دیود
مقدمه
دیودها جریان الکتریکی را در یک جهت از خود عبور میدهند و در جهت دیگر در مقابل عبور جریان از خود مقاومت بالایی نشان میدهند. این خاصیت آنها باعث شده بود تا در سالهای اولیه ساخت این وسیله الکترونیکی ، به آن دریچه یا Valve هم اطلاق شود. از لحاظ الکتریکی یک دیود هنگامی عبور جریان را از خود ممکن میسازد که شما با برقرار کردن ولتاژ در جهت درست (+ به آند و - به کاتد) آنرا آماده کار کنید. مقدار ولتاژی که باعث میشود تا دیود شروع به هدایت جریان الکتریکی نماید ولتاژ آستانه یا (forward voltage drop) نامیده میشود که چیزی حدود 0.6 تا 0.6 ولت میباشد.
 |
ولتاژ معکوس
هنگامی که شما ولتاژ معکوس به دیود متصل میکنید (+ به کاتد و - به آند) جریانی از دیود عبور نمیکند، مگر جریان بسیار کمی که به جریان نشتی یا Leakage معرف است که در حدود چند µA یا حتی کمتر میباشد. این مقدار جریان معمولآ در اغلب مدارهای الکترونیکی قابل صرفنظر کردن بوده و تأثیر در رفتار سایر المانهای مدار نمیگذارد. اما نکته مهم آنکه تمام دیودها یک آستانه برای حداکثر ولتاژ معکوس دارند که اگر ولتاژ معکوس بیش از آن شود دیود میسوزد و جریان را در جهت معکوس هم عبور میدهد. به این ولتاژ آستانه شکست یا Breakdown گفته میشود.
 |
دسته بندی دیودها
در دسته بندی اصلی ، دیودها را به سه قسمت اصلی تقسیم میکنند، دیودهای سیگنال (Signal) که برای آشکار سازی در رادیو بکار میروند و جریانی در حد میلی آمپر از خود عبور میدهند، دیودهای یکسو کننده (Rectifiers) که برای یکسو سازی جریانهای متناوب بکار برده میشوند و توانایی عبور جریانهای زیاد را دارند و بالاخره دیودهای زنر (Zener) که برای تثبیت ولتاژ از آنها استفاده میشود.
اختراع دیود پلاستیکی (plastic diode)
محققان فیزیک دانشگاه اوهایو (Ohio State University) توانستند دیود تونل پلیمری اختراع کنند. این قطعه الکترونیکی منجر به ساخت نسل آینده حافظههای پلاستیکی کامپیوتری و چیپهای مدارات منطقی خواهد شد. این قطعات کم مصرف و انعطاف پذیر خواهند بود. ایده اصلی از سال 2003 که یک دانشجوی کارشناسی دانشگاه اوهایو ، سیتا اسار ، شروع به طراحی سلول خورشیدی پلاستیکی نمود بوجود آمد. تیم پژوهشی توسط پاول برگر (Paul Berger) ، پروفسور الکترونیک و مهندسی کامپیوتر و همچنین پروفسور فیزیک دانشگاه اوهایو رهبری میشود.
|
دید کلی
قطعات دو پایانه طراحی شده برای پاسخ به جذب فوتون ، دیودهای نوری نامیده میشوند. برخی از دیودهای نوری سرعت پاسخ و حساسیت بسیار بالایی دارند. از آنجایی که الکترونیک نوین علاوه بر سیگنالهای الکتریکی اغلب دارای سیگنالهای نوری نیز میباشد، دیودهای نوری نقش مهمی را به عنوان قطعات الکترونیک ایفا میکنند. غالبا از قطعات پیوندی برای بهبودی سرعت پاسخ و حساسیت آشکارسازهای نوری یا تابشهای پر انرژی استفاده میشود.
 |
ولتاژ و جریان در یک پیوند نور تابیده
رانش حاملین بار اقلیت در دو سر یک پیوند تولید جریان میکنند، بویژه حاملین بار تولید شده در ناحیه تهی w توسط میدان پیوند جدا شده الکترونها در ناحیه n و حفرهها در ناحیه p جمع میشوند. همچنین حاملین بار اقلیت که به صورت گرمایی در فاصله یک طول نفوذ از طرفین پیوند تولید میشوند، به ناحیه تهی نفوذ کرده و توسط میدان الکتریکی به طرف دیگر جاروب میشوند. اگر پیوند بطور یکنواخت توسط فوتونهای با انرژی hv>Eg تحت تابش قرار گیرد، یک نرخ تولید اضافی در این جریان مشارکت میکند و ولتاژ مستقیم در هر دو سر یک پیوند نور تابیده به نام پدیده فوتوولتائیک ایجاد میشود.
