الصمّام الثُّنَائِيّ أَو الديود هُو مُكَوَّنٌ كَهْرَبائِي يَسْمَح بِتَدَفُّق التَّيَّار فِي اتِّجَاهِ وَاحِدٍ فَقَطْ ، يُعرَّف الصِّمَام الثُّنَائِيّ أيضاً بأنّه مُكَوَّنٌ إِلِكْتِرونِي ذُو طَرَفَيْنِ

يَقُوم فَقَط بتوصيل التَّيَّار فِي اتِّجَاهِ وَاحِد (طالما أنّه يَعْمَل ضَمِن مُسْتَوَى جَهَد محدد).

يَكُون للديود المِثَالِيّ مُقَاوَمَة صفرية فِي اتِّجَاهِ وَاحِد ومقاومة لانِهائية (infinite resistance)  فِي الِاتِّجَاه العكسي.

بشكل عام وصلة PN junction هُي ابْسُط شَكْلٍ مِنْ إشْكَالٍ الديود الثُّنَائِيّ شبْهِ الموصل

ففي الظُّرُوفِ المثالية تكون وصلة (PN) كدائرة قَصِيرَة عِنْدَما تكونُ متحيزة لِلْإِمَام ، وكدائرة مَفْتُوحَة عِنْدَما تكونُ متحيزة فِي الِاتِّجَاه المعاكس.

اسْم الصِّمَام الثُّنَائِيّ مُشْتَقٌّ مِنْ di–ode .الّذِي يَعْنِي الْجِهَاز الَّذِي يَحْتَوِي عَلَى قطبين وتُستخدم الديودات بِشَكْل شَائِعٌ فِي الدارات الإلِكْترونِيَّات.

رَمَز الديود – Symbole de diode

في الشكل التالي يُشِير رَأْس السَّهْمُ إلَى اتِّجَاهٌ تَدَفَّق التَّيَّار التَّقْلِيدِيّ فِي حَالَةِ الانْحِياز لِلْإِمَام، هَذَا يَعْنِي أنّ الأنود (القطب الموجب) مُتَّصِلٌ بِالْجَانِب p  والكاثود (القطب السالب) مُتَّصِلٌ بِالْجَانِب n.

مَبْدَأ عَمِل الديود

يَعْتَمِد مَبْدَأ عَمِل الديود عَلَى تَفَاعُلٌ أَشْبَاهٌ الموصلات مِنْ النَّوْعِ n و p ، حيثُ تحْتَوِي أَشْبَاهٌ الموصلات مِن النوع n عَلَى الْكَثِيرِ مِنْ الإلكترونات الْحُرَّة وَعَدَد قَلِيلٌ جداً مِن (الثُّقُوب) الشحنات الموجبة.

بِمَعْنًى آخَرَ ، يُمْكِنُنَا الْقَوْلُ أنّ تَرْكِيز الإلكترونات الْحُرَّة مُرْتَفِع وتَرْكِيز الثُّقُوب مُنْخَفِض جداً فِي أَشْبَاهٌ الموصلات مِنْ النَّوْعِ n.

يُشَارَ إلَى الإلكترونات الْحُرَّةِ فِي أَشْبَاهٌ الموصلات مِنْ النَّوْعِ n عَلَى أنّها ناقلات لشِحْنَة الْأَغْلَبِيَّة، وَيُشَار إلَى الثُّقُوب الْمَوْجُودَةِ فِي أَشْبَاهٌ الموصلات مِن النوع n عَلَى أنّها ناقلات لشِّحْنَة الْأَقَلِّيَّة.

تَحْتَوِي أَشْبَاهٌ الموصلات مِنْ النَّوْعِ p عَلَى تَرْكِيز عالٍ مِن الثُّقُوب وَتَرْكِيز مُنْخَفِض مِن الإلكترونات الْحُرَّة.

