دیود سیگنال بزرگ (Large Signal Diode)، در مدارهای الکتریکی (Electrical Circuit)
انواع دیودها (Diode) را در آموزش زیر شرح دادیم :
دیود سیگنال بزرگ (Large Signal Diode) :
دیود سیگنال بزرگ به نوعی از دیودها اطلاق می شود که برای کار با دامنه های ولتاژ و جریان بزرگ (نسبت به دیودهای سیگنال کوچک) طراحی شده اند. این دیودها در حقیقت مرز بین دیودهای سیگنال کوچک و دیودهای یکسوکننده قدرتی هستند. آنها می توانند جریان های نسبتا بالا (تا چند آمپر) را تحمل کنند اما همچنان سرعت سوئیچینگ مناسبی برای کاربردهای فرکانس متوسط دارند.
ویژگی بارز دیودهای سیگنال بزرگ، توانایی آنها در تحمل جریان های هجومی (Inrush Current) بالاست. این جریان ها ممکن است در لحظه راه اندازی مدار یا در اثر نوسانات ناگهانی رخ دهند. دیود سیگنال بزرگ باید بتواند بدون آسیب دیدن، این جریان های لحظه ای را تحمل کند. به همین دلیل، سطح اتصال (Junction Area) در این دیودها نسبت به دیودهای سیگنال کوچک بزرگتر است.
در تحلیل مدارات با سیگنال بزرگ، دیگر نمی توان از مدل خطی سیگنال کوچک استفاده کرد. در عوض، باید از مدل های غیرخطی یا مدل های قطعه ای خطی (Piecewise Linear) استفاده شود. در این مدل ها، دیود به صورت یک المان ایده آل با یک مقاومت سری و یک منبع ولتاژ آستانه مدل می شود. این مدل ها برای تحلیل تقریبی مدارات یکسوساز و شکل دهنده موج مناسب هستند.
کاربرد اصلی دیودهای سیگنال بزرگ در مدارات یکسوساز توان متوسط (مانند منابع تغذیه خطی با توان چند ده وات)، مدارات راه انداز موتورهای کوچک DC، مدارات کنترل توان و مدارات شکل دهنده موج با دامنه بالا است. به عنوان مثال، در یک مدار کلیپر برای محدود کردن ولتاژ خروجی یک تقویت کننده قدرتی، از دیود سیگنال بزرگ استفاده می شود.
یکی از چالش های استفاده از دیودهای سیگنال بزرگ، مدیریت حرارتی است. با افزایش جریان، تلفات توان در دیود (
\[ P_D = V_F \times I_F \]) افزایش می یابد و دمای اتصال (Junction Temperature) بالا می رود. برای جریان های بیش از ۱ آمپر، معمولا نیاز به استفاده از هیت سینک (Heat Sink) یا حداقل رعایت فاصله مناسب از سایر قطعات برای تهویه بهتر وجود دارد.
از نظر سرعت سوئیچینگ، دیودهای سیگنال بزرگ معمولا زمان بازیابی معکوس در محدوده چند صد نانوثانیه تا چند میکروثانیه دارند که آنها را برای فرکانس های تا چند صد کیلوهرتز مناسب می سازد. اگر نیاز به سرعت بالاتر باشد، باید از دیودهای بازیابی سریع (Fast Recovery Diodes) که نوع خاصی از دیودهای سیگنال بزرگ هستند، استفاده کرد.
نمونه هایی از دیودهای سیگنال بزرگ شامل سری ۱N5400 (با جریان ۳ آمپر) و برخی از دیودهای خانواده ۱N4000 با جریان بالاتر (مانند ۱N4007 که اگرچه ۱ آمپری است اما در برخی کاربردهای سیگنال بزرگ نیز استفاده می شود) هستند. همچنین دیودهای شاتکی با جریان بالا مانند سری ۱N58xx نیز در این دسته قرار می گیرند.
در کاربردهای صوتی، از دیودهای سیگنال بزرگ در مدارات تغذیه و همچنین در مدارات شبیه سازی اعوجاج (Distortion) استفاده می شود. در برخی افکت های گیتار، از دیودها برای برش (Clipping) سیگنال و ایجاد اعوجاج عمدی استفاده می شود که در این کاربردها، دیود سیگنال بزرگ به دلیل تحمل جریان بالاتر و پایداری بهتر، انتخاب مناسبی است.
در طراحی منابع تغذیه سوئیچینگ (SMPS) با توان پایین تا متوسط، از دیودهای سیگنال بزرگ بازیابی سریع به عنوان یکسوساز خروجی استفاده می شود. اگرچه دیودهای شاتکی به دلیل افت ولتاژ پایین تر ترجیح داده می شوند، اما در ولتاژهای بالا، دیودهای بازیابی سریع سیلیکونی گزینه بهتری هستند زیرا دیودهای شاتکی در ولتاژهای بالا جریان نشتی زیادی دارند.
از نظر بسته بندی، دیودهای سیگنال بزرگ معمولا در محفظه های پلاستیکی بزرگتر مانند DO-201 (برای ۳ آمپر) یا در بسته های SMD مانند SMB و SMC عرضه می شوند. این بسته بندی ها به گونه ای طراحی شده اند که بتوانند جریان بالاتر را تحمل کرده و حرارت را بهتر دفع کنند. در نهایت، انتخاب دیود سیگنال بزرگ مناسب نیازمند در نظر گرفتن همزمان پارامترهای جریان، ولتاژ، سرعت و مدیریت حرارتی است.
