دیود معکوس (Backward Diode)، در مدارهای الکتریکی (Electrical Circuit)
انواع دیودها (Diode) را در آموزش زیر شرح دادیم :
دیود معکوس (Backward Diode) :
دیود معکوس (Backward Diode) نوع خاصی از دیود تونلی است که در آن ناحیه مقاومت منفی (Negative Resistance Region) وجود ندارد یا بسیار کوچک است. نام "معکوس" از این واقعیت گرفته شده است که این دیود در بایاس معکوس (Reverse Bias) جریان زیادی هدایت می کند (شبیه بایاس مستقیم یک دیود معمولی)، در حالی که در بایاس مستقیم (Forward Bias) جریان کمی هدایت می کند (شبیه بایاس معکوس یک دیود معمولی). بنابراین، جهت هدایت آن نسبت به دیود معمولی معکوس است.
ساختار دیود معکوس شبیه دیود تونلی است، یعنی هر دو ناحیه P و N بسیار heavily doped هستند. اما غلظت ناخالصی در دیود معکوس کمی کمتر از دیود تونلی است، به طوری که سطوح فرمی (Fermi Levels) تقریبا با لبه های نوار هدایت و ظرفیت همسطح می شوند. در نتیجه، ناحیه تهی (Depletion Region) کمی پهن تر از دیود تونلی است.
در بایاس معکوس (Reverse Bias)، الکترون ها از نوار ظرفیت سمت P به نوار هدایت سمت N تونل می زنند و جریان معکوس قابل توجهی ایجاد می کنند. با افزایش ولتاژ معکوس، این جریان افزایش می یابد. در بایاس مستقیم (Forward Bias) کوچک، به دلیل عدم تطابق انرژی، جریان تونل زنی ناچیز است و جریان عمدتا ناشی از انتشار (Diffusion Current) است که در ولتاژهای پایین بسیار کم است. بنابراین، مشخصه I-V دیود معکوس شبیه یک دیود معمولی است که معکوس شده است.
یکی از ویژگی های مهم دیود معکوس، عدم وجود ناحیه مقاومت منفی (یا بسیار کوچک بودن آن) است. این ویژگی آن را از دیود تونلی متمایز می کند. همچنین دیود معکوس می تواند به عنوان یک یکسوساز (Rectifier) بسیار خوب برای سیگنال های بسیار کوچک (چند میلی ولت) عمل کند، زیرا در بایاس معکوس (که در این دیود جهت هدایت است) افت ولتاژ بسیار کمی دارد.
مهم ترین کاربرد دیود معکوس در آشکارسازهای سیگنال های بسیار ضعیف (Very Small Signal Detectors) و یکسوسازهای پهن باند (Broadband Rectifiers) در فرکانس های بالا است. به دلیل ماهیت تونل زنی که بسیار سریع است، دیود معکوس می تواند تا فرکانس های چند صد گیگاهرتز (تا محدوده میلی متری) کار کند. این ویژگی آن را برای کاربردهای مایکروویو و میلی متری موج ایده آل می سازد.
در آشکارسازهای ویدئویی (Video Detectors) و میکسرها (Mixers) در فرکانس های بالا، از دیود معکوس استفاده می شود. حساسیت بالای آن به سیگنال های ضعیف و نویز نسبتا پایین، آن را برای این کاربردها مناسب می سازد. همچنین در مدارات محدودکننده (Limiters) و محافظ (Protectors) در فرکانس های بالا کاربرد دارد.
دیود معکوس در مقایسه با دیود شاتکی (Schottky Diode) برای یکسوسازی سیگنال های بسیار ضعیف (زیر ۱۰ میلی ولت) عملکرد بهتری دارد، زیرا افت ولتاژ آن در جهت هدایت (معکوس) نزدیک به صفر است. اما در ولتاژهای بالاتر، دیود شاتکی معمولا جریان بیشتری می تواند تحمل کند.
مواد سازنده دیود معکوس معمولا ژرمانیوم (Germanium) یا گالیوم آرسناید (Gallium Arsenide - GaAs) هستند. دیودهای معکوس ژرمانیومی برای فرکانس های تا چند ده گیگاهرتز مناسب هستند. دیودهای معکوس GaAs برای فرکانس های بالاتر (تا چند صد گیگاهرتز) و دمای کاری بالاتر استفاده می شوند. همچنین از مواد نیمه هادی دیگر مانند InGaAs نیز استفاده می شود.
در مقایسه با دیود تونلی، دیود معکوس فاقد ناحیه مقاومت منفی است، بنابراین برای نوسان سازی مناسب نیست. اما برای یکسوسازی و آشکارسازی سیگنال های ضعیف، گزینه بسیار مناسبی است. همچنین دیود معکوس معمولا نویز کمتری نسبت به دیود تونلی دارد.
یکی از محدودیت های دیود معکوس، حداکثر جریان و توان قابل تحمل پایین آن است. مانند دیود تونلی، این دیودها نیز برای توان های پایین طراحی شده اند. همچنین محدوده ولتاژ کاری آنها معمولا کم است (کمتر از ۱ ولت). بنابراین کاربرد آنها محدود به مدارات سیگنال ضعیف و فرکانس بالا است.
در نهایت، دیود معکوس یک قطعه تخصصی برای کاربردهای خاص در فرکانس های بالا و تشخیص سیگنال های بسیار ضعیف است. اگرچه امروزه در بسیاری از کاربردها توسط ترانزیستورها و مدارات مجتمع جایگزین شده است، اما در برخی موارد که نیاز به حساسیت بالا در فرکانس های بسیار بالا (مانند موج میلی متری) وجود دارد، همچنان یک گزینه مناسب محسوب می شود.
