معرفی دیود بهمنی و ساختار و اصول کاری آن - بخش اول

سرویس آموزش و آزمون برق نیوز: 

دیود بهمنی چیست؟

دیود بهمنی نوع خاصی از دستگاه نیمه هادی است که برای عملکرد در منطقه شکست معکوس طراحی شده است. دیود‌های بهمنی به عنوان شیر‌های تسکین دهنده (نوعی شیر که برای کنترل فشار در یک سیستم استفاده می‌شود) برای محافظت از سیستم‌های الکتریکی در برابر ولتاژ اضافی استفاده می‌شود.

دیود بهمن چگونه کار می‌کند؟

یک دیود معمولی اتصال p-n جریان الکتریکی را فقط در جهت رو به جلو اجازه می‌دهد در حالی که یک دیود بهمنی جریان الکتریکی را در جهت جلو و عقب اجازه می‌دهد. با این حال، دیود بهمنی به طور خاص برای عملکرد در شرایط بایاس معکوس طراحی شده است.
دیود بهمن زمانی که ولتاژ بایاس معکوس از ولتاژ شکست بیشتر شود، جریان الکتریکی را در جهت معکوس می‌دهد. نقطه یا ولتاژی که در آن جریان الکتریکی به طور ناگهانی افزایش می‌یابد، ولتاژ شکست نامیده می‌شود.

هنگامی که ولتاژ بایاس معکوس اعمال شده به دیود بهمن از ولتاژ شکست بیشتر شود، یک شکست اتصال رخ می‌دهد. این خرابی اتصال را خرابی بهمن می‌نامند.

هنگامی که ولتاژ بایاس رو به جلو به دیود بهمن اعمال می‌شود، مانند یک دیود معمولی اتصال p-n با عبور جریان الکتریکی از آن کار می‌کند.

هنگامی که ولتاژ بایاس معکوس به دیود بهمن اعمال می‌شود، الکترون‌های آزاد (حامل اکثریت) در نیمه هادی نوع n و سوراخ‌ها (حامل‌های اکثریت) در نیمه هادی نوع p از محل اتصال دور می‌شوند. در نتیجه، عرض ناحیه تخلیه افزایش می‌یابد. بنابراین، اکثر حامل‌ها جریان الکتریکی را حمل نمی‌کنند. با این حال، حامل‌های اقلیت (الکترون‌های آزاد در نوع p و حفره‌ها در نوع n) نیروی دافعه‌ای را از ولتاژ خارجی تجربه می‌کنند.

در نتیجه، حامل‌های اقلیت با حمل جریان الکتریکی از نوع p به نوع n و از نوع n به نوع p جریان می‌یابند. با این حال، جریان الکتریکی حمل شده توسط حامل‌های اقلیت بسیار کم است. این جریان الکتریکی کوچک که توسط حامل‌های کوچک حمل می‌شود، جریان نشتی معکوس نامیده می‌شود.

اگر ولتاژ بایاس معکوس اعمال شده به دیود بهمن بیشتر افزایش یابد، حامل‌های اقلیت (الکترون‌های آزاد یا حفره ها) مقدار زیادی انرژی به دست می‌آورند و به سرعت‌های بیشتری شتاب می‌گیرند.

الکترون‌های آزاد که با سرعت زیاد حرکت می‌کنند با اتم‌ها برخورد می‌کنند و انرژی خود را به الکترون‌های ظرفیت منتقل می‌کنند.

الکترون‌های بهمنی که انرژی کافی از الکترون‌های پرسرعت به دست می‌آورند از اتم مادر جدا شده و به الکترون‌های آزاد تبدیل می‌شوند. این الکترون‌های آزاد دوباره شتاب می‌گیرند. هنگامی که این الکترون‌های آزاد دوباره با اتم‌های دیگر برخورد می‌کنند، الکترون‌های بیشتری را از بین می‌برند.

به دلیل این برخورد مداوم با اتم ها، تعداد زیادی حامل اقلیت (الکترون‌های آزاد یا حفره ها) تولید می‌شود. این تعداد زیادی الکترون آزاد جریان اضافی را در دیود حمل می‌کنند.

هنگامی که ولتاژ معکوس اعمال شده به دیود بهمن به طور مداوم افزایش می‌یابد، در نقطه‌ای از اتصال یا شکست بهمن رخ می‌دهد. در این مرحله، افزایش اندک ولتاژ به طور ناگهانی باعث افزایش جریان الکتریکی می‌شود. این افزایش ناگهانی جریان الکتریکی ممکن است دیود معمولی اتصال p-n را برای همیشه از بین ببرد. با این حال، دیود‌های بهمن ممکن است تخریب نشوند، زیرا به دقت طراحی شده اند تا در منطقه شکست بهمن کار کنند

ولتاژ شکست دیود بهمن به چگالی دوپینگ بستگی دارد.

افزایش چگالی دوپینگ باعث کاهش ولتاژ شکست دیود بهمن می‌شود.