الصمام الثنائي
في المكونات الإلكترونية، غالبًا ما يتم استخدام جهاز يحتوي على قطبين كهربائيين يسمح للتيار بالتدفق في اتجاه واحد فقط لوظيفة التصحيح. وتستخدم الثنائيات المتغيرة كمكثفات إلكترونية قابلة للتعديل. يُشار عادةً إلى الاتجاهية الحالية التي تمتلكها معظم الثنائيات باسم وظيفة "التصحيح". الوظيفة الأكثر شيوعًا للديود هي السماح للتيار بالمرور في اتجاه واحد فقط (المعروف باسم الانحياز الأمامي)، ومنعه في الاتجاه المعاكس (المعروف باسم الانحياز العكسي). لذلك، يمكن اعتبار الثنائيات بمثابة إصدارات إلكترونية من صمامات الفحص.
الثنائيات الإلكترونية الفراغية المبكرة؛ إنه جهاز إلكتروني يمكنه توصيل التيار في اتجاه واحد. يوجد وصلة PN مع طرفي توصيل داخل الصمام الثنائي لأشباه الموصلات، وهذا الجهاز الإلكتروني لديه موصلية تيار أحادية الاتجاه وفقًا لاتجاه الجهد المطبق. بشكل عام، الصمام الثنائي البلوري عبارة عن واجهة وصل pn مكونة من تلبد أشباه الموصلات من النوع p والنوع n. تتشكل طبقات الشحنة الفضائية على جانبي واجهتها، لتشكل مجالًا كهربائيًا مبنيًا ذاتيًا. عندما يكون الجهد المطبق مساويًا للصفر، فإن تيار الانتشار الناتج عن اختلاف تركيز حاملات الشحنة على جانبي الوصلة pn وتيار الانجراف الناتج عن المجال الكهربائي المبني ذاتيًا متساويان وفي حالة توازن كهربائي، وهو أيضًا خصائص الثنائيات في الظروف العادية.
تضمنت الثنائيات المبكرة "بلورات القطة الطولية" والأنابيب المفرغة (المعروفة باسم "صمامات التأين الحراري" في المملكة المتحدة). تستخدم الثنائيات الأكثر شيوعًا في الوقت الحاضر مواد شبه موصلة مثل السيليكون أو الجرمانيوم.

مميزة
الإيجابية
عندما يتم تطبيق جهد أمامي، في بداية الخاصية الأمامية، يكون الجهد الأمامي صغيرًا جدًا ولا يكفي للتغلب على تأثير الحجب للمجال الكهربائي داخل تقاطع PN. التيار الأمامي يساوي الصفر تقريبًا، ويسمى هذا القسم بالمنطقة الميتة. يسمى الجهد الأمامي الذي لا يمكنه توصيل الصمام الثنائي بجهد المنطقة الميتة. عندما يكون الجهد الأمامي أكبر من جهد المنطقة الميتة، يتم التغلب على المجال الكهربائي داخل تقاطع PN، ويجري الصمام الثنائي في الاتجاه الأمامي، ويزداد التيار بسرعة مع زيادة الجهد. ضمن النطاق الطبيعي للاستخدام الحالي، يظل الجهد الطرفي للديود ثابتًا تقريبًا أثناء التوصيل، ويسمى هذا الجهد بالجهد الأمامي للديود. عندما يتجاوز الجهد الأمامي عبر الصمام الثنائي قيمة معينة، يضعف المجال الكهربائي الداخلي بسرعة، ويزداد التيار المميز بسرعة، ويوصل الصمام الثنائي في الاتجاه الأمامي. ويسمى جهد العتبة أو جهد العتبة، وهو حوالي 0.5 فولت لأنابيب السيليكون وحوالي 0.1 فولت لأنابيب الجرمانيوم. يبلغ انخفاض جهد التوصيل الأمامي لثنائيات السيليكون حوالي 0.6-0.8 فولت، ويبلغ انخفاض جهد التوصيل الأمامي لثنائيات الجرمانيوم حوالي 0.2-0.3 فولت.
عكس القطبية
عندما لا يتجاوز الجهد العكسي المطبق نطاقًا معينًا، فإن التيار الذي يمر عبر الصمام الثنائي هو التيار العكسي الذي يتكون من حركة الانجراف للحاملات الأقلية. بسبب التيار العكسي الصغير، يكون الصمام الثنائي في حالة قطع. يُعرف هذا التيار العكسي أيضًا بتيار التشبع العكسي أو تيار التسرب، ويتأثر تيار التشبع العكسي للصمام الثنائي بدرجة كبيرة بدرجة الحرارة. التيار العكسي لترانزستور السيليكون النموذجي أصغر بكثير من تيار ترانزستور الجرمانيوم. يكون تيار التشبع العكسي لترانزستور السيليكون منخفض الطاقة في حدود nA، بينما يكون تيار ترانزستور الجرمانيوم منخفض الطاقة في حدود μ A. عندما ترتفع درجة الحرارة، يتم إثارة أشباه الموصلات بالحرارة، وعدد تزداد ناقلات الأقلية، ويزداد تيار التشبع العكسي أيضًا وفقًا لذلك.

