یکی از قطعات نیمه هادی مهم در علم برق و الکترونیک دیودها هستند. دیودها رفتار الکتریکی مشخصی را تحت شرایط بایاس متفاوت از خود نشان می دهند. بایاسینگ در حقیقت نحوه اتصال تغذیه به دو سر دیود می باشد. بایاس معکوس یعنی دیود تحت ولتاژی قرار می گیرد که مخالف جهت جریان طبیعی آن است. به منظور توضیح کامل بایاس معکوس و نکات آن در این مقاله به پدیده بایاس معکوس دیود، اهمیت آن و ملاحظات مهم هنگام کار با دیودها در شرایط بایاس معکوس می پردازیم.
بیشتر بخوانید: بایاس مستقیم دیود
بایاس معکوس دیود
بایاس معکوس دیود زمانی اتفاق می افتد که ولتاژ اعمال شده به دیود به نحوی باشد که ولتاژ سمت P (آند) منفی تر از سمت N (کاتد) شود. در این حالت مقاومت ناحیه بین پیوند های P و N دیود افزایش یافته و در نتیجه مانع عبور و افزایش جریان می شود. در عمل دیود قطع می شود که به این فرایند بایاس معکوس دیود گفته می شود.
در شرایط بایاس معکوس، دیود مقاومت بسیار بالایی از خود نشان می دهد و از عبور جریان به طور قابل توجهی جلوگیری می کند. البته، با وجود مقاومت بالا در مسیر جریان، یک جریان نشتی کوچک در جهت مخالف دیود اتفاق می‌افتد که به دلیل حامل‌های بار اقلیت (حفره‌ها در سمت N و الکترون‌ها در سمت P) است که موفق به عبور از پیوند P-N می‌شوند. این رفتار دیودها یک اصل مهم برای چندین کاربرد مهم در الکترونیک می باشد.
اهمیت بایاس معکوس دیود
در ادامه، کاربردهای مختلف بایاس معکوس دیود در مدارهای الکترونیکی را مورد بررسی قرار می دهیم:
1) یکسوسازی و حفاظت
در مدارهای یکسو کننده، دیودهای بایاس معکوس از عبور جریان در طول نیم سیکل منفی شکل موج AC جلوگیری می کنند. این عملکرد موجب جلوگیری از عبور جریان و ولتاژ در جهت ناخواسته است که تبدیل جریان و ولتاژ AC به DC را امکان پذیر می کند. علاوه بر این، دیودهای بایاس معکوس برای محافظت در برابر افزایش ولتاژ و تغییرات گذرا با منحرف کردن ولتاژ اضافی از روی قطعات حساس استفاده می‌شوند.
2) دیودهای واراکتور
دیودهای واراکتور دیودهایی با بایاس معکوس هستند که به طور خاص برای ویژگی های ظرفیت خازنی متغیر طراحی شده اند. با اعمال یک ولتاژ معکوس، عرض ناحیه تخلیه این دیودها تغییر کرده و به یک خازن متغیر با ولتاژ تبدیل می شوند. این دیودها در نوسانگرهای کنترل شده با ولتاژ و مدولاتورهای فرکانس کاربرد دارند.
3) فتودیودها
فتودیودهای بایاس معکوس شده برای تشخیص شدت نور مورد استفاده قرار می گیرند. هنگامی که فوتون ها به این دیود برخورد می کنند، یک جریان در داخل این دیود ایجاد می شود. شدت جریان عبوری از این دیود در حالت بایاس معکوس، شدت نور تابیده شده به آن را نمایش می دهد. به منظور تشخیص شدت نور به صورت ولتاژی می توان یک مقاومت بزرگ را با این دیود سری کرد. در این حالت ولتاژ مقاومت نمادی از شدت نور خواهد بود.
ملاحظات و نکات مهم
برای دیود با بایاس معکوس، ملاحظات زیر باید در نظر گرفته شود:
1) خرابی در اثر ولتاژ معکوس بالا
اعمال یک ولتاژ معکوس بالاتر از حد نامی ذکر شده در دیتاشیت دیود می تواند منجر به پدیده ای به نام شکست معکوس شود که در آن دیود به طور ناگهانی اجازه عبور جریان زیادی را می دهد که می تواند منجر به سوختن کامل دیود شود.
2) جریان نشتی
وجود جریان نشتی مسئله ای است که باید در طراحی مدارهای حساس در نظر گرفته شود.
3) اثرات دما
مقدار جریان نشتی معکوس به تغییرات دما بسیار حساس است. دماهای بالاتر می تواند منجر به افزایش جریان نشتی شود که بر عملکرد کلی مدار تأثیر می گذارد.
4) خرابی به علت اثر بهمنی
خرابی بهمنی در دیودها زمانی اتفاق می‌افتد که ولتاژهای معکوس بالا باعث شتاب گرفتن حامل‌های شارژ و ایجاد جریان هجومی و خرابی و سوختن سریع دیودها می شود.
جمع بندی
در این مقاله، ابتدا توضیحاتی در مورد بایاس معکوس دیود که یک مفهوم اساسی و زیربنایی در الکترونیک است ارائه شد. سپس کاربردهای مختلف آن در مدارات الکترونیکی مورد بررسی قرار گرفت و در نهایت به ملاحظات و نکات مهم در مورد بایاسینگ معکوس دیودها اشاره گردید.
تمامی موارد فوق را به صورت عملی همراه با نکات تجربی دیگر در مورد دیودها و انواع آنها و نکات عملی مربوط به هر کدام به طور کامل در دوره جامع آموزش الکترونیک بررسی کرده ایم.
در پایان، ممنون که همراه ما بودید. هر سوال یا ابهامی در مورد مطالب ارائه شده در این مقاله دارید حتما در کامنت ها بنویسید، به تمام سوالات پاسخ داده میشه. اگه انتقاد یا پیشنهادی هم داشتید ممنون میشم با ما در میان بزارید.
