الديود (الموحد)

الديود (الموحد) :

أولا لنتكلم قليلا عن أنصاف النواقل ولنتعرف من أين جاؤوا بهذه التسميات وكيف توصلوا لها .
كان أحد الباحثين يلعب بالرمل ويقوم على تذويبه فترة وتبريده فترة أخرى ويقوم على إضافة مواد و إزالتها يعني الأخ فاضي البال لا شغل ولا مشغله ولكنه كان يسجل كل ما يقوم به ( خبيث هذا الباحث ) وخرج إلينا بمادة الزجاج القابل لتحمل درجات الحرارة العالية كالذي يستخدم في الأفران الحرارية وأكتشف الزجاج الملون واكتشف ...( فاليكتشف ما اكتشف لايهم مايهمنا هو السيلكون يا أخي ) حسنا سوف نعود إلى السيلكون ومن ثم جاء باحث مخضرم في الصياعة لا وبل حشاش أيضا فقام بما يلي :
استنتج أخونا أن الزجاج هو عبارة عن أكسيد السيلكون نعم الزجاج الذي نشرب به الماء هو أكسيد السيلكون ( حشاش ) ومن ثم قام هذا الشخص بالتجربة على السيلكون الحر واستعان ببعض رفاقه ( الحشاشين أيضا ) لإجراء بعض التجارب وليشاركوه باستنتاجه ثم أخذ هؤلاء بالتجارب ومما جربوه أنهم أضافوا مادة الألمنيوم لعجينة السيلكون وخرجوا بمادة ووضعوها جانبا ولكن دون تعريضها للهواء .
وعلى جانب آخر كان هناك حشاشين أيضا يقومون على دراسة التيار الكهربائي وناقليته في العناصر الموجودة في الطبيعة كالحديد والنحاس ...إلخ وعند سماعهم بتلك المادة فكروا بإجراء التجارب عليها ( حشاشين من العيار الأثقل ) فعمدوا إلى وضع تلك العجينة السيلكونية التي بداخلها شيء من الألمنيوم تحت المشرحة وقاموا بما يلي : وضعوا تلك المادة في وعاء زجاجي لا يوجد به هواء ووصلوا طرفها بسلك كهربائي والطرف الآخر بسلك آخر وطبقوا تيارمتناوب فماذا حصل لقد مر التيار بها ولكن النبضة ...............( حزورة ) وهنا حدثت المفاجئة وتم اكتشاف الشريحة N ومن خلال جدول العناصر الدورية درسوا الألمنيوم وبنية ذرته واستنتجوا أن في ذرة الألمونيوم يوجد في مدارها الأخير ثلاثة إلكترونات وبسبب بعد هذه الإلكترونات الثلاثة عن النواة وسرعة دورانها حول النواة تستطيع ذرة الألمونيوم بالتخلي عن تلك الإلكترونات الثلاثة ومن هنا نقول أن الشريحة المنتجة والمنقحة بالألمنيوم هي شريحة معطية للإلكترونات أي ذات مخزون من الإلكترونات عالي ومن هنا أتت تسميتها بالشريحة Nوهو الحرف الأول من كلمة ( NEGATIVE ) وتعني سلبي وطبعا سلبي الشحنة لما تحتويه من عدد كبير من الإلكترونات الحرة ويجب أن لا يخفى علينا أن ذرة الألمنيوم وبقية ذرات المعادن على وجه الأرض تسعى دوما إلى الاستقرار أي تسعى لجمع ثمانية إلكترونات على مدارها الأخير إما بالتخلي عن الإلكترونات أو بجذب إلكترونات على مدارها الأخير لتحقيق ثمانية إلكترونات على مدارها الأخير وفي حالة الألمنيوم فالتخلي عن ثلاث إلكترونات أيسر من جلب خمسة إلكترونات وأحيطكم علما بأنه يكفي وضع من أربع إلى خمس ذرات ألمنيوم مع ألف ذرة سيلكون للحصول على شريحة نصف ناقل من النوع ( N ) اللعبة هنا لعبة فن تعذيب الإلكترونات من خلال تطبيق جهد على شريحة النصف ناقل سواء كانت ( N ) أو ( P ) وكلنا يعلم بأن الإلكترون يتأثر بالشحنة الكهربائية بشكل كبير ويعتمد علم الإلكترونيات على هذه الخاصية بشكل كبير أيضا إذ يمكنك أن تفتح باب من الحديد الصلب وزنه قد يصل إلى 1طن بواسطة ذرة قد يصل وزنها إلى 6.4×10-19غ على ما أذكر .