انفصال
عندما يتجاوز الجهد العكسي المطبق قيمة معينة، سيزداد التيار العكسي فجأة، وهو ما يسمى بالانهيار الكهربائي. يسمى الجهد الحرج الذي يسبب الانهيار الكهربائي بجهد الانهيار العكسي للدايود. عند حدوث عطل كهربائي، يفقد الصمام الثنائي موصليته أحادية الاتجاه. إذا لم يسخن الصمام الثنائي بسبب الانهيار الكهربائي، فقد لا يتم تدمير موصليته أحادية الاتجاه بشكل دائم. لا يزال من الممكن استعادة أدائه بعد إزالة الجهد المطبق، وإلا فسوف يتلف الصمام الثنائي. ولذلك، ينبغي تجنب الجهد العكسي المفرط المطبق على الصمام الثنائي أثناء الاستخدام.
الصمام الثنائي هو جهاز طرفي ذو موصلية أحادية الاتجاه، ويمكن تقسيمه إلى الثنائيات الإلكترونية والثنائيات البلورية. تتميز الثنائيات الإلكترونية بكفاءة أقل من الثنائيات البلورية بسبب فقدان الحرارة للخيط، لذلك نادرًا ما يتم رؤيتها. الثنائيات البلورية أكثر شيوعًا وشائعة الاستخدام. يتم استخدام الموصلية أحادية الاتجاه للثنائيات في جميع الدوائر الإلكترونية تقريبًا، وتلعب الثنائيات شبه الموصلة دورًا مهمًا في العديد من الدوائر. إنها واحدة من أقدم أجهزة أشباه الموصلات ولديها مجموعة واسعة من التطبيقات.
إن انخفاض الجهد الأمامي لثنائي السيليكون (النوع غير المضيء) هو 0.7 فولت، في حين أن انخفاض الجهد الأمامي لثنائي الجرمانيوم هو 0.3 فولت. يختلف انخفاض الجهد الأمامي للصمام الثنائي الباعث للضوء باختلاف الألوان المضيئة. هناك ثلاثة ألوان بشكل أساسي، والقيم المرجعية لانخفاض الجهد المحدد هي كما يلي: انخفاض الجهد للثنائيات الباعثة للضوء الأحمر هو 2.0-2.2 فولت، وانخفاض الجهد للثنائيات الباعثة للضوء الأصفر هو 1.8-2.0 فولت، والجهد قطرة من الثنائيات الباعثة للضوء الأخضر هي 3.0-3.2 فولت. التيار المقنن أثناء انبعاث الضوء العادي هو حوالي 20 مللي أمبير.
لا يرتبط الجهد والتيار للديود خطيًا، لذلك عند توصيل ثنائيات مختلفة على التوازي، يجب توصيل المقاومات المناسبة.

منحنى مميز
مثل وصلات PN، تتمتع الثنائيات بموصلية أحادية الاتجاه. منحنى فولت أمبير النموذجي المميز لثنائي السيليكون. عندما يتم تطبيق جهد أمامي على الصمام الثنائي، يكون التيار صغيرًا للغاية عندما تكون قيمة الجهد منخفضة؛ عندما يتجاوز الجهد 0.6 فولت، يبدأ التيار في الزيادة بشكل كبير، وهو ما يشار إليه عادةً بجهد تشغيل الصمام الثنائي؛ عندما يصل الجهد إلى حوالي 0.7 فولت، يكون الصمام الثنائي في حالة توصيل كاملة، ويشار إليه عادةً بجهد توصيل الصمام الثنائي، ويمثله الرمز UD.
بالنسبة لثنائيات الجرمانيوم، يبلغ جهد التشغيل 0.2 فولت ويبلغ جهد التوصيل UD حوالي 0.3 فولت. عندما يتم تطبيق جهد عكسي على الصمام الثنائي، يكون التيار صغيرًا للغاية عندما تكون قيمة الجهد منخفضة، وقيمته الحالية هي تيار التشبع العكسي. عندما يتجاوز الجهد العكسي قيمة معينة، يبدأ التيار في الزيادة بشكل حاد، وهو ما يسمى الانهيار العكسي. يسمى هذا الجهد بجهد الانهيار العكسي للديود ويمثله الرمز UBR. تختلف قيم جهد الانهيار UBR لأنواع مختلفة من الثنائيات بشكل كبير، حيث تتراوح من عشرات الفولتات إلى عدة آلاف فولت.

انهيار عكسي
انهيار زينر
يمكن تقسيم الانهيار العكسي إلى نوعين بناءً على الآلية: انهيار زينر وانهيار الانهيار الجليدي. في حالة تركيز المنشطات العالي، بسبب العرض الصغير لمنطقة الحاجز والجهد العكسي الكبير، يتم تدمير بنية الرابطة التساهمية في منطقة الحاجز، مما يتسبب في تحرر إلكترونات التكافؤ من الروابط التساهمية وتوليد أزواج ثقب الإلكترون، مما أدى إلى زيادة حادة في التيار. ويسمى هذا الانهيار انهيار زينر. إذا كان تركيز المنشطات منخفضًا وكان عرض منطقة الحاجز واسعًا، فليس من السهل التسبب في انهيار زينر.

انهيار جليدي
نوع آخر من الانهيار هو الانهيار الجليدي. عندما يزيد الجهد العكسي إلى قيمة كبيرة، يعمل المجال الكهربائي المطبق على تسريع سرعة انجراف الإلكترون، مما يسبب اصطدامات مع إلكترونات التكافؤ في الرابطة التساهمية، مما يؤدي إلى إخراجها من الرابطة التساهمية وتوليد أزواج جديدة من فتحات الإلكترون. يتم تسريع ثقوب الإلكترونات المولدة حديثًا بواسطة مجال كهربائي وتتصادم مع إلكترونات التكافؤ الأخرى، مما يتسبب في حدوث انهيار جليدي مثل زيادة حاملات الشحنة وزيادة حادة في التيار. ويسمى هذا النوع من الانهيار انهيار الانهيار الجليدي. بغض النظر عن نوع العطل، إذا لم يكن التيار محدودًا، فقد يتسبب ذلك في تلف دائم لوصلة PN.