“إنه مكون شائع جدًا في الدوائر الإلكترونية ، وهو شائع جدًا ، ويتميز الصمام الثنائي بخصائص التوصيل الأمامي والقطع العكسي.
“
إنه مكون شائع جدًا في الدوائر الإلكترونية ، وهو شائع جدًا ، ويتميز الصمام الثنائي بخصائص التوصيل الأمامي والقطع العكسي.
يتم تطبيق جهد موجب على الطرف الموجب (القطب الموجب) للديود ، ويتم تطبيق جهد سلبي على الطرف السالب (القطب السالب) ، ويتم تشغيل الصمام الثنائي ، ويتدفق التيار عبر الصمام الثنائي. يتم تطبيق جهد سالب على الطرف الموجب (القطب الموجب) للديود ، ويتم تطبيق جهد موجب على الطرف السالب (القطب السالب) ، ويتم إيقاف تشغيل الصمام الثنائي ، ولا يتدفق التيار عبر الصمام الثنائي. هذا هو ما يسمى بخاصية التوصيل أحادي الاتجاه للديود. يوضح ما يلي سبب عمل الثنائيات بشكل أحادي الاتجاه.
الموصلية أحادية الاتجاه للديودات
يتكون الصمام الثنائي من تقاطعات PN ، وهي أشباه الموصلات من النوع P وأشباه الموصلات من النوع N ، وبالتالي فإن خصائص تقاطع PN تؤدي إلى خصائص التوصيل أحادية الاتجاه للديود. يظهر تقاطع PN في الشكل 1.
الشكل 1 الشكل 1 رسم تخطيطي لتقاطع PN
بالقرب من الواجهة بين أشباه الموصلات من النوع P و N ، نظرًا لتركيز الإلكترون الحر الكبير في المنطقة N ، ستنتشر الإلكترونات الحرة سالبة الشحنة من المنطقة N إلى المنطقة P بتركيز إلكترون منخفض ؛ نتائج الانتشار تجعل تقاطع PN بالقرب من P يكون جانب المنطقة مشحونًا سالبًا ، والجانب القريب من المنطقة N مشحون بشكل إيجابي ، مكونًا مجالًا كهربائيًا من المنطقة N إلى المنطقة P ، أي المجال الكهربائي في تقاطع PN. سيعوق المجال الكهربائي الداخلي الانتشار المستمر لحاملات الأغلبية ، والمعروفة أيضًا باسم الطبقة الحاجزة.
شرح مفصل لتقاطع PN
إن التوصيل أحادي الاتجاه للديودات مفيد للغاية ، فما الذي يجعل الإلكترونيات مطيعة للغاية؟ ما هي آليته المجهرية؟ هنا مقدمة صورة بسيطة.
لنفترض أن هناك شبه موصل من النوع P (يمثل اللون الأصفر الكثير من الثقوب) وأشباه الموصلات من النوع N (يمثل اللون الأخضر الكثير من الإلكترونات) ، فكلها محايدة في حالتها الطبيعية ، أي أنها غير مشحونة. كما هو موضح في الصورة 2.
الشكل 2 أشباه الموصلات من النوع P و N
الجمع بينهما يشكل تقاطع PN. ستعمل إلكترونات أشباه الموصلات من النوع N عند الحدود بشكل طبيعي إلى المنطقة من النوع P لملء الثقوب ، تاركة الذرات التي تفقد الإلكترونات وتصبح موجبة الشحنة. الذرات الموجودة على حدود المنطقة المقابلة من النوع P مشحونة سلبًا بسبب الإلكترونات ، وبالتالي تشكل منطقة شحنة فضائية عند الحدود. لماذا سميت “منطقة شحنة الفضاء”؟ ذلك لأن هذه الشحنات تتكون من ذرات لا يمكنها التحرك في الفضاء المجهري.
تشكل منطقة شحنة الفضاء مجالًا كهربائيًا داخليًا ، ويكون اتجاه المجال الكهربائي من N إلى P. ويمنع هذا المجال الكهربائي الإلكترونات التالية من الاستمرار في ملء الثقوب ، لأن شحنة الفضاء السالبة في المنطقة من النوع P يصد الإلكترونات في هذا الوقت. سيصبح الجمع بين الإلكترونات والثقوب أبطأ وأبطأ ، ويصل أخيرًا إلى التوازن ، وهو ما يعادل استنفاد الموجات الحاملة ، لذلك تسمى منطقة الشحن الفضائي أيضًا طبقة النضوب. في هذا الوقت ، لا يزال تقاطع PN محايدًا كهربائيًا ككل ، لأن الشحنات الفضائية الموجبة والسالبة تلغي بعضهما البعض. كما هو مبين في الشكل 3.
الشكل 3 يشكل تقاطع PN مجالًا كهربائيًا داخليًا
عندما يتم تطبيق جهد أمامي ، يتغير اتجاه المجال الكهربائي من الموجب إلى السالب ، وهو عكس المجال الكهربائي المدمج ، مما يضعف المجال الكهربائي المدمج ، وبالتالي يسهل توصيل الصمام الثنائي. تشير الأسهم الخضراء إلى اتجاه تدفق الإلكترون ، وهو عكس الاتجاه المحدد بواسطة التيار. كما هو مبين في الشكل 4.
الشكل 4 حالة التوصيل إلى الأمام
عند تطبيق جهد عكسي ، يكون اتجاه المجال الكهربائي هو نفس اتجاه المجال الكهربائي المدمج ، مما يعزز المجال الكهربائي المدمج ، وبالتالي ليس من السهل توصيل الصمام الثنائي. كما هو مبين في الشكل 5. بالطبع ، عدم التوصيل ليس مطلقًا ، وعمومًا سيكون هناك تيار تسرب صغير. إذا استمر الجهد العكسي في الزيادة ، فقد يتسبب ذلك في انهيار الصمام الثنائي ويسبب تسربًا سريعًا.
الشكل 5 عكس الحالة غير الموصلة
الشكل 6 هو منحنى الجهد الحالي للديود كمرجع.
الشكل 6 الشكل 6 منحنى الجهد الحالي للديود
يوضح الشكل 7 بوضوح لماذا يمكن تشغيل الثنائيات في اتجاهات مختلفة ولا يمكن تشغيلها ، وهو أمر يسهل فهمه.
الشكل 7 تأثيرات توصيل مختلفة في اتجاهات مختلفة
هناك العديد من الأمثلة للتوصيل أحادي الاتجاه في الحياة. على سبيل المثال ، البوابة ذات الاتجاه الواحد عند مدخل مترو الأنفاق تعادل أيضًا تأثير الثنائيات: التوصيل الأمامي والتوصيل العكسي. تؤدي القوة المفرطة “الانهيار العكسي” إلى تدمير الباب الدوار.