دیودها و یکسوسازها

دیود ایده‌آل چیست و چگونه تعریف می‌شود؟

lazy کهربا الکترونیک قطعات الکترونیک، لوازم اندازه گیری، ابزار و باتری

قبل از اینکه به توصیف دیود ایده‌آل بپردازیم و بدانیم که دیود ایده‌آل چیست و چگونه تعریف می‌شود؟ بهتر است تا بیشتر با معنی کلمه ایده‌آل آشنا شویم. وقتی می‌گوییم چیزی ایده‌آل است در واقع کمال مطلوب و مثال اعلای فکری از آن چیز مد نظر ماست. وقتی در مورد نمونه کامل و صورت آرمانی چیزی فکر می‌کنیم که مطلوب ماست، در مورد ایده‌آل آن چیز فکر می‌کنیم. به نظر بدیهی می‌رسد که ایده‌آل‌ها در جهان واقعی در دسترس نباشند. ایده‌آل مثالی آرمانی از چیزی است که فقط می‌توانیم به آن بیندیشیم و دستیابی به آن غیرممکن است. در مورد دیود هم چنین است. دیود ایده‌آل وجود ندارد و تمام دیودهای ساخته شده در جهان دیودهای غیر ایده‌آل هستند.

در شکل زیر نمای شماتیک دیود ایده‌آل مشخص شده است.

 

ideal diode 2 کهربا الکترونیک قطعات الکترونیک، لوازم اندازه گیری، ابزار و باتری

عناصر تشکیل دهنده‌ی مدارات الکتریکی ساده را با توجه به مشخصات ترمینال‌های آنها به دو گروه اصلی تقسیم می‌شوند:

۱) قطعات خطی- قطعاتی هستند که آنها را می‌توان توسط معادلات جبری یا معادلات دیفرانسیل خطی تعریف کرد.

۲) قطعات غیرخطی- قطعاتی هستند که توسط معادلات غیرخطی تعریف می‌شوند.

مقاومت، خازن و سلف مثال‌هایی از عناصر مداری پسیو هستند که ذاتا خطی هستند. تقویت کننده‌های عملیاتی، وقتی با محدودیت‌های عملیاتی خاصی کار می‌کنند قطعات اکتیوی هستند که خطی می‌باشند. دیود اصلی‌ترین عنصر غیر خطی مدارات الکترونیک است. دیود قطعه ساده‌ی دو ترمینالی است که هدایت نامتقارن دارد. به لحاظ تاریخی، قطعاتی که هدایت نامتقارن داشتند، در زمان اختراع به نام «رکتیفایر» یا «یکسوساز» شناخته شدند. در سال 1919، همزمان با اختراع «تترود»، فیزیکدان بریتانیایی، ویلیام هنری اکلس، اصطلاح دیود را برای رکتیفایر وضع کرد. کلمه «دیود» از ریشه یونانی di (δί) به معنای «دو» و (οδός) ode به معنای «مسیر» ساخته شده است. این دو کلمه با هم کلمه جدید diode را تشکیل می‌دهند. همچنین دو ترمینال دیود، نامی را که ترمینال‌های تترود به آن نامیده می‌شدند، حفظ کردند. ترمینال مثبت دیود را آند به معنای «مسیر بالا» و ترمینال منفی آن را کاتد به معنای «مسیر پایین» می‌نامیم.

با توجه به توضیحات فوق، دیود ایده‌آل را نمی‌توانیم بسازیم ولی می‌توانیم آن را تعریف نماییم. یک مقاومت غیر خطی دوسر را دیود ایده‌آل نامند اگر مشخصه آن در صفحه (vi) از دو نیم خط مستقیم ، ناحیه منفی محور (v) و ناحیه مثبت محور (i) تشکیل شده باشد. مشخصه دیود ایده آل در شکل زیر نشان داده شده است. وقتی v<0 باشد، i=0 است، یعنی برای ولتاژ های منفی، دیود ایده‌آل مثل مدار باز عمل میکند. وقتی i>0 باشد v=0 است، یعنی برای جریان‌های مثبت، دیود ایده آل مثل یک مدار با اتصال کوتاه عمل می کند. توجه به نمودار زیر به ما خاطر نشان می‌سازد که منحنی دیود ایده‌آل یک منحنی متقارن نسبت به مبدا مختصات نیست. واضح است که تمام مقاومت‌های خطی دو طرفه هستند ولی اغلب مقاومت‌های غیر خطی دو طرفه نیستند. توجه به دو طرفه بودن یک مقاومت غیرخطی حائز اهمیت فیزیکی است. در مورد یک عنصر دوطرفه لزومی ندارد که دو سر آن از همدیگر متمایز شوند و می‌توان آن عنصر را بدون توجه به پایه‌های آن به مدار و بقیه قطعات متصل نمود. ولی در مورد عنصری مانند دیود که دو طرفه نیست بایستی پایه‌های آن دقیقا از هم متمایز گردند.

vi page for ideal diode کهربا الکترونیک قطعات الکترونیک، لوازم اندازه گیری، ابزار و باتری

توجه به نمودار فوق دو ناحیه مهم را در مورد دیود ایده‌آل برای ما مشخص می‌سازد. اولی موقعی است که ولتاژ منفی به دو سر دیود اعمال شده و جریان عبوری از دیود صفر است. در این حالت گوییم که دیود در حالت بایاس معکوس قرار دارد. دیگری موقعی است که روی دو سر دیود ولتاژ صفر است و جریان در آن برقرار است. در این حالت گوییم که دیود در بایاس مستقیم قرار دارد. دیود ایده‌آل در بایاس مستقیم بصورت یک کلید بسته بوده و مانند اتصال کوتاه عمل می‌کند و در بایاس معکوس مانند یک کلید باز بوده و مانند اتصال کوتاه عمل می‌کند.

diode in bias کهربا الکترونیک قطعات الکترونیک، لوازم اندازه گیری، ابزار و باتری

در این نوشته دیود ایده‌آل را تعریف کردیم و منحنی رفتار آن را در صفحه ولتاژ-جریان دیدیم. با استفاده از نمودار مربوطه دو حالت کار برای دیود تعریف شد که عبارت بودند از بایاس مستقیم و بایاس معکوس. در بایاس مستقیم دیود بصورت اتصال کوتاه و در بایاس معکوس دیود به صورت اتصال باز عمل می‌کند.

 

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *