تحقیق درباره ی دیود + دانلود فایل

دید کلی
دیود یک قطعه‌الکترونیکی است که ‌از به هم چسباندن دو نوع ماده n و p (هر دو از یک جنس ،سیلیسیم یا ژرمانیم) ساخته می‌شود. چون دیود یک قطعه دو پایانه ‌است، اعمال ولتاژدر دو سر پایانه‌هایش سه حالت را پیش می‌آورد.
دیود بی بایاس یا بدون تغذیه کهولتاژ دو سر دیود برابر صفر است و جریان خالص بار در هر جهت برابر صفراست.
بایاس مستقیم یا تغذیه مستقیم که ولتاژ دو سر دیود بزرگتر از صفر است که‌الکترونها را در ماده n و حفره‌ها را در ماده p تحت فشار قرار می‌دهد تا یونهایمرزی با یکدیگر ترکیب شده و عرض ناحیه تهی کاهش یابد. (گرایش مستقیم دیود)
تغذیهیا بایاس معکوس که ولتاژ دو سر دیود کوچکتر از صفر است، یعنی ولتاژ به دو سر دیودطوری وصل می‌شود که قطب مثبت آن به ماده n و قطب منفی آن به ماده p وصل گردد و بهعلت کشیده شدن یونها به کناره عرض ناحیه تهی افزایش می‌یابد (گرایش معکوس دیود.
مشخصه دیود در گرایش مستقیم
فرض کنید توسط مداری بتوانیم ولتاژ دو سریک دیود را تغییر دهیم و توسط ولتمتر و آمپرمتر ولتاژ و جریان دیود را در هر لحظهاندازه گیری کرده ،بر روی محورهای مختصات رسم نماییم.جریان I در جهتی است که دیودقادر به عبور آن است .به همین علت اصطلاحاَ گفته می شود دیود در گرایش مستقیم یابایاس مستقیم است . در هر حال اگر توسط پتانسیومتر ولتاژ دو سر دیود را از صفرافزایش دهیم ،مشاهده می شود تا ولتاژ به خصوصی ، جریان قابل ملاحظه ای از دیود عبورنمی کند.به این ولتاژ زانو می گویند ،این ولتاژبرای دیودهای از جنس ژرمانیم ۲/۰ ولتو برای دیودهای سیلیسیم ۷/۰ ولت است .تا ولتاژ زانو اگرچه دیود در جهت مستقیم است ،اما هنوز دیود روشن نشده است .از این ولتاژ به بعد ، به طور ناگهان جریان در مدارافزایش یافته و هرچه ولتاژ دیود را افزایش دهیم ، جریان دیود افزایش می یابد .
مشخصه دیود در گرایش معکوس
هرگاه جهت دیود را تغییر داده یعنی برعکس حالتگرایش مستقیم ، در جهت بایاس معکوس جریان مدار خیلی کم بوده و همچنین با افزایشولتاژ معکوس دو سر دیود جریان چندان تغییر نمی کند به همین علت به آن جریان اشباعدیود گویند که این جریان حاصل حاملهای اقلیت می باشد . حدود مقدار این جریان برایدیودهای سیلیسیم ،نانو آمپر و برای دیودهای ژرمانیم حدود میکرو آمپر است. ارگ ولتاژمعکوس دیود را همچنان افزایش دهیم به ازاء ولتاژی ، جریان دیود به شدت افزایش مییابد . ولتاژ مزبور را ولتاژ شکست دیود می نامند و آنرا با VB نشان می دهند . دیودهای معمولی ،اگر در ناحیه شکست وارد شوند از بین می روند .(اصطلاحاَ می سوزند).
بنابر این ولتاژ شکست دیود یکی از مقادیر مجاز دیود است که توسط سازنده معین میگردد و استفاده کننده از دیود باید دقت نماید تا ولتاژ معکوس دیود به این مقدارنرسد.
البته در حالت مستقیم نیز جریان دیود اگر از حدی تجاوز نماید به علتمحدودیت توان دیودباعث از بین رفتن دیود می گردد.این مقدار نیز یکی از مقادیر مجازدیود است و به آن جریان مجاز دیود گفته می شود و توسط سازنده دیود معین می گردد.

دیود متغییر
دیدکلی
وقتی که دیودی در بایاس معکوس قرار می‌گیرد، با افزایش ولتاژ معکوس لایه تهیتقریبا فاقد حاملهای بار الکتریکی است، شبیه به یک عایق یا دی‌الکتریک عمل می‌کند. از سوی دیگر نواحی n و pشبیه به رسانای خوب عمل می‌کنند. با یک تجسم ساده می‌تواننواحی p و n را در دو طرف لایه تهی مانند یک خازن تخت موازی در نظر گرفت. از اینجهت ظرفیت این خازن تخت موازی را ظرفیت خازن انتقال یا ظرفیت لایه تهی گویند. ظرفیتخازن انتقال (Ct) هر دیود با افزایش ولتاژ معکوس کاهش می‌یابد. دیودهای سیلسیوم کهبرای این اثر ظرفیتی طراحی و بهینه شده‌اند، دیود با ظرفیت متغیر یا ورکتور نامدارند.

ساخت دیود متغیر
در دیود متغیر ، رابطه ظرفیت دیود با پتانسیلگرایش معکوس به صورت است، که اگر پیوند خطی باشد، است. ولی اگر پیوند تیز باشد،است. پس حساسیت ولتاژ برای یک پیوند تیز بیشتر از پیوند شیبدار خطی است. به ایندلیل ورکتور غالبا با روشهای آلیاژی یا رشد رونشستی و یا کاشت یونی ساختهمی‌شوند.

مشخصات لایه رونشستی و ناخالصی بستر را می‌توان طوری انتخاب کرد کهپیوندهای با نمای n بزرگتر از بدست آید. چنین پیوندهایی فوق تیز نامیده می‌شوند. ورکتور موازی با یک القاگر تشکیل یک مدار تشدید می‌دهد. با تغییر ولتاژ معکوسورکتور می‌توانیم فرکانس تشدید را تغییر بدهیم. این کنترل الکترونیکی فرکانس تشدیددر موارد مختلف مدارهای الکترونیکی کاربرد فراوان دارد.

کاربرد دیود متغیر
دیود متغیر یا ورکتور به شکل متداولتری برای بهره‌گیری ویژگی‌های ولتاژ متغیرظرفیت بکار می‌رود. مثلا یک ورکتور با مجموعه‌ای از ورکتورها را می‌توان در طبقهتنظیم ، که گیرنده رادیویی به جای خازن حجیم صفحه متغیر ظرفیت مورد استفاده قرارداد. در این صورت اندازه مدار می‌تواند بسیار کوچک شده قابلیت اطمینان آن بهتر شود. از دیگر کاربردهای ورکتورها می‌توان به تولید رمونی‌ها ، ضرب فرکانس‌های مایکرویو ،فیلتر‌های فعال اشاره کرد.

دیودزنر
دیود زنر:
دیود های زنر یا شکست ، دیود های نیمه هادی با پیوند p-n هستندکه در ناحیه بایاس معکوس کار کرده و دارای کاربردهای زیادی در الکترونیک ، مخصوصآبه عنوان ولتاژ مبنا و یا تثبیت کننده ی ولتاژ دارند.

