المجموعات

أنواع الصمام الثنائي: أنواع مختلفة من الصمام الثنائي

أنواع الصمام الثنائي: أنواع مختلفة من الصمام الثنائي

الصمام الثنائي أشباه الموصلات هو أحد المكونات الإلكترونية المستخدمة على نطاق واسع والموجودة في العديد من تصميمات الدوائر الإلكترونية اليوم.

على الرغم من وجود العديد من الأنواع المختلفة من الصمام الثنائي التي تستخدم نفس البنية الأساسية لمنطقة من مادة من النوع p تتوافق مع منطقة من مادة من النوع n ، إلا أن الأنواع المختلفة يتم تحسينها لتوفير خصائص مختلفة يمكن استخدامها بطرق متنوعة في العديد من تصميمات الدوائر الإلكترونية.

مهما كان نوع الصمام الثنائي ، فإن الفكرة الأساسية للديود مهمة في صناعة الإلكترونيات اليوم ، سواء تم استخدامها لإنتاج معدات تجارية أو صناعية ، لاستخدامها من قبل الهواة ، أو أي شخص يدرس الإلكترونيات.

تستخدم الثنائيات في مجالات مختلفة. قد تكون لتصحيح بسيط للإشارة ؛ يمكن استخدامها كثنائيات طاقة لتصحيح الطاقة ، واكتشاف الإشارات ، وأشكال مختلفة من تصميم الترددات اللاسلكية ، وتوليد الضوء ، وتوليد ضوء الليزر ، وكشف الضوء وغير ذلك الكثير.

قد تحتوي الثنائيات أيضًا على مجموعة متنوعة من الحزم المختلفة: الثنائيات المثبتة على السطح ، والصمامات الثنائية العادية المحتوية على الرصاص ، وبعض ثنائيات الطاقة قد يكون لديها القدرة على تثبيتها في غرفة التبريد. تأتي الثنائيات بجميع الأشكال والأحجام.

تاريخ الصمام الثنائي أشباه الموصلات

تم اكتشاف الثنائيات الأولى التي تم استخدامها في أوائل القرن العشرين عندما كانت تقنية اللاسلكي في مهدها. كان Cat's Whisker من أوائل أنواع الصمامات الثنائية التي يتم استخدامها. كان يتألف من قطعة رقيقة جدًا من الأسلاك (شارب القط نفسه) يمكن وضعه على قطعة من مادة شبه موصلة (عادةً بلورة معدنية) لعمل نوع نقطة اتصال من الصمام الثنائي. تم استخدام هذا على نطاق واسع حتى منتصف إلى أواخر العشرينيات من القرن الماضي عندما أصبحت التكنولوجيا الحرارية أو تقنية الصمامات رخيصة بما يكفي لاستخدامها على نطاق واسع في أجهزة الراديو.

في وقت قريب من الحرب العالمية الثانية ، كانت هناك حاجة إلى ثنائيات جديدة لمجموعات الرادار التي يجري تطويرها. قدمت الثنائيات شبه الموصلة خيارًا واحدًا لأن حجمها يعني أنها كانت قادرة على العمل بشكل أفضل عند الترددات المطلوبة للرادار.

رمز دائرة الصمام الثنائي

مثل جميع المكونات الإلكترونية ، تحتوي الثنائيات على رمز دائرة يُستخدم في مخططات الدوائر الإلكترونية. يتكون رمز الدائرة الأساسي للديود من مثلث تلامس نقطته خطًا قصيرًا متعامدًا على السلك في مخطط الدائرة.

في بعض الأحيان ، يظهر المثلث وحتى الخط فقط في مخطط تفصيلي ، بينما يتم عرضه في أوقات أخرى كأشكال سوداء ممتلئة.

أحيانًا يظهر رمز دائرة الصمام الثنائي كمخطط تفصيلي فقط وبدون الأشكال المملوءة. شكل المخطط التفصيلي مقبول بنفس القدر.

هناك العديد من الأنواع المختلفة من الصمام الثنائي وبعضها يستخدم رموز الدوائر التي تم تعديلها بشكل طفيف من رمز الصمام الثنائي الأساسي للإشارة إلى وظيفتها: Schottky diode و varactor diode وعدد آخر يندرج في هذه الفئة.

أجهزة تثبيت السطح أو المحتوية على الرصاص

تأتي الثنائيات بجميع الأشكال والأحجام. تقليديا ، تم احتواء العديد من هذه المكونات الإلكترونية في أنبوب زجاجي صغير لتغليف الصمام الثنائي الفعلي لأشباه الموصلات. يتم الآن تضمين الثنائيات في مجموعة متنوعة من الحزم المختلفة.

