دیود خازنی چیست؟

در پاسخ به سوال دیود خازنی یا ورکتور چیست؟ باید بگوییم که دیود خازنی یک دیود پیوند P-N بوده که با تغییر ولتاژ معکوس اعمال‌شده به دیود ظرفیت خازنی آن تغییر می‌کند. در این مطلب سعی داریم به شما کمک کنیم که بفهمید دیود خازنی چیست و با کاربرد و نحوه عملکرد دیود خازنی یا واراکتور آشنا شویم. لطفا تا پایان همراه ما باشید.

شاید برای شما جالب باشد: آشنایی با نام قطعات الکترونیکی

خازن چیست؟

خازن یک قطعه الکترونیکی است که شارژ الکتریکی یا انرژی الکتریکی را به صورت یک میدان الکتریکی در خود ذخیره می‌کند. خازن از دو صفحه رسانای موازی با همدیگر ساخته‌شده که بین آن‌ها توسط یک دی‌الکتریک از یکدیگر جدا شده‌است. دو صفحه رسانای باردار در خازن مانند الکترود و صفحه عایق دی‌الکتریک در بین آن‌ها نیز مانند یک عایق عمل می‌کند. در شکل زیر چند مورد خازن مشاهده می‌کنید.

دیود خازنی (واراکتور) چیست؟

برای پاسخ به سوال دیود خازنی (واراکتور) چیست ابتدا باید بگوییم که دیود خازنی از ترکیب حروف اول دو کلمه متغیر و خازن ساخته شده‌است. برای کاربرد و نحوه عملکرد دیود خازنی یا واراکتور بهتر است ابتدا با مود بایاس معکوس آشنا شوید. زیرا کاربرد دیود خازنی تنها در مود بایاس معکوس انکان‌پذیر است.در شکل زیر چند دیود واراکتور ر مشاهده می‌کنید.

نوع دیودها در بایاس معکوس مانند یک خازن متغیر هستند. نام‌های دیگری در تعریف دیود خازنی به کار برده می‌شوند که در بین آن‌ها می‌توان به دیود تنظیم، دیود واریکاپ، دیود راکتانس متغیر و دیود خازن متغیر نیز اشاره کرد.
کاربرد و نحوه عملکرد دیود خازنی یا واراکتور به گونه‌ای است که ظرفیت خازنی گذرای بیشتری نسبت‌به انواع معمولی دیودها داشته باشند. دیودهای خازنی در مدارهای فرکانس رادیویی استفاده می‌شوند تا ظرفیت خازنی متغیر که با ولتاژ کنترل می‌شود به وجود بیاید. به‌خاطر این کاربرد و نحوه عملکرد دیود خازنی یا واراکتور می‌توان از آن در سطح وسیعی از وسایل الکتریکی استفاده کرد. درواقع در هر جایی‌که لازم باشد که ظرفیت خازنی را به وسیله ولتاژ کنترل کنیم، می‌توانیم از انواع دیود خازنی استفاده کنیم.
انواع دیود خازنی یا واراکتور علاوه‌براین که در کنترل آنالوگ ولتاژ در مدار حلقه قفل باز کاربرد دارد، برای میکروپروسسور هم استفاده می‌شوند که یک ولتاژ دیجیتالی تولید شده و سپس به وسیله مبدل دیجیتال به آنالوگ یک ولتاژ آنالوگ برای کنترل دیود تولید می‌شود.
در پاسخ به سوال دیود خازنی چیست و برای اهداف مختلفی ساخته می‌شود؟ باید بگوییم که انواع دیود خازنی در مدارات متنوعی استفاده‌ شده و کاربردهای آن محدودیتی ندارند و در سطح وسیع استفاده می‌شوند.

ساختار دیود خازنی چگونه است؟

برای تعریف دیود خازنی باید بگوییم که دیود خازنی از نیمه‌رساناهای نوع N و نوع P ساخته می‌شوند. در نیمه‌رساناهای نوع P حفره‌ها حامل‌های اقلیت و الکترون‌های آزاد حامل‌های اکثریت هستند. بنابراین در یک نیم رسانای نوع P بخش عمده جریان برعهده الکترون‌های آزاد است. اما در نیمه‌رساناهای نوع N الکترون‌های آزاد به‌عنوان حامل‌های اقلیت و حفره‌ها به‌عنوان حامل‌های اکثریت در نظر گرفته می‌شوند بنابراین در نیم رساناهای نوعی N حفره‌ها مسئولیت حمل قسمت عمده جریان را برعهده دارند.
در تماس قرار گرفتن نیمه‌رسانای نوع N و نوع P با یکدیگر باعث می‌شود که بین آن‌ها یک پیوند P-N شکل بگیرد. این پیوند P-N باعث جدا کردن نیمه‌رساناهای نوع N و P از یکدیگر می‌شود.

