الوصلة الثنائية

يتم شرح الوصلة الثنائية (الدايود) و ما هى المنطقة القاحلة و كيف تتكون. و كذلك ما هو الجهد الحاجز و أيضا وظيفة الدايود في الدوائر الالكترونية.

الوصلة الثنائية هي بلورة تتكون من جزئين الجزء الأول هو بلورة من النوع السالب n والجزء الثاني هو بلورة من النوع الموجب p.فهي أحيانا تسمى الدايود او الوصلة pn. تعتبر هذه الوصلة أحد النبائط الإلكترونية المهمة والتي لها استخدامات عده مثل  تقويم التيار.  وتتميز الوصلة الثنائية بأنها تختلف تماما عن مكونات الكهربية العادية ممثل المكثف وملف الحث والمقاومة. 

الدايود

الدايود او الوصلة الثنائية ليها يشيران الى نفسه المكون. يتكون الدايود من بلورتين من أشباه الموصلات الغير نقيه مهما بلورة من النوع السالب وبلورة من النوع الموجب. البلورة من النوع السالب تكون بها  تركيز الإلكترونات أكبر من تركيز الفجوات بينها. منها البلورة من النوع الموجب يكون فيها تركيز الفجوات اكبر من تركيز الالكترونات. 

شكل الدايود

كيف يعمل الدايود

ماذا يحدث عند توصيل البلورة n و البلورة p

عند توصيل البلورة n  مع البلورة p يحدث انتشار للفجوات من البلورة p الى البلورة n احدث انتشار للالكترونات من البلورة n  الى البلورة p.  هذا الانتشار بسبب اختلاف تركيز حاملات الشاحنات في شبه الموصل غير النقي.  وحركت الانتشار هذه تعرف  باسم تيار الانتشار

تكون المنطقة القاحلة

بمعلومية أن الشحنات تنتشر من الأعلى تركيز إلى الأقل تركيز. فنجد أن إنتشار الإلكترونات من البلورة من النوع السالب n يخلف وراءه أيونات موجبة الشحنة دون ما يعادلها من الإلكترونات. وبالمثل حركة الفجوات من البلورة من النوع الموجب p يخلف وراءه أيونات سالبة الشحنة دون ما يعادلها من الشحنة الموجبة. ويحدث ذلك في منطقة التلامس بين الوصلتين. 

تترك الشحنات الحرة منطقة التلامس بين البلورتين مخلفة وراءها مجموعة من الأيونات سواء الموجبة والسالبة – هذه الأيونات لا تستطيع الحركة فهي شحنات ولكنها شاحنات غير حرة-  فتنشأ منطقة خالية من الشحنات الحرة  تسمى بالمنطقة القاحلة. 

المنطقة القاحلة أو الفاصلة

منطقة خالية من حاملات الشاحنات توجد على جانبي موضع تلامس البلورة من النوع السالب n  والبلورة من النوع الموجب p في الوصلة الثنائية. و تكون في حدود الميكرون.

 وبعد إنتشار الإلكترونات من البلورة السالبة مخلفة وراءها أيونات موجبة. و بالمثل تنتشر الفجوات الحرة من عند البلورة الموجبة مخلفة وراءها أيونات سالبة. تعمل هذه الأيونات الموجبة والأيونات السالبة على نشوء فرق فرق جهد كهربي في منطقة التلامس يعرف بالجهد الحاجز. 

و من المعلوم أن أي فرق جهد سوف يؤدي إلى تيار يسمى التيار الناشئ تيار الانسياب وهو عكس تيار الانتشار ويعمل على تقليله حتى حدوث الاتزان في البلورة.

و يشاهد الدايود (الوصلة الثنائية) ب 3 مناطق الأولى 

• بلورة من النوع السالب على الإلكترونات الحرة.
• بلورة من النوع الموجب تحتوي على فجوات حرة.
• ما بينهما منطقة قاحلة لا تحتوى على أى من الشحنات الحرة بنوعيها.

هذه المنطقة تحجز حركة الإلكترونات الحرة في البلورة من النوع ‪السالب من الإنتشار وكذلك تحجز الفجوات ‬‏. هذا يعني أن الشحنات الحرة لن تعبر المنطقة القاحلة و تم حجزها.

الجهد الحاجز في الوصلة الثنائية

  أقل فرق جهد داخلي على جانبي موضع تماس البلورة من النوع الموجب و البلورة من النوع السالب يكفي لمنع انتشار مزيد من الفجوات و الالكترونات الحرة بتاع الاختلاف التركيز في البلورتين. قيمته تكون صغيرة في حدود 0.5 فولت متوقفا على نوع البلورة و عوامل اخرى مثل درجة الحرارة. فجهد الحاجز في بلورة الجرمانيوم تساوي 0.3  فولت و في السيليكون 0.7 فولت 

و عند توصيل مصدر خارجي بالوصلة

• فإذا كان فرق الجهد الخارجي في نفس الاتجاه حادث الجهد تمام هو من التيار الكهربي
• أما إذا كان فرق الجهد الخارجي عكس اتجاه حاجز مما سوف يؤدي إلى تقليل حاجز الجهد و مرور التيار الكهربي.

وهو ما يعرف بالتوصيل الأمامي والتوصيل الخلفي. 

وظيفة الدايود في الدوائر الالكترونية

بناء على الخواص المذكورة سابقا عن الوصلة الثنائية فهي تستخدم كأداة لمرور التيار فى اتجاه واحد وعدم مروره في الاتجاه الآخر. على سبيل المثال في عملية تقويم التيار المتردد تقويم نصف موجي وتقويم موجي كامل. هناك أنواع من الدايود تضىء عندما يمر خلالها التيار مثل الدايود الباعث للضوء أو LED

الدايود الباعث للضوء

هو دايود مصنوع من فوسفيد زرنيخيد الغاليوم. عندما يوصل أماميا فإن التيار المار فيه يجعله يصدر ضوء و عادةً ما يمر به تيار صغير في حدود 10 مللي أمبير. و يعد أكثر كفاءة في استخدام الطاقة وبالتالي أرخص في التشغيل (لمبة الليد).

الوصلة الثنائية pdf