انحياز الديود ودوره في المقومات، ومصابيح LED، ودوائر الحماية

انحياز الديود هو الطريقة التي يجعل بها الجهد الصمام الثنائي يحمل التيار أو يحجبه. عن طريق تغيير حجم الجهد واتجاهه، يمكن للديود أن يعمل في التوصيل الأمامي، أو الحجب العكسي، أو الانهيار. تشرح هذه المقالة منطقة الاستنزاف، والتيار الأمامي للركبة، والتيار الأسي، والتسرب العكسي والانهيار، ويقدم معلومات حول تطبيقات الدوائر هذه.

نظرة عامة على انحياز الدايودات

يصف انحياز الديود كيفية تطبيق مصدر جهد على الصمام الثنائي لضبط حالته التشغيلية. مع قطبية واحدة، ينقل الثنائيات التيار (الانحياز الأمامي). مع القطبية المعاكسة، يحجب الصمام التيار (انحياز عكسي)، ولا يبقى سوى تيار تسرب صغير. يحدد الانحياز ما إذا كان الصمام يتصرف كمسار مغلق للتيار أم كمسار مفتوح.

منطقة الاستنزاف وتأثير التحيز

يتكون الصمام الثنائي من الربط بين مناطق أشباه الموصلات من النوع P والنوع N. عند نقطة الربط PN، تعيد الإلكترونات والثقوب الاندماج بالقرب من الحدود، تاركة منطقة بها عدد قليل جدا من الحاملات المتنقلة. هذه المنطقة هي منطقة الاستنزاف، وتخلق حاجزا يقاوم تدفق التيار. النقاط الرئيسية:

• منطقة الاستنزاف لا تحتوي تقريبا على ناقلات شحن مجانية

• الحاجز في منطقة الاستنزاف يتحكم في كيفية تدفق التيار

• يتغير عرض منطقة الاستنزاف مع الانحياز الأمامي أو العكسي

التحيز الأمامي في انحياز الديود وتدفق التيار

في الانحياز الأمامي، يتم توصيل الصمام بحيث يكون الجانب P عند جهد أعلى من الجانب N. هذا يدفع حاملات الشحنة نحو نقطة الربط ويجعل منطقة الاستنزاف أرق. عندما يصبح الحاجز صغيرا بما فيه الكفاية، يمكن أن يتدفق التيار بسهولة عبر الصمام الاثنين. في هذه الحالة، يكون الديود في التوصيل.

عتبة الجهد الأمامي في انحياز الديود

ينقل الصمام الثنائي المنحاز للأمام تيارا قليلا جدا حتى يصل الجهد المطبق إلى نقطة دوران، وغالبا ما تسمى جهد الأمام أو جهد الركبة. تحت هذا النطاق، يبقى التيار صغيرا. بعد ذلك، يزداد التيار بسرعة مع تغييرات بسيطة في الجهد.

قيم الجهد الأمامي الشائعة:

• صمامات السيليكون: حوالي 0.7 فولت

• ديودات الجرمانيوم: حوالي 0.3 فولت

• مصابيح LED: حوالي 1.8–3.3 فولت

الصمام الثنائي المائل للأمام: المنطقة التيار الأسي

بمجرد أن يتجاوز الصمام منطقة الركبة، ينمو التيار بنمط أسي. يمكن أن تؤدي زيادة صغيرة في الجهد الأمامي إلى زيادة أكبر بكثير في التيار الأمامي. في العديد من الدوائر، يبقى جهد الديود الأمامي ضمن نطاق ضيق بينما يتغير التيار بشكل كبير.

الانحياز العكسي: حالة الحجب وتيار التسرب

في الانحياز العكسي، يتم توصيل الصمام الثنائي في الاتجاه المعاكس لاتجاه توصيله. تتسع منطقة الاستنزاف، ويرتفع حاجز الوصل، فيمنع الصمام الثنائي تدفق التيار الطبيعي. لا يزال هناك تيار عكسي صغير بسبب وجود حاملات أقلية داخل الصمام الثنائي السائد. يسمى هذا التيار تيار التسرب أو تيار التشبع العكسي.

سمات التحيز العكسي

• منطقة الاستنزاف توسع وتمنع عبور الحامل

• يبقى التيار العكسي صغيرا جدا (يعتمد على الجهاز)

• يزداد التسرب مع ارتفاع درجة حرارة الوصلة

الانهيار العكسي: أوضاع زينر والانهيار الجليد

في الانحياز العكسي، عادة ما يمنع الصمام الثنائي التيار. إذا أصبح الجهد العكسي كبيرا جدا، يصل الديود إلى جهد الانهيار. في هذه المرحلة، يبدأ الثمام فجأة في توصيل تيار كبير، رغم أنه لا يزال متحيزا للعكس. تسمى هذه الحالة الانهيار، وهي جزء أساسي من فهم انحياز الديود عند جهود عكسية عالية.

أنواع الانهيار

• انهيار زينر (جهد منخفض) – يحدث عند جهود عكسية أقل، وهو أمر شائع في دايودات زينر المصنوعة خصيصا.

