ديود هاي يکسوساز عموما" در مدارهاي جريان متناوب بکار برده مي شوند تا با کمک آنها بتوان جريان متناوب (AC) را به مستقيم (DC) تبديل کرد. اين عمليات يکسوسازي يا Rectification ناميده مي شود.
  • حمید نظری
  • 1397/1/21
  • 0
  • 350


ديود چگونه کار مي کند ؟ - يکسوسازي

يکسو ساز نيم موج با استفاده از يک ديود.

در مطلب قبل راجع به ديودهاي زنر و سيگنال صحبت کرديم و ضمن آوردن مثال، توضيح داديم که اين ديودها چگونه کار ميکنند. حال در ادامه اين مجموعه مطالب ابتدا به تشريح مختصر ديود هاي يکسو کننده ميپردازيم.
 ديود هاي يکسوساز عموما" در مدارهاي جريان متناوب بکار برده مي شوند تا با کمک آنها بتوان جريان متناوب (AC) را به مستقيم (DC) تبديل کرد. اين عمليات يکسوسازي يا Rectification ناميده مي شود.
از مشهورترين اين ديودها مي توان به انواع ديودهاي 1N400x و يا 1N540x اشاره کرد که داراي ولتاژ کاري بين 50 تا بيش از 1000 ولت هستند و مي توانند جريان هاي بالا را يکسو کنند. اين ولتاژ، ولتاژي است که ديود مي تواند بدون شکسته شدن - سوختن - در جهت معکوس آنرا تحمل کند.
ديودهاي يکسوساز معمولآ از سيليکون ساخته مي شوند و ولتاژ باياس مستقيم آنها حدود 0.7 ولت مي باشد.
 

يکسو سازي جريان متناوب با يک ديود
شما مي توانيد با قرار دادن فقط يک ديود در مسير جريان متناوب مانع از گذر سيکل منفي جريان در جهت مورد نظر در مدار باشيد به شکل اول دقت کنيد که چگونه قرار دادن يک ديود در جهت موافق، فقط به نيم سيکل هاي مثبت اجاز خروج به سمت بار را مي دهد. به اين روش يکسوسازي نيم موج يا Half Wave گفته مي شود.
بديهي است براي بالابردن کيفيت موج خروجي و نزديک کردن آن به يک ولتاژ مستقيم بايد در خروجي از خازن هايي با ظرفيت بالا استفاده کرد. اين خازن در نيم سيکل مثبت شارژ مي شود و در نيم سيکل منفي در غياب منبع تغذيه، وظيفه تغذيه بار را بعهده خواهد داشت.

 

يکسو ساز تمام موج با استفاده از پل ديود.

  پل ديود يا Bridge Rectifiers
اما براي آنکه بتوانيم از نيمه منفي موج ورودي که در نيمي از سيکل جريان امکان عبور به خروجي را ندارد، استفاده کنيم بايد از مداري بعتوان پل ديود استفاده کنيم. پل ديود همانطور که از شکل دوم مشخص است متشکل از چهار ديود به يکديگر متصل مي باشد. جريان متناوب به قسمتي که دو جفت آند و کاتد به يکديگر متصل هستند وصل مي شود و خروجي از يک جف آند و يک جفت کاتد به يکديگر متصل شده گرفته مي شود.
 روش کار به اينصورت است که در سيکل مثبت مدار ديودهاي 1 و 2 عمل کرده و خروجي را تامين ميکنند و در سيکل منفي مدار ديودهاي 3 و 4 عمل مي کند و باز خروجي را در همان وضعيت تامين مي کند.

ديودهاي سيگنال
اين نوع از انواع ديودها براي پردازش سيگنالهاي ضعيف - معمولا" راديويي - و کم جريان تا حداکثر حدود 100mA کاربرد دارند. معروفترين و پر استفاده ترين آنها که ممکن است با آن آشنا باشيد ديود 1N4148 است که از سيليکون ساخته شده است و ولتاژ شکست مستقيم آن 0.7 ولت است.
اما برخي از ديود هاي سيگنال از ژرمانيم هم ساخته مي شوند، مانند OA90 که ولتاژ شکست مستقيم پايينتري دارد، حدود 0.2 ولت. به همين دليل از اين نوع ديود بيشتر براي آشکار سازي امواج مدوله شده راديويي استفاده مي شود.