الثُّقُوب الْمَوْجُودَةِ فِي أَشْبَاهٌ الموصلات مِنْ النَّوْعِ p عِبَارَةٌ عَنْ ناقلات لشِحْنَة الْأَغْلَبِيَّة، والإلكترونات الْحُرَّةِ فِي أَشْبَاهٌ الموصلات مِن النوعp هي ناقلات لشِّحْنَة الْأَقَلِّيَّة.

الديود غَيْر المتحيز Diode non biaisée

لَنَرَ مَا يَحْدُثُ عِنْدَمَا تتلامس مِنْطَقَة مِنْ النَّوْعِ n مَع مِنْطَقَة مِنْ النَّوْعِ p

تَنْتَشِر ناقلاتُ الْأَغْلَبِيَّة مِنْ جَانِبٍ إلَى آخِر نظرًا لِأَنّ تَرْكِيز الثُّقُوب مُرْتَفِعٍ فِي مَنْطِقِة النَّوْع p ومنخفضٌ فِي مَنْطِقِهِ النَّوْع n

تَبْدَأ الثُّقُوب فِي الِانْتِشَار مِنْ مِنْطَقَةٍ النَّوْع p إِلَى مِنْطَقَةٍ النَّوْع n و يَكُون تَرْكِيز الإلِكْتُرُونات الْحُرّة مرتفعًا فِي مَنْطِقِهِ النَّوْع n ومنخفضاً فِي مَنْطِقِهِ النَّوْع p

وبِسَبَب هَذَا تَبْدَأ الإلكترونات الْحُرَّةِ فِي الِانْتِشَار مِنْ مِنْطَقَةٍ النَّوْع n إِلَى مِنْطَقَةٍ النَّوْع p.

ستعمل الإلكترونات الْحُرَّة الْمُنْتَشِرَةِ فِي الْمِنْطَقَةِ مِنْ النَّوْعِ p مَع مِنْطَقَة النَّوْع n عَلَى الِاتِّحَادِ مَع الثُّقُوب المتاحة وَإِنْشَاء أيونات سَالِبَة مَكْشُوفَةً فِي مَنْطِقِهِ النَّوْع p.

وبنَفْس الطَّرِيقَة  فإنّ الثُّقُوب الْمُنْتَشِرَة فِي الْمِنْطَقَةِ مِنْ النَّوْعِ n و مِنْطَقَة النوع p سَوْف تَتَّحِد مَع الإلكترونات الْحُرَّة المتاحة وَتُخْلَق أيونات مُوجِبَةٌ مَكْشُوفَةً فِي مَنْطِقِة النَّوْع n.

سَتَظْهَر طَبَقَةً مِنْ الأيونات السَّالِبَة فِي الْجَانِبِ مِنْ النَّوْعِ p وَطَبَقَةٌ الأيونات الْمُوجِبَة فِي الْمِنْطَقَةِ مِنْ النَّوْعِ n في خد التَّقَاطُع لِهَذَيْنِ النَّوْعَيْنِ مِنْ أَشْبَاهِ الموصلات.

الديود المتحيز إلَى الْإِمَامِ Diode à polarization direct

 فِي هَذِهِ الْحَالَةِ وبِسَبَب الْجَذْب الكهروستاتيكي للجهد السَّالِب لِلْمَصْدَر ، سَيَتِمّ إزَاحَة الثُّقُوب الْمَوْجُودَةِ فِي الْمِنْطَقَةِ مِن النوع p بعيداً عَن التَّقَاطُع ، ممّا يُتْرَك الْمَزِيدَ مِنْ الأيونات السَّالِبَة عِنْد التَّقَاطُع.

بِالْمِثْل ، سَيَتِمّ إزَاحَة الإلكترونات الْحُرَّةِ فِي الْمِنْطَقَةِ مِن النوع n بعيداً عَن التَّقَاطُع بِاتّجاه الطَّرَف الْمُوجِب لِمَصْدَر الْجَهْد مِمَّا يُتْرَك الْمَزِيدَ مِنْ الأيونات الْمُوجِبَة فِي التَّقَاطُع.

