفت می ‌کند؛ اما سرانجام یک حالت تعادل در ناحیه پیوند ایجاد می ‌شود که از نظر الکتریکی خنثی است. در این حالت، یک ناحیه به نام «سد پتانسیل» در فضای اطراف پیوند ایجاد می‌ شود. هنگامی که سد پتانسیل ایجاد می ‌شود، حفره ‌ها در ناحیه P، اتم‌ های دهنده با بار مثبت را دفع می ‌کنند و الکترون‌ ها در ناحیه N نیز، اتم ‌های پذیرنده با بار منفی را دفع خواهند کرد.

به این ترتیب، از جابجایی بیشتر حامل‌ های بار جلوگیری می ‌شود. به دلیل وجود این اختلاف پتانسیل، حامل ‌های بار آزاد در محلی که سد پتانسیل وجود دارد،‌ نمی ‌مانند. اگر به دو طرف پیوند PN یک ولتاژ مثبت با بایاس مستقیم متصل شود، به الکترون‌های آزاد و حفره‌ها انرژی وارد می‌ شود. این ولتاژ خارجی باعث می ‌شود که حامل ‌های بار بر سد پتانسیل غلبه کنند.

پایه های آند و کاتد

همانطور که گفتیم، می ‌توان برای ساخت نیمه ‌هادی P، به سیلیکون عنصری مانند بور اضافه کنیم. با این کار، حفره ‌هایی در این ناحیه تشکیل می ‌شود و پلاریته مثبت (+) تشکیل می‌ شود. به طریق مشابه، برای ساخت نیمه ‌هادی نوع N، به سیلیکون، آنتیموان اضافه می‌ کنیم. با این کار الکترون ‌ها در ناحیه ظاهر می‌ شوند و باعث ایجاد پلاریته منفی (-) در ناحیه می ‌شوند.

پایه های آند و کاتد

همانطور که در شکل بالا مشاهده می‌شود، بر روی دیودها یک خط تعبیه شده که نمایان‌گر سمت کاتد آن ‌هاست. در دیودها، همواره جریان از آند به سمت کاتد انتشار می‌ یابد. علاوه بر این، غالبا ناحیه‌ آند دارای طول بیشتری است.

نماد دیود

نماد مداری هر دیود شامل دو پایه است که به قسمت مثبت آند و به قسمت منفی کاتد گفته می شود. در نقشه مدارها، دیود را با حرف V و یا D نشان می دهند و شکل دیود مانند فلشی است که در آن عبور جریان الکتریکی با ورود از سمت آند و خروج از سمت کاتد (نوک فلش) امکان پذیر است. نکته قابل توجه دیگر این است باید ولتاژ پایه آند بیشتر از پایه کاتد باشد.

نماد دیود

انواع دیودها

دیود ها بخاطر کاربرد وسیع شان، انواع متفاوتی دارند. در زیر به طور خلاصه هر یک از انواع دیودها را شرح خواهیم داد:

دیودهای معمولی

به عنوان یکسوساز یا کلید خودکار (سوییچ) در مدارت مختلفی مثل تغذیه و کلید پاور استفاده می شود. دیودهای معمولی مانند مقاومت و خازن و سلف دارای کمیت اهم نیست یعنی گفته نمی شود 10 اهمی یا 5 اهمی و یا غیره است، فقط شماره های آن متفاوت بوده و روش شناسایی و خرید آنها جهت استفاده در مدارها از روی همین شماره هایی که کارخانه سازنده روی آنها درج می کنند.

دیودهای معمولی

دیود زنر

از این دیود در گوشی موبایل به عنوان تثبیت کننده ولتاژ و قطعه محافظ در برابر اضافه ولتاژ و جریان ورودی در مدار شارژ، بلندگو و میکروفن، سیم کارت و غیره استفاده می شود.

دیود زنر را با علامت در نقشه موبایل نمایش می دهند و با حرف ZD یا V معرفی می شود.

دیود زنر همانند دیود معمولی عمل میکند با این تفاوت که در بعضی موارد اجازه بایاس معکوس نیز صادر می شود (یعنی ورود جریان از کاتد به آند). دیودهای زنر بر اساس ولتاژ کاری آنها انجام می شود.

رفتار این دیود در بایاس معکوس به گونه ای است که ولتاژ دو سر آن به ازای جریان های مختلف، ثابت می ماند، به همین دلیل برای تثبیت ولتاژ در مدار استفاده میشود.دیود بسیار مهمتری که وجود دارد، دیود زنر است که در موبایل ها بیشتر از این دیود استفاده می شود. روی این دیود زنر یک عدد نوشته شده است (مثلاً عدد 8) یعنی این در حالت عادی ولتاژ را عبور می دهد و در حالت معکوس نیز رد می کند، اما تا همین 8 ولت امکان پذیر است، مثلاً اگر 20 ولت هم بدهید فقط 8 ولت در دیود افت می کند و نگه داشته می شود. از این دیود در مدار شارژ استفاده می شود که اگر برای شارژ به 3.7 ولت نیاز باشد، این دیود باعث می شود که هر ولتاژی که داده شود، به اندازه 3.7 ولت مورد نیاز، را نگه دارد. به این حالت «رگلاتوری» گفته می شود.

