خلاصه ۳ خطی
فهرست مطالب12 بخش
- دیود چیست؟
- دیود چطور کار می‌کند؟ بایاس مستقیم و معکوس
- بایاس مستقیم (Forward Bias)
- بایاس معکوس (Reverse Bias)
- دیود سیلیکونی، ژرمانیومی و شاتکی چه فرقی دارند؟
- نماد دیود در نقشه و شکل ظاهری آن
- انواع دیود با شکل و کاربرد (جدول مرور سریع)
- توضیح انواع دیود
- ۱. دیود یکسوساز (Rectifier Diode)
- ۲. دیود سیگنال (Signal Diode)
- ۳. دیود زنر (Zener Diode)
- ۴. دیود شاتکی (Schottky Diode)
- ۵. دیود فست ریکاوری و اولترافست
- ۶. LED (دیود نورانی)
- ۷. فتودیود
- ۸. دیود TVS
- ۹. پل دیود (Bridge Rectifier)
- جهت دیود را چطور تشخیص دهیم؟
- پارامترهای مهم دیتاشیت دیود
- کاربردهای دیود در مدار
- یکسوسازی و منبع تغذیه
- حفاظت در برابر اتصال برعکس قطب
- دیود هرزگرد (Flyback) کنار رله و موتور
- منابع سوئیچینگ و مبدل DC-DC
- نور و نشانگر
- اشتباهات رایج در انتخاب و جایگزینی دیود
- سؤالات متداول درباره‌ی دیود
- انواع دیود کداماند؟
- جهت دیود را چطور تشخیص دهیم؟
- دیود سیلیکونی چیست و افت ولتاژ آن چقدر است؟
- فرق دیود معمولی و شاتکی چیست؟
- آیا 1N4007 را میتوان جای 1N4001 گذاشت؟
- جمع‌بندی و خرید دیود از ایکانو
- دیود قطعه‌ای نیمه‌هادی با دو پایهی آند (+) و کاتد (−) است که جریان را فقط از آند به کاتد عبور می‌دهد؛ مثل یک شیر یک‌طرفه برای برق.
- انواع اصلی دیود: یکسوساز (مثل 1N4007)، سیگنال (1N4148)، زنر (تثبیت ولتاژ)، شاتکی (افت ولتاژ کم، مثل 1N5819)، فست/اولترافست (مثل FR107 و UF4007)، LED، فتودیود و پل دیود.
- جهت دیود: نوار روی بدنه همیشه سمت کاتد است؛ در LED پایهی بلندتر آند است. برای اطمینان، مولتیمتر را روی حالت تست دیود بگذارید.
دیود یکی از پرکاربردترین قطعات نیمه‌هادی است و تقریباً در هر بردی پیدا میشود: از آداپتور و شارژر گرفته تا بردهای کنترل، لوازم خانگی و پروژه‌های آردوینو. در این راهنمای ایکانو ساختار دیود، انواع دیود همراه با شکل ظاهری و کاربرد هر کدام، روش تشخیص جهت دیود و نکات انتخاب و جایگزینی را مرور می‌کنیم. هر جا عددی آمده، یا از دیتاشیت رسمی همان قطعه است یا مقدار تقریبی رایج در کتاب‌های درسی که با کلمه‌ی «حدود» مشخص شده است.
دیود چیست؟
دیود (Diode) قطعه‌ای نیمه‌هادی است که معمولاً از اتصال دو ناحیه‌ی نیمه‌هادی نوع P و نوع N ساخته میشود. به محل این اتصال «پیوند PN» می‌گویند. دیود دو پایه دارد:
- آند (Anode): پایهی مثبت؛ جریان از این سمت وارد میشود.
- کاتد (Cathode): پایهی منفی؛ روی بدنه معمولاً با یک نوار مشخص میشود.
جریان در حالت عادی فقط از آند به کاتد می‌رود. همین رفتار ساده باعث شده از دیود برای تبدیل برق AC به DC، جلوگیری از اتصال برعکس قطب‌ها، حفاظت در برابر ولتاژ برگشتی سیم‌پیچ‌ها، تثبیت ولتاژ و تولید نور استفاده شود.
