دانلود فایل ورد مقاله در مورد ديود زنر

    —         —    

ارتباط با ما     —     لیست پایان‌نامه‌ها

... دانلود ...

بخشی از متن دانلود فایل ورد مقاله در مورد ديود زنر :

دیود زنر
دیود های زنر یا شكست ، دیود های نیمه هادی با پیوند p-n هستند كه در ناحیه بایاس معكوس كار كرده و دارای كاربردهای زیادی در الكترونیك ، مخصوصآ به عنوان ولتاژ مبنا و یا تثبیت كننده ی ولتاژ دارند.

هنگامیكه پتانسیل الكتریكی دو سر دیود را در جهت معكوس افزایش دهیم در ولتاژ خاصی پدیده شكست اتفاق می افتد، بد ین معنی كه با افزایش بیشتر ولتاژ ، جریان بطور سریع و ناگهانی افزایش خواهد داشت. دیود های زنر یا شكست دیود هایی هستند كه در این ناحیه یعنی ناحیه شكست كار میكنند و ظرفیت حرارتی آنها طوری است كه قادر به تحمل محدود جریانمعینی در حالت شكست می باشند، برای توجیه فیزیكی پدیده شكست دو نوع مكانیسم وجود دارد.

مكانیسم اول در ولتاژهای كمتر از 6 ولت برای دیودهایی كه غلظت حامل ها در آن زیاد است اتفاق می افتد و به پدیده شكست زنر مشهور است. در این نوع دیود ها به علت زیاد بودن غلظت ناخالصی ها در دو قسمت p و n ، عرض منطقه ی بار فضای پیوند باریك بوده و در نتیجه با قرار دادن یك اختلاف پتانسیل v بر روی دیود (پتانسیل معكوس) ، میدان الكتریكی زیادی در منطقه ی پیوند ایجاد می شود.

با افزایش پتانسیل v به حدی می رسیمكه نیروی حاصل از میدان الكتریكی ، یكی از پیوند های كووالانسی را می شكند. با افزایش بیشتر پتانسیل دو سر دیود از انجایی كه انرژی یا نیروهای پیوند كووالانسی باند ظرفیت در كریستال نیمه هادی تقریبأ مساوی صفر است ، پتانسیل تغییر چندانی نكرده ، بلكه تعداد بیشتری از پیوندهای ظرفیتی شكسته شده و جریان دیود افزایش می یابد.

آزمایش نشان میدهد كه ضریب حرارتی ولتاژ شكست برای این نوع دیود منفی است ، یعنی با افزایش درجه حرارت ولتاژ شكست كاهش می یا بد. بنابر این دیود با ولتاژ كمتری به حالت شكست می رود (انرژی باند غدغن برای سیلیكن و ژرمانیم در درجه حرارت صفر مطلق بترتیب 121 و0785 الكترون_ولت است، و در درجه حرارت 300 درجه كلوین این انرژی برای سیلیكن ev 1.1و برای ژرمانیم ev0.72 خواهد بود). ثابت می شود كه می دان الكتریكی لازم برای ایجاد پدیده زنر در حدود 2*10است.

این مقدار برای دیود هایی كه در آنها غلظت حامل ها خیلی زیاد است در ولتاژهای كمتر از 6 ولت ایجاد می شود . برای دیودهایی كه دارای غلظت حاملهای كمتری هستند ولتاژ شكست زنر بالاتر بوده و پدیده ی دیگری بنام شكست بهمنی در آنها اتفاق می افتد (قبل از شكست زنر) كه ذیلأ به بررسی آن می پردازیم.
مكانیسم دیگری كه برای پدیده شكست ذكر می شود ، مكانیسم شكست بهمنی است. این مكانیسم در مورد دیودهایی كه ولتاژ شكست آنها بیشتر از 6 ولت است صادق می باشد . در این دیود ها به علت كم بودن غلظت ناخالصی ، عرض منطقه ی بار فضا زیاد بوده و میدان الكتریكی

كافی برای شكستن پیوندهای كووالانسی بوجود نمی آید ، بلكه حاملهای اقلیتی كه بواسطه انرژی حرارتی آزاد می شود ، در اثر میدان الكتریكی شتاب گرفته و انرژی جنبشی كافی بدست آورده و در بار فضا با یون های كریستال برخورد كرده و در نتیجه پیوندهای كووالانسی را می شكنند . با شكستن هر پیوند حاملهای ایجاد شده كه خود باعث شكستن پیوند های بیشتر می شوند .

