دیود آشکارساز (Detector Diode)، در مدارهای الکتریکی (Electrical Circuit)
انواع دیودها (Diode) را در آموزش زیر شرح دادیم :
دیود آشکارساز (Detector Diode) :
دیود آشکارساز (Detector Diode) یک نوع دیود است که برای استخراج (دمدوله کردن) سیگنال مدوله شده با دامنه (AM Detection) از یک موج حامل (Carrier Wave) استفاده می شود. این دیودها در گیرنده های رادیویی ساده (مانند گیرنده های کریستالی) و مراحل اولیه گیرنده های AM کاربرد دارند. دیود آشکارساز باید دارای ولتاژ آستانه (Threshold Voltage) پایین و زمان پاسخ سریع باشد تا بتواند سیگنال های ضعیف را بدون اعوجاج تشخیص دهد.
مکانیزم کار دیود آشکارساز بر اساس یکسوسازی سیگنال RF مدوله شده است. سیگنال ورودی (شامل حامل فرکانس بالا و سیگنال مدوله کننده فرکانس پایین) به دیود اعمال می شود. دیود سیگنال را یکسو می کند و خروجی شامل یک جزء DC (متناسب با دامنه حامل) و جزء فرکانس پایین (سیگنال مدوله کننده) است. با عبور از یک فیلتر پایین گذر (خازن)، جزء فرکانس بالا حذف شده و سیگنال فرکانس پایین (صوتی) بازیابی می شود.
پارامترهای مهم یک دیود آشکارساز عبارتند از: ولتاژ آستانه پایین (برای تشخیص سیگنال های ضعیف)، زمان بازیابی معکوس (t_rr) کوتاه (برای کار در فرکانس های بالا)، ظرفیت خازنی (C_j) کم (برای جلوگیری از تضعیف سیگنال های فرکانس بالا)، و حساسیت (Sensitivity) بالا. دیودهای ژرمانیومی (Germanium) به دلیل ولتاژ آستانه پایین (۰.۲-۰.۳ ولت) برای این کاربرد بسیار مناسب بودند.
کاربرد اصلی دیود آشکارساز در گیرنده های رادیویی AM (AM Radio Receivers) است. در گیرنده های ساده (مانند گیرنده های کریستالی)، تنها یک دیود آشکارساز، یک آنتن، یک سیم پیچ و یک خازن برای دریافت امواج رادیویی کافی است. در گیرنده های سوپرهترودین (Superheterodyne) نیز در مرحله آشکارساز از دیود استفاده می شود.
کاربرد دیگر در آشکارسازهای پیک (Peak Detectors) در مدارات اندازه گیری است. در این مدارات، دیود اجازه می دهد خازن تا حداکثر ولتاژ سیگنال شارژ شود و سپس از تخلیه آن جلوگیری می کند. ولتاژ خازن نشان دهنده پیک سیگنال است. این کاربرد در تحلیل گرهای طیف (Spectrum Analyzers) و تجهیزات تست RF رایج است.
دیودهای شاتکی (Schottky Diodes) به دلیل سرعت بالا و ولتاژ آستانه پایین، برای آشکارسازی در فرکانس های بالا (تا چند گیگاهرتز) بسیار مناسب هستند. دیودهای شاتکی با بسته بندی مخصوص RF در میکسرها و آشکارسازهای مایکروویو استفاده می شوند. دیودهای 1N5711 و 1N6263 نمونه هایی از دیودهای شاتکی آشکارساز هستند.
دیودهای ژرمانیومی (مانند 1N34 و 1N60) به دلیل ولتاژ آستانه بسیار پایین، هنوز هم در گیرنده های کریستالی و توسط علاقه مندان به رادیوی قدیمی استفاده می شوند. این دیودها می توانند سیگنال های بسیار ضعیف را تشخیص دهند که دیودهای سیلیکونی قادر به آن نیستند. با این حال، جریان نشتی معکوس آنها بالاست و پایداری دمایی کمتری دارند.
در انتخاب دیود آشکارساز برای یک فرکانس خاص، باید به ظرفیت خازنی (C_j) توجه کرد. ظرفیت خازنی بالا باعث می شود دیود به عنوان یک خازن موازی عمل کرده و سیگنال های فرکانس بالا را تضعیف کند. برای فرکانس های بالاتر، دیودهایی با C_j کمتر از ۱ پیکوفاراد مورد نیاز است.
یکی از نکات مهم در مدار آشکارساز، انتخاب مقدار مناسب خازن فیلتر است. خازن باید به اندازه ای بزرگ باشد که حامل را فیلتر کند، اما نه آنقدر بزرگ که سیگنال فرکانس پایین را نیز تضعیف کند. مقدار بهینه خازن با توجه به فرکانس حامل و بالاترین فرکانس سیگنال مدوله کننده تعیین می شود.
در نهایت، دیود آشکارساز یک قطعه ساده اما حیاتی در تاریخ رادیو و مخابرات است. اگرچه امروزه در گیرنده های مدرن از مدارات مجتمع پیشرفته برای دمدولاسیون استفاده می شود، اما مفهوم آشکارسازی با دیود همچنان در بسیاری از کاربردها (مانند تشخیص پوش سیگنال) کاربرد دارد. آشنایی با عملکرد آن برای درک اصول مخابرات ضروری است.