دیود زنر

دیود زنر هم مانند دیود معمولی از اتصال دو کریستال مثبت و منفی ساخته شده است. جنس نیمه هادی های این دیود از سیلیسیم بوده و در بایاس موافق مانند یک دیود معمولی سلیسیمی عمل می کنند. بر خلاف دیودهای معمولی که در بایاس مخالف، در منطقه شکست آسیب می بینند، دیودهای زنر به گونه ای ساخته می شوند تا بتوانند در منطقه شکست کار کنند. وقتی ولتاژ بایاس مخالف دیود زنر را به تدریج افزایش دهیم. در یک ولتاژ خاص دیود شروع به هدایت می کند. ولتاژی که دیود زنر به ازای آن در بایاس معکوس هادی می شود به ولتاژ شکست زنر معروف است. در کارخانه های سازنده دیود زنر، با تنظیم میزان ناخالصی در این دیودها، دیودهایی با ولتاژهای شکست مختلف ساخته می شوند. با هادی شدن دیود در ولتاژ شکست دیود، ولتاژ دو سر دیود تقریبا ثابت می ماند و جریان عبوری از دیود افزایش می یابد.

دیود LED

دیود نورانی یا همان LED نوع دیگری از دیودها است که با علامت در نقشه نمایش داده می شوند. روش کارکرد این دیودها به این صورت است که با رسیدن ولتاژ به پایه های آن از خود نور ساطع می کند، دیودهای نورانی نیز دارای پایه کاتد و آند می باشند، لذا هنگام جایگذاری باید جهت پایه ها توجه شود. در گوشی های موبایل برای تامین روشنایی پس زمینه صفحه نمایش، نور اعلانات و غیره از LED استفاده می شود.

دیود LED

دیود LED از دو نیمه هادی نوع مثبت و منفی تشکیل شده است. وقتی این دیود در بایاس مستقیم قرار می گیرد و جریان به اندازه کافی باشد از خود نور ساطع می کند. این نور در محل اتصال نیمه هادی های مثبت و منفی ایجاد می شود. رنگ نور تولیدی به جنس نیمه هادی های استفاده شده در دیود بستگی دارد که معمولاً به رنگ های آبی، قرمز، زرد، نارنجی، سفید و سبز هستند. در تمام ال ای دی های بکار رفته در تجهیزات الکترونیکی و مخصوصاً در بک لایت پنل های گوشی از همین دیود ها استفاده می شود.

دیود شاتکی

دیود شاتکی نیز که در موبایل خیلی به کاربرده نمی شود، بسیار شبیه به دیودهای معمولی می باشد، اما دارای ولتاژ آستانه هدایت پایین هستند. این دیودها در جاهایی که به سرعت بالا نیاز است و در مداراتی که نیاز به ولتاژ هدر رفت کمتری در دیود می باشد، استفاده می گردد.

دیود شاتکی

فوتو دیود

فوتو دیود که به آن دیود نوری نیز می گویند مانند دیود معمولی از اتصال دو نیمه هادی نوع مثبت و منفی ساخته می شوند، با این تفاوت که محل اتصال نیمه هادی ها با مواد پلاستیکی سیاه پوشیده نمی شوند بلکه برای اینکه نور به محل اتصال نیمه هادی ها برسید، معمولاً آن محل را توسط شیشه و یا مواد پلاستیکی شفاف می پوشانند. روی اکثر فوتو دیودها یک لنز بسیار کوچک نصب می شود تا نور تابیده شده به آن منطقه را متمرکز کرده و به محل پیوند برساند.

از این دیودها نیز در موبایل ها کمتر استفاده می شود و تنها در سنسورهای نوری در عکاسی و در دروبین بکار برده می شوند.

فوتو دیود

دیود تونلی

دیود تونلی از دو قطعه نیمه هادی نوع N و P که اغلب از جنس ژرمانیوم و گانیم آرسنید می باشد، ساخته می شود. میزان ناخالصی نیمه هادی های N و P در این دیود نسبت به دیودهای معمولی بسیار زیاد است (حدود چند هزار برابر)، که این موضوع خود باعث بوجود آمدن یک ناحیه تخلیه بسیار نازک در محل پیوند می باشد که عرض آن حدود 0.01 عرض ناحیه تخلیه در دیودهای معمولی است. ناحیه نازک باعث می شود که حامل های زیادی به جای اینکه در ولتاژهای پایین از آن عبور نمایند از آن تونل بزنند.

