الثنائي : هو عنصر فعال ذو طرفين (أنود / كاثود) ، يسمع بمرور التيار الكهربائي في اتجاه واحد ، ويمنع مرور التيار الكهربائي في الاتجاه المعاكس . يتركب ثنائي أشباه الموصلات من من وصلة (P-n) تشكل على شريحة واحدة من مادة شبه موصلة . ويسمى الطرف المتصل بالمادة نوع (P) بالأنود ، ويرمز له بحرف (A) . ويسمى الطرف المتصل بالمادة نوع (n) بالكاثود ، ويرمز له بحرف (K) .وبنسبة للثنائيات الكبيرة الحجم نسبيا ، يطبع رمز الثنائي على جسم الثنائي ، ليوضع أي الأقطاب هو الأنود ، وأيها هو الكاثود ، والثنائيات الأصغر حجما هناك حلقة بيضاء حول أحد نهايتيه تبين الكاثود . والثنائيات الزجاجية مع حلقات متعددة الألوان تبين الكاثود بواسطة حلقة سوداء اللون.
1- طريقة عمل الثنائي :
أ-الانحياز الأمامي (Forward Bias) :
ب-الانحياز العكسي (Reverse Bias) :
في حالة الانحياز العكسي يوصل الأنود (النوع الموجب) بالفطب السالب للمصدر ، ويوصل الكاثود (النوع السالب) بالقطب الموجب للمصدر . وفي هذه الحالة تصبح المقاومة بين طرفي الثنائي مرتفهة جدا ، ويتصرف الثنائي كمفتاح في حالة قطع (OFF) ولا يسمح بمرور التيار الكهربائي عبره.
وهكذا يتضح أن عمل الثنائي يشبه عمل الصمام أحادي الاتجاه الذي يسمح بمرور التيار في اتجاه واحد ، ويمنع بمرور التيار في الاتجاه المعاكس.
2- المواصفات الفنية للثنائي :
من أهم المواصفات الفنية للثنائي التي يجب مراعاتها عند استبدال ثنائي تالف في دارة ما أو عند اختيار ثنائي لاستخدامه في دارة معينة كما يلي : أ- التيار الأمامي :
وهو أقصى تيار يمكن أن يمرره الثنائي في حالة الانحياز الأمامي دون أن يتلف.ب- الجهد العكسي الأقصى :
وهو أقصى جهد يمكن أن يحتمله الثنائي في حالة الانحياز العكسي قبل أن ينهار ، ويبدأ بتمرير التيار الذي يؤدي الي تلفه .
الشركات المصنعة للثنائيات تقوم عادة بتحديد القيمة القصوى للجهد العكسي المتكرر (VRRM) أو القيمة الذروية للجهد العكسي (PIV) بدلا من الجهد العكسي الأقصى . وفي كلا الحالتين فان تشغيل الثنائي ما بعد هذا الجهد قد يؤدي الي تلفه ، ويبين الجدول المبين أدناه بعض الثنائيات الشائعة الاستخدام في الدارات الالكترونية :
النوع IN5402 IN4007 IN4148 OA91 OA47
المادة Si Si Si Ge Ge
جرمانيم جرمانيوم سيليكون سيليكون سيليكون
الفولتية الأمية القصوى(Vf) دIV 1.6V 1.0V 2.1V 0.6V
التيار الأمامي الأقصى (If) د3A 1A 100mA 50mA 50mA
القيمة القصوى للجهد العكسي المتكرر (VRRM) د220V 1KV 75V 115V 25V
ويجري أحيانا تقسيم الثنائيات الي ( ثنائيات للاشارة) و (ثنائيات للتوحيد) ، وفقا لمجال استعمالها الاساسي وتكون متطلبات لكل من الفئتين مختلف تماما ، فثنائيات الاشارة تتطلب هبوط جهد أمامي منخفض ، ومن عنا فان ثنائيات الجرمانيوم تكون مناسبة لهذا الغرض.
ويجب أ، تكون ثنائيات التوحيد أو التقويم ، من جهة أخرى قادرة على تحمل قيم عالية من الجهد العكسي ، وقيم كبيرة من التيار الامامي لذلك تسعمل ثنائيات السيليكون لهذا الغرض.
تتوفر الدايودات السلكية الأطراف بشكل عام بتيار أمامي أقصى يصل لغاية 6 أمبير،وجهد عكسي أقصى لغاية (1500) فولت ، أما الدايودات المقلوظة ألأطراف المصممة للتركيب على مبددات حرارية فتتوفر بتيار أمامي مقرر يتراوح ما بين (16) أمبير الي (75) أمبير.3- طريقة عمل الثنائي :
يتكون الثنائي من وصله (P-n) ويسمى منطقة التماس بين المادة نوع (-P) والمادة نوع (-n) بالوصلة (Junction) وتنشأ حركة الالكترونات عبر الوصلة لحظة تشكلها ، حيث تتحرك الالكترونات المجاورة للوصلة في المادة (n) الي المادة (P) وتملأ الفجرات. ونتيجة لذلك تتكون على جانبي الوصلة منطقة عازل .لذلك تسمى بالمنطقة المستنزفة (Depletion Layer) . في حالة الانحياز الأمامي فان فجوات المادة الموجبة تعبر الوصلة منجذبة نحو القطب السالب ، وبالمثل فان الكترونات المادة السالبة تعبر الوصلة منجذبة نحو القطب الموجب ، وهكذا تنهار المنطقة المستنزفة ، ويمر التيار عبر الثنائي.
