يكسو ساز نيم موج با استفاده از يك ديود.
ديود هاي يكسوساز عموما" در مدارهاي جريان متناوب بكار برده مي شوند تا با كمك آنها بتوان جريان متناوب (AC) را به مستقيم (DC) تبديل كرد. اين عمليات يكسوسازي يا Rectification ناميده مي شود.
از مشهورترين اين ديودها مي توان به انواع ديودهاي 1N400x و يا 1N540x اشاره كرد كه داراي ولتاژ كاري بين 50 تا بيش از 1000 ولت هستند و مي توانند جريان هاي بالا را يكسو كنند. اين ولتاژ، ولتاژي است كه ديود مي تواند بدون شكسته شدن - سوختن - در جهت معكوس آنرا تحمل كند.
ديودهاي يكسوساز معمولآ از سيليكون ساخته مي شوند و ولتاژ باياس مستقيم آنها حدود 0.7 ولت مي باشد.
يكسو سازي جريان متناوب با يك ديود
شما مي توانيد با قرار دادن فقط يك ديود در مسير جريان متناوب مانع از گذر سيكل منفي جريان در جهت مورد نظر در مدار باشيد به شكل اول دقت كنيد كه چگونه قرار دادن يك ديود در جهت موافق، فقط به نيم سيكل هاي مثبت اجاز خروج به سمت بار را مي دهد. به اين روش يكسوسازي نيم موج يا Half Wave گفته مي شود.
بديهي است براي بالابردن كيفيت موج خروجي و نزديك كردن آن به يك ولتاژ مستقيم بايد در خروجي از خازن هايي با ظرفيت بالا استفاده كرد. اين خازن در نيم سيكل مثبت شارژ مي شود و در نيم سيكل منفي در غياب منبع تغذيه، وظيفه تغذيه بار را بعهده خواهد داشت.
يكسو ساز تمام موج با استفاده از پل ديود.
پل ديود يا Bridge Rectifiers
اما براي آنكه بتوانيم از نيمه منفي موج ورودي كه در نيمي از سيكل جريان امكان عبور به خروجي را ندارد، استفاده كنيم بايد از مداري بعتوان پل ديود استفاده كنيم. پل ديود همانطور كه از شكل دوم مشخص است متشكل از چهار ديود به يكديگر متصل مي باشد. جريان متناوب به قسمتي كه دو جفت آند و كاتد به يكديگر متصل هستند وصل مي شود و خروجي از يك جف آند و يك جفت كاتد به يكديگر متصل شده گرفته مي شود.
روش كار به اينصورت است كه در سيكل مثبت مدار ديودهاي 1 و 2 عمل كرده و خروجي را تامين ميكنند و در سيكل منفي مدار ديودهاي 3 و 4 عمل مي كند و باز خروجي را در همان وضعيت تامين مي كند.
- انواع ديود
استفاده از ديود سيگنار در مدار رله براي جلوگيري ازايجاد ولتاژ هاي ناخواسته زياد
ديودهاي سيگنال
اين نوع از انواع ديودها براي پردازش سيگنالهاي ضعيف - معمولا" راديويي - و كم جريان تا حداكثر حدود 100mA كاربرد دارند. معروفترين و پر استفاده ترين آنها كه ممكن است با آن آشنا باشيد ديود 1N4148 است كه از سيليكون ساخته شده است و ولتاژ شكست مستقيم آن 0.7 ولت است.
اما برخي از ديود هاي سيگنال از ژرمانيم هم ساخته مي شوند، مانند OA90 كه ولتاژ شكست مستقيم پايينتري دارد، حدود 0.2 ولت. به همين دليل از اين نوع ديود بيشتر براي آشكار سازي امواج مدوله شده راديويي استفاده مي شود.
بصورت يك قانون كلي هنگامي كه ولتاژ شكست مستقيم ديويد خيلي مهم نباشد، از ديودهاي سيليكون استفاده مي شود. دليل آن مقاومت بهتر آنها در مقابل حرارت محيط يا حرارت هنگام لحيم كاري و نيز مقاومت الكتريكي كمتر در ولتاژ مستقيم است. همچنين ديود هاي سيليكوني سيگنال معمولا" در ولتاژ معكوس جريان نشتي بسيار كمتري نسبت به نوع ژرمانيم دارند.
از كاربرد ديگري كه براي ديودهاي سيگنال وجود دارد مي توان به استفاده از آنها براي حفاظت مدار هنگامي كه رله در يك مدار الكترونيكي قرار دارد نام برد. هنگامي كه رله خاموش مي شود تغيير جريان در سيم پيچ آن ميتواند در دوسر آن ولتاژ بسيار زيادي القا كند كه قرار دادن يك ديود در جهت مناسب ميتواند اين ولتاژ را خنثي كند. به شكل اول توجه كنيد.
