دیود چیست؟ انواع، کاربرد و تاریخچه جالب آن

دیود‌ چیست؟

دیود‌ها یکی از قطعات اساسی و پر کاربرد در صنعت الکترونیک است. دیود ها به عنوان یک نوع ساختار نیمه‌هادی تشکیل شده‌اند که برای کنترل جریان الکتریکی در مدارهای الکترونیکی به کار می‌روند. دیود‌ها با داشتن خواص الکترونیکی و اپتیکی منحصر به فرد، در بسیاری از صنایع از جمله صنعت خودرو، صنعت الکترونیک، صنایع نظامی، صنایع تولید نور و بسیاری دیگر از صنایع مورد استفاده قرار می‌گیرند.

دیود‌ها از دو لایه نیمه‌هادی ساخته شده‌اند که به طور معمول از سیلیسیوم یا ژرمانیوم تهیه شده‌اند. این دو لایه به طور معمول به دو دسته لایه‌های n-type و p-type تقسیم می‌شوند. لایه p-type به عنوان آند و لایه n-type به عنوان کاتد عمل می‌کند. وقتی این دو لایه با هم تماس داده می‌شوند، یک منطقه انتقالی در ناحیه واسطه آنها تشکیل می‌شود. در این منطقه، الکترون‌ها از لایه n-type به سمت لایه p-type جابه‌جا می‌شوند و از این رو جریان الکتریکی به سمت آند (لایه p-type) جاری می‌شود. این رفتار انتقال الکترونیکی، باعث تولید ولتاژ در دیود می‌شود، که به دلیل خواص الکترونیکی آنها، قابلیت کنترل جریان الکتریکی را فراهم می‌کند.

کاربرد ها:

یکی از کاربردهای رایج دیود در مدارهای روشنایی است. در این مدارها، دیود به عنوان یک دیود LED استفاده می‌شود که برای تولید نور در واکنش با جریان الکتریکی استفاده می‌شود. دیود‌های LED در رنگ های مختلفی از جمله قرمز، سبز، آبی و سفید و… ساخته می‌شوند و در بسیاری از دستگاه‌های الکترونیکی مانند تلویزیون‌ها، لامپ‌های LED، تابلوهای نمایش LED و دستگاه‌های روشنایی خودرو استفاده می‌شوند.

همچنین دیود در مدارهای تقویت کننده استفاده می‌شود. در این کاربرد، دیود به عنوان یک ایستگاه کنترلی برای جریان الکتریکی استفاده می‌شود. برای مثال، در مدارهای منبع تغذیه، دیود به عنوان یک عنصر تعادل بار برای جریان الکتریکی عمل می‌کند. همچنین در مدارهای اصلاح کننده موج، دیود به عنوان یک عنصر تبدیل AC به DC عمل می‌کند.
از دیگر کاربردهای دیود‌ها می‌توان به مصارف خودرو، دستگاه‌های الکترونیکی مانند لپ تاپ، تلفن همراه و کامپیوتر، صنایع نظامی و کاربردهای پزشکی اشاره کرد. به عنوان مثال، دیود‌ها در دستگاه‌های پزشکی مانند ایمپلنت‌های قلبی و دستگاه‌های تصویربرداری استفاده می‌شوند.

در نهایت، می‌توان گفت که دیود‌ها از عناصر بسیار مهم صنعت الکترونیک هستند. با توجه به خواص الکترونیکی و اپتیکی منحصر به فرد آنها، این عناصر در بسیاری از صنایع مورد استفاده قرار می‌گیرند و نقش بسیار مهمی در عملکرد دستگاه‌های الکترونیکی ایفا می‌کنند.
دیود‌ها به صورت مختلفی ساخته می‌شوند و هر کدام به دلیل خواص الکترونیکی و فیزیکی خود، برای کاربردهای خاصی مناسب هستند. در ادامه به بررسی انواع مختلف دیود‌ها می‌پردازیم

انواع دیود:

1. دیود سیلیسیومی: این نوع دیود‌ها که بیشترین مصرف را در صنعت الکترونیک دارند، از سیلیسیوم به عنوان ماده‌ای اساسی استفاده می‌کنند. این دیود‌ها به دلیل تحمل بالایی که در برابر دمای بالا و ولتاژهای بالا دارند، برای کاربردهای صنعتی و تجاری مناسب هستند.
2. دیود ژرمانیومی: این نوع دیود‌ها از عنصر ژرمانیوم در ساخت استفاده می‌شود و در برخی کاربردهای خاص مانند تولید نور، تولید موج میکروویو، تولید سیگنال‌های رادیویی و تولید موج‌های میکروویوی استفاده می‌شوند.
3. دیود زنر: این نوع دیود‌ها برای کنترل ولتاژ و جریان الکتریکی استفاده می‌شوند. دیود زنر به دلیل داشتن خاصیت خازنی و امکان کنترل جریان الکتریکی در دامنه ولتاژ مشخصی، برای کاربردهایی مانند مدارهای تنظیم ولتاژ، مدارهای تقویت کننده و دستگاه‌های تغذیه استفاده می‌شود.
4. دیود شاتکی: این نوع دیود‌ها برای کنترل فرکانس ولتاژ در مدارهای الکترونیکی استفاده می‌شوند. دیود شاتکی به دلیل سرعت بالایی که در تغییر ولتاژ دارد، برای کاربردهایی مانند تولید موج‌های میکروویو، افزایش کارایی دستگاه‌های الکترونیکی و افزایش بازدهی تجهیزات الکترونیکی مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین از دیود های شاتکی در منابع تغذیه و مبدل های برق استفاده می‌شود.
5. دیود LED: این نوع دیود‌ها برای تولید نور با استفاده از جریان الکتریکی استفاده می‌شوند. دیود LED به دلیل کارایی بالا، مصرف انرژی کم و عمر طولانی، برای کاربردهایی مانند نمایشگرهای الکترونیکی، روشنایی خودروها، تابلوهای تبلیغاتی و تولید نور محیطی استفاده می‌شود.
6. دیود توریستور: این نوع دیود‌ها برای کنترل ولتاژ و جریان الکتریکی در دستگاه‌های الکترونیکی بزرگ استفاده می‌شوند. دیود توریستور به دلیل داشتن قابلیت کنترل ولتاژ و جریان بالا، برای کاربردهایی مانند مدارهای تنظیم ولتاژ، اینورترهای قدرت و مدارهای تحلیلی استفاده می‌شود.

از دیگر انواع دیود‌ها می‌توان به دیود‌های گان، دیود‌های آرسنید گالیوم (گالیوم آرسناید) و دیود‌های تونل اشاره کرد که هر کدام دارای کاربردهای خاصی هستند.

تاریخچه دیود:

تاریخچه دیود به دوران اوایل قرن ۲۰ میلادی بازمی‌گردد.

• در سال ۱۸۷۴، ویلیام هایت از انگلستان، در آزمایش‌های خود با لایه نازک از کربن بر روی یک سوزن، توانست شدت جریان الکتریکی را کاهش دهد. او این پدیده را به دلیل نوعی “تداخل ساختاری” که در بین لایه‌های کربن مشاهده کرده بود، توجیه کرد.
• در سال ۱۸۷۹، توماس آلوا ادیسون، از طریق کار با فیلامنت‌های ابرقدرت برای لامپ‌های الکتریکی، به دنبال روشی برای جلوگیری از جریان‌های الکتریکی برعکس در مدار تحریک کننده خود بود. در نهایت، او با استفاده از یک سیمان الکتریکی و زمینه‌ای که به آن اعمال شده بود، توانست یک دیود اولیه بسازد که به آن «انجماد کاتد» گفته می‌شد.
• در سال ۱۹۰۴، جان آمبروز ویلیامزون، یک مهندس بریتانیایی، موفق به ساخت یک دیود با استفاده از یک قطعه کریستال جواهرات گرمسیری شد. این دیود، به دلیل ویژگی‌های الکترونیکی و فیزیکی قابل توجه، عمومیت‌پذیر شد.
• در سال ۱۹۰۷، لستر بولارد، یک مهندس آمریکایی، توانست با بهره‌گیری از یک الکترود فلزی و یک قطعه سیلیسیوم، یک دیود سیلیسیومی بسازد. این دیود، به دلیل داشتن مزایایی مانند قابلیت تحمل ولتاژ بالا، پایداری حرارتی بالا و هزینه تولید کم، به سرعت در صنعت الکترونیک مورد استفاده قرار گرفت.

از آن زمان به بعد، با پیشرفت و ابداع تکنولوژی‌های جدید، دیود به عنوان یکی از عناصر اساسی در صنعت الکترونیک و کامپیوتر به طور گسترده استفاده می‌شود.