وبالنسبة إلى الشريحة ( P ) فإنها تتكون من شريحة سيلكون حر مضاف إليها مادة الفوسفور وتكافؤه خمسة أي عدد الإلكترونات على مداره الأخير خمسة إلكترونات ومن هنا فالفوسفور لكي يستقر يخسر خمسة إلكترونات أم يكسب ثلاثة طبعا إذا كسب ثلاثة إلكترونات أيسر له من الناحية العملية لكي يستقر ومن هنا فشريحة النصف الناقل من النوع ( P ) بحاجة إلى الإلكترونات فإذا هي شريحة آخذة أي بحاجة إلى الإلكترونات ونحن نعلم أن القطب الموجب للبطارية يحبذ للإلكترونات فهو ذو شحنة موجبة والإلكترونات سالبة ومنطقيا السالب والموجب يتجاذبان والدليل الصواعق الكهربائية فلا تحدث الصواعق إذا كانت الشحنتين متماثلتين بسبب تنافرها عن بعضها ومن هنا نقول جوازا أن الشريحة ( P ) تحمل فجوات إذ نقص الإلكترونات يؤدي إلى وجود شاغر في الشريحة وأطلق العلماء على هذه الشواغر اسم فجوات ( لكي لا يتقدم العاطلين عن العمل بطلب للتشغيل ) ويعني هذا أن الشريحة ( P ) بحاجة للإلكترونات لكي تستقر وطبعا لن تستقر بسبب عدم وجود العدد اللازم من الإلكترونات لتنفيذ ذلك فوضع ذرات في شريحة عجينة السيلكون من الألمنيوم والفوسفور للإشابة إنما هو لتغيير خواص الشريحة العجينية للسيلكون وزعزعة استقرارها ( كمثل وضع إسرائيل في قلب الوطن العربي ) ولنقلها من حالة اللاناقلية إلى حالة الناقلية كشريحة منفردة أي كشريحة نصف ناقلة منفردة فشريحة ( P ) وشريحة ( N ) موصلة للتيار الكهربائي منفردتان ولقد أطلقت تسمية شرائح أنصاف ناقلة لكي يتيسر لنا فهم المكتوب أكثر وسنقوم على دراسة وصلهما مع بعضهما وبداية الموحد .
أخواني الأفاضل إن سبب شرحي بهذا الشكل إنما لتتكون لدينا فكرة موجزة عن الرحلة التي استغرقتها الشريحة النصف الناقلة ( P ) و (N ) للحصول في النهاية على ذلك العملاق الكبير الترانزستور , ولا أريد من أحد الغوص أكثر في هذا الأمر لأنه لم يعد يفيد ذلك وما علينا سوى الاكتفاء بأن الشريحة النصف ناقلة ( N ) معطية للإلكترونات بسبب تخلي الألمنيوم عن ذراته الثلاث والشريحة النصف ناقلة من النوع ( P ) آخذة للإلكترونات وهذا مبلغ علمنا .

الموحد ( الديود ):
الموحد ولسهولة الكتابة سأقول عنه الديود وهو عبارة عن عنصر إلكتروني ولقد وصفناه بالإلكتروني لكونه يعتمد في عمله على حركة الإلكترونات وعلى قطبية منبع التغذية لما شرحنا سابقا وقلنا أن الالكترونات تتأثر بالقطيبة الواصلة مع منبع التغذية ويتكون من شريحتين من النصف الناقل Nو P متوضعتان ضمن غلاف بلاستيكي ( الديودات ذات الاستطاعة المنخفضة) أو معدني ( ديودات تتحمل إستطاعات متوسطة وعالية ) أو من الزجاج ( ديودات منخفضة الاستطاعة وأخرى ذات مهمات خاصة ) ويسمى القطب الموصول مع الشريحة P بالمصعد( القطب الأكثر إيجابية نظرا لحاجته للإلكترونات ) ومهبط ( القطب الأكثر سالبية نظرا لتوفر الإلكترونات به) ومن هنا نلاحظ أن الديود في تكوينه يعتمد على الإلكترونات لهذا سمي عنصر إلكتروني ويكون عمله على الشكل التالي:
عند تطبيق جهد على الديود أعلى من 0.7V للديودات المصنوعة من السيلكون وطبعا هناك ديودات مصنوعة من الجرمانيوم وهي مشابهة تماما لتلك المصنوعة من السيلكون ولكنها تختلف من حيث قيمة الجهد اللازم لفتح الديود وسنتكلم عنه لاحقا والآن لو جئنا بديود مصنوع من السيلكون وقمنا على وصله مع منبع تغذية متغير القيمة و وصلت جهاز آفو متر لقياس التيار مع الديود على التسلسل ووصلنا القطب الموجب للتغذية مع المصعد والقطب القطب الموجب لمقياس التيار مع المهبط و القطب السالب للمقياس مع القطب السالب للتغذية فماذا نلاحظ :