لا تزال هناك عبوات تحتوي على الرصاص ولا تزال الصمامات الثنائية المغلفة بالزجاج موجودة ، ولكن هناك أيضًا العديد من العبوات البلاستيكية. يمكن أن تختلف هذه في الحجم وفقًا لتبديد الطاقة المطلوبة.

مع وجود الكثير من تجميع ثنائي الفينيل متعدد الكلور هذه الأيام باستخدام تقنية تثبيت السطح ، هناك مجموعة كاملة من الثنائيات المتاحة كمكونات مثبتة على السطح ، وثنائيات SMD. هناك العديد من الحزم القياسية لثنائيات SMD بما في ذلك حزمة SOT-23 التي تستخدم للعديد من الثنائيات الصغيرة المنفصلة. يتم استخدام اثنين فقط من المسامير الثلاثة المتاحة وهذا يتيح توجيه الصمام الثنائي بشكل صحيح.

نظرًا لأن هذه الثنائيات SMD صغيرة ، فلا يوجد مجال لإدراج رقم الجزء الكامل في الصمام الثنائي ويتم استخدام رقم النموذج القصير لتمكينهم من التمييز.

في حين أن الكثير من تجميعات ثنائي الفينيل متعدد الكلور تستخدم تقنية تثبيت السطح ، إلا أن هناك مجالات أخرى في صناعة تصنيع الإلكترونيات تحتاج إلى صمامات ثنائية ذات قدرة تيار أعلى بكثير. يمكن احتواء هذه الثنائيات داخل حزم يتم تثبيتها في المبددات الحرارية.

أنواع الصمام الثنائي

هناك مجموعة من الأنواع المختلفة من الصمامات الثنائية التي يتم تصنيعها واستخدامها في مجموعة متنوعة من تصميمات الدوائر الإلكترونية وتصميمات الترددات الراديوية والتصاميم الرقمية أيضًا. كل نوع له خصائص مختلفة وهذا يجعلها مناسبة للدوائر المختلفة.

  • الصمام الثنائي الخلفي: يسمى هذا النوع من الصمام الثنائي أحيانًا الصمام الثنائي الخلفي. على الرغم من عدم استخدامه على نطاق واسع ، إلا أنه شكل من أشكال الصمام الثنائي للوصل PN الذي يشبه إلى حد بعيد الصمام الثنائي النفق في تشغيله. يجد بعض التطبيقات المتخصصة حيث يمكن استخدام خصائصه الخاصة ، عادةً على ترددات الميكروويف.

    الصمام الثنائي الخلفي هو في الأساس شكل من أشكال الصمام الثنائي النفقي حيث يكون جانب واحد من التقاطع أقل تشويشًا من الجانب الآخر.


  • باريت ديود: يكتسب هذا الشكل من الصمام الثنائي اسمه من الكلمات Barrier Injection Transit Time diode. يتم استخدامه في تطبيقات الميكروويف ويحمل العديد من أوجه التشابه مع الصمام الثنائي IMPATT الأكثر استخدامًا.


  • غون ديود: على الرغم من أنه ليس الصمام الثنائي على شكل تقاطع PN ، فإن هذا النوع من الصمام الثنائي هو جهاز أشباه الموصلات له طرفان. يتم استخدامه بشكل عام لتوليد إشارات الميكروويف وقد تم استخدامه في العديد من تصميمات الترددات اللاسلكية كشكل بسيط وفعال لمولد الميكروويف.

    تُعرف الثنائيات Gunn أيضًا باسم أجهزة الإلكترون المنقولة ، أو TED. على الرغم من أنه يشار إليه على أنه الصمام الثنائي ، إلا أن هذا المكون الإلكتروني لا يمتلك تقاطع PN وهو من الناحية الفنية ليس صمامًا ثنائيًا بالمعنى الطبيعي للطريقة التي يستخدم بها في تقنية أشباه الموصلات. بدلاً من ذلك ، يستخدم الجهاز تأثيرًا يُعرف باسم تأثير Gunn (سمي على اسم المكتشف ، J B Gunn).

    على الرغم من أن الصمام الثنائي Gunn يستخدم عادة لتوليد إشارات RF بالموجات الدقيقة ، إلا أنه يمكن أيضًا استخدام هذا المكون الإلكتروني لمكبر للصوت فيما يسمى أحيانًا بمضخم الإلكترون المنقول أو TEA.