بدین ترتیب پیوندها بطور تصاعدی یا زنجیری و یا بصورت پدیده ی بهمنی شكسته می شوند و این باعث می شود كه ولتاژ دو سر دیود تقریبأ ثابت مانده و جریان آن افزایش یافته و بواسطه ی مدار خارجی محدود می شود . چنین دیود هایی دارای ضریب درجه ی حرارتی مثبت هستند . زیرا با افزایش درجه ی حرارت اتمهای متشكله كریستال به ارتعاش در آورده ، در نتیجه احتمال برخورد حاملهای اقلیت با یونها ، بهنگام عبور از منطقه بار فضا زیادتر می گردد . به علت زیاد شدن برخوردها احتمال اینكه انرژی جنبشی حفره یا الكترون بین دو برخورد متوالی بمقدار لازم برای شكست پیوند برسد كمتر شده و در نتیجه ولتاژ شكست افزایش می یابد.
همانطور كه در مبحث الكتریسته گفتیم عناصر ژرمانیوم و سیلیكون در آخرین مدار ی

ا لایه اتمی خود دارای 4 الكترون هستند كه تمایل به جذب یا از دست دادن الكترون ها به منظور تكمیل مدار آخر خود تا رسیدن به 8 الكترون را دارند. با اضافه كردن مقدار كمی اتم نا خالصی به نیمه هادی مذكور امكان ازدیاد بار الكتریكی بوجود خواهد آمد مثلا” تركیب اتم ژرمانیوم كه دارای 4 الكترون در مدار خارجی می باشد با ارسنیك كه 5 الكترون دارد پیوندهای مشتركی با یك الكترون اضافی برای هر اتم نا خالصی ارسنیك بوجود می آید در نتیجه جسم حاصل منفی ویا نیمه هادی

نوع N حاصل می شود .برای حالت عكس هم به همین ترتیب است یعنی اگر مقداری ژرمانیوم را با مقداری گالیوم كه دارای 3 الكترون در مدار خارجی است مخلوط كنیم بعد از تشكیل پیوند اشتراكی با اتم ناخالصی مجموعا” 7 الكترون به جای 8 الكترون در مدار خارجی بدست می آید. كمبود یك الكترون برای هر پیوند اشتراكی با اتم خالصی به منزله یك بار مثبت است كه آن را حفره می نامند این نوع اضافه كردن باعث بوجود آمدن نیمه هادی نوع P با بار مثبت می شود . از نیمه هادی های ذكر شده در ساخت دیود استفاده می شود و دیود ها برای یكسو كردن جریان الكتریكی به كار می رود(یعنی تبدیل جریان ACبه DC ) دیود مثل یك جاده یك طرفه عمل كرده واز یك سو جریان را از خود عبور می دهد واز سوی دیگر نه.

یكسو كننده ها- برای شارژ باتری ها،آبكاری،جوشكاری بعضی فلزات ،دستگاه های صوتی وتصویری،تجزیه شیمیایی و ;احتیاج به جریان دایم Dc داریم وچون برق شهر متناوب است بنابراین در دستگاه های مختلف به روش های گوناگون جریان مذكور را مستقیم می كنند.لامپ الكترونی ،دینام جریان مستقیم ودیود ها از روش های معمول یكسو سازی می باشد كه در این جا انواع یكسو سازی های دیودی كه بیشتر مورد استفاده دارد شرح داده می شود.
یكسو ساز نیم موج – اگرولتاژ متناوبی را به دیودوصل كنیم هنگامی كه نیم سیكل مثبت به آند می رسدازآن عبور می كند به مجرد اینكه نیم سیكل منفی شروع می شود دیود نیم سیكل منفی را از خود عبور نمی دهد.به این ترتیب ولتاژ متناوب تبدیل به ولتاژ یكسو شده ی ضربان دار می شود .در خروجی فقط نیم سیكل های مثبت وجود دارد برای صاف كردن این ولتاژ ضربانی از خازن وسیم پیچ یا مقاومت استفاده می شود .از مشخصه یك سو سازهای نیم موج افت ولتاژ و عدم كیفیت می باشد.
یكسو ساز تمام موج – برای بدست آوردن ولتاژ منا

سب و صاف تر از این یكسو كننده ها استفاده می شود كه هم نیم سیكل مثبت وهم نیم سیكل منفی را هدایت وتثبیت می نماید در شكل زیر دو نمونه از آن ها را می بینید.

عیب یابی دیودها- اهم متر را روی رنج R×1 قرار می دهیم وسیم های آن را به دو سر دیود متصل می كنیم اگر عقربه منحرف شد یعنی دیود از این سو جریان عبور می دهد حال اگر جای سیم های اهم متر را عوض كنیم نباید عقربه منحرف شود .نتیجه اینكه با اتصال سیم های اهم متر ،دیودی كه درهر دو حالت عقربه را منحرف كند وهمچنین دیودی كه درهر دو حالت عقربه را منحرف نكند خراب است .(تذكر :هنگام آزمایش بهتر است یك سر دیود از مدار جدا شود .).