دیود چطور کار می‌کند؟ بایاس مستقیم و معکوس
در محل پیوند PN ناحیه‌ای به نام ناحیه‌ی تخلیه (Depletion Region) شکل می‌گیرد که مثل یک سد کوچک عمل می‌کند. رفتار دیود به جهت ولتاژ اعمال‌شده بستگی دارد:
بایاس مستقیم (Forward Bias)
وقتی مثبت منبع به آند و منفی به کاتد وصل شود و ولتاژ از حد آستانه بیشتر شود، سد داخلی کنار می‌رود و جریان عبور می‌کند. در این حالت مقداری ولتاژ روی خود دیود می‌افتد که به آن افت ولتاژ مستقیم (VF) می‌گویند.
بایاس معکوس (Reverse Bias)
اگر جهت ولتاژ برعکس شود، دیود تقریباً جریانی عبور نمی‌دهد (فقط جریان نشتی بسیار کم) و مثل کلید باز رفتار می‌کند. اگر ولتاژ معکوس از حد مجاز دیود بیشتر شود، دیود وارد ناحیه‌ی شکست میشود. دیود معمولی در این حالت آسیب می‌بیند، اما دیود زنر دقیقاً برای کار کنترل‌شده در همین ناحیه ساخته شده است.
دیود سیلیکونی، ژرمانیومی و شاتکی چه فرقی دارند؟
یکی از پرسش‌های پرتکرار این است که «دیود سیلیکونی» چیست. بیشتر دیودهای امروزی (مثل 1N4007 و 1N4148) از سیلیکون ساخته می‌شوند. فرق اصلی این خانواده‌ها در افت ولتاژ مستقیم و سرعت است:
| نوع | افت ولتاژ مستقیم تقریبی | ویژگی | کاربرد رایج |
|---|---|---|---|
| دیود سیلیکونی (PN) | حدود ۰٫۶ تا ۰٫۷ ولت در جریان کم؛ در جریان نامی بیشتر | ولتاژ معکوس بالا، نشتی کم، ارزان | یکسوسازی، حفاظت، دیود سیگنال |
| دیود ژرمانیومی | حدود ۰٫۳ ولت | نشتی بیشتر؛ امروزه کم‌کاربرد | آشکارسازهای قدیمی رادیو |
| دیود شاتکی (فلز–نیمه‌هادی) | حدود ۰٫۲ تا ۰٫۵ ولت (بسته به مدل و جریان) | بسیار سریع، افت ولتاژ کم، ولتاژ معکوس معمولاً پایین‌تر | منابع سوئیچینگ، مدار باتری، حفاظت قطب |
برای نمونه، دیتاشیت 1N4007 حداکثر افت ولتاژ مستقیم را ۱٫۱ ولت در جریان ۱ آمپر اعلام می‌کند؛ یعنی عدد «۰٫۷ ولت» فقط برای جریان‌های کم صادق است. در مدارهای کم‌ولتاژ مثل ۳٫۳ یا ۵ ولت، همین تفاوت چندصد میلی‌ولتی، دلیل انتخاب دیود شاتکی است.
نماد دیود در نقشه و شکل ظاهری آن
در شماتیک، دیود با یک مثلث و یک خط عمودی نشان داده میشود. نوک مثلث جهت عبور جریان را نشان می‌دهد و خط عمودی، کاتد است. روی خود قطعه هم معمولاً نواری سفید، خاکستری یا مشکی سمت کاتد چاپ شده است. نماد دیود زنر، شاتکی و LED شبیه همین است با تفاوت‌های کوچک: زنر و شاتکی خط کاتد خمیده یا شکسته دارند و LED دو فلش رو به بیرون دارد.
