ما هي المُضَمِّحات الكهربائية؟

ما هيダイオード؟

ダイオード الكهربائية

يُعرَف الدايود الكهربائي بأنه دايود يستخدم في دوائر الإلكترونيات الكهربائية، قادر على التعامل مع تيارات أعلى من الدايودات العادية. له طرفان ويقوم بتمرير التيار في اتجاه واحد، مع بنية مصممة لتطبيقات الطاقة الأعلى.

للتعرف بشكل أفضل على الدايودات الكهربائية، دعنا نسترجع كيفية عمل الدايود القياسي. يُعرَف الدايود بأنه أبسط جهاز شبه موصل، ولديه طبقتان وطرفان ووصلة واحدة.

تتكون الدايودات العادية للإشارة من وصلة تشكل بواسطة شبه موصل من نوع P وشبه موصل من نوع N. يتم توصيل القطب الذي ينضم إلى النوع P ويسمى القطب الموجب، والقطب الذي ينضم إلى النوع N ويسمى القطب السالب.

يوضح الشكل أدناه بنية الدايود العادي ورمزه.

الدايودات الكهربائية مشابهة للدايودات العادية، رغم أنها تختلف قليلاً في بنائها.

في الدايودات العادية (المعروف أيضًا باسم "دايود الإشارة")، مستوى التشبع لكلا الجانبين P وN هو نفسه وبالتالي نحصل على وصلة PN، ولكن في الدايودات الكهربائية، لدينا وصلة تتشكل بين P متشبع بشدة وN+ خفيف التشبع - الطبقة التي تنمو بالتكاثر البلوري على طبقة N متشبع بشدة. وبالتالي تكون البنية كما هو موضح في الشكل أدناه.

تعتبر الطبقة N- هي الميزة الرئيسية في الدايود الكهربائي والتي تجعله مناسبًا لتطبيقات الطاقة العالية. هذه الطبقة متشبعه بخفة، تقريبًا ذاتية، ولذلك يعرف الجهاز أيضًا باسم دايود PIN، حيث يشير i إلى الذاتي.

كما يمكننا رؤيته في الشكل أعلاه، لا يزال التوازن الشحني الصافي للمنطقة المشحونة محفوظًا كما كان الحال في دايود الإشارة، ولكن سمك المنطقة المشحونة مرتفع للغاية ومتسرب بعمق في منطقة N-.

وهذا بسبب تركيز التشبع الخفيف، كما نعلم أن سمك المنطقة المشحونة يزداد مع انخفاض تركيز التشبع.

يساعد هذا السمك المتزايد للمنطقة المشحونة أو المنطقة المشحونة الدايود على حجب فولتية عكسية أكبر وبالتالي يكون له فولتية انهيار أكبر.

ومع ذلك، فإن إضافة هذه الطبقة N- تزيد بشكل كبير من مقاومة الدايود الأومية مما يؤدي إلى زيادة توليد الحرارة أثناء حالة التوصيل الأمامي. لذلك يأتي الدايودات الكهربائية مع تركيبات مختلفة للتخلص المناسب من الحرارة.

أهمية الطبقة N-

الطبقة N- في الدايودات الكهربائية متشبعه بخفة، مما يزيد من سمك المنطقة المشحونة ويجعله قادرًا على تحمل فولتيات عكسية أعلى.

خصائص الجهد-التيار

يوضح الشكل أدناه خصائص الجهد-التيار للدايود الكهربائي والتي تشبه إلى حد كبير تلك الخاصة بدايود الإشارة.

في دايودات الإشارة، يزداد التيار بشكل أسّي في المنطقة الموجبة، ولكن في الدايودات الكهربائية، يؤدي التيار الأمامي العالي إلى زيادة كبيرة في الانخفاض الأومي والذي يهيمن على النمو الأسي والمنحنى يزداد تقريباً بشكل خطي.

الفولتية العكسية القصوى التي يمكن للدايود تحملها تُظهر بواسطة VRRM، أي الفولتية العكسية القصوى المتكررة.

فوق هذه الفولتية، يصبح التيار العكسي مرتفعًا بشكل مفاجئ وإذا لم يكن الدايود مصممًا لتبدد كمية حرارية عالية، فقد يتم تدميره. قد يُطلق على هذه الفولتية أيضًا اسم الفولتية العكسية القصوى (PIV).

زمن الاستعادة العكسي

يوضح الشكل الخاصية الاسترجاعية العكسية للدايود الكهربائي. كلما تم إيقاف الدايود، يتناقص التيار من IF إلى الصفر ويستمر بعد ذلك في الاتجاه العكسي بسبب الشحنات المخزنة في المنطقة المشحونة ومنطقة شبه الموصل.

يصل هذا التيار العكسي إلى ذروته IRR ثم يبدأ مرة أخرى في الاقتراب من الصفر وأخيرًا يتم إيقاف الدايود بعد زمن trr.

يُعرف هذا الزمن بأنه زمن الاستعادة العكسي ويُعرَف بأنه الزمن بين اللحظة التي يصل فيها التيار الأمامي إلى الصفر واللحظة التي يتناقص فيها التيار العكسي إلى 25٪ من IRR. بعد هذا الزمن يُقال إن الدايود قد حصل على قدرته على الحجب العكسي.

عامل النعومة

عامل النعومة للدايودات الكهربائية هو نسبة أوقات إزالة الشحنات من شبه الموصل ومنطقة الاستنفاد، مما يشير إلى التغيرات الفولتية عند الإيقاف.