بصورت يک قانون کلي هنگامي که ولتاژ شکست مستقيم ديويد خيلي مهم نباشد، از ديودهاي سيليکون استفاده مي شود. دليل آن مقاومت بهتر آنها در مقابل حرارت محيط يا حرارت هنگام لحيم کاري و نيز مقاومت الکتريکي کمتر در ولتاژ مستقيم است. همچنين ديود هاي سيليکوني سيگنال معمولا" در ولتاژ معکوس جريان نشتي بسيار کمتري نسبت به نوع ژرمانيم دارند.
از کاربرد ديگري که براي ديودهاي سيگنال وجود دارد مي توان به استفاده از آنها براي حفاظت مدار هنگامي که رله در يک مدار الکترونيکي قرار دارد نام برد. هنگامي که رله خاموش مي شود تغيير جريان در سيم پيچ آن ميتواند در دوسر آن ولتاژ بسيار زيادي القا کند که قرار دادن يک ديود در جهت مناسب ميتواند اين ولتاژ را خنثي کند. به شکل اول توجه کنيد.

استفاده از ديود زنر براي تهيه ولتاژ ثابت

ديودهاي زنر
همانطور که قبلا" اشاره کرديم از اين ديودها براي تثبيت ولتاژ استفاده مي شود. اين نوع از ديود ها براي شکسته شدن با اطمينان در ولتاژ معکوس ساخته شده اند، بنابراين بدون ترس مي توان آنها را در جهت معکوس باياس کرد و از آنها براي تثبيت ولتاژ استفاده نمود. به هنگام استفاده از آنها معمولا" از يک مقاومت براي محدود کردن جريان بطور سري نيز استفاده مي شود. به شکل نگاه کنيد به اين طريق شما يک ولتاژ رفرنس دقيق بدست آورده ايد.

ديودهاي زنر معمولا" با حروفي که در آنها Z وجود دارد نامگذاري مي شوند مانند BZX يا BZY و ... و ولتاژ شکست آنها نيز معمولا" روي ديود نوشته مي شود، مانند 4V7 که به معني 4.7 ولت است. همچنين توان تحمل اين ديود ها نيز معمولا" مشخص است و شما هنگام خريد بايد آنرا به فروشنده بگوييد، در بازار نوع 400mW و 1.3W آن بسيار رايج است.

 

ديود چگونه کار مي کند ؟
منحني رفتار يک ديود در هنگام اعمال ولتاژ مثبت

 اگر به يک پيوند PN ولتاژ با پلاريته موافق متصل کنيم جريان از اين پيوند عبور کرده و اگر ولتاژ را معکوس کنيم در مقابل عبور جريان از خود مقاومت نشان مي دهد. بايد اشاره کنيم که قصد نداريم تا به تفضيل وارد بحث فيزيک الکترونيک شويم و فقط سعي خواهيم کرد با بيان نتايج حاصل از اين شاخه علمي ابتدا عملکرد ديود و سپس ترانزيستور را بررسي کنيم.

 همانطور که مي دانيد ديود ها جريان الکتريکي را در يک جهت از خود عبور مي دهند و در جهت ديگر در مقابل عبور جريان از خود مقاومت بالايي نشان مي دهند. اين خاصيت آنها باعث شده بود تا در سالهاي اوليه ساخت اين وسيله الکترونيکي، به آن دريچه يا Valve هم اطلاق شود.

از لحاظ الکتريکي يک ديود هنگامي عبور جريان را از خود ممکن مي سازد که شما با برقرار کردن ولتاژ در جهت درست (+ به آند و - به کاتد) آنرا آماده کار کنيد. مقدار ولتاژي که باعث ميشود تا ديود شروع به هدايت جريان الکتريکي نمايد ولتاژ آستانه يا (forward voltage drop) ناميده مي شود که چيزي حدود 0.6 تا 0.7 ولت مي باشد. به شکل اول توجه کنيد که چگونه براي ولتاژهاي مثبت - منظور جهت درست مي باشد - تا قبل از 0.7 ولت ديود از خود مقاومت نشان مي دهد و سپس به يکباره مقاومت خود را از دست مي دهد و جريان را از خود عبور مي دهد.

