دیود سیگنال (Signal Diode)، در مدارهای الکتریکی (Electrical Circuit)
انواع دیودها (Diode) را در آموزش زیر شرح دادیم :
دیود سیگنال (Signal Diode) :
دیود سیگنال نوعی دیود پیوند PN است که برای کار با جریان ها و ولتاژهای پایین در فرکانس های بالا طراحی شده است. برخلاف دیودهای یکسوکننده که برای توان بالا ساخته می شوند، دیودهای سیگنال در مدارات الکترونیکی با توان کم مانند آشکارسازها، مدولاتورها، مدارهای منطقی و سوئیچینگ سریع استفاده می شوند. معروف ترین نمونه این دیودها، سری ۱N4148 و ۱N914 هستند.
مهم ترین ویژگی دیودهای سیگنال، زمان بازیابی معکوس (Reverse Recovery Time - t_rr) بسیار کوتاه آنهاست که معمولا در محدوده نانوثانیه (کمتر از ۴ نانوثانیه برای ۱N4148) قرار دارد. این ویژگی باعث می شود که این دیودها بتوانند در فرکانس های بالا (تا چند صد مگاهرتز) به خوبی عمل کنند. سرعت بالای سوئیچینگ به دلیل کوچک بودن سطح اتصال و ظرفیت خازنی پایین (Junction Capacitance) آنهاست.
ظرفیت خازنی دیود سیگنال معمولا در محدوده پیکوفاراد (حدود ۲ تا ۴ پیکوفاراد) است. این ظرفیت خازنی پایین برای کاربردهای فرکانس بالا ضروری است، زیرا ظرفیت خازنی بالا می تواند سیگنال های فرکانس بالا را تضعیف کرده یا باعث اعوجاج شود. در دیودهای یکسوکننده معمولی، این ظرفیت خازنی می تواند تا چند صد پیکوفاراد نیز برسد.
افت ولتاژ مستقیم (Forward Voltage Drop) در دیودهای سیگنال معمولا کمی بیشتر از دیودهای یکسوکننده است. برای دیود سیلیکونی ۱N4148، این مقدار در جریان ۱۰ میلی آمپر حدود ۰.۶ تا ۰.۷ ولت است. جریان مستقیم مجاز این دیودها معمولا در محدوده ۱۰۰ تا ۳۰۰ میلی آمپر است و حداکثر ولتاژ معکوس آنها بین ۷۵ تا ۱۰۰ ولت متغیر است.
یکی از کاربردهای رایج دیودهای سیگنال، در مدارهای کلیپر (Clipper) یا محدودکننده ولتاژ است. در این مدارها، از دیود برای محدود کردن دامنه سیگنال به یک سطح مشخص استفاده می شود. به عنوان مثال، می توان از دو دیود موازی معکوس برای محدود کردن سیگنال ورودی به محدوده
\[ \pm 0.7 \]ولت استفاده کرد. این تکنیک در حفاظت ورودی مدارات حساس کاربرد دارد.
کاربرد مهم دیگر، در مدارهای شپر (Clamper) یا سطح ساز (DC Restorer) است. در این مدارها، از دیود برای افزودن یک سطح DC به سیگنال AC استفاده می شود. به عنوان مثال، در بازیابی سطح DC سیگنال ویدئویی در تلویزیون های قدیمی از این تکنیک استفاده می شد. دیود به همراه یک خازن، سطح سیگنال را در یک مقدار مرجع تثبیت می کند.
در مدارهای آشکارساز پیک (Peak Detector)، از دیود سیگنال برای تشخیص و نگهداری حداکثر مقدار یک سیگنال استفاده می شود. دیود اجازه می دهد خازن تا حداکثر ولتاژ سیگنال شارژ شود و سپس با بایاس معکوس، از تخلیه خازن جلوگیری می کند. این مدار در اندازه گیری دامنه سیگنال ها و دمدولاسیون سیگنال های مدوله شده با دامنه (AM) کاربرد دارد.
در مدارهای دیجیتال، دیودهای سیگنال به عنوان دیودهای هرزگرد (Flyback یا Freewheeling) در کنار بارهای القایی مانند رله ها و سلف ها استفاده می شوند. وقتی جریان یک سلف قطع می شود، یک ولتاژ معکوس بالا (Back EMF) تولید می کند که می تواند به ترانزیستور سویچینگ آسیب بزند. دیود هرزگرد که به صورت موازی معکوس با بار قرار می گیرد، مسیری برای عبور این جریان القایی فراهم کرده و از ترانزیستور محافظت می کند.
در مدارهای منطقی دیود-ترانزیستور (DTL)، از دیودهای سیگنال برای پیاده سازی گیت های منطقی استفاده می شد. اگرچه امروزه تکنولوژی TTL و CMOS جایگزین آن شده اند، اما مفهوم استفاده از دیود به عنوان یک سوئیچ منطقی همچنان معتبر است. در این کاربرد، دیود مانند یک سوئیچ عمل می کند: در بایاس مستقیم مانند سوئیچ بسته و در بایاس معکوس مانند سوئیچ باز است.
از نظر بسته بندی (Package)، دیودهای سیگنال معمولا در محفظه های شیشه ای کوچک مانند DO-35 (برای ۱N4148) یا در بسته های SMD بسیار کوچک مانند SOD-123 و SOD-323 عرضه می شوند. این بسته بندی های کوچک برای مدارهای امروزی با تراکم بالا مناسب هستند و امکان استفاده در بردهای چندلایه و با فرکانس بالا را فراهم می کنند.
در انتخاب دیود سیگنال برای یک کاربرد خاص، علاوه بر پارامترهای معمول مانند حداکثر جریان و ولتاژ، به پارامترهای فرکانسی مانند زمان بازیابی معکوس و ظرفیت خازنی نیز باید توجه ویژه ای داشت. برای کاربردهای فرکانس بالا، دیودهای سیگنال با زمان بازیابی بسیار کوتاه و ظرفیت خازنی کمتر از ۱ پیکوفاراد مناسب تر هستند. در نهایت، دیودهای سیگنال با وجود سادگی، نقش حیاتی در عملکرد صحیح بسیاری از مدارهای الکترونیکی ایفا می کنند.