ترانسفور ماتور (مبدل)- تشكیل شده است از هسته ای ازآهن خالص به شكل قاب یا حلقه كه برروی آن دو دسته سیم پیچی شده است كه تعداد حلقه های آن متفاوت واز یكدیگر مجزاست.به سیم پیچی كه جریان می دهند اولیه وسیم پیچ یا مدار دیگر را ثانویه می نامند.با عبور جریان متناوب در مدار سیم پیچ اولیه ،درمدار ثانویه یك جریان الكتریكی القا می شود كه ولتاژ وشدت جریان بوجود آمده به قطر سیم وتعداد دور آن ها بستگی دارد.وبطور كلی می توان گفت ترانسفور ماتور می تواند ولتاژ وشدت را به دلخواه تغییر دهد بدون آنكه توان تغییركند.پس ترانسفور ماتور

ممكن است افزاینده یا كاهنده باشد.در اكثر وسایل صوتی وتصویری از ترانسفور ماتور كاهنده ولتاژ استفاده می شود از موارد استفاده ترانسفور ماتور ها ،كوره های القایی،دستگاه های جوشكاری هویه هفت تیری وكویل خود رو را می توان نام برد (لازم به تذكر است كه ترانسفور ماتور با جریان متناوب كار می كند.)
ترموستات ها- ترموستات ها كلید های خود كاری هستند كه جهت تنظیم درجه حرارت بكار می روند از انواع آن ها می توان ترموستات بی متالی وترموستات گازی را نام برد.

ترموستات بی متالی – می دانیم در اثر گرما فلزات منبسط می شوند واین انبساط برای فلزات مختلف متفاوت است هر گاه دوقطعه فلز مختلف كه دارای ضریب انبساط حرارتی متفاوت هستند را به هم جوش دهیم وآن را در نزدیكی منبع حرارتی مورد نظر ودر مسیر جریان برق قرار دهیم هر دو فلز گرم می شوند وطول آن ها ازدیاد می یابد ولی چون ازدیاد طول یكی از فلزات بیشتر از دیگری است لذا دو فلز به یك طرف خم می شوند این حركت مستقیما” ویا بوسیله اهرم هایی به یك كنتاكت منتقل شده ومدار را قطع یا وصل می كند از این وسیله در فیوزها ،سماور برقی،اتوی برقی و;بالاخره در اكثر وسایل برقی كه در آن ها یك المان حرارتی وجود دارد استفاده می

شود.همچنین برای حفاظت موتور ها از سوختن نیزمورد استفاده قرار می گیرد.
ترموستات گازی- این ترموستات با انبساط وانقباض گازهای حساس نظیر اتر ویا جیوه كار می كند . گاز مذكور در محفظه ای بنام بلو و لوله مویی همراه آن قرار دارد ودر نزدیكی منبع حرارت قرار می گیرد .بطور خلاصه انبساط گاز درون بلو از طریق لوله مویی به فانوسك مخزن گاز ونهایتا” به پلاتین های قطع و وصل جریان فشار وارد كرده وباعث قطع جریان می شود .با سرد شدن محیط اطراف بلو قضیه بر عكس می شود. از ترموستات های گازی در رادیاتور ،در آبگرم كن ها ویخچال ها استفاده می شود .نمونه ساده تری از ترموستات گازی در رادیاتور خود رو استفاده می

شود.
از اتصال دولایه p & n دیود درست می شود
1- بعد از پیوند نیمه هادی نوع p & n کنار یکدیگر ، الکترونهای آزاد و حفره ها از محل پیوند عبور کرده ، با هم ترکیب می شوند و تشکیل یک لایه سد یا عایق می دهند .
2- یک منطقه تخلیه در محل پیوند ها ایجاد می شود که فاقد الکترونهای آزاد و حفره ها می باشد ، لکن اتمهایی که الکترون از دست داده و یا گرفته اند ، در دو طرف لایه سد و در منطقه تخلیه وجود دارند .

3- اتمهای یونیزه شده ، ایجاد سد پتانسیل می کنند که برای نیمه هادی ژرمانیومی حدود 0.2 ولت است و برای نیمه هادی سیلسیمی حدود 0.6 ولت است .
4- سد پتانسیل باعث که از حرکت و ترکیب بیشتر الکترونها و حفره ها در لایه سد جلوگیری به عمل آید .
5- کریستال نیمه هادی نوع p دارای بار الکتریکی مثبت و کریستال نیمه هادی n دارای بار الکتریکی منفی می باشد .
بایاس دیود
وصل کردن ولتاژ به دیود را بایاس کردن دیود می گویند .
بایاس مستقیم
اگرنیمه هادی نوع p به قطب مثبت باتری و نیمه هادی نوع n به قطب منفی آن وصل شود و ولتاژ از پتانسیل سد دیود بیشترباشد ، در مدار جریان بر قرار خواهد شد .
بایاس معکوس
اگر قطب مثبت باتری به نیمه هادی نوع n وصل شود و قطب منفی باتری به نیمه هادی نوع p وصل شود ، جریانی در مدار نخواهیم داشت .