نماد فني و دو نمونه از انواع ديويد

اما هنگامي که شما ولتاژ معکوس به ديود متصل مي کنيد (+ به کاتد و - به آند) جرياني از ديود عبور نمي کند، مگر جريان بسيار کمي که به جريان نشتي يا Leakage معرف است که در حدود چند µA يا حتي کمتر مي باشد. اين مقدار جريان معمولآ در اغلب مدار هاي الکترونيکي قابل صرفنظر کردن بوده و تاثير در رفتار ساير المانهاي مدار نميگذارد. اما نکته مهم آنکه تمام ديود ها يک آستانه براي حداکثر ولتاژ معکوس دارند که اگر ولتاژمعکوس بيش از آن شود ديويد مي سوزد و جريان را در جهت معکوس هم عبور مي دهد. به اين ولتاژ آستانه شکست يا Breakdown گفته مي شود.

 در دسته بندي اصلي، ديودها را به سه قسمت اصلي تقسيم مي کنند، ديودهاي سيگنال (Signal) که براي آشکار سازي در راديو بکار مي روند و جرياني در حد ميلي آمپر از خود عبور مي دهند، ديودهاي يکسوکننده (Rectifiers) که براي يکسوسازي جريانهاي متناوب بکاربرده مي شوند و توانايي عبور جريانهاي زياد را دارند و بالآخره ديود هاي زنر (Zener) که براي تثبيت ولتاژ از آنها استفاده مي شود.

ساختار و طرز کار ترانزيستور اثر ميداني - فت

 

ترانزيستور اثر ميداني ( فت ) - FET

در مقالات گذشته در مورد نيمه هادي ها و انواع ديود و ترانزيستور مطالبي گفته شد. در ادامه نياز است که کمي در مورد ترانزيساورهاي اثر ميداني يا فِت ها ( FET  ) توضيح دهيم.

همانگونه که از نام اين المام مشخص است، پايه کنترلي آن جرياني مصرف نمي کند و تنها با اعامل ولتاژ و ايجاد ميدان درون نيمه هادي ، جريان عبوري از  FET  کنترل مي شود. به همين دليل ورودي اين مدار هيچ کونه اثر بارگذاري بر روي طبقات تقويت قبلي نمي گذارد و امپدانس بسيار بالايي دارد.

فت داراي سه پايه با نهامهاي درِين D - سورس S  و گيت G  است که پايه گيت ، جريان عبوري از درين به سورس را کنترل مي نمايد. فت ها داراي دو نوع N  کانال و P  کانال هستند. در  فت نوع N  کانال زماني که گيت نسبت به سورس مثبت باشد جريان از درين به سورس عبور مي کند . FET ها معمولاً بسيار حساس بوده و حتي با الکتريسيته ساکن  بدن نيز تحريک مي گردند. به همين دليل نسبت به نويز بسيار حساس هستند.

نوع ديگر ترانزيستورهاي اثر ميداني MOSFET  ها هستند ( ترانزيستور اثر ميداني اکسيد فلزي نيمه هادي - Metal-Oxide Semiconductor Field Efect Transistor  )  يکي از اساسي ترين مزيت هاي ماسفت ها نويز کمتر آنها در مدار است.

فت ها در ساخت فرستنده باند اف ام راديو نيز کاربرد فراواني دارند. براي تست کردن فت کانال N  با مالتي متر ، نخست پايه گيت را پيدا مي کنيم. يعني پايه اي که نسبت به دو پايه ديگر در يک جهت مقداري رسانايي دارد و در جهت ديگر مقاومت آن بي نهايت است. معمولاً مقاومت بين پايه درين و گيت از مقاومت پايه درين و سورس بيشتر است که از اين طريق مي توان پايه درين را از سورس تشخيص داد.

 

ترانزيستور چگونه کار مي کند ؟

در مطالب قبل بطور خلاصه راجع به ديودها و ترانزيستورها و پيوندهاي PN صحبت کرده مثالهايي از کاربرد اصلي انواع ديود ارائه کرديم. در اين قسمت راجع به گونه هاي ساده اولين ترانزيستورها که از سه لايه نيمه هادي تشکيل شده اند صحبت خواهيم کرد.

