عملکرد دیود در مدار

[comtech2676]

دیود در مدار الكتریكی
در مبحث الکترونیک برای آموزش الکترونیک یک سری نکات را باید در نظر داشت اگر مطابق شكل زیر  دیود را طوری به یك باتری وصل كنیم كه قطب مثبت باتری به نیمرسانای نوع n و قطب منفی باتری به نیمرسانای نوع p  وصل شود بعد از بستن كلید چه اتفاقی می افتد؟

دیود دیود
آیا جریانی برقرار می شود؟
اگر جای قطب های باتری را عوض شود چطور؟
در مدار الکتریکی وقتی در حالت اول كلید وصل می شود قطب های باتری باعث می شوند الكترون ها و حفره ها از پیوندگاه دور شوند (در شكل بالا الكترون ها به سمت راست و حفره ها به سمت چپ حركت كنند) و این باعث می شود ناحیه تهی بزرگ تر شود.
این ناحیه كه از حامل های بار الكتریكی خالی شده به صورت یك عایق الكتریكی خیلی خوب عمل می كند. به عبارتی می توانیم بگوییم میدان الكتریكی كه توسط باتری ایجاد شده موافق میدان الكتریكی ناحیه تهی است بنابراین افزایش میدان الكتریكی در ناحیه تهی از حركت بارهای الكتریكی جلوگیری می كند. پس در این حالت دیود از عبور جریان الكتریكی جلوگیری می كند.
ولی وقتی مطابق شكل مقابل باتری (برعكس حالت قبل) وصل شود - یعنی قطب مثبت باتری به نیمرسانای نوع p و قطب منفی باتری به نیمرسانای نوع n وصل شود. الكترون ها به سمت نیمرسانای نوع p و حفره ها به سمت نیمرسانای نوع n (الكترون ها به سمت چپ و حفره ها به سمت راست) حركت می كنند و بدین ترتیب ناحیه تهی از بین رفته و بار الكتریكی در جهت میدان حركت می كند.
در تعمیرات بورد های الکترونیکی باید توجه نمود که میدان الكتریكی باتری خلاف جهت میدان الكتریكی در ناحیه تهی است و این باعث می شود جریان الكتریكی در مدار برقرار شود.

میدان الکتریکی

در این حالت دیود اجازه می دهد جریان الكتریكی عبور كند.
حال از دیدگاه پتانسیل الكتریكی مسئله وصل شدن باتری به دیود را بررسی می كنیم.
همانطور كه در شكل سمت راست، می بینید میدان الكتریكی ایجاد شده در ناحیه تهی به این معنی است كه برای بردن یك بار مثبت از ناحیه p به ناحیه n باید كار انجام دهیم (كه بر اثر آن انرژی پتانسیل الكتریكی بار مثبت افزایش می یابد).جریان الکتریکی
بنابراین پتانسیل الكتریكی ناحیه n از ناحیه p  بیشتر است. اگر اختلاف پتانسیل الكتریكی ناحیه n و ناحیه p را برابر ∆v در نظر بگیریم، آن گاه برای جا به جایی هر بار مثبت از ناحیه p  به ناحیه n باید به اندازه e∆v انرژی بدهیم.
 بنابراین وقتی قطب مثبت باتری به نیمرسانای نوع n و قطب منفی باتری به نیمرسانای نوع p وصل كنیم در واقع یك پتانسیل الكتریكی بیشتر (قطب مثبت) را به نوع n و یك پتانسیل الكتریكی كمتر (قطب منفی) به نوع p وصل كرده ایم و این چنین اختلاف پتانسیل الكتریكی ناحیه n و p را افزایش داده ایم.
پس برای حركت حفره از ناحیه p به ناحیه n یا حركت الكترون از ناحیه n به ناحیه p به انرژی بیشتری نسبت به قبل از اتصال باتری نیاز داریم. پس وصل شدن باتری به این شكل نمی تواند جریان الكتریكی را از دیود عبور دهد. در این حالت می گوییم ما یك "پیش ولت مخالف" به دیود وصل كرده ایم.
حال وقتی قطب مثبت را به نیمرسانای نوع p و قطب منفی را به نیمرسانای نوع n وصل می كنیم در واقع پتانسیل الكتریكی كمتر (قطب منفی) را به نوع n  و پتانسیل الكتریكی بیشتر (قطب مثبت) را به نوع p وصل كرده ایم، بنابراین اختلاف پتانسیل موجود از بین رفته و اختلاف پتانسیل بین دو ناحیه به وجود می آید، در نتیجه پتانسیل الكتریكی ناحیه p از پتانسیل الكتریكی ناحیه n بیشتر می شود.
بنابراین باعث حركت حفره ها به سمت ناحیه n و الكترون ها به سمت ناحیه p خواهد شد. پس با وصل كردن باتری به این شكل جریان الكتریكی از دیود عبور می كند. در این حالت می گوییم"پیش ولت موافق" به دیود وصل شده است.
در شكل زیر نمودار جریان الكتریكی برحسب ولتاژ دو سر دیود رسم شده است. همان طور كه می بینید پیش ولت مخالف (معكوس) جریانی برقرار نكرده است ولی با افزایش "پیش ولت موافق" (مستقیم) جریانی در مدار برقرار شده است.