تست دیود
همانطور که گفته شد اگر دوید در بایاس موافق یا معکوس قرار بگیرد جریان را از خود عبور می دهد و ما می توانیم دیود را با یک مدار ساده سری کنیم ( البته با رعایت قطبهای دیود و باتری ) اگر مدار شروع به کار کرد پس دیود سالم است و در غیر این صورت دیود سوخته شده است .
انواع دیود ها
– دیود اتصال نقطه ای
2- دیود زنر
3- دیود نور دهنده LED
4- دیود خازنی ( واراکتور )
5- فتو دیود
دیود اتصال نقطه ای
دیود های معمولی در بایاس معکوس ایجاد ظرفیت خازنی ( حدود PF ) می کنند . اگر بخواهیم در فرکانس های بالا به کار می بریم ، به علت ظرفیت خازنی در بایاس معکوس ، جریان در مدار عبور می کند . چون در فرکانس های بالا مقاومت دیود کم می شود . برای جلوگیری از این کار از دیود اتصال نقطه ای استفاده می کنیم
دیود زنر
یود زنر ، مانند یک دیود معمولی از دو نیمه هادی نوع P & N ساخته می شود . اگر یه دیود معمولی را در بایاس معکوس اتصال دهیم و ولتاژ معکوس را زیاد کنیم ، در یک ولتاژ خاص ، دیود در بایاس معکوس نیز شروع به هدایت می کند . ولتاژی که دیود در بایاس مخالف ، شروع به هدایت می کند ، به ولتاژ زنر معروف است و با تنظیم نا خالصی می توان ولتاژ شکسته شدن پیوند ها را کنترل کرد
ولتاژ زنر : ولتاژی که دیود زنر به ازای آن در بایاس معکوس ، هادی می شود به ولتاژ زنر معروف است .

دیود نوردهنده LED
این دوید از دو نوع نیمه هادی P & N تشکیل شده است . هر گاه این دیود ، در بایاس مستقیم ولتاژی قرار گیرد و شدت جریان به اندازه کافی باشد ، دیود ، از خود نور تولید می کند . نور تولید شده در محل اتصال دو نیمه هادی تشکیل می شود . نور تولیدی بستگی به جنس به کار برده شده در نیمه هادی دارد . این لامپ چند مزایا بر لامپ های معمولی دارد که عبارتند از:
1- کوچک بودن و نیاز به فضای کم
2- محکم بودن و داشتن عمر طولانی ( حدود صد هزا

ر ساعت کار )
3- قطع و وصل سریع نور
4- تلفات حرارتی کم
5- ولتاژ کار کم ، بین 1.7 ولت تا 33 ولت
6- جریان کم حدود چند میلی آمپر با نور قابل رویت
7- توان کم ، حدود 10 تا 150 میلی وات
دیود خازنی ( واراکتور )
این دیود از دو نیمه هادی نوع P & N تشکیل می شود . دیود خازنی در واقع دیودی است که به جای خازن بکار می رود و مقدار ظرفیت آن با ولتاژ دو سر آن رابطه عکس دارد
فتو دیود
این دیود از دو نیمه هادی نوع P & N تشکیل می شود . با این تفاوت که محل پیوند P & N ، جهت تابانیدن نور به آن از مواد پلاستیکی سیاه پوشیده نمی باشد ، بلکه توسط شیشه و یا پلاستیک شفاف پوشیده می گردد تا نور بتواند با آسانی به آن بتابد . روی اکتر فتو دیود ها یک لنز بسیار کوچک نصب می شود تا بتواند نور تابانیده شده به آن را متمرکز کرده و به محل پیوند برساند .
دیود نوری
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. آرا

یه‌های 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.
یک عنصر نیمه هادی دو سر است که جریان الکتریکی را یکسو می‌کند.

دیودها دارای قطب مثبت (آنود) و منفی (کاتود) هستند و جریان را فقط هنگامیکه از سمت مثبت وارد ی‌شود (بایاس مستقیم) از خود عبور می‌دهند.
قطب کاتود معمولاً روی بدنه دیود نشانه گذاری شده است.
دیود نوری (LED) و دیود زینر نمونه‌های دیگری از انواع دیودها هستند.

لینک کمکی