دیودها با کاربرد خاص

تعدادی از دیودها هستند که برای هدف و کاربرد به خصوصی طراحی شده اند و البته کاربردهای زیادی نیز دارند که از جمله دیود خازنی،تونل و شاتکی می باشد.

دیودها ی خازنی یا واراکتور

یک دیود پیوندی در هر دو طرف دارای پتانسیل است به طوریکه ناحیه تخلیه، به عنوان یک دی الکتریک عمل کند. به همین دلیل در آن ظرفیت الکتریکی (خازنی) وجود دارد. دیود خازنی یک دیود خاص است که در بایاس معکوس، جاییکه ظرفیت پیوند متغیر است، عمل می کند.

به دیودها ی خازنی Vari Cap یا Volt Cap  نیز گفته می شود. شکل زیر یک دیود خازنی متصل به بایاس معکوس را نشان می دهد.

اگر ولتاژ معکوس اعمال شده افزایش یابد، عرض ناحیه دی الکتریک افزایش می یابد که باعث کاهش خازن اتصال می شود. هنگامی که ولتاژ معکوس کاهش می یابد، عرض دی الکتریک کاهش می یابد که باعث افزایش ظرفیت خازنی می شود. اگر ولتاژ معکوس صفر باشد، ظرفیت خازن حداکثر خواهد بود.

شکل زیر نمادهای مختلف مورد استفاده برای دیودهای خازنی و عملکرد آن را نیز نشان می دهد.

اگرچه تمام دیودها از این ظرفیت الکتریکی پیوند برخوردار هستند اما دیود خازنی به خصوص برای استفاده از این قابلیت و افزایش تغییرات در این ظرفیت خازنی ساخته شده است.

کاربردها

• به عنوان یک خازن متغیر ولتاژ استفاده می شود.
• در مدار مخزن LC متغیر استفاده می شود.
• همانند یک کنترل فرکانس خودکار استفاده می شود.
• به عنوان تعدیل کننده فرکانس استفاده می شود.
• به نوعی یک مبدل فاز RF می باشد.
• به عنوان ضریب فرکانس در مدارهای نوسان ساز محلی استفاده می شود.

دیودها ی تونل

اگر غلظت ناخالصی یک پیوند PN معمولی افزایش زیادی داشته باشد، دیود تونل شکل می گیرد. همچنین به آن دیود Esaki نیز گفته می شود که نام مخترع آن می باشد.

هنگامیکه غلظت ناخالصی در یک دیود افزایش می یابد، عرض ناحیه تخلیه کاهش می یابد و مقداری نیروی اضافی را برای حامل های بار برای عبور از محل اتصال گسترش می دهد. هنگامیکه این غلظت بیشتر شود به دلیل عرض کمتر ناحیه تخلیه و افزایش انرژی حامل های بار، به جای بالا رفتن از آن، از طریق لایه سد نفوذ می کنند. این نفوذ را می توان تونل زدن نیز تعبیر کرد و به همین دلیل این دیودها را دیود تونل می نامند.

دیودهای تونل کم مصرف هستند و باید با احتیاط از آنها استفاده کرد زیرا به راحتی تحت تأثیر گرما و الکتریسیته ساکن قرار می گیرند. رابطه ولتاژ و جریان در دیود تونل دارای ویژگی خاصی است و در واقع عملکرد آن را بیان می کند. نمودار زیر این قضیه را بیان می کند.

فرض کنید که دیود در حالت بایاس مستقیم قرار دارد. با افزایش ولتاژ، جریان نیز به سرعت افزایش می یابد، تا زمانیکه به نقطه ی اوج یا همان پیک جریان می رسد. ولتاژ در این نقطه ولتاژ پیک نامیده می شود که با VP مشخص شده است.

اگر ولتاژ از نقطه VP بالاتر برود، جریان شروع به کاهش می کند. جریان تا قبل از رسیدن به نقطه VALLEY کاهش می یابد. ولتاژ این نقطه Valley Voltage نام دارد که با VV نشان داده شده است.

اگر این دیودها در حالت بایاس معکوس باشند، با افزایش ولتاژ معکوس، همانند یک رسانای عالی عمل می کنند.

کاربردها

• به عنوان یک سوئیچ سرعت بالا استفاده می شود.
• به عنوان حافظه برای ذخیره سازی داده ها استفاده می شود.
• در مدارات اسیلاتور ریزموج های الکترومغناطیسی به کار می رود.

دیودها ی شاتکی

این دیودها ویژگی خاصی دارند که در آن به جای پیوند PN از یک اتصال نیمه هادی-فلزی استفاده شده است. در واقع به جای نیمه هادی P از یک فلز استفاده شده که به نیمه هادی N متصل شده است و فاقد ناحیه تخلیه است. شکل زیر دیود شاتکی و نماد آن را نشان می دهد.

فلز مورد استفاده در دیود شاتکی می تواند از جنس طلا، نقره، پلاتین یا تنگستن و غیره باشد. همچنین ماده نیمه هادی می تواند به جز سیلیکون، از جنس گالیم آرسنید نیز باشد که پرکاربردتر است.

عملکرد دیودها ی شاتکی

هنگامیکه هیچ ولتاژی اعمال نشده یا مدار بدون بایاس باشد، الکترون های موجود در نیمه هادی N دارای انرژی کمتری نسبت به فلز است. اگر دیود در حالت بایاس مستقیم باشد، این الکترونها در N مقداری انرژی به دست می آورند و با انرژی بیشتری حرکت می کنند. به همین علت این الکترون ها را حامل های گرم می نامند.

تصویر زیر دیود شاتکی که به مدار وصل است را نشان می دهد.

مزایا

• این دیودها تک قطبی هستند و از این رو جریان معکوس در آنها تشکیل نمی شود.
• مقاومت آنها کم است.
• افت ولتاژ در آنها بسیار کم است.
• یکسوسازی با دیودهای شاتکی سریع و آسان است.
• فاقد هیچگونه ناحیه تخلیه است و از این رو، ظرفیت خازنی وجود ندارد. بنابراین، دیود به سرعت در حالت خاموش (off) قرار می گیرد.

کاربردها

• به عنوان یک دیود آشکارساز استفاده می شود.
• به عنوان یکسوکننده برق استفاده می شود.
• در مدارهای RF mixer کاربرد دارد.
• در مدارهای برق به کار می رود.