كنتيجةً لِذَلِك ستُصْبِح مِنْطَقَة الاستنفاذ أَوْسَع وستُسَمَّى حَالَة الدايود في هَذِهِ الْحَالَةِ بالمنحازة عكسياً وفِي هَذِهِ الْحَالَة لَا تُعَبِّر ناقلات الْأَغْلَبِيَّة التَّقَاطُع، وبدلاً مِنْ ذَلِكَ تَبْتَعِدَ عَنْ التَّقَاطُع.

بِهَذِهِ الطَّرِيقَةِ يَمْنَع الدايود تَدَفَّق التَّيَّار عِنْدَما يَكونُ منحازاً عكسياً.

البنية الداخلية لأشباه الموصلات

كَمَا ذَكَرْنَا سابقاً هُنَاك دائماً بَعْض الإلكترونات الْحُرَّةِ فِي أَشْبَاهٌ الموصلات مِن النوع p وبعض الثُّقُوب فِي أَشْبَاهٌ الموصلات مِنْ النَّوْعِ n.

تُسَمَّى ناقلات الشِّحْنَة المعاكسة فِي أَشْبَاهٌ الموصلات بناقلات شِحْنَة الأقليّة وفِي حَالَةِ الانْحِياز العكسي، تَجِد الثُّقُوب نَفْسِهَا فِي الطَّرَفِ مِن النوع n تعبرُ بِسُهُولَة مِنْطَقَة الاستنفاذ المنحازة عكسياً

 نتيجةً لِذَلِك هُنَاك تَيّار صَغِيرٌ يَتَدَفَّق عَبَّر الدايود مِنْ الطَّرَفِ الْمُوجِب إلَى الطَّرَفِ السَّالِب وهَذَا التَّيَّار صَغِيرَة جداً نظراً لأنّ عَدَد ناقلات الشِّحْنَة الْأَقَلِّيَّة فِي الدايود صَغِيرٌ جداً وهَذَا التَّيَّار يُسَمَّى تَيّار التَّشَبُّع العكسي.

إذَا زَادَ الْجَهْد العكسي عَبَّر الدايود إلَى مَا هُوَ أَكْثَرُ مِنْ الْقِيمَةِ الآمنة، بِسَبَب الْقُوَّة الكهروستاتيكية الْعَالِيَة وَبِسَبَب الطَّاقَة الحركية الْعَالِيَة لحاملات الشِّحْنَة الْأَقَلِّيَّة الَّتِي تَصْطَدِم بالذرات

فإنّ عدداً مِن الروابط التساهمية يَنْكَسِر لَيُسَاهِم فِي عَدَدِ كَبِيرٌ مِنْ أَزْوَاجِ (free electron-hole)   فِي الدايود وَهَذِه الْعَمَلِيَّة تراكمية.

سَوْف يُساهِم الْعَدَد الْهَائِل مِنْ حَامِلَاتِ الشِّحْنَة الْمُتَوَلِّدَة فِي حُدُوثِ تَيّار عَكْسِي ضَخْم فِي الدايود وإذَا لَمْ يَكُنْ هَذَا التَّيَّار مقيداً بمقاومة خَارِجِيَّة مُتَّصِلَة بِدَائِرَة الدايود فَقَد يَتِمّ تَدْمِير الدايود بِشَكْل دَائِمٌ .

أَنْوَاع الدايود

  • ديود زينر Diode Zener.
  • ديود تَقَاطُعٌ Diode de jonction P-N.
  • الديود الأنبوبي Diode tunnel.
  • الديود الْمُتَغَيِّر Diode varactor.
  • ديود Diode de Schottky.
  • الديود الضَّوْئِيّ Photodiode.
  • الديود Diode PIN.
  • ديود الليزر Diode laser.
  • ديود الانْهِيَار Diode d ‘ avalanche.
  • الديود الْبَاعِث لِلضَّوْء Diode électro-luminescente.

مصدر المقال: اضغط هنا

  • إعداد: المهندسة سارة بلقاسمي
  • تدقيق: المهندسة رهف النداف
  • تحرير: المهندس بشار الحجي