انواع دیود با شکل و کاربرد (جدول مرور سریع)
جدول زیر مهمترین انواع دیود را همراه با شکل ظاهری رایج و نمونه‌ی موجود در ایکانو نشان می‌دهد. عددهای ستون نمونه‌ها از نام کالا یا دیتاشیت همان قطعه است.
| نوع دیود | شکل ظاهری رایج | کار اصلی | نمونه در ایکانو |
|---|---|---|---|
| یکسوساز (Rectifier) | استوانه‌ی مشکی با نوار خاکستری (DO-41 و بزرگ‌تر) | تبدیل AC به DC، حفاظت قطب | 1N4007 (۱۰۰۰ ولت، ۱ آمپر)، 1N5408 (۱۰۰۰ ولت، ۳ آمپر) |
| سیگنال (Signal) | بدنه‌ی شیشه‌ای کوچک نارنجی با نوار مشکی، یا SMD ریز | سوئیچینگ سریع جریان کم، منطق و آشکارسازی | 1N4148W (SOD-123)، LL4148 (MiniMELF) |
| زنر (Zener) | شیشه‌ای یا پلاستیکی کوچک؛ کد ولتاژ روی بدنه | تثبیت و محدود کردن ولتاژ | 1N4733 (۵٫۱ ولت، ۱ وات)، 1N4742 (۱۲ ولت، ۱ وات) |
| شاتکی (Schottky) | مشکی با نوار؛ نسخه‌ی SMD مستطیلی (SMA و …) | یکسوسازی سریع با افت کم | 1N5819، SS34، SS110 (۱۰۰ ولت، ۱ آمپر) |
| فست و اولترافست | شبیه یکسوساز معمولی؛ تفاوت در کد قطعه | منابع سوئیچینگ، اسنابر، اینورتر | FR107، UF4007، HER106 |
| دیود دوتایی SMD | پکیج سه‌پایه SOT-23 | حفاظت ورودی، کلمپ سیگنال | BAV99 (دو دیود سری در یک پکیج) |
| پل دیود (Bridge) | چهارپایه؛ مربعی، تخت شانه‌ای یا SMD | یکسوسازی تمام‌موج با یک قطعه | DB107، KBP310، KBU1010 |
| LED | گنبدی ۳ یا ۵ میلی‌متری، یا SMD | تولید نور و نشانگر | LED SMD 0603، IR LED ۵ میلی‌متری |
| فتودیود / گیرنده‌ی نوری | شبیه LED با بدنه‌ی تیره یا شفاف | تشخیص نور و مادون قرمز | گیرنده‌ی مادون قرمز ۳ میلی‌متری |
| TVS | شبیه دیود معمولی یا SMD | جذب پالس و اضافه‌ولتاژ لحظه‌ای | فعلاً در فروشگاه موجود نیست؛ برای حفاظت ورودی برق شهر وریستور را ببینید |
توضیح انواع دیود
۱. دیود یکسوساز (Rectifier Diode)
رایج‌ترین نوع دیود است و برای تبدیل جریان متناوب به مستقیم در ورودی آداپتورها، شارژرها و منابع تغذیه به کار می‌رود. این دیودها ولتاژ معکوس و جریان نسبتاً بالایی تحمل می‌کنند اما برای فرکانس‌های بالا کند هستند. خانواده‌ی 1N4001 تا 1N4007 همه ۱ آمپریاند و فقط در حداکثر ولتاژ معکوس تکراری (VRRM) فرق دارند: طبق دیتاشیت از ۵۰ ولت برای 1N4001 تا ۱۰۰۰ ولت برای 1N4007. به همین دلیل 1N4007 در تعمیرات جایگزین همه‌ی اعضای این خانواده میشود. برای جریان بیشتر 1N5408 با ۳ آمپر گزینه‌ی رایج است. همه‌ی مدل‌ها را در دسته‌ی دیودهای معمولی ببینید.
۲. دیود سیگنال (Signal Diode)
برای جریان‌های کم و سوئیچینگ سریع ساخته شده و در مدارهای منطقی، آشکارسازها، محافظت ورودی میکروکنترلر و مدارهای پالس دیده میشود. 1N4148 معروف‌ترین دیود سیگنال است و در ایکانو در چند پکیج موجود است: SOD-123، SOD-323 و SOD-523. دیود سیگنال را هرگز جای دیود قدرت در ورودی منبع تغذیه نگذارید.
۳. دیود زنر (Zener Diode)
زنر در بایاس معکوس و در ولتاژی مشخص (ولتاژ زنر) هدایت می‌کند و آن ولتاژ را تقریباً ثابت نگه می‌دارد. کاربردهای آن ساختن ولتاژ مرجع ساده، محدود کردن ولتاژ ورودی یک آی‌سی و حفاظت از ورودی‌هاست. زنر همیشه باید با یک مقاومت سری بسته شود تا جریانش محدود بماند، و توان آن (مثلاً ۰٫۵ یا ۱ وات) باید از توان تلف‌شده بیشتر باشد. در ایکانو زنرهای ۰٫۵ وات از ۲٫۴ تا ۳۰ ولت و زنرهای ۱ واتی مثل 1N4728 (۳٫۳ ولت)، 1N4733 (۵٫۱ ولت) و 1N4749 (۲۴ ولت) موجود است؛ فهرست کامل در دسته‌ی دیود زنر.
۴. دیود شاتکی (Schottky Diode)
در دیود شاتکی به‌جای پیوند PN از اتصال فلز و نیمه‌هادی استفاده میشود. نتیجه، افت ولتاژ مستقیم کمتر و سرعت بسیار بالاتر است؛ در عوض ولتاژ معکوس قابل تحمل معمولاً پایین‌تر و جریان نشتی بیشتر است. کاربرد اصلی: دیود خروجی مبدل‌های DC-DC (مثلاً کنار LM2596)، حفاظت قطب در مدار باتری و یکسوسازی فرکانس بالا. نمونه‌ها: 1N5819 / SS14 (۴۰ ولت، ۱ آمپر)، 1N5822 برای جریان بیشتر و SS110 وقتی ولتاژ معکوس تا ۱۰۰ ولت لازم است. همه در دسته‌ی دیود شاتکی.
۵. دیود فست ریکاوری و اولترافست
وقتی دیود معمولی از حالت هدایت به حالت قطع می‌رود، مدت کوتاهی جریان معکوس از آن می‌گذرد که به آن زمان بازیابی معکوس (trr) می‌گویند. در فرکانس‌های بالا این زمان باعث گرما و نویز میشود. دیودهای Fast و Ultra Fast این زمان را کوتاه کرده‌اند و در منابع سوئیچینگ، مدار اسنابر، اینورتر و درایور موتور استفاده می‌شوند؛ مثل FR107، UF4007 و HER106. فهرست کامل: دیود سریع Fast.
۶. LED (دیود نورانی)
LED در بایاس مستقیم نور تولید می‌کند و رنگ نور به جنس نیمه‌هادی بستگی دارد. افت ولتاژ LED بسته به رنگ متفاوت و از دیود سیلیکونی بیشتر است، پس همیشه با مقاومت سری یا درایور جریان ثابت راه‌اندازی میشود. LEDهای SMD و مادون قرمز را در دسته‌ی LED ببینید.
۷. فتودیود
فتودیود برعکس LED عمل می‌کند: با تابش نور، جریان کوچکی تولید یا عبور می‌دهد. در گیرنده‌های ریموت، سنسورهای نوری و شمارنده‌ها کاربرد دارد؛ نمونه: گیرنده‌ی مادون قرمز ۳ میلی‌متری.
۸. دیود TVS
TVS برای جذب پالس‌های کوتاه و پرانرژی (تخلیه‌ی الکترواستاتیک، سوئیچ بارهای القایی، نویز خط) طراحی شده و در ورودی تغذیه، پورت USB و خطوط ارتباطی نصب میشود. در حالت عادی تقریباً جریانی نمی‌کشد و فقط هنگام اضافه‌ولتاژ هدایت می‌کند. برای حفاظت ورودی برق شهر، معمولاً از وریستور همراه با فیوز استفاده میشود.
۹. پل دیود (Bridge Rectifier)
پل دیود چهار دیود یکسوساز در یک پکیج است که یکسوسازی تمام‌موج را با یک قطعه انجام می‌دهد. دو پایهی آن با علامت «~» ورودی AC و دو پایهی «+» و «−» خروجی DC هستند. انتخاب بر اساس جریان و نوع نصب است: MB10S (SMD، ۰٫۵ آمپر) برای بردهای کوچک، DB107 (۱ آمپر)، KBP310 (۳ آمپر)، KBU810 (۸ آمپر) و مدل‌های بزرگ‌تر در دسته‌ی پل دیود. پل‌های جریان بالا در عمل به هیت‌سینک نیاز دارند.
