كيف يتم استخدام الثنائيات في حياتنا اليومية؟

الصمام الثنائي هو مكون إلكتروني ذو طرفين يقوم بتوصيل الكهرباء في اتجاه واحد فقط ، وفقط عندما يتم تطبيق حد أدنى معين من فرق الجهد ، أو الجهد ، على طرفيه. تم استخدام الثنائيات المبكرة لتحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر ولتصفية الإشارة في أجهزة الراديو. منذ ذلك الحين ، أصبحت الثنائيات موجودة في كل مكان ، وتستخدم لحماية الإلكترونيات وإضاءة منازلنا وإرسال إشارات التحكم عن بعد.

لفهم أساس استخدام الصمام الثنائي ، من المفيد إلقاء نظرة على هيكل الصمام الثنائي القياسي. يحتوي الصمام الثنائي القياسي pn على اثنين من أشباه الموصلات التي تقوم بالاتصال ، وتشكل واجهة. لا يتم توصيل أشباه الموصلات النقية ، لذلك تتم إضافة الشوائب المعدنية. في أحد أشباه الموصلات من الصمام الثنائي p-n ، يتخلى المعدن الملوث عن الإلكترون بسهولة ؛ الآخر هو بالمثل مخدر (غير منقوع) بمعدن يقبل الإلكترون بسهولة. في الواجهة ، تتحرك الإلكترونات من جانب إلى آخر ، مما يجعل الذرات التي تتركها الإلكترونات مشحونة إيجابًا والذرات المستقبلة سالبة. يحدث هذا الانحراف عن الحياد فقط في الواجهة. إنه يخلق مجالًا كهربائيًا بحيث تنتقل الإلكترونات التي تتدفق من تيار خارجي في الغالب من الجانب الذي يقبل الإلكترون إلى الجانب المتبرع بالإلكترون.

تم استغلال هذه الخاصية أحادية الاتجاه لأول مرة في أجهزة الراديو AM. تتأرجح إشارة الراديو ذهابًا وإيابًا ، مما ينتج عنه تيار متناوب في الهوائي. قبل التضخيم ، يجب أن تكون الإشارة أحادية الاتجاه. وبالتالي ، فإن الصمام الثنائي للراديو يسمح بمرور نصف الإشارة لتحريك الإلكترونات في اتجاه واحد ، ولكن ليس النصف الآخر. باختصار ، يتم تحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر. تقوم المكثفات بعد ذلك بتصفية التردد العالي ، وترك الإشارة الصوتية فقط جاهزة للتضخيم.

إذا قمت بتطبيق جهد عبر الصمام الثنائي ، فإن الإلكترونات من التيار الكهربائي تتحرك حول ستصدر الدائرة الكهربائية طولًا موجيًا معينًا للضوء عند التعلق بالشوائب التي تقبل إلكترون. هذه هي الطريقة التي تنتج بها الثنائيات الباعثة للضوء (LED) الضوء. ثم تتحرك الإلكترونات عبر واجهة أشباه الموصلات بسبب المجال الكهربائي بينهما ، عبر أشباه الموصلات التي تتبرع بالإلكترونات ، وتستمر إلى النهاية الخلفية لمصدر الجهد لإكمال دائرة كهربائية.

مثلما يمكن أن تنتج الثنائيات الضوء ، يمكنها أيضًا أن تخلق تيارًا عندما تستقبله. يعمل النوعان معًا في جهاز تحكم عن بعد ، على سبيل المثال ، لجهاز التلفزيون الخاص بك. هذا الأخير هو كيفية عمل الألواح الكهروضوئية. ينبعث ضوء من صمامين ثنائيين من جهاز التحكم عن بُعد: أحدهما يصدر ضوءًا مرئيًا لإعلامك بأنه يتم إرسال الإشارة ؛ الآخر يصدر إشارة ثنائية بطول موجي غير مرئي (وبالتالي الحاجة إلى الثنائي الضوئي المرئي). اصطدمت الفوتونات بأشباه الموصلات التي تتبرع بالإلكترون ، مما أدى إلى تحرير الإلكترونات ومنحها طاقة حركية. يمكن أن تترجم الطاقة الحركية في اتجاه واحد فقط ، حيث يُسمح باتجاه واحد فقط للتيار الكهربائي. هذه هي الطريقة نفسها التي تعمل بها الألواح الشمسية ، حيث تترجم الفوتونات من الشمس إلى تيار كهربائي في اتجاه واحد فقط.

يمكن أن يحمي الصمام الثنائي الدوائر من البطاريات التي تم إدخالها بشكل غير صحيح. سيكون القطبية غير صحيحة ، لكنها لن تلحق الضرر بالدائرة التي تتجاوز الصمام الثنائي ، مما يسمح بمرور تيار خافت فقط. تلعب الثنائيات أيضًا دورًا في حماية الطفرة. تؤدي الثنائيات المسماة "الانهيار الجليدي" إلى سلك أرضي ، لكنها لا تسمح بمرور التيار المنتظم بسبب اتجاهها أحادي الاتجاه. عند الجهد العالي بدرجة كافية ، سيسمح الصمام الثنائي للجهد بالمرور. عندما يرتفع الجهد فوق المستويات التشغيلية ، يفتح الصمام الثنائي الانهيار ويسمح للجهد الإضافي بالخروج عبر السلك الأرضي.