دیود سوییچینگ (Switching Diode)، در مدارهای الکتریکی (Electrical Circuit)
انواع دیودها (Diode) را در آموزش زیر شرح دادیم :
دیود سوییچینگ (Switching Diode) :
دیود سوییچینگ (Switching Diode) نوعی دیود است که به طور خاص برای کاربردهای سوئیچینگ سریع (Fast Switching) در مدارات دیجیتال و آنالوگ طراحی شده است. این دیودها باید بتوانند به سرعت بین حالت روشن (ON) و خاموش (OFF) سوئیچ کنند. مهم ترین ویژگی آنها زمان بازیابی معکوس (Reverse Recovery Time - t_rr) بسیار کوتاه است.
دیود سوییچینگ معمولا از نوع سیگنال کوچک (Small Signal) با جریان کم (حداکثر چند صد میلی آمپر) است، اما انواع قدرتی (Power Switching Diodes) با جریان بالاتر نیز وجود دارند. دیود 1N4148 و 1N914 معروف ترین نمونه های دیود سوییچینگ سیگنال کوچک هستند که زمان بازیابی حدود ۴ نانوثانیه دارند.
ساختار دیود سوییچینگ معمولا از نوع پیوند انتشاری (Diffused Junction) یا اپیتاکسیال (Epitaxial) با بهینه سازی برای کاهش زمان بازیابی است. برای دستیابی به t_rr کوتاه، ناحیه پیوند کوچک نگه داشته می شود تا ظرفیت خازنی (Junction Capacitance) کم باشد و حامل های ذخیره شده سریعتر تخلیه شوند.
پارامترهای مهم دیود سوییچینگ عبارتند از: زمان بازیابی معکوس (t_rr) که مهم ترین پارامتر است، ظرفیت خازنی (C_j) (که باید کم باشد)، حداکثر جریان مستقیم (I_F)، حداکثر ولتاژ معکوس (V_RRM)، و افت ولتاژ مستقیم (V_F). دیودهای سوییچینگ معمولا t_rr کمتر از ۱۰۰ نانوثانیه و اغلب کمتر از ۱۰ نانوثانیه دارند.
کاربرد اصلی دیود سوییچینگ در مدارات منطقی دیجیتال (Digital Logic Circuits) است. در گیت های منطقی دیود-ترانزیستور (DTL) و مدارات TTL، از این دیودها برای سوئیچینگ سریع استفاده می شود. همچنین در مدارات کلیپر (Clipper) و شپر (Clamper) که نیاز به پاسخ سریع دارند، کاربرد دارند.
کاربرد دیگر در منابع تغذیه سوئیچینگ با فرکانس بالا به عنوان یکسوساز برای سیگنال های کنترلی و در مدارات راه انداز گیت (Gate Drive Circuits) است. همچنین در مدارات نمونه بردار و نگهدارنده (Sample and Hold) و مبدل های آنالوگ به دیجیتال (ADC) با سرعت بالا استفاده می شوند.
در مخابرات و RF، دیودهای سوییچینگ برای کلیدزنی سیگنال ها در فرکانس های بالا (تا چند گیگاهرتز) استفاده می شوند. دیود PIN (PIN Diode) نیز یک نوع دیود سوییچینگ برای کاربردهای RF است. دیودهای سوییچینگ سیگنال کوچک مانند 1N4148 تا فرکانس های حدود ۱۰۰ مگاهرتز قابل استفاده هستند.
در مدارات حفاظت (Protection Circuits)، از دیود سوییچینگ برای انحراف سریع ولتاژهای گذرا (Transients) استفاده می شود. هرچند دیودهای TVS برای این کاربرد تخصصی تر هستند، اما در مدارات ساده تر، دیودهای سوییچینگ سریع می توانند نقش محافظ را ایفا کنند.
دیود 1N4148 یکی از پرکاربردترین قطعات الکترونیکی است و در هزاران مدار مختلف استفاده می شود. این دیود در بسته بندی DO-35 (از طریق سوراخ) و SOD-80 (SMD) موجود است و به دلیل قیمت پایین، قابلیت اطمینان بالا و سرعت خوب، یک انتخاب همه منظوره عالی است.
برای جریان های بالاتر، دیودهای سوییچینگ قدرتی مانند سری BYV27 (۲ آمپر، t_rr ~ ۲۵ نانوثانیه) و MUR120 (۱ آمپر، t_rr ~ ۳۵ نانوثانیه) وجود دارند. این دیودها در منابع تغذیه سوئیچینگ و درایوهای موتور کاربرد دارند.
در نهایت، دیود سوییچینگ یک قطعه اساسی در الکترونیک مدرن است. سرعت بالای سوئیچینگ آن امکان طراحی مدارات دیجیتال با سرعت بالا و منابع تغذیه با فرکانس بالا را فراهم می کند. با پیشرفت فناوری، دیودهای سوییچینگ با سرعت های بالاتر و تلفات کمتر (مانند دیودهای شاتکی و دیودهای SiC) در حال ظهور هستند.