  • شارب القط: كما ذكرنا سابقًا ، كان هذا النوع من الصمام الثنائي هو أول نوع يحظى بقبول واسع النطاق. يتكون من سلك صغير يوضع على قطعة من الكريستال المعدني. أدى ذلك إلى إنشاء صمام ثنائي نقطة اتصال صغير ، والذي على الرغم من عدم موثوقيته كان جيدًا بما يكفي لتمكين البث اللاسلكي من أن يُسمع عند استخدامه في "مجموعة بلورية".

    على الرغم من أن أجهزة الكشف عن Whisker من Cat لم تكن موثوقة بشكل خاص ، إلا أنها كانت أول شكل من أشكال الصمام الثنائي شبه الموصّل وكانت تشير إلى الطريق إلى الثنائيات اللاحقة. وقد لوحظ مبدأ LED حتى من قبل H J Round في عام 1908 على أحدها.

  • الصمام الثنائي IMPATT: يتم استخدام الصمام الثنائي IMPATT أو IMPact Avalanche ionisation Transit Time Transit Time في بعض تصميمات الترددات اللاسلكية حيث يلزم وجود مولد بسيط لإشارات الميكروويف.

    لا تستخدم تقنية الصمام الثنائي IMPATT على نطاق واسع هذه الأيام ، ولكن هذا المكون الإلكتروني قادر على توليد إشارات عادةً من حوالي 3 و 100 جيجاهرتز أو أكثر. واحدة من المزايا الرئيسية لهذا الصمام الثنائي للميكروويف هي القدرة العالية نسبيًا (غالبًا عشرة واط وأكثر) والتي تكون أعلى بكثير من العديد من الأشكال الأخرى لصمام الميكروويف. لديها إنتاج أعلى بكثير من الصمام الثنائي Gunn.


  • الصمام الثنائي بالليزر: يختلف هذا النوع من الصمام الثنائي عن الصمام الثنائي الباعث للضوء العادي من حيث أنه ينتج ضوء ليزر (متماسك). تُستخدم هذه المكونات الإلكترونية في العديد من التطبيقات بما في ذلك محركات الأقراص المضغوطة وأقراص DVD. على الرغم من أنها أرخص بكثير من الأنواع الأخرى من مولدات الليزر ، إلا أن هذه الثنائيات أغلى من مصابيح LED العادية.
  • الثنائيات الباعثة للضوء: يعد الصمام الثنائي الباعث للضوء أو LED أحد أكثر أنواع الصمام الثنائي شيوعًا. عندما يكون متحيزًا للأمام مع تيار يتدفق عبر التقاطع ، يتم إنتاج الضوء. كان اللون الأصلي لهذه الثنائيات أحمر ، لكن معظم الألوان متوفرة هذه الأيام. يتم تحقيق ذلك باستخدام مزيج مختلف من أشباه الموصلات على جانبي تقاطع PN.


  • الثنائي الضوئي: عندما يضرب الضوء تقاطع PN ، فإنه يمكن أن يخلق إلكترونات وثقوبًا ، مما يتسبب في تدفق التيار. نتيجة لذلك ، من الممكن استخدام أشباه الموصلات للكشف عن الضوء. يمكن أيضًا استخدام هذه الأنواع من الثنائيات لتوليد الكهرباء. بالنسبة لبعض التطبيقات ، تعمل ثنائيات PIN بشكل جيد جدًا ككاشفات ضوئية.


  • الصمام الثنائي PIN: يحتوي هذا النوع من الصمام الثنائي على مناطق من السيليكون من النوع P و N ، ولكن توجد بينهما منطقة من أشباه الموصلات الجوهرية (أي لا توجد منشطات). هذا يزيد من حجم ما يسمى منطقة النضوب. يستخدم هذا النوع من الصمام الثنائي في عدد من التطبيقات بما في ذلك مفاتيح التردد اللاسلكي وكديودات ضوئية.


  • ديود نقطة الاتصال: يعمل هذا النوع من الصمام الثنائي بنفس طريقة أداء الصمام الثنائي لتقاطع PN البسيط ، لكن البناء أسهل بكثير. وهي تتكون من قطعة من أشباه الموصلات من النوع n ، توضع عليها نقطة حادة من نوع معين من الأسلاك المعدنية (المجموعة الثالثة من المعدن للكيميائيين). يهاجر بعض المعدن إلى أشباه الموصلات وينتج تقاطع PN.

    تتمتع هذه الثنائيات بمستوى منخفض جدًا من السعة وهي مثالية للعديد من تطبيقات التردد اللاسلكي (RF). كما أنها تتميز بأنها رخيصة جدًا في التصنيع ، على الرغم من أن أدائها لا يتكرر بشكل خاص.

