دیود با زمان بازیابی معکوس کم (Fast Switching Diode)، در مدارهای الکتریکی (Electrical Circuit)
انواع دیودها (Diode) را در آموزش زیر شرح دادیم :
دیود با زمان بازیابی معکوس کم (Fast Switching Diode) :
دیود با زمان بازیابی معکوس کم (Fast Switching Diode) که با نام دیود سوئیچینگ سریع نیز شناخته می شود، نوعی دیود است که برای کاربردهایی که نیاز به سوئیچینگ سریع بین حالت روشن و خاموش دارند، بهینه شده است. این دیودها معمولا زمان بازیابی معکوس (Reverse Recovery Time - t_rr) کمتر از ۱۰۰ نانوثانیه دارند و برخی از آنها به کمتر از ۴ نانوثانیه (مانند 1N4148) می رسند.
زمان بازیابی معکوس (t_rr) مدت زمانی است که دیود پس از تغییر ناگهانی از بایاس مستقیم به معکوس، به جریان معکوس اجازه عبور می دهد. در این مدت، حامل های بار (الکترون ها و حفره ها) که در ناحیه پیوند ذخیره شده بودند، تخلیه می شوند. هرچه این زمان کوتاه تر باشد، دیود سریع تر می تواند خاموش شود و در فرکانس های بالاتر کار کند.
ساختار این دیودها معمولا با بهینه سازی برای کاهش زمان بازیابی طراحی می شود. این بهینه سازی شامل کاهش مساحت پیوند (برای کاهش ظرفیت خازنی)، کنترل دقیق پروفایل ناخالصی (برای کاهش طول عمر حامل ها)، و گاهی افزودن ناخالصی های خاص مانند طلا یا پلاتین (برای افزایش سرعت بازترکیب) است.
پارامترهای مهم این دیودها عبارتند از: زمان بازیابی معکوس (t_rr) که مهم ترین پارامتر است، ظرفیت خازنی (C_j) که باید کم باشد تا سرعت بالا رود، حداکثر جریان مستقیم (I_F)، حداکثر ولتاژ معکوس (V_RRM)، و افت ولتاژ مستقیم (V_F). دیودهای سریع معمولا t_rr کمتر از ۵۰ نانوثانیه دارند.
کاربرد اصلی دیودهای با زمان بازیابی معکوس کم در مدارات دیجیتال پرسرعت، منابع تغذیه سوئیچینگ (SMPS)، مدارات نمونه بردار و نگهدارنده (Sample and Hold)، مبدل های آنالوگ به دیجیتال (ADC) با سرعت بالا، و مدارات RF با فرکانس متوسط است. آنها همچنین در مدارات کلیپر (Clipper) و شپر (Clamper) که نیاز به پاسخ سریع دارند، استفاده می شوند.
دیود 1N4148 معروف ترین نمونه از این خانواده است که در هزاران مدار مختلف استفاده می شود. این دیود با t_rr حدود ۴ نانوثانیه، جریان ۲۰۰ میلی آمپر، و ولتاژ معکوس ۱۰۰ ولت، یک انتخاب همه منظوره عالی برای کاربردهای سوئیچینگ سریع است. دیود 1N914 نیز مشابه آن است و اغلب به عنوان جایگزین استفاده می شود.
برای جریان های بالاتر، دیودهای سریع 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 با توان متوسط و درایوهای موتور کاربرد دارند. دیودهای فوق سریع (Ultra-Fast) با t_rr کمتر از ۲۰ نانوثانیه نیز برای کاربردهای با فرکانس بالاتر موجود هستند.
در انتخاب دیود سریع برای یک کاربرد خاص، باید به مصالحه بین سرعت (t_rr) و افت ولتاژ مستقیم (V_F) توجه کرد. معمولا دیودهای سریع تر دارای V_F بالاتری هستند، زیرا کاهش طول عمر حامل ها باعث افزایش مقاومت سری می شود. همچنین ظرفیت خازنی (C_j) بر سرعت سوئیچینگ تأثیر می گذارد و باید با فرکانس کاری سازگار باشد.
دمای کاری بر t_rr تأثیر می گذارد. با افزایش دما، طول عمر حامل ها افزایش یافته و t_rr افزایش می یابد. این نکته در طراحی مدارات با توان بالا که دما افزایش می یابد، باید در نظر گرفته شود. برخی دیودهای سریع برای کار در دمای بالا (تا ۱۷۵ درجه سانتیگراد) طراحی شده اند.
در نهایت، دیود با زمان بازیابی معکوس کم یک قطعه اساسی در الکترونیک مدرن است. سرعت بالای سوئیچینگ آن امکان طراحی مدارات با فرکانس کاری بالا را فراهم می کند که منجر به کاهش اندازه قطعات مغناطیسی (ترانسفورماتورها و سلف ها) و افزایش چگالی توان در منابع تغذیه می شود. با پیشرفت فناوری، دیودهای سریع تر با تلفات کمتر در حال توسعه هستند.