یک ناحیه تخلیه در محل اتصال نیمه‌رساناهای N و P ایجاد می‌شود. در تعریف دیود خازنی، ناحیه تخلیه در واقع به ناحیه‌ای گفته می‌شود که الکترون‌های آزاد و حفره‌ها ( حامل‌های بار متحرک ) در آن حضور نداشته و این ناحیه از یون‌های منفی و مثبت ساخته شده ‌است. یون‌های منفی و مثبت در ناحیه تخلیه از محلی به محل دیگر حرکت نمی‌کنند. ناحیه تخلیه حفره‌ها را از سمت ناحیه P و الکترون‌های آزاد را از سمت ناحیه N مسدود می‌کند. بنابراین می‌توان نتیجه گرفت که ناحیه تخلیه در طول پیوند P-N مانع از جریان الکتریکی می‌شود.

برای مطالعه بیشتر: انواع سلف

نماد دیود خازنی در رسم یک مدار

برای اینکه بدانید دیود خازنی چیست و در مداربه‌ چه صورت نمایش داده می‌شود به تصویر زیر نگاه کنید. در نماد دو خط موازی در طرف کاتد دیده می‌شود که نشان‌دهنده دو صفحه است و فضای بین آن دو خط موازی نیز دی‌الکتریک بین صفحات را نشان می‌دهد.

دیود خازنی بایاس نشده

همان‌طور که گفتیم در نیمه‌رسانای نوع N الکترون‌های آزاد زیادی وجود دارند و در نیم رسانا نوع P نیز حفره‌های بسیار زیادی وجود دارند که این حفره‌ها و الکترون‌های آزاد همواره در تلاش هستند که از ناحیه پرتراکم به سمت ناحیه کم‌تراکم حرکت کنند. برای الکترون‌های آزاد ناحیه P ناحیه‌ای با تراکم پایین و ناحیه N یک ناحیه‌ای بسیار پرتراکم است درنتیجه این الکترون‌های آزاد تمایل دارند که از ناحیه N به سمت ناحیه P حرکت کنند. با همین مکانیسم گفته‌شده حفره‌ها نیز تمایل دارند از ناحیه P که یک ناحیه پرتراکم است به سمت ناحیه N حرکت کنند.
در ادامه تعریف اینکه دیود خازنی یا ورکتور چیست باید بگوییم که اگر هیچ ولتاژی اعمال نشود، الکترون‌های آزاد زیادی در قسمت N از یکدیگر دفع‌شده و به سمت قسمت P حرکت می‌کنند. با رسیدن الکترون‌های آزاد به پیوند P-N، نیروی جاذبه از سمت حفره‌های قسمت P آن‌ها را جذب خواهد کرد. درنتیجه این کار باعث عبور الکترون‌های آزاد از پیوند P-N می‌شود. حفره‌ها نیز از پیوند P-N عبور می‌کنند. با حرکت این حامل‌های بار برای مدتی یک جریان بسیار کوچک از دیود عبور می‌کند.
طی فرآیند گفته‌شده اتم‌های خنثیای که در نزدیکی پیوند و در طرف ناحیه N قرار دارند الکترون ازدست‌داده و به یون مثبت تبدیل می‌شوند. به طریق مشابه اتم‌های نزدیک پیوند در سمت ناحیه P نیز الکترون‌هایی الکترون اضافی به دست آورده و به یون منفی تبدیل می‌شود. این یون‌های مثبت و منفی درواقع همان ناحیه تخلیه هستند که مانع عبور بیشتر جریان از پیوند P-N می‌شوند.

بیشتر بخوانید: ترایاک چیست

سایر اطلاعات در خصوص دیود خازنی

در تعریف اینکه دیود خازنی یا ورکتور چیست باید بدانید که تعداد ناخالصی‌های افزوده شده در خازن عرض ناحیه تخلیه را تعیین می‌کند. به‌عنوان مثال دیود خازنی که دارای ناخالصی‌های زیادی باشد دارای ناحیه تخلیه باریکی است و اگر دیود خازنی ناخالصی کمی داشته باشد ناحیه تخلیه با عرض بزرگ‌تری دارد.
درواقع در تعریف اینکه دیود خازنی چیست، عملکرد دیود واراکتور مشابه دی‌الکتریک در خازن است.
نیم رساناهای نوع P و نوع N به‌آسانی به جریان الکتریکی اجازه می‌دهند که عبور کند. بنابراین می‌توان گفت که نیمه‌رساناهای نوع P و N مانند الکترودها در خازن عمل می‌کنند. درنتیجه می‌توان گفت که دیود خازنی درواقع نقش خازن را بازی می‌کند.
عرض ناحیه تخلیه در دیود خازنی بایاس نشده بسیار کوچک است درنتیجه کاپاسیتانس یا همان ظرفیت خازنی آن بسیار بزرگ است.

نحوه کار دیود خازنی

برای تعریف اینکه دیود خازنی (واراکتور) چیست و آشنایی با عملکرد آن ابتدا باید بدانید که در بایاس معکوس جریان الکتریکی وجود ندارد. در بایاس معکوس هیچ‌گاه جریان الکتریکی برقرار نشده و به ‌همین دلیل دیود خازنی باید در مود بایاس معکوس کار کند.
در صورت اعمال ولتاژ بایاس معکوس به دیود خازنی حفره‌ها از ناحیه نیمه‌رسانای P و الکترون‌ها از ناحیه نیمه‌رسانای نوع N دور می‌شوند. این عمل باعث افزایش عرض ناحیه تخلیه می‌شود درنتیجه ظرفیت خازنی کاهش می‌یابد.
هرچه ولتاژ بایاس معکوس پائین‌تر باشد ظرفیت خازنی دیود بزرگ‌تر خواهد بود. درنتیجه کاپاسیتانس دیود خازنی با مساحت نواحی نیمه‌رسانای نوع N و P متناسب بوده و با عرض ناحیه تخلیه رابطه معکوس دارد. به‌ عبارتی افزایش عرض ناحیه تخلیه باعث کاهش ظرفیت خازنی می‌شود.

ممکن است این مطلب برای شما مفید باشد: نحوه خواندن مقاومت

کاهش در ظرفیت خازنی باعث کاهش بار ذخیره ‌شده می‌شود. به‌همین دلیل ولتاژ بایاس معکوس که به دیود اعمال می‌شود باید در کمترین حد ممکن باشد تا مقدار زیادی بار ذخیره شود. از این موارد در تعریف اینکه دیود خازنی چیست می‌توان نتیجه گرفت که ظرفیت خازنی گذرا یا کاپاسیتانس به وسیله تغییر ولتاژ اعمال‌شده تغییر می‌کند.
همان‌طور که در ابتدای بحث دیود خازنی (واراکتور) چیست؟ گفتیم ظرفیت خازنی در خازن‌ معمولی با مقدار ثابت قابل‌تغییر نیست. درحالی‌که ظرفیت خازنی در دیود خازنی با تغییر ولتاژ بایاس معکوس می‌تواند تغییر کند.در دیود خازنی ظرفیت خازنی با واحد پیکوفاراد سنجیده می‌شود.

کاربرد دیود خازنی چیست؟

کاربرد دیود خازنی در مدارهای فرکانس رادیویی است. دلیل استفاده از این دیودها تغییر ظرفیت خازن با اعمال ولتاژ کنترل در یک مدار است. به دلیل همین ویژگی یکتا دیودهای خازنی در مدارات صنعت RF به‌طور وسیعی استفاده می‌شوند.
جمع‌بندی دیود خازنی چیست
در این مطلب توضیح دادیم که دیود خازنی چیست و کاربرد دیود خازنی در چه مواردی است. دیود خازنی یک المان مهم با گستره وسیعی از کاربردها بخصوص در صنعت RF است که توانایی کنترل ظرفیت خازنی متناسب با تغییر ولتاژ در مدار را دارد. از کاربردهای آن می‌توان به ترکیب‌کنندههای فرکانسی، مدارات حلقه قفل فاز، مدولاتورهای فاز و فیلترها و فرکانس اشاره کرد.

ازجمله قطعات برد الکترونیکی می توان به انواع دیود؛ خازن؛ انواع انواع ترانزیستورهای قدرت و … اشاره کرد. این قطعات که بعضا کمیاب هستد را می توانید به شرکت های وارد کننده قطعات الکترونیکی سفارش دهید اما به یاد داشته باشید که حتما سفارش خود را به شرکتهای معتبر که جزو بهترین شرکت های الکترونیکی ایران هستند ارائه دهید تا درباره اصالت آن به مشکل نخورید.