هنگامیکه پتانسیلالکتریکی دو سر دیود را در جهت معکوس افزایش دهیم در ولتاژ خاصی پدیده شکست اتفاق می افتد، بد ین معنی که با افزایش بیشتر ولتاژ ، جریان بطور سریع و ناگهانی افزایشخواهد داشت. دیود های زنر یا شکست دیود هایی هستند که در این ناحیه یعنی ناحیه شکستکار میکنند و ظرفیت حرارتی آنها طوری است که قادر به تحمل محدود جریانمعینی در حالتشکست می باشند، برای توجیه فیزیکی پدیده شکست دو نوع مکانیسم وجود دارد.
مکانیسماول در ولتاژهای کمتر از ۶ ولت برای دیودهایی که غلظت حامل ها در آن زیاد است اتفاقمی افتد و به پدیده شکست زنر مشهور است. در این نوع دیود ها به علت زیاد بودن غلظتناخالصی ها در دو قسمت p و n ، عرض منطقه ی بار فضای پیوند باریک بوده و در نتیجهبا قرار دادن یک اختلاف پتانسیل v بر روی دیود (پتانسیل معکوس) ، میدان الکتریکیزیادی در منطقه ی پیوند ایجاد می شود.
با افزایش پتانسیل v به حدی می رسیمکهنیروی حاصل از میدان الکتریکی ، یکی از پیوند های کووالانسی را می شکند. با افزایشبیشتر پتانسیل دو سر دیود از انجایی که انرژی یا نیروهای پیوند کووالانسی باندظرفیت در کریستال نیمه هادی تقریبأ مساوی صفر است ، پتانسیل تغییر چندانی نکرده ،بلکه تعداد بیشتری از پیوندهای ظرفیتی شکسته شده و جریان دیود افزایش مییابد.
آزمایش نشان میدهد که ضریب حرارتی ولتاژ شکست برای این نوع دیود منفی است، یعنی با افزایش درجه حرارت ولتاژ شکست کاهش می یا بد. بنابر این دیود با ولتاژکمتری به حالت شکست می رود (انرژی باند غدغن برای سیلیکن و ژرمانیم در درجه حرارتصفر مطلق بترتیب ۱٫۲۱ و۰٫۷۸۵ الکترون_ولت است، و در درجه حرارت ۳۰۰ درجه کلوین اینانرژی برای سیلیکن ev 1.1و برای ژرمانیم ev0.72 خواهد بود). ثابت می شود که می دانالکتریکی لازم برای ایجاد پدیده زنر در حدود ۲*۱۰است.
این مقدار برای دیود هاییکه در آنها غلظت حامل ها خیلی زیاد است در ولتاژهای کمتر از ۶ ولت ایجاد می شود . برای دیودهایی که دارای غلظت حاملهای کمتری هستند ولتاژ شکست زنر بالاتر بوده وپدیده ی دیگری بنام شکست بهمنی در آنها اتفاق می افتد (قبل از شکست زنر) که ذیلأ بهبررسی آن می پردازیم.
مکانیسم دیگری که برای پدیده شکست ذکر می شود ، مکانیسمشکست بهمنی است. این مکانیسم در مورد دیودهایی که ولتاژ شکست آنها بیشتر از ۶ ولتاست صادق می باشد . در این دیود ها به علت کم بودن غلظت ناخالصی ، عرض منطقه ی بارفضا زیاد بوده و میدان الکتریکی کافی برای شکستن پیوندهای کووالانسی بوجود نمی آید، بلکه حاملهای اقلیتی که بواسطه انرژی حرارتی آزاد می شود ، در اثر میدان الکتریکیشتاب گرفته و انرژی جنبشی کافی بدست آورده و در بار فضا با یون های کریستال برخوردکرده و در نتیجه پیوندهای کووالانسی را می شکنند . با شکستن هر پیوند حاملهای ایجادشده که خود باعث شکستن پیوند های بیشتر می شوند .
بدین ترتیب پیوندها بطورتصاعدی یا زنجیری و یا بصورت پدیده ی بهمنی شکسته می شوند و این باعث می شود کهولتاژ دو سر دیود تقریبأ ثابت مانده و جریان آن افزایش یافته و بواسطه ی مدار خارجیمحدود می شود . چنین دیود هایی دارای ضریب درجه ی حرارتی مثبت هستند . زیرا باافزایش درجه ی حرارت اتمهای متشکله کریستال به ارتعاش در آورده ، در نتیجه احتمالبرخورد حاملهای اقلیت با یونها ، بهنگام عبور از منطقه بار فضا زیادتر می گردد . بهعلت زیاد شدن برخوردها احتمال اینکه انرژی جنبشی حفره یا الکترون بین دو برخوردمتوالی بمقدار لازم برای شکست پیوند برسد کمتر شده و در نتیجه ولتاژ شکست