استفاده از ديود زنر براي تهيه ولتاژ ثابت
ديودهاي زنر
همانطور كه قبلا" اشاره كرديم از اين ديودها براي تثبيت ولتاژ استفاده مي شود. اين نوع از ديود ها براي شكسته شدن با اطمينان در ولتاژ معكوس ساخته شده اند، بنابراين بدون ترس مي توان آنها را در جهت معكوس باياس كرد و از آنها براي تثبيت ولتاژ استفاده نمود. به هنگام استفاده از آنها معمولا" از يك مقاومت براي محدود كردن جريان بطور سري نيز استفاده مي شود. به شكل نگاه كنيد به اين طريق شما يك ولتاژ رفرنس دقيق بدست آورده ايد.
ديودهاي زنر معمولا" با حروفي كه در آنها Z وجود دارد نامگذاري مي شوند مانند BZX يا BZY و ... و ولتاژ شكست آنها نيز معمولا" روي ديود نوشته مي شود، مانند 4V7 كه به معني 4.7 ولت است. همچنين توان تحمل اين ديود ها نيز معمولا" مشخص است و شما هنگام خريد بايد آنرا به فروشنده بگوييد، در بازار نوع 400mW و 1.3W آن بسيار رايج است.
ديود چگونه كار مي كند ؟
منحني رفتار يك ديود در هنگام اعمال ولتاژ مثبت
اگر به يك پيوند PN ولتاژ با پلاريته موافق متصل كنيم جريان از اين پيوند عبور كرده و اگر ولتاژ را معكوس كنيم در مقابل عبور جريان از خود مقاومت نشان مي دهد. بايد اشاره كنيم كه قصد نداريم تا به تفضيل وارد بحث فيزيك الكترونيك شويم و فقط سعي خواهيم كرد با بيان نتايج حاصل از اين شاخه علمي ابتدا عملكرد ديود و سپس ترانزيستور را بررسي كنيم.
همانطور كه مي دانيد ديود ها جريان الكتريكي را در يك جهت از خود عبور مي دهند و در جهت ديگر در مقابل عبور جريان از خود مقاومت بالايي نشان مي دهند. اين خاصيت آنها باعث شده بود تا در سالهاي اوليه ساخت اين وسيله الكترونيكي، به آن دريچه يا Valve هم اطلاق شود.
از لحاظ الكتريكي يك ديود هنگامي عبور جريان را از خود ممكن مي سازد كه شما با برقرار كردن ولتاژ در جهت درست (+ به آند و - به كاتد) آنرا آماده كار كنيد. مقدار ولتاژي كه باعث ميشود تا ديود شروع به هدايت جريان الكتريكي نمايد ولتاژ آستانه يا (forward voltage drop) ناميده مي شود كه چيزي حدود 0.6 تا 0.7 ولت مي باشد. به شكل اول توجه كنيد كه چگونه براي ولتاژهاي مثبت - منظور جهت درست مي باشد - تا قبل از 0.7 ولت ديود از خود مقاومت نشان مي دهد و سپس به يكباره مقاومت خود را از دست مي دهد و جريان را از خود عبور مي دهد.
نماد فني و دو نمونه از انواع ديويد
اما هنگامي كه شما ولتاژ معكوس به ديود متصل مي كنيد (آموزش مكانيك خودرو + به كاتد و - به آند) جرياني از ديود عبور نمي كند، مگر جريان بسيار كمي كه به جريان نشتي يا Leakage معرف است كه در حدود چند µA يا حتي كمتر مي باشد. اين مقدار جريان معمولآ در اغلب مدار هاي الكترونيكي قابل صرفنظر كردن بوده و تاثير در رفتار ساير المانهاي مدار نميگذارد. اما نكته مهم آنكه تمام ديود ها يك آستانه براي حداكثر ولتاژ معكوس دارند كه اگر ولتاژمعكوس بيش از آن شود ديويد مي سوزد و جريان را در جهت معكوس هم عبور مي دهد. به اين ولتاژ آستانه شكست يا Breakdown گفته مي شود.
در دسته بندي اصلي، ديودها را به سه قسمت اصلي تقسيم مي كنند، ديودهاي سيگنال (Signal) كه براي آشكار سازي در راديو بكار مي روند و جرياني در حد ميلي آمپر از خود عبور مي دهند، ديودهاي يكسوكننده (Rectifiers) كه براي يكسوسازي جريانهاي متناوب بكاربرده مي شوند و توانايي عبور جريانهاي زياد را دارند و بالآخره ديود هاي زنر (Zener) كه براي تثبيت ولتاژ از آنها استفاده مي شود.
منبع : شبكه مدرسه