دیود تونلی

دیود خازنی و یا دیود واراکتور

دیود خازنی نیز مانند دیود معمولی است و از دو قطعه نیمه هادی نوع N و P که معمولاً از جنس سیلیسیم هستند، ساخته می شود. همانطور که در بالا گفته شد، در یک دیود معمولی بایاس نشده یک ناحیه تخلیه ایجاد می شود. اگر این نیمه هادی ها به عنوان دو هادی و ناحیه تخلیه را به عنوان عایق بین دو هادی در نظر گرفته شود، مجموعه دیود را می توان به عنوان یک خازن در نظر گرفت. حال اگر دیود در بایاس معکوس به کار برده شود، عرض ناحیه تخلیه بیشتر می شود و عایق بین دو نیه هادی نیز افزایش می یابد و در نتیجه ظرفیت خازنی آن کمتر می شود. بنابراین می توان با تغییر مقدار ولتاژ معکوس، ظرفیت خازنی دیود واراکتور را تغییر داد. دیود خازنی همیشه در بایاس معکوس قرار می گیرد.

دیود خازنی و یا دیود واراکتور

بسته های دیودی

به علت وسعت کاربرد و فراوانی استفاده از دیود، در بعضی موارد به جای استفاده از چند دیود از یک بسته دیودی استفاده می شود، که معمولاً یک آی سی کوچک پنج یا شش پایه شامل چند دیود استفاده می شود.

این بسته های دیودی می تواند شامل دیود های زنر هم باشد، که برای محافظت مدار در برابر نوسانات ولتاژ و جریان در گوشی استفاده می شود.

بنابراین در بسته دیودی چندین دیود قرار دارد و این بسته یک پایه دیودی دارد که همه در اصل دیود هستند و تنها شبیه به ترانزیستور می باشند.

بسته های دیودی

نحوه تشخیص سالم بودن دیود

نحوه ی تشخیص دیود سالم چگونه است؟، گفته شد که دیود مسیری است که از یک طرف باز و از طرف دیگر بسته است. اگر از دو طرف بسته باشد و جریان را عبور ندهد در واقع اتصال کوتاه شده و دیود سوخته است. اگر جریان را از هیچ طرف عبور نمی دهد، نیز دیود قطع شده است. در تست دیود بوسیله مولتی متر VC97 ویکتور امکان تشخیص سالم بودن و عبور جریان وجود دارد.

برای آزمایش دیودهای معمولی و زنر باید مولتی متر را روی تست دیود قرار دهیم، پراب ها را به دو سر دیود وصل می کنیم (جهت کاتد و آند را دقت کنید) از یک سمت راه می دهد و عددی بین 200 الی 1200 نمایش می دهد و هنگامی که جهت پراب ها را تغییر دهیم نباید عددی نمایش دهد. در صورتی که از هر دو طرف عدد نمایش داده شود دیود اتصال کوتاه شده است و در صورتی که از هر دو طرف عدد نمایش داده نشود، دیود قطع شده و در هر دو حالت باید تعویض شود.

برای آزمایش LED میتوان ولتاژی معادل 1.5ولت به آن اعمال کنیم و در صورت درست بودن دیود ما روشن خواهد شد. البته به همان روش بالا هم میتوان به وسیله مولتی متر نیز تست گرفت.

نحوه تشخیص سالم بودن دیود

روش انجام تست دیود

برای تست دیود ابتدا باید دستگاه را از جریان خارج کنیم یعنی به هیچ عنوان هیچ تغذیه ای در مدار روشن نباشد. سپس مولتی متر دیجیتال را در وضعیت تست دیودی قرار داده و پراپ قرمز را به پایه ی A (آند) و پراپ مشکی را به پایه k (کاتد) وصل می کنیم. مولتی متر باید عددی بین 200 تا 1200 نشان دهد و اگر پراپ ها را جا به جا کنیم مولتی متر نباید هیچ عددی را نشان دهد.

اگر بر روی مدار به دیودی بر خورد کردیم که از هر دو طرف عدد را نشان می دهد به عدد قرائت شده دقت می کنیم اگر این عدد کمتر از 200 بود باید یک پایه را از برد جدا کرده و مجدد چک می کنیم.

از اینکه حوصله کردید و تا انتهای این مطلب آموزنده با ما همراه بودید تشکر و سپاسگزاری می کنیم. با نوشتن کامنت، ما را از پیشنهادات و نظرات خود آگاه سازید و در هر چه بهتر شدن مطالب یاری نمایید.