نبدأ برفع الفولتية من الصفر وشيئا فشيئا نزيد الفولت ولكن كن حذرا حيث يجب عليك أن تزيد بمقدار 0.1 فولت في كل مرة ونلاحظ إن الديود لا يمرر تيار ونبقي أعيننا على قراءة مقياس التيار و فجأة وعند الفولت 0.7 فولت نرى أن تيار عبر الديود إلى القطب السالب للتغذية فما الذي حصل ونلاحظ أن قيمة هذا التيار تساوي قيمة تيار التغذية أي إن الديود أصبح كمقاومة قيمتها صغيرة جدا ولكي نعرف ماذا حدث لنقوم على الغوص داخل الديود ونبحر في خباياه والمواد المكونة منها ولكن بشكل مختصر فما يهمنا هو الآلية فقط وبالرجوع إلى بنية الديود نجده أنه مكون من شريحتين من النصف الناقل موصولتان مع بعضهما وموضوعين بغلاف كما ذكرنا سابقا ومقدم لنا على انه ديود وفقط هذه هي بنيته ونتيجة هذا الاتصال يتكون جدار حاجز ويسمى بمنطقة الحاجز ولو صورنا حركة الإلكترونات بواسطة كميرا ذات تكبير عالي مع أخذ مثالنا السابق كتطبيق نرى أن الإلكترونات نفرت من القطب السالب للتغذية نحو منطقة الحاجز وأن الفجوات نفرت إلى منطقة الحاجز أيضا ومن هنا قد يسأل أحد إذا التقت الإلكترونات مع الفجوات وحصل مرور للتيار هذا منطقي في حال وصول الفولتية إلى نقطة العمل وهي جهد التغذية عند 0.7 فولت ولكن قبل هذه القيمة لماذا لم يمر تيار ويعود ذلك إلى نشوء منطقة وهي منطقة الحاجز نتيجة التصاق الشريحتين ببعضهما وأعتقد أن هذه قضية فيزيائية محضة إذ لم أحظى بتفسير علمي منطقي إلى الآن حول هذا الأمر ألا وهو نشوء منطقة الحاجز بين الشريحتين وليست قضية مهمة إذ ما يهمني هو كيف يعمل الديود وكيفية وصله فقط ولا أعير اهتماما لنشوء هذه المنطقة حيث أنها ثابتة ولا تتغير حسب معطيات معينة أي لا استطيع التحكم بها إذا فهي غير ضرورية بالنسبة لي على الأقل ومن المعلوم فاللديود حالتين يوصل بهما وتسمى كل حالة حسب وصله بمنبع التغذية فإذا وصل قطب التغذية الموجب مع المصعد وقطب التغذية السالب مع المهبط قلنا أن الديود في حالة وصل الانحياز الأمامي أي يمرر تيار ولو عكسنا أقطاب التغذية قلنا أن الديود في حالة الوصل العكسي أي انحياز عكسي ولا يمرر تيار ويتعلق ذلك بحركة الإلكترونات داخل الشرائح فعند الإنحياز الأمامي تنفر الإلكترونات من القطب السالب إلى منطقة الحاجز والفجوات من القطب الموجب إلى منطقة الحاجز أيضا وعند وصول التغذية إلى أعلى من 0.7 فولت تنهار منطقة الحاجز ويمرر الديود تيار ولكن في الانحياز العكسي فإن الإلكترونات في المهبط تنجذب إلى القطب الموجب للتغذية والفجوات في المصعد تنجذب إلى القطب السالب للتغذية وهنا تتشكل منطقة حاجز كبيرة جدا فأنا يمر تيار إذا الديود عندها يكون في حالة قطع لا يمرر تيار .
وهذا بإيجاز شرح عمل الديود ولمن يود الغوص أكثر فليطرح تساؤلاته وسنجيب على قدر استطاعتنا والله ولي التوفيق .
وبالنسبة إلى الديودات المصنوعة من مادة الجرمانيوم فهي تشبه ديودات السيلكون من حيث التركيب والمواد الداخلة فيها ولكنها تختلف عنها أن فولتية العمل في الانحياز الأمامي أقل من السيلكون إذ تبلغ 0.3 فولت ؟
أنواع الديودات وعمل كل واحد وبعض التطبيقات عليه :
أولا الديودات العادية التي سبق شرحها وفيما تفيد لنقل أن عمله موحد للتيار ( وعملنا موحدين لله ) ( وحدوا الله ) أي لايمرر الديود التيار إلا بالجهة التي تضعه بها أمام التيار يعني لو وضعنا قطب المصعد في وجه التيار المتناوب على التسلسل فماذا يخرج من المهبط طبعا النبضة الموجبة من الموجة المتناوبة ولو وضعناه بالعكس سنحصل على المصعد على النبضة السالبة هذا واحد