إن أبسط مكونات أشباه الموصلات - الصمام الثنائي - يؤدي إلى مجموعة متنوعة من الوظائف المفيدة المتعلقة بغرضها الأساسي المتمثل في إدارة اتجاه تدفق التيار الكهربائي. تسمح الثنائيات بالتدفق الحالي عبرها في اتجاه واحد فقط.
تبدو الثنائيات الفعالة تمامًا وكأنها دوائر مفتوحة بجهد سلبي وتبدو وكأنها دارات قصيرة خلاف ذلك. ولكن لأن الثنائيات تعترف ببعض عدم الكفاءة ، فإن علاقتها الحالية بالجهد تكون غير خطية.
على هذا النحو ، سترغب في استشارة ورقة بيانات الصمام الثنائي لرؤية رسم بياني لمنحنى أي فولت أمامي موجه إلى الأمام بالنسبة إلى تياره الأمامي ، بحيث تختار الصمام الثنائي المناسب لمشروعك الخاص.
تطبيقات الثنائيات
على الرغم من كونها أجهزة أشباه الموصلات بسيطة ثنائية البؤرة ، إلا أن الثنائيات ضرورية في مجال الإلكترونيات الحديثة. بعض التطبيقات النموذجية للديون تشمل:
- تصحيح الجهد ، مثل تحويل التيار المتردد إلى الفولتية DC
- عزل الإشارات من العرض
- السيطرة على حجم إشارة
- إشارات الخلط
تحويل الطاقة
تطبيق واحد مهم من الثنائيات هو تحويل التيار المتردد إلى طاقة التيار المستمر. يمكن استخدام صمام ثنائي واحد أو أربعة صمامات ثنائية الاتجاه لتحويل الطاقة المنزلية بقدرة 110 فولت إلى تيار مستمر (DC) عن طريق تشكيل منتصف الطريق (دايود مفرد) أو مقوم كامل الموجة (أربعة صمامات ثنائية). يقوم الصمام الثنائي بذلك عن طريق السماح لنصف موجة التيار AC فقط بالانتقال عبره. عندما يتم استخدام نبض الجهد هذا لشحن مكثف ، يبدو أن جهد الخرج هو جهد ثابت للتيار المستمر مع تموج صغير للجهد. إن استخدام مقوم الموجة الكامل يجعل هذه العملية أكثر كفاءة من خلال توجيه نبضات التيار المتردد بحيث ينظر إلى كل من النصف الإيجابي والسلبي للموجة الجيبية المدخلة على أنها نبضات موجبة فقط ، مما يضاعف بفعالية تردد نبضات الإدخال إلى المكثف ، يساعد على الحفاظ على شحنه وتوصيل جهد أكثر استقرارًا.
كما يمكن استخدام الثنائيات والمكثفات لإنشاء عدد من أنواع مضاعفات الجهد لأخذ جهد تيار متردد صغير وضربه لإنشاء مخرجات عالية الجهد. يمكن تحقيق كل من مخرجات التيار المتناوب والتيار المستمر باستخدام التكوين الصحيح للمكثفات والصمامات الثنائية.
إزالة تشكيل الإشارات
الاستخدام الأكثر شيوعًا للصمامات الثنائية هو إزالة المكون السالب لإشارة AC. نظرًا لأن الجزء السلبي من شكل موجة AC عادة ما يكون متطابقًا مع النصف الموجب ، فإن القليل جدًا من المعلومات يُفقد فعليًا في عملية تجريده بعيدًا ، مما يؤدي إلى معالجة إشارات أكثر كفاءة.
يُستخدَم إزالة تشكيل الإشارة بشكل شائع في أجهزة الراديو كجزء من نظام الترشيح للمساعدة في استخراج الإشارة الراديوية من الموجة الحاملة.
الإفراط في الجهد الحماية
كما تعمل الثنائيات بشكل جيد كأجهزة حماية للمكونات الإلكترونية الحساسة. عند استخدامها كأجهزة حماية للجهد ، تكون الصمامات الثنائية غير موصلة في ظروف التشغيل العادية ، ولكنها على الفور تقلل من أي ارتفاع في الجهد الكهربي على الأرض حيث لا يمكنها إلحاق الضرر بدائرة متكاملة. صممت الثنائيات المتخصصة التي تسمى المكثفات الفولتية المؤقتة خصيصًا للحماية من الجهد الزائد ويمكنها التعامل مع مسامير الطاقة الكبيرة جدًا لفترات زمنية قصيرة ، والخصائص النموذجية لارتفاع الجهد أو الصدمة الكهربائية ، والتي عادة ما تتلف المكونات وتقلل من عمر المنتج الإلكتروني.
وبالمثل ، يمكن أن ينظم الصمام الثنائي الفولطية عن طريق خدمة المقصات أو المحددات - وهو غرض متخصص يغطي الجهد الكهربائي الذي يمكن أن يمر عبره في نقطة معينة.
التوجيه الحالي
التطبيق الأساسي للصمامات الثنائية هو توجيه التيار والتأكد من أنه يتدفق فقط في الاتجاه الصحيح. منطقة واحدة حيث يتم استخدام قدرة التوجيه الحالية من الثنائيات لتأثير جيد في التحول من الطاقة القادمة من مصدر طاقة لتشغيل الطاقة من بطارية. عندما يتم توصيل الجهاز وشحنه - على سبيل المثال ، هاتف خلوي أو مزود طاقة غير قابل للانقطاع - يجب أن يستهلك الجهاز الطاقة فقط من مصدر الطاقة الخارجي وليس من البطارية ، وفي حين أن الجهاز موصول بالبطارية يجب سحب الطاقة وإعادة الشحن. بمجرد إزالة مصدر الطاقة ، يجب على البطارية تشغيل الجهاز بحيث لا يلاحظ المستخدم أي انقطاع.
مثال جيد على التوجيه الحالي هو من خلال حماية التيار العكسي. النظر ، على سبيل المثال ، سيارتك. عندما تموت البطارية الخاصة بك ويعرض المارة ودية للمساعدة في كابلات الطائر ، إذا قمت بخلط ترتيب الكبلات الحمراء والسوداء لن تقلى نظام سيارتك الكهربائية لأن الثنائيات المجاورة للبطارية تمنع تيار الاتجاه الخاطئ.
بوابات المنطق، بوابات منطقية
تعمل الحواسيب في ثنائي - بحر لا نهاية له من الأصفار والأخرى. وتستند أشجار القرار الثنائي في الحوسبة إلى البوابات المنطقية التي تم تمكينها بواسطة الثنائيات التي تتحكم في ما إذا كان مفتاح التشغيل ("1") أم لا ("0"). على الرغم من أن مئات الملايين من الثنائيات تظهر في المعالجات الحديثة ، فإنها تعمل بشكل وظيفي مثل الثنائيات التي تشتريها في متجر الإلكترونيات - أصغر بكثير.
الثنائيات والضوء
مصباح يدوي LED هو مجرد مصباح يدوي يتم الحصول على إضاءة من الصمام الثنائي الباعث للضوء. في وجود الجهد الإيجابي ، توهج المصابيح.
وعلى النقيض من ذلك ، يقبل الثنائي الضوئي الضوء من خلال جهاز تجميع (مثل لوحة شمسية صغيرة) ويحول ذلك الضوء إلى كمية صغيرة من التيار.