ما هو الصمام الثنائي؟ أنواعه وتطبيقاته في الحياة اليومية

الصمام الثنائي هو عنصر إلكتروني يسمح بمرور التيار الكهربائي في اتجاه واحد فقط، ويمنعه في الاتجاه المعاكس. يتكون الصمام الثنائي من مادتين نصف موصلتين مختلفتين، واحدة منهما تسمى الطبقة الموجبة (p) والأخرى تسمى الطبقة السالبة (n). عند توصيل الطبقة الموجبة بالقطب الموجب لمصدر التيار، والطبقة السالبة بالقطب السالب، يحدث ما يسمى بالتوصيل الأمامي، ويسمح الصمام الثنائي بمرور التيار. أما عند توصيل الطبقة الموجبة بالقطب السالب، والطبقة السالبة بالقطب الموجب، يحدث ما يسمى بالتوصيل العكسي، ويمنع الصمام الثنائي من مرور التيار.

أنواع الصمام الثنائي وخصائصها

هناك العديد من أنواع الصمامات الثنائية التي تختلف في موادها وشكلها وخصائصها وتطبيقاتها. بعض الأنواع الشائعة هي:
أ- الصمام الثنائي العادي:

هو النوع الأبسط والأكثر استخدامًا من الصمامات الثنائية، ويستخدم في الدوائر الإلكترونية التي تحتاج إلى تحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر، أو لحماية الدوائر من الجهود العكسية.

 يتكون الصمام الثنائي العادي من مادة نصف موصلة واحدة، مثل السيليكون أو الجرمانيوم، ويحتوي على طرفين، واحد يسمى القاطع (anode) والآخر يسمى المجمع (cathode). يمكن التعرف على القاطع بوجود خط مائل على جسم الصمام الثنائي، أو بوجود حرف A، أو بوجود خط مستقيم على أحد الطرفين. يمكن التعرف على المجمع بوجود حرف K، أو بوجود خط مقوس على أحد الطرفين.

ب- الصمام الثنائي زينر: هو نوع خاص من الصمامات الثنائية، يستخدم في الدوائر الإلكترونية التي تحتاج إلى تثبيت الجهد عند قيمة معينة، أو لحماية الدوائر من الجهود الزائدة.

 يتكون الصمام الثنائي زينر من مادة نصف موصلة واحدة، مثل السيليكون، ويحتوي على طرفين، واحد يسمى القاطع والآخر يسمى المجمع. يمكن التعرف على الصمام الثنائي زينر بوجود حرف Z على جسمه، أو بوجود خطين مائلين على أحد الطرفين. يتميز الصمام الثنائي زينر بأنه يسمح بمرور التيار في الاتجاهين، ولكن بشرط أن يكون الجهد المطبق عليه أكبر من قيمة معينة تسمى جهد الانهيار (breakdown voltage)، والتي تختلف باختلاف نوع الصمام الثنائي زينر. عندما يصل الجهد المطبق إلى قيمة الانهيار، يصبح الصمام الثنائي زينر موصلاً تمامًا، ويبقى الجهد عبره ثابتًا ومساويًا لقيمة الانهيار، بغض النظر عن تغير الجهد المطبق أو التيار المار.

ج- الصمام الثنائي الباعث للضوء: هو نوع من الصمامات الثنائية التي تنبعث منها أشعة ضوئية عند مرور التيار الكهربائي في الاتجاه الأمامي. يتكون الصمام الثنائي الباعث للضوء من مادتين نصف موصلتين مختلفتين، واحدة تسمى الطبقة الموجبة والأخرى تسمى الطبقة السالبة.

 عند توصيل الطبقة الموجبة بالقطب الموجب لمصدر التيار، والطبقة السالبة بالقطب السالب، يحدث ما يسمى بالتوصيل الأمامي، ويسمح الصمام الثنائي الباعث للضوء بمرور التيار. عندما يمر التيار الكهربائي في الصمام الثنائي الباعث للضوء، يتحرر جزء من الطاقة الكهربائية على شكل ضوء، ويختلف لون الضوء باختلاف مواد الصمام الثنائي الباعث للضوء وطول موجة الضوء. يمكن التعرف على الصمام الثنائي الباعث للضوء بوجود حرف LED على جسمه، أو بوجود رأس مسطح على أحد الطرفين.

تطبيقات الصمام الثنائي في الإلكترونيات والاتصالات والإضاءة وغيرها

الصمام الثنائي هو عنصر إلكتروني مهم ومتعدد الاستخدامات في مجالات مختلفة من العلوم والتكنولوجيا. بعض التطبيقات الشائعة للصمام الثنائي هي:

أ- التقويم: هو عملية تحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر، والتي تستخدم في العديد من الأجهزة الإلكترونية، مثل الشواحن والمحولات والمولدات. يمكن استخدام الصمام الثنائي العادي أو الصمام الثنائي زينر لتنفيذ دائرة التقويم، والتي تتكون من مصدر التيار المتردد ومجموعة من الصمامات الثنائية ومكثف. عندما يكون التيار المتردد موجبًا، يسمح الصمام الثنائي بمروره إلى المكثف، وعندما يكون سالبًا، يمنعه من العودة. هكذا يتم تحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر متذبذب، ويمكن تنعيمه بواسطة المكثف أو مقاومة.

ب- الحماية: هي عملية حماية الدوائر الإلكترونية من الجهود العكسية أو الزائدة، والتي قد تسبب أضرارًا أو تلفًا للمكونات. يمكن استخدام الصمام الثنائي العادي أو الصمام الثنائي زينر لتنفيذ دائرة الحماية، والتي تتكون من مصدر الجهد والدائرة المراد حمايتها والصمام الثنائي. عندما يكون الجهد المطبق على الدائرة ضمن الحدود الطبيعية، يكون الصمام الثنائي مقطوعًا، ولا يؤثر على عمل الدائرة. أما عندما يزيد الجهد المطبق عن الحدود المسموح بها، يصبح الصمام الثنائي موصلاً، ويسمح بمرور التيار الزائد إلى الأرض، وبذلك يحمي الدائرة من التلف.

ج- الإضاءة: هي عملية إنتاج الضوء من خلال تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ضوئية، والتي تستخدم في العديد من التطبيقات العملية والجمالية، مثل الإنارة والعرض والإشارة والزينة. يمكن استخدام الصمام الثنائي الباعث للضوء لتنفيذ دائرة الإضاءة، والتي تتكون من مصدر التيار المستمر والصمام الثنائي الباعث للضوء ومقاومة. عندما يمر التيار المستمر في الصمام الثنائي الباعث للضوء، ينبعث منه ضوء بلون معين، يعتمد على مواد الصمام الثنائي الباعث للضوء وطول موجة الضوء. يمكن تغيير شدة الضوء بواسطة تغيير قيمة المقاومة أو الجهد المطبق