باتریهای خورشیدی
امروزه برای تأمین توان الکتریکی مورد نیاز بسیاری از ماهوارههای فضایی از آرایههای باتری خورشیدی از نوع پیوندی p-n استفاده میشود. باتریهای خورشیدی میتوانند توان مورد نیاز تجهیزات داخل یک ماهواره را در مدت زمان طولانی فراهم سازند. آرایههای پیوندی را میتوان در سطح ماهواره توزیع و یا اینکه در بالههای باتری خورشیدی متصل به بدنه اصلی ماهواره جا داد. برای بهره گیری از بیشترین مقدار انرژی نوری موجود ، لازم است که باتری خورشیدی دارای پیوندی با سطح مقطع بزرگ و در نزدیکی سطح قطعه باشد. پیوند سطحی توسط نفوذ یا کاشت یون تشکیل شده و برای جلوگیری از انعکاس و نیز کاهش بازترکیب ، سطح آن با مواد مناسب پوشیده میشود.
آشکارسازهای نوری
یک چنین قطعهای برای اندازه گیری سطوح روشنایی یا تبدیل سیگنالهای نوری متغیر با زمان به سیگنالهای الکتریکی وسیلهای مناسب است. در بیشتر آشکارسازهای نوری سرعت پاسخ آشکارساز بسیار مهم است. مرحله نفوذ حاملین بار امری زمانبر است و باید در صورت امکان حذف شود. پس مطلوب است که پهنای ناحیه تهی به اندازه کافی بزرگ باشد تا اکثر فوتونها بهجای نواحی خنثی n و p در درون ناحیه تهی جذب شوند. وقتی که یک EHP در ناحیه تهی بوجود آید، میدان الکتریکی ، الکترون را به طرف n و حفره را به طرف p میکشد. چون این رانش حاملین بار در زمان کوتاهی رخ میدهد، پاسخ دیود نوری میتواند بسیار سریع باشد. هنگامی که حاملین بار عمدتا در ناحیه تهی w ایجاد شوند، به آشکارساز یک دیود نوری لایه تهی گفته میشود. اگر w پهن باشد، اکثر فوتونهای تابشی در ناحیه تهی جذب خواهند شد. w پهن منجر به کاهش ظرفیت پیوند شده و در نتیجه ثابت زمانی مدار آشکارساز را کاهش میدهد.
نحوه کنترل پهنای ناحیه تهی
روش مناسب برای کنترل پهنای ناحیه تهی ساختن یک آشکارساز نوری p-i-n است. ناحیه i مادامی که مقاومت ویژه زیاد است، لزومی ندارد که حقیقتا ذاتی باشد. میتوان آن را به روش رونشستی روی بستر نوع n رشد داد و ناحیه p را توسط نفوذ ایجاد کرد. هنگامی که این قطعه در گرایش معکوس قرار میگیرد، ولتاژ وارده تقریبا بطور کامل در دو سر ناحیه i ظاهر میشود. برای آشکارسازی سیگنالهای نوری ضعیف اغلب مناسب است که دیود نوری در ناحیه شکست بهمنی مشخصهاش عمل کند.
نویز و پهنای باند آشکارسازهای نوری
در سیستمهای مخابرات نوری حساسیت آشکارسازهای نوری و زمان پاسخ آنها بسیار مهم است. متاسفانه این دو ویژگی عموما با هم بهینه نمیشوند. مثلا در یک آشکارساز نوری بهره به نسبت طول عمر حاملین بار به زمان گذار وابسته است. از سوی دیگر پاسخ فرکانسی نسبت عکس با طول عمر حاملین بار دارد. معمولا حاصلضرب بهره در پهنای باند را به عنوان ضریب شایستگی برای آشکارسازها ملاک قرار میدهند. طراحی برای افزایش بهره سبب کاهش پهنای باند میشود و برعکس ویژگی مهم دیگر آشکارسازها نسبت سیگنال به نویز است که مقدار اطلاعات مفید در مقایسه با نویز در زمینه آشکارساز را نشان میدهد. منبع اصلی نویز در نور رساناها نوسانات اتفاقی در جریان تاریک است. جریان نویز در تاریکی متناسب ، دما و رسانایی ماده افزایش مییابد. افزایش مقاومت تاریک همچنین بهره نور رسانا را افزایش داده و بالطبع باعث کاهش پهنای باند میشود.
کاربرد دیود نوری
کاربرد باتریهای خورشیدی محدود به فضای دور نیست. حتی با تضعیف شدت تابش خورشید توسط جو میتوان توسط این باتریها توان مفیدی را برای کاربردهای زمینی بدست آورد. یک باتری خوش ساخت از سیلیسیوم میتواند دارای بازده خوب در تبدیل انرژی الکتریکی باشد.
مباحث مرتبط با عنوان
این مطالب متعلق به شبکه رشد میباشد.
+ نوشته شده در سه شنبه پنجم دی ۱۳۸۵ ساعت 19:42 توسط سحر دیناروند
|
(برای رسیدن به آرزوهاتون لابه لای داشتن و نداشتن امکاناتتون دست و پا نزنید اراده کنید موفقیت در ذهن شماست رویا است شما از آن واقعیت بسازید ایمان داشته باشید و از فکرتون به جای پولتون استفاده کنید البته به جای فکر به شما پیتزا نمیدن ولی قدرت واقعی رو حتما .)