بصورت استاندارد دو نوع ترانزيستور بصورت PNP و NPN داريم. انتخاب نامه آنها به نحوه کنار هم قرار گرفتن لايه هاي نيمه هادي و پلاريته آنها بستگي دارد. هر چند در اوايل ساخت اين وسيله الکترونيکي و جايگزيني آن با لامپهاي خلاء، ترانزستورها اغلب از جنس ژرمانيم و بصورت PNP ساخته مي شدند اما محدوديت هاي ساخت و فن آوري از يکطرف و تفاوت بهره دريافتي از طرف ديگر، سازندگان را مجبور کرد که بعدها بيشتر از نيمه هاديي از جنس سيليکون و با پلاريته NPN براي ساخت ترانزيستور استفاده کنند. تفاوت خاصي در عملکرد اين دو نمونه وجود ندارد و اين بدان معني نيست که ترانزيستور ژرمانيم با پلاريته NPN يا سيليکون با پلاريته PNP وجود ندارد.
براي هريک از لايه هاي نيمه هادي که در يک ترانزيستور وجود دارد يک پايه در نظر گرفته شده است که ارتباط مدار بيروني را به نيمه هادي ها ميسر مي سازد. اين پايه ها به نامهاي Base (پايه) ، Collector (جمع کننده) و Emitter (منتشر کننده) مشخص مي شوند. اگر به ساختار لايه اي يک ترانزيستور دقت کنيم بنظر تفاوت خاصي ميان Collector و Emitter ديده نمي شود اما واقعيت اينگونه نيست. چرا که ضخامت و بزرگي لايه Collector به مراتب از Emitter بزرگتر است و اين عملا" باعث مي شود که اين دو لايه با وجود تشابه پلاريته اي که دارند با يکديگر تفاوت داشته باشند. با وجود اين معمولا" در شکل ها براي سهولت اين دو لايه را بصورت يکسان در نظر ميگيردند.

بدون آنکه در اين مطلب قصد بررسي دقيق نحوه کار يک ترانزيستور را داشته باشيم، قصد داريم ساده ترين مداري که مي توان با يک ترانزيستور تهيه کرد را به شما معرفي کرده و کاربرد آنرا براي شما شرح دهيم. به شکل زير نگاه کنيد.

 بطور جداگانه بين E و C و همچنين بين E و B منابع تغذيه اي قرار داده ايم. مقاومت ها يي که در مسير هريک از اين منابع ولتاژ قرار داديم صرفا" براي محدود کردن جريان بوده و نه چيز ديگر. چرا که در صورت نبود آنها، پيوندها بر اثر کشيده شدن جريان زياد خواهند سوخت.
 طرز کار ترانزيستور به اينصورت است، چنانچه پيوند BE را بصورت مستقيم باياس (Bias به معني اعمال ولتاژ و تحريک است) کنيم بطوري که اين پيوند PN روشن شود (براي اينکار کافي است که به اين پيوند حدود 0.6 تا 0.7 ولت با توجه به نوع ترانزيستور ولتاژ اعمال شود)، در آنصورت از مدار بسته شده ميان E و C مي توان جريان بسيار بالايي کشيد. اگر به شکل دوم دقت کنيد بوضوح خواهيد فهميد که اين عمل چگونه امکان پذير است. در حالت عادي ميان E و C هيچ مدار بازي وجود ندارد اما به محض آنکه شما پيوند BE را با پلاريته موافق باياس کنيد، با توجه به آنچه قبلا" راجع به يک پيوند PN توضيح داديم، اين پيوند تقريبا" بصورت اتصال کوتاه عمل مي کند و شما عملا" خواهيد توانست از پايه هاي E و C جريان قابل ملاحظه اي بکشيد. (در واقع در اينحالت مي توان فرض کرد که در شکل دوم عملا" لايه PN مربوط به BE از بين مي رود و بين EC يک اتصال کوتاه رخ مي دهد.)

بنابراين مشاهده مي کنيد که با برقراري يک جريان کوچک Ib شما مي توانيد يک جريان بزرگ Ic را داشته باشيد. اين مدار اساس سوئيچ هاي الکترونيک در مدارهاي الکترونيکي است. بعنوان مثال شما مي توانيد در مدار کلکتور يک رله قرار دهيد که با جريان مثلا" چند آمپري کار مي کند و در عوض با اعمال يک جريان بسيار ضعيف در حد ميلي آمپر - حتي کمتر - در مدار بيس که ممکن است از طريق يک مدار ديجيتال تهيه شود، به رله فرمان روشن يا خاموش شدن بدهيد.

نظرات0
برای ارسال دیدگاه وارد حساب کاربری خود شوید.

ورود به حساب کاربریایجاد حساب کاربری