الصمام الثنائي المثالي والصمام الثنائي الحقيقي Ideal Diode and Real Diode

تعريف الصمام الثنائي المثالي – Ideal Diode:

الدايود المثالي يعرف على أنّه الصمام الثنائي التام والمضبوط (perfect diode)، والذي تتوفر فيه جميع الخصائص بمعناها المثالي من دون أي عيوب أو أخطاء. عادةً ما يعمل الدايود أو الصمام الثنائي المثالي إما في حالة انحياز للأمام أو للخلف. يمكن تحليل الخصائص التي من المتوقع أن تحدث بسبب الدايود المثالي بشكل منفصل لهاتين الطريقتين من التشغيل.

خصائص الصمام الثنائي المثالي في حالة التحيز الأمامي:

مقاومة الصمام الثنائي المثالي صفرية:

لا يوفر الدايود المثالي أي مقاومة لتدفق التيار الكهربائي من خلاله عندما يكون في وضع الإنحياز للأمام. هذا يعني أنّ الصمام الثنائي المثالي سيكون موصلاً كهربائياً مثالياً عندما يكون متحيزاً للأمام. من هذه الخاصية للدايود المثالي، يمكن لنا أن يستنتج أنّ الصمام الثنائي المثالي ليس لديه أي إمكانات عازلة. وهذا بدوره يتركنا نتساءل عما إذا كان الصمام الثنائي المثالي يمتلك منطقة نضوب أم لا. يرجع السبب وراء هذا الفكرة إلى أنّ المقاومة الموجودة ترجع إلى وجود شحنات ثابتة توجد في منطقة نضوب الدايود.

يوفر الصمام الثنائي المثالي كمية لانهائية من التيار:

يمكن ضم هذه الخاصية للدايود المثالي مباشرة مع الخاصية السابقة التي تنص على أنّ الدايودات المثالية توفر مقاومة مقدارها صفر عندما تكون في حالة الانحياز للأمام. يمكن تفسيرها على الشكل التالي: في الأجهزة الإلكترونية، يتم التعبير عن العلاقة بين التيار (I) والجهد (V) والمقاومة (R) من خلال “قانون أوم” الذي يُشار إليه على أنّه:

I = V / R

الآن، إذا كانت المقاومة (R = 0)، فالتيار سيكون (I= ∞). يدل هذا إلى أنّه لا يوجد هناك حد أعلى للتيار الذي يمكن أن يتدفق عبر الدايود المثالي الذي يكون في حالة الانحياز للأمام.

جهد العتبة يساوي الصفر في الصمام الثنائي المثالي – Zero Threshold Voltage:

حتى هذه الخاصية للدايود المثالي في حالة الانحياز للأمام يمكن ربطها مع الخاصية الأولى في الأعلى المتمثلة في وجود مقاومة مقدارها صفر. وذلك لأنّ جهد العتبة هو الحد الأدنى من الجهد الذي يجب أنّ يتوفر للدايود للتغلب على الحاجز وبدء التوصيل الكهربائي. أمّا إذا كان الدايود المثالي خالياً من منطقة النضوب تماماً، فعندئذٍ لا تحدث مسألة عتبة الجهد على الإطلاق. هذه الخاصية للدايود المثالي تجعله يتصرف مباشرةً في لحظة التحيز.

خصائص الصمام الثنائي المثالي في حالة التحيز العكسي:

تكون المقاومة لانهائية في الصمام الثنائي المثالي:

من المتوقع أن يثبط الصمام الثنائي المثالي تماماً تدفق التيار خلاله في ظل ظروف منحازة عكسياً. بمعنى آخر، من المتوقع أن يصبح سلوكه سلوك العازل المثالي عندما يكون في حالة الانحياز العكسي.

تيار التسرب العكسي يساوي الصفر – Zero Reverse Leakage Current:

يمكن أن تكون خاصية الدايود المثالي متضمنة مع الخاصية التي تحدثنا عنها في الأعلى التي تنص على أنّ الدايودات المثالية تحتوي على مقاومة لا نهائية عندما تعمل في وضع الانحياز العكسي. يمكن فهم السبب من خلال النظر في “قانون أوم” مرة أخرى والذي يأخذ الشكل التالي:

I = V / ∞ = 0

وبالتالي، فهذا يعني أنّه لن يصبح لدينا تيار يتدفق عبر الدايود المثالي عندما يكون في وضع الانحياز العكسي، بصرف النظر عن حجم ارتفاع الجهد العكسي المطبق.

لا يوجد جهد انهيار عكسي – No Reverse Breakdown Voltage:

جهد الانهيار العكسي هو الجهد الذي يفشل فيه الصمام الثنائي المنحاز عكسياً ويبدأ في إجراء تيار ثقيل. الآن، من آخر خاصيتين للدايود المثالي، يمكن للمرء أن يستنتج أنّه سيوفر مقاومة غير محدودة والتي تمنع تماماً تدفق التيار عبره. هذا الوضع جيد بغض النظر عن حجم الجهد العكسي المطبق عليه. عندما تكون الحالة كذلك، لا يمكن أن تحدث “ظاهرة الانهيار العكسي” بسبب عدم وجود أي شك في الجهد المقابل، جهد الانهيار العكسي.

نظراً لكل هذه الخصائص والصفات، يُنظر إلى الدايود المثالي على أنّه يتصرف كمفتاح أشباه موصلات مثالي سيتم فتحه عندما يكون الاتجاه العكسي متحيزاً ومغلقاً عندما يكون متحيزاً للأمام.

تعريف الصمام الثنائي الحقيقي – Real Diode:

يحتوي الصمام الثنائي أو الدايود الحقيقي على حاجز محتمل (V₀) مقداره يساوي “(0.7) فولت للسيليكون و(0.3) فولت للجرمانيوم” ومقاومة أمامية (R_F) مقدارها حوالي (25) أوم. عندما يكون الصمام الثنائي في حالة الانحياز للأمام ويقوم بتدفق (I_F) للتيار الأمامي من خلاله مما يتسبب في حالة انخفاض الجهد (I_FR_F) في المقاومة الأمامية الموجودة.

ومن ثمّ، فإنّ الجهد الأمامي (V_F) المطبق عبر الصمام الثنائي الحقيقي للتوصيل، يجب أن يتغلب على ما يلي:

• حاجز الجهد – Potential barrier.

• انخفاض المقاومة إلى الأمام – Drop in forward resistance.

V_F = V₀ + I_FR_F

بالنسبة لثنائي السيليكون، تصبح المعادلة كما هو موضح أدناه:

V_F = 0.7 + I_FR_F

بالنسبة “للدايود السيليكوني” تصبح المعادلة:

V_F = 0.3 + I_FR_F

لجميع الاستخدامات العملية، يعتبر الدايود مفتاحاً مفتوحاً عندما يكون في حالة الانحياز العكسي. لأنّ قيمة المقاومة العكسية كبيرة جداً (R_R> 100 MΩ) والتي تعتبر لانهائية في جميع الاستخدامات العملية. والدائرة الكهربائية التي تحتوي على الصمام الثنائي الحقيقي لا تزال تعمل كمفتاح عندما يكون متحيزاً للأمام، لكن الجهد المطلوب لتشغيل هذا المفتاح هو (V_F).