  • السندات الإذنية تقاطع: قد يُنظر إلى تقاطع PN القياسي على أنه النوع العادي أو القياسي من الصمام الثنائي المستخدم اليوم. تم دمج هذا المكون الإلكتروني في العديد من تصميمات الدوائر الإلكترونية ويستخدم أيضًا في العديد من تصميمات دوائر التردد اللاسلكي. يمكن أن تأتي هذه الثنائيات كأنواع إشارات صغيرة للاستخدام في الترددات اللاسلكية ، أو تطبيقات أخرى منخفضة التيار ، أو قد تكون الأنواع الأخرى ذات التيار العالي والجهد العالي التي يمكن استخدامها لتطبيقات الطاقة.


  • الثنائيات شوتكي: يحتوي هذا النوع من الصمام الثنائي على انخفاض جهد أمامي أقل من ثنائيات تقاطع السيليكون PN العادية. في التيارات المنخفضة ، قد يكون الانخفاض في مكان ما بين 0.15 و 0.4 فولت مقابل 0.6 فولت في الصمام الثنائي السليكوني.

    لتحقيق هذا الأداء تم بناؤها بطريقة مختلفة عن الثنائيات العادية التي تحتوي على اتصال معدني بأشباه الموصلات. يتم استخدامها على نطاق واسع كثنائيات تثبيت ، وفي تصميمات الترددات اللاسلكية ، غالبًا ككاشفات إشارة. كما أنها تستخدم كصمامات ثنائية لتصحيح طاقة التيار المتردد في إمدادات الطاقة وما شابه ذلك. تعتبر الخسائر الأقل الناتجة عن الانخفاض الأصغر مهمة في تحسين الكفاءة.


  • خطوة استعادة الصمام الثنائي: شكل من أشكال صمامات الميكروويف يستخدم لتوليد وتشكيل النبضات بترددات عالية جدًا. تعتمد هذه الثنائيات على خاصية إيقاف التشغيل السريع جدًا للديود لتشغيلها.


  • الصمام الثنائي TRAPATT: هذا النوع من الصمام الثنائي له العديد من أوجه التشابه مع IMPATT وهو في الواقع ينتمي إلى نفس العائلة. إنه يوفر ضوضاء أقل ، لكنه لا يصل إلى مثل هذه الترددات العالية.


  • نفق ديود: على الرغم من عدم استخدامه على نطاق واسع اليوم ، فقد تم استخدام الصمام الثنائي النفقي لتطبيقات الميكروويف حيث تجاوز أداؤه أداء الأجهزة الأخرى في اليوم.
  • الثنائيات Varicap أو varactor: يستخدم هذا النوع من الصمام الثنائي في تطبيقات التردد اللاسلكي (RF). يحتوي الصمام الثنائي على انحياز عكسي يوضع عليه وبهذه الطريقة لا يتدفق التيار عبر التقاطع. ومع ذلك ، يختلف عرض طبقة النضوب وفقًا لمقدار التحيز الموضوعة عليها.

    يمكن اعتبار الصمام الثنائي بمثابة لوحين من المكثف ، مع وجود طبقة نضوب بينهما. نظرًا لأن السعة تختلف وفقًا لعرض طبقة النضوب ويمكن تغيير ذلك عن طريق تغيير التحيز العكسي على الصمام الثنائي ، فمن الممكن التحكم في سعة الصمام الثنائي.


  • الصمام الثنائي زينر / الصمام الثنائي المرجعي للجهد: الصمام الثنائي Zener هو نوع مفيد جدًا من الصمامات الثنائية. يتم تشغيله تحت التحيز العكسي وعندما يتم الوصول إلى جهد معين فإنه ينهار. إذا كان التيار محدودًا من خلال المقاوم ، فإنه يتيح إنتاج جهد ثابت. لذلك يستخدم هذا النوع من الصمام الثنائي على نطاق واسع لتوفير جهد مرجعي في إمدادات الطاقة المنظمة.


هناك العديد من الأنواع المختلفة من الصمام الثنائي ، كل منها يناسب تطبيقه الخاص. لا تختلف التقنية فقط بين الأنواع المختلفة من الثنائيات ، ولكن يمكن أيضًا احتوائها في عبوات مختلفة: قد يكون بعضها مزودًا بالرصاص ، والبعض الآخر يمكن أن يعلق على مبددات الحرارة ومع كمية تجميع ثنائي الفينيل متعدد الكلور التي تستخدم تقنيات التصنيع الآلي ، فإن الثنائيات السطحية هي تستخدم الآن بكميات كبيرة.


شاهد الفيديو: دور صمام ثنائي في دارة كهربائية (ديسمبر 2021).