جهت دیود را چطور تشخیص دهیم؟
نصب برعکس دیود یکی از رایج‌ترین خطاهای مونتاژ است. این روش‌ها را به ترتیب امتحان کنید:
- نوار روی بدنه: در دیودهای پایه‌دار و SMD (مثل 1N4007، 1N5819، SS34) نوار رنگی همیشه سمت کاتد است.
- LED پایه‌دار: پایهی بلندتر آند است و لبه‌ی صاف کنار بدنه‌ی LED سمت کاتد قرار دارد. اگر پایه‌ها کوتاه شده‌اند، از لبه‌ی صاف یا مولتیمتر استفاده کنید.
- پل دیود: علامت‌های «+»، «−» و «~» روی بدنه حک شده است؛ در پکیج‌های شانه‌ای معمولاً گوشه‌ی پخ‌خورده کنار پایهی مثبت است، ولی همیشه به حکاکی روی بدنه اعتماد کنید.
- شماتیک و برد: روی سیلک‌اسکرین PCB معمولاً نماد دیود یا نوار کاتد چاپ شده است؛ نوار روی قطعه را با نوار روی برد هم‌جهت کنید.
- مولتیمتر: سلکتور را روی علامت دیود بگذارید. اگر سیم قرمز روی آند و مشکی روی کاتد باشد، یک دیود سیلیکونی سالم عددی در حدود چندصد میلی‌ولت نشان می‌دهد؛ در جهت برعکس باید «OL» یا عدد بی‌نهایت ببینید. عدد نزدیک صفر در هر دو جهت یعنی دیود اتصال کوتاه شده است.
پارامترهای مهم دیتاشیت دیود
| پارامتر | معنی | نکته‌ی انتخاب |
|---|---|---|
| VRRM / VR | حداکثر ولتاژ معکوس تکراری | با حاشیه‌ی اطمینان بالاتر از بیشترین ولتاژ معکوس مدار انتخاب کنید |
| IF(AV) | میانگین جریان مستقیم مجاز | جریان واقعی و دمای کار را در نظر بگیرید؛ نزدیک حد نامی، دیود داغ میشود |
| IFSM | جریان ضربه‌ای لحظه‌ای | در ورودی خازن‌دار منبع تغذیه، لحظه‌ی روشن شدن مهم است |
| VF | افت ولتاژ مستقیم | در مدار کم‌ولتاژ و جریان بالا، VF کمتر یعنی گرمای کمتر |
| trr | زمان بازیابی معکوس | برای منابع سوئیچینگ، دیود فست یا شاتکی لازم است |
| پکیج | DO-41، DO-201، SMA، SOD-123، SOT-23 و … | با فوت‌پرینت برد و توان تلفاتی هماهنگ باشد |
اگر با خواندن دیتاشیت آشنا نیستید، راهنمای چگونه دیتاشیت قطعات را بخوانیم را ببینید.
کاربردهای دیود در مدار
یکسوسازی و منبع تغذیه
در منبع تغذیه‌ی خطی، ولتاژ ترانس با پل دیود یکسو، با خازن صاف و با رگولاتور تثبیت میشود. برای انتخاب رگولاتور بعد از پل دیود، راهنمای انتخاب رگولاتور را بخوانید.
حفاظت در برابر اتصال برعکس قطب
یک دیود سری در ورودی تغذیه، در صورت جابه‌جا بستن باتری یا آداپتور، جلوی جریان را می‌گیرد. اگر افت ولتاژ مهم است، دیود شاتکی انتخاب بهتری است.
دیود هرزگرد (Flyback) کنار رله و موتور
سیم‌پیچ رله، موتور DC و شیر برقی هنگام قطع جریان ولتاژ برگشتی بزرگی تولید می‌کنند که می‌تواند ترانزیستور یا ماسفت راه‌انداز را بسوزاند. یک دیود که به‌صورت معکوس موازی با سیم‌پیچ بسته شود (کاتد سمت مثبت تغذیه)، این انرژی را تخلیه می‌کند. برای رله‌های کوچک 1N4007 یا 1N4148 رایج است و در مدارهای PWM سریع، دیود شاتکی یا فست بهتر عمل می‌کند.
منابع سوئیچینگ و مبدل DC-DC
در مبدل‌های باک و بوست، دیود باید سریع باشد؛ به همین دلیل از شاتکی یا اولترافست استفاده میشود. دیود معمولی 1N4007 در این مدارها داغ میشود و راندمان را پایین می‌آورد.
نور و نشانگر
LEDها برای نشانگر وضعیت، نورپردازی و فرستنده‌ی مادون قرمز ریموت استفاده می‌شوند.
اشتباهات رایج در انتخاب و جایگزینی دیود
- جریان کمتر از نیاز: دیود ۱ آمپری در مسیر ۲ آمپری داغ میشود و زود خراب میشود.
- ولتاژ معکوس ناکافی: در ورودی برق شهر یا مدارهای سلفی، ولتاژ معکوس لحظه‌ای از ولتاژ اسمی بیشتر است.
- دیود کند در مدار سریع: گذاشتن 1N4007 به‌جای شاتکی یا فست در مبدل سوئیچینگ.
- شاتکی در مدار ولتاژ بالا: شاتکی‌های رایج ولتاژ معکوس محدودی دارند؛ همیشه VRRM را چک کنید.
- نصب برعکس: قبل از لحیم، جهت نوار را با برد مقایسه کنید.
- اعتماد به کد ناخوانا: در تعمیر، اگر کد قطعه پاک شده، از نقشه یا قطعه‌ی مشابه روی برد کمک بگیرید.
سؤالات متداول درباره‌ی دیود
انواع دیود کداماند؟
مهمترین انواع دیود عبارتاند از: یکسوساز، سیگنال، زنر، شاتکی، فست/اولترافست، LED، فتودیود، TVS و پل دیود. هر کدام برای کار مشخصی مثل یکسوسازی، تثبیت ولتاژ، سوئیچینگ سریع یا تولید نور ساخته شده است.
جهت دیود را چطور تشخیص دهیم؟
نوار روی بدنه سمت کاتد (منفی) است. در LED پایهی بلندتر آند است. مطمئنترین روش، مولتیمتر در حالت تست دیود است: در جهت درست عدد افت ولتاژ و در جهت برعکس OL نمایش داده میشود.
دیود سیلیکونی چیست و افت ولتاژ آن چقدر است؟
دیود سیلیکونی دیودی با پیوند PN از جنس سیلیکون است؛ بیشتر دیودهای رایج مثل 1N4007 و 1N4148 سیلیکونی‌اند. افت ولتاژ آن در جریان کم حدود ۰٫۶ تا ۰٫۷ ولت است و در جریان نامی بیشتر میشود؛ مثلاً دیتاشیت 1N4007 حداکثر ۱٫۱ ولت در ۱ آمپر را اعلام می‌کند.
فرق دیود معمولی و شاتکی چیست؟
دیود شاتکی افت ولتاژ کمتر و سرعت بسیار بیشتری دارد و برای منابع سوئیچینگ و مدارهای باتری مناسب است؛ دیود معمولی ولتاژ معکوس بالاتر و قیمت کمتری دارد و برای یکسوسازی برق شهر و فرکانس پایین به کار می‌رود.
آیا 1N4007 را میتوان جای 1N4001 گذاشت؟
بله. هر دو ۱ آمپریاند و 1N4007 ولتاژ معکوس بالاتری (۱۰۰۰ ولت) دارد، پس جایگزین مطمئنی برای 1N4001 تا 1N4006 است. برعکس آن همیشه درست نیست.
جمع‌بندی و خرید دیود از ایکانو
برای انتخاب دیود اول کاربرد را مشخص کنید (یکسوسازی، حفاظت، سوئیچینگ سریع، تثبیت ولتاژ یا نور)، سپس ولتاژ معکوس، جریان، سرعت و پکیج را با دیتاشیت چک کنید. اگر در تعمیر به جایگزین نیاز دارید، مشخصات قطعه‌ی قدیمی را با مدل جدید مقایسه کنید و بین دو مدل شک دارید، با پشتیبانی ایکانو مشورت کنید.
همه‌ی دیودها را در دسته‌ی دیود ایکانو ببینید؛ زیر‌دسته‌ها: دیود معمولی، زنر، شاتکی، سریع و پل دیود. برای قدم بعدی، مقاله‌ی ترانزیستور چیست را بخوانید.
