آموزش دیود ها – بخش سوم { بررسی کاربرد دیودها }

مقدمه

دوستان سلام. این بخش سوم از جلسات آموزشی دیود هست. پیشنهاد میکنم برای فهم بهتر مطالب حتما بخش های اول و دوم این نوشته را از لینک زیر بخوانید:

• بخش اول
• بخش دوم

در این جلسه میخوایم به کاربرد دیودها بپردازیم. البته قبل از اون فتودیود رو با هم بررسی میکنیم.

دیود نوری یا فتودیود

دیودهای نوری دقیقا بر عکس LED ها هستند. در LED جریان میدادیم و نور به ما میداد. اینجا فتودیود با استفاده از فوتون های نور، انرژی رو در خودشون ذخیره میکنن و به صورت جریان الکتریکی به ما تحویل میدن

کاربرد دیودها

البته دیودها کاربردهای بسیار زیادی دارند ولی در اینجا با هم دیگه چند تا مهم ترین های اون رو بررسی میکنیم.

یکسوسازی:

[post_shop]

مدارات یکسوساز مداراتی هستند که برق AC رو به DC تبدیل میکنن. این تبدیل برای اکثر لوازم الکترونیکی خانگی که ما استفاده میکنیم مهم هست. برق AC برقی هست که از پریزهای برق خانه ما خارج میشه در حالی که برق DC معمولا از آداپتورها خارج میشه و برای کامپیوتر ها و وسایل الکترونیکی ریز به کار میره. جریان در برق AC به معنی واقعی کلمه به نوسان در میاد و خیلی سریع تغییر جهت میده یعنی از مثبت به منفی و سپس از منفی به مثبت میره در حالی که در برق DC جریان فقط در یک جهت جاری میشه. پس ما باید برای تبدیل AC به DC اولین کاری که میکنیم این باشه که جریان فقط در یک جهت عبور کنه که این هم دقیقا کاری هست که دیودها انجام میدن.

یک یکسوساز نیم موج که half-wave rectifier نیز نامیده میشه با استفاده از تنها یک دیود ساخته میشه. اگه به ورودی مداری مثل مدار زیر یک موج سینوسی اعمال کنیم، قسمت منفی از بین میره و فقط قسمت مثبت میمونه. شکل زیر رو ببینید:

در تصویر بالا، عکس سمت چپ (قرمز رنگ)  ورودی هست و عکس سمت راست (آبی رنگ) خروجی هست که از مدار یکسوساز (مدار وسط) گذشته. 

البته میتونیم با استفاده از 4 دیود هم یکسوساز تمام موج بسازیم که بخش منفی رو هم وارونه میکنه و بخش منفی هم میشه مثل بخش مثبت.

در شکل بالا موج قرمز رنگ(سمت چپ) ورودی و موج آبی رنگ ( سمت راست) خروجی هست که از مدار یکسوساز( تصویر وسط) گذشته.

این مدارات یک بخش اساسی از تبدیل برق AC به DC هستند و  ولتاژهای 120 ولت یا 240 ولت AC رو به ولتاژ 3.3 و 5 و 12 و … DC تبدیل میکنند.  

اگه این آداپتورهای تبدیل ولتاژ AC به DC رو باز کنید یه سری دیود داخل مداراتشون وجود داره که از اون ها برای یکسوسازی استفاده میشه. شکل زیر نمونه ای از این مدارات هست:

در شکل بالا چهارتا دیودی که کنارهم قرار گرفته شده اند برای یکسوسازی به کار میرن.

محافظت از جریان برگشتی:

تا حالا شده یه باتری رو بر عکس در مدار قرار بدید؟ یا سیم های مثبت و منفی رو در مدار بر عکس وصل کنید. در این مواقع شاید حضور یک دیود به شما کمک کنه تا مداراتون آسیب جدی بهش نرسه . برای این جور مواقع یه دیود به صورت سری با سر مثبت منبع تغذیه قرار میگیره که بهش میگن دیود حفاظتی برگشتی ( به اصطلاح انگلیسی میشه reverse protection diode ) . حضور این دیود تضمین می کنه که جریان فقط از طرف مثبت منبع تغذیه در مدار جاری بشه و منبع تغذیه فقط از طرف مثبت به مدار شما ولتاژ اعمال کنه. 