في حالة الانحياز العكسي تتسع المنطقة المستنزفة العازلة ولا يسري أي تيار عبر الثنائي ، حيب ان الكترونات المادة السالبة تبتعد عن الوصلة متجهة نحو القطب الموجب المتصل بها ، وكذالك تنجذب فجوات المادة الموجبة بعيدا عن الوصلة ، متجهة نحو القطب السالب المتصل بالأنود ، وهكذا يتم تجريد المنطقة من المزيد الالكترونات والفجوات.4- الثنائيات الخاصة :
1- زينر ثنائي (zener diode) :ثنائيات زينر هي ثنائيات سيليكونية تزيد شوائبها الممتزنة عن شوائب الثنائي المعتاد ، بحيث الانهيار العكسي عند قيم محددة مسبقا وأقل نسبيا . وتتوفر ثنائيات زينر تجاربا مجهود انهيار عكسي (جهود زينر) مفصلة ، منها على سبيل المثال : (2.7) فولت (4.7) فولت (5.1) فولت (6.2) فولت (6.8) فولت (9.1) فولت (10) فولت (11) فولت (12) فولت ، وهكذا الي (200) فولت . وقد صممت هذه الثنائيات خصيصا لتبدد الحرارة المتولدة أثناء التشغيل في حالة الانهيار العكسي ، ولن تتلف ما لم تتجاوز قيمة التيار العكسي المتدفق عبر الزينر القيمة القصوى المقررة (IZm) ، وفي حالة الانحياز الأمامي يتصرف ثنائي زينر مثل الثنائي المعتاد ، حيث يسمح بتدفق التيار الأمامي عبره. ولكن في حالة النحياز العكسي ، فان لن يسمح بمرور التيار حتى تبلغ قيمة الجهد العكسي المسلط بين طرفيه قيمة جهد زينر (Vz) المصمم عنده ، وعند هذه النقطة يمرر الزينر التيار في الاتجاه العكسي ، ويبقى الجهد بين طرفه ثابتا بالرغم من التغير في قيمة التيار العكسي المتدفق عبره.
2- ثنائي مشع للضوء (Light Emitting Diode) :
ان ما يميز الثنائي المشع للضوء (LED) مو اصلاقه للضوء عند مرور التيار الكهربائي به نتيجة وجوده في حالة الانحياز الأمامي ، تعد الثنائيات المشعة للضوءء وسيلة مفيدة للاشارة الي حالة دارة ما ، وتتقدم على مصابيح الفتيلة التقليدية في الكثير من المزايا ، وأهمها احتياجها لقدرة أقل من التيار التشغيلي ووثوقيتها العالية ، تصنع الثنائيات الشعة للضوء (LED) من فوسفيد الغاليوم ومن زرنيخد فوسفيد الغاليوم . وتكون شدة انارتها ملائمة عند تيارات أمامية تتراوح ما بين (5-30) ميلي أمبير . وتتوفر الثنائيات المشعة للضوء بعدد محدود من الالوان وهي : الاحمر و البرتقالي و الأصفر و الأخضر و الأزرق . كما تتوفر الثنائيات المشعة للأشعة تحت الحمراء (Infra-Red) غير المرئية والتي تستخدم في وحدات التحكم عن بعد مثل : ( ريموت كونترول).يعتمد لون الضوء الذي ينتجه الثنائي المشع للضوء على نوع المادة المصنوعة منها وصلة ثنائي ، وليس على لون الغلاف الخارجي للثنائي ، وعلى سبيل الثنائي للضوء الأخضر يصنع من فوسفيد الغاليوم .
3- الثنائي السعوي- (Varicap) :
ينتج هذا الثنائي تحت أسماء تجارية مختلفة مثل : فاريكاب (Varicap) وفاركتور (Varactor) وفولتكاب (Voltacap) ويمكن التحكم بقيمة السعة التي يقدمها هذا الثنائي بتغير قيمة الجهد العكسي المسلط بين أفطابه. ان قيمة السعة يقدمها الثنائي السعوي تنخفض من (250-10) PF تقريبا ، عند رفع قيمة الجهد العكسي من (0-30) فولت . وهذا يعني أن العلاقة بين سعة الثنائي والجهد العكسي علاقة تناسب عكسي .
يستخدم الثنائي السعوي كمكثف متغير في دارات التوليف الالكترونية ، مثل: وحدة منتحب القنوات (التيونر) في جهاز التلفاز ، حيث حل الثنائي السعوي المكثف المتغير ميكانيكا ، مما مكن من انتخاب وتوليف القنوات بأساليب الكترونية بحتة.
وسلام عليكم...