• انهيار الانهيار الجليدي (جهد أعلى) – يحدث عند جهود عكسية أعلى عندما تكتسب حاملات الشحن طاقة كافية لإخراج حاملات أخرى.

دوائر المقوم (تحويل من التيار المتردد إلى التيار المستمر)

في دوائر المقومات، ينقل الديود خلال نصف الدورة عندما يكون مائلا للأمام، ويمنع خلال نصف الدورة المعاكسة عندما يكون منحيزا عكسيا. هذا الإجراء ينتج مخرجا أحادي الاتجاه. إضافة مكثف مرشح ينعم جهد الخرج عن طريق تقليل التموج. حيث يظهر

• محولات الطاقة وإمدادات التيار المستمر الأساسية

• مقومات الجسور في المعدات التي تعمل بالتيار الرئيسي

• مسارات حماية القطبية في أنظمة الجهد المنخفض

تشغيل LED (انبعاث ضوء متحيز للأمام)

يصدر LED ضوءا عندما يكون مائلا للأمام ويتدفق التيار عبر نقطة التصل. يعتمد الجهد الأمامي على مادة ولون LED. يتم تشغيل مصابيح LED بواسطة عنصر محدد للتيار مثل المقاومة أو مشغل التيار الثابت لمنع التيار الزائد. من الأفضل التحقق من ما يلي:

• تيار LED الأعلى يزيد السطوع حتى حدود الجهاز

• المقاومات التسلسلية تحدد التيار في الدوائر البسيطة

• يتحكم السائقون في التيار بشكل أكثر إحكاما في أنظمة الإضاءة

اكتشاف الإشارة وتفكيكها

يمكن استخدام الصمام الثنائي لتمرير جزء من موجة الإشارة. في اكتشاف غلاف AM، يشحن مسار التوصيل الأمامي مكثفا عند قمم الإشارة، ويفرغ المكثف بين القمم عبر مقاومة حمل، مستعاديا محتوى الرسالة ذات التردد الأقل. أدوار الدائرة ذات الصلة:

• اكتشاف الذروة والتثبيت

• تشكيل الإشارة نصف الموجة

• مراحل الكشف البسيطة عن الترددات الراديوية

تطبيقات التحيز العكسي

التحيز العكسي في الصمامات الضوئية

يتم الاحتفاظ بالصمام الضوئي في انحياز عكسي، بحيث تكون منطقة الاستنزاف واسعة وجاهزة للاستجابة للضوء. وهذا يجعله أكثر حساسية للتغيرات الصغيرة في الضوء.

التحيز العكسي في دايودات زينر

يستخدم دايود زينر في الانحياز العكسي بالقرب من جهد الانهيار. في هذه الحالة، يحافظ على ثبات الجهد تقريبا ويساعد في تنظيم مصدر الطاقة.

التحيز العكسي في صمامات الحماية من TVS

تظل ثنائيات TVS (كبت الجهد العابر) متحيزة للعكس أثناء التشغيل العادي. عندما يظهر ارتفاع جهدي مفاجئ، فإنها تنقل بشكل عكسي وتساعد في تحديد الجهد.

التحيز العكسي للعزل

الصمام الثنائي الانحياز العكسي يمنع تدفق التيار الطبيعي. يساعد ذلك في عزل أجزاء من الدائرة ويوقف مسارات التيار غير المرغوب فيها.

الخاتمة

يربط انحياز الديود وصلة PN بسلوك الدائرة الحقيقية. في الانحياز الأمامي، تصبح منطقة الاستنزاف رقيقة، ويصل إلى جهد الركبة، ويرتفع التيار بسرعة، مما يغذي المقومات ومصابيح LED ومراحل الإشارة أو المنطق. في الانحياز العكسي، يتسع المنطقة، ويبقى التيار صغيرا حتى الانهيار، مما يتيح الصمامات الضوئية، والتحكم في زينر، وحماية TVS، والعزل.

الأسئلة الشائعة [الأسئلة الشائعة]

كيف تؤثر درجة الحرارة على انحياز الديود؟

درجة الحرارة الأعلى تقلل من انخفاض الجهد الأمامي وتزيد من تيار التسرب العكسي.

ما هو وقت الاسترداد العكسي في الثنائي؟

زمن الاسترداد العكسي هو التأخير بعد التحول من الانحياز الأمامي إلى العكسي بينما لا يزال الصمام الثنائي يوصل بسبب الشحنة المخزنة.

كيف تؤثر تصنيفات الديود على ظروف التحيز؟

يجب أن يبقى جهد وتيار التحيز أقل من أقصى تيار أمامي وأقصى جهد عكسي للديود لتجنب التلف.

ما هي المقاومة الديناميكية في الصمام الثنائي المائل للأمام؟

المقاومة الديناميكية هي نسبة تغير صغير في الجهد الأمامي إلى تغير بسيط في التيار الأمامي عند نقطة تشغيل معينة.

ماذا يحدث إذا تعرض الثنائم للإجهاد الزائد في الانحياز؟

التيار الأمامي الزائد أو الجهد العكسي يسخن الوصلة، ويزيد من التسرب، وقد يسبب فشلا دائما.