این کاربرد دیود وقتی خیلی مفید هست که شما یه منبع تغذیه داشته باشید که مثبت و منفی اون معلوم نباشه و میتونید با این دیود به طور شانسی دو سر منبع تغذیه رو بزنید به مدار و اگه کار نکرد اون رو بر عکس کنید و اون موقع میتونید بفهمید کدوم سر منبع تغذیه مثبت و کدوم سرش منفی هست. 

اشکالی که دیودهای عادی دارن اینه که با توجه به Forward Voltage که دارن باعث یه افت ولتاژ میشه و ممکنه همین افت ولتاژ باعث عدم کارکرد صحیح مدارتون بشه. به همین خاطر توصیه میشه که از دیودهای شاتکی به عنوان دیود محافظ جریان برگشتی استفاده کنید. 

گیت های منطقی:

یکی دیگه از کاربردهای دیود ساختن گیت های منطقی است. برای گیت های منطقی ساده مثل AND و OR نیازی به استفاده از ترانزیستور نیست و میشه با دیود این گیت ها رو ساخت. شکل زیر رو ببینید. این شکل مربوط به گیت OR هست که با دو تا دیود ساخته شده. دو ورودی این گیت دو سر آند دو دیود هستند و خروجی اون هم کاتد هر دو دیود هست که به یکدیگر وصل شده اند. در این مدار وقتی یکی از ورودی ها یا هر دوشون 1 باشن خروجی 1 هست و اگه هر دو تاشون صفر باشه خروجی صفر میشه. همونطور هم که می بینید خروجی هم با یه مقاومت به زمین وصل شده.

گیت AND هم مشابه با گیت OR هست. در این گیت آند های دو دیود به یکدیگر و به خروجی مدار وصل شدن. باید هر دو ورودی یک باشه تا خروجی این مدار هم در سطح منطقی 1 قرار بگیره. اگه هر کدوم از این ورودی ها در سطح منطقی صفر باشن جریان از منبع 5 ولت و از طریق دیودها جاری میشه.

توجه داشته باشید که اگه بخوایم تعداد ورودی های گیت  برای هر دو گیت بالا افزایش بدیم فقط کافیه یه دیود به اونا اضافه کنیم.

دیودهای Flyback و حفاظت از افزایش ولتاژ های ناگهانی

خیلی وقت ها از دیودها استفاده میشه تا از آسیب های احتمالی که ناشی از افزایش ناگهانی ولتاژ هست جلوگیری بشه. در این مواقع از دیودهای TVS استفاده میشه که یه نوع خاصی از دیودها هستند. مثل دیود زنر. این دیودها ولتاژ Breakdown پایینی دارند ولی توان بالایی ( در رنج کیلووات) دارند  این دیودها به صورت موازی در مدار قرار میگیرن و وقتی ولتاژ دو سرشون از ولتاژ breakdown اون ها بالاتر بشه وارد عمل میشن و عمل حفاظت رو انجام میدن. 

[/post_shop]

دیودهای Flyback ( که با نام دیودها هرزگرد هم شناخته میشه) کارشون سرکوب ولتاژهایی هست که ناگهانی زیاد میشن به خصوص وقتی که این افزایش ناگهانی ولتاژ ناشی از قطعات القایی مثل موتور و رله باشن. وقتی که جریان عبوری از قطعات القایی یهو تغییر کنه ولتاژ به طور ناگهانی زیاد میشه که این افزایش ولتاژ میتونه منفی هم باشه. یعنی یه ولتاژ منفی خیلی بزرگ. دیود Flyback در دو سر بار القایی قرار میگیره و باعث میشه که ولتاژ منفی ایجاد شده یه مسیر امن برای تخلیه شدن داشته باشه.  این تخلیه شدن هم تا وقتی ادامه پیدا میکنه که این افزایش ناگهانی ولتاژ تموم بشه و همه چی به روال سابق خودش برگرده. 

این مواردی که در بالا گفتیم فقط تعداد انگشت شماری از کاربردهای دیودها بود و دیودها خیلی کاربردهای بیشتری هم دارن. مثل همیشه میتونید ما رو در تلگرام و یا اینستاگرام دنبال کنید. 

نقشه راه دوره الکترونیک: