محاضرات في الإلكترونيات
محاضرات في الإلكترونيات
الإلكترونيات فرع من الفيزياء والهندسة يتناول التحكم في انسياب الشحنات الكهربائية في نبائط معينة لتحقيق أغراض مفيدة. وتستخدم المكوِّنات (الأجزاء) الإلكترونية في مدى واسع من المنتجات، مثل أجهزة الراديو والتلفاز والحواسيب وحاكيات مسجلات الفيديو والمعينات السمعية والأجهزة الطبية والعديد من المنتجات الأخرى. وقد ازدادالاعتماد على المنتجات الإلكترونية في عصرنا الحالي إلى درجة أن هذاالعصر يطلقعليه في الكثير من الأحيان العصر الإلكتروني.
والإلكترونيات جزء من مجال أوسع، أي مجال الكهرباء. ويشتمل الكهرباء على عنصرين مهمين هما 1- التيار الكهربائي 2- الفولتية الكهربائية. والتيار الكهربائيه و انسياب الشحنات الكهربائية، بينما تمثل الفولتية الكهربائية نوعًا من "الضغط"(أو القوة) الذي يسبب حركة الشحنات في اتجاه واحد. ومن الاستخدامات المعتادة للكهرباء تزويد المنازل والمؤسسات بالطاقة المستخدمة في توفير الضوء والحرارة، وفي قيادة المحركات.
جهاز مسح بالليزر في موقع الخروج
وتتعامل الإلكترونيات أساسًا مع استخدام التيار والفولتية لحمل الإشارات الكهربائية. والإشارة الكهربائية تيار كهربائي (أو فولتية كهربائية) محور بطريقة ما لتمثيلمعلومات. فهي قد تمثل أصواتًا أو صورًا أو أرقامًا أو حروفًا أو تعليمات حاسوبية أو أي معلومات أخرى. ويمكن استخدام الإشارات أيضًا لعد الأجسام، وقياس درجة الحرارة والوقت، والكشف عن المواد الكيميائية المشعة.
وتعتمد الإلكترونيات على مكونات معينة، فائقة التخصص، مثل الترانزستور، والدوائر المتكاملة، التي تشكل جزءًا من كل المعدات الإلكترونية تقريبًا. وتكمن قيمة مثل هذه النبائط في قدرتها على معالجة الإشارات بسرعة هائلة. فبعض المكونات تستطيع الاستجابة للإشارات ملايين المرات في الثانية.
جهاز إرسال دقيق
ويهتم مجال الإلكترونيات الدقيقة بتصميم وإنتاج المكونات الدقيقة ـ وخاصة الدوائرالمتكاملة ـ والمعدات الإلكترونية التي تستخدم مثل هذه المكونات. فالمصنعون يمكنهم إنتاج ملايين المكونات الإلكترونية المجهرية، على قطعة من مادة تسمى الرقاقة، لا يزيد حجمها عن حجم ظفر الأصبع.
وتستعرض هذه المقالة بشيء من الإفاضة المعدات والوظائف الأساسية للإلكترونيات وصناعة الإلكترونيات. وتعطي مقالات منفصلة في هذه الموسوعة تفاصيل دقيقة عن عدد من المواضيع ذات الصلة بالإلكترونيات. وللحصول على قائمة بهذه المقالات انظر مقالات ذات صلة، في نهاية هذه المقالة.
استخدام الإلكترونيات
غيرت الإلكترونيات طريقة حياة الناس، حيث أصبحوا يعتمدون على المنتجات الإلكترونية في كل مناحي حياتهم تقريبًا.
في الاتصــــــــــالات
تربط نظم الاتصال الإلكترونية بين الناس في كل أرجاء العالم. فبإمكان الراديو نقل الصوت إلى أي مكان في العالم في جزء من الثانية. ويستطيع الناس في مختلف دول العالم الاتصال فوريًا عبر الهواتف و الحواسيب. كذلك يستطيع مشاهد التلفاز متابعة حدث في قارة أخرى، أثناء حدوثه. ويمكِّن الهاتف الخلوي ـ الذي يسمى الهاتف الجوال أو النقّال ـ الشخص، من الاتصال بشخص آخر، وهما في الطريق، أو في سيارة، أو في أي مكان آخر. وترسل أجهزة الفاكس نسخ الوثائق، عبر خطوط الهاتف، في دقائق، وتستقبلها.
مجهر إلكتروني مع شاشة للعرض.
معالجة المعلومات
تستخدم الحواسيب الإلكترونية في الأعمال التجارية والمدارس و الدوائر الحكومية والمؤسسات الصناعية والمعامل العلمية والمنازل.
ويعتمد الناس على الحواسيب في معالجة الكميات الضخمة من المعلومات في زمن وجيز، وفي حل المسائل الرياضية المعقدة في جزء من الثانية. وتتيح الخدمات الفورية عبر الهاتف، لمستخدمي الحواسيب، سرعة الوصول إلى مجموعة متنوعة من المعلومات والأشكال.
الطـــــــب والبحـــــــــوث
يستخدم الأطباء الأجهزة والماكينات الإلكترونية لتشخيص الاضطرابات ومعالجتها، فعلى سبيل المثال، تستخدم أجهزة الأشعة السينية الإشعاع الناتج عن نوع خاص من الصمامات الإلكترونية المفرغة، لأخذ صور للعظام والأجهزة الداخلية. ويحلل الأطباء هذه الصور للكشف عن الجروح والأمراض.
في المعالجة الإشعاعية
أو ما يعرف باسم المداواة بالأشعة، تستخدم الأشعة السينية وأشكال الإشعاع الأخرى،سلاحًا قويًا ضد السرطان. ويعتمد الكثيرون من ضعاف السمع على المعينات السمعية الإلكترونية لتضخيم (تقوية) الموجات الصوتية.
وتمنح الحواسيب والأجهزة الإلكترونية الأخرى العلماء والباحثين فهمًا أوضح للطبيعة.فعلى سبيل المثال، تساعد الحواسيب العلماء على تصميم جزيئات أدوية جديدة، وتتبع النظم الجوية، واختبار النظريات التي تصف كيفية تكوُّن المجرات. وتستطيع المجاهر الإلكترونية تكبير العينات إلى مليون ضعف.
نظام التحكم في المرور الجوي.
الأتمتــــــــــــة
يحسن التحكم الإلكتروني عمل عدد من المعدات المنزلية العادية، مثل الثلاجات وماكينات الخياطة والمحامص والغسالات، حيث يستطيع الناس برمجة أجهزة صنع القهوة ومرشات المروج وغيرها من المنتجات، لتبدأ العمل وتفرغ منه أوتوماتيًا. وتتحكم النبائط الإلكترونية في ألعاب الفيديو. وتسخن أفران المايكرويف الطعام بسرعة باختراقها بموجات راديوية قصيرة، ينتجها صمام مفرغ.
وتستخدم الصناعات الحواسيب لضبط الماكينات الأخرى. وتؤدي الروبوتات الإلكترونية مهام متنوعة، قد تكون صعبة على الإنسان، أو مملة له، أو تشكل خطرًا على حياته. فعلى سبيل المثال، تستخدم الروبوتات في طلاء السيارات برش المادة الطلائية، التي تكون سامة للإنسان عند استنشاقه.
وتعتمد الرحلات الجوية والبحرية، ورحلات الفضاء، على التوجيه بالرادار والراديووالحواسيب. وتحتوي معظم السيارات على حواكم إلكترونية في محركاتها ونظم وقودها. وتتحكم النبائط الإلكترونية أيضًا في انتفاخ الأكياس الهوائية، وهي نبائط سلامة تنتفخ لحماية سائق السيارة، أو الشخص الجالس في المقعد الأمامي، في حالة وقوع تصادم بالرأس.
مركز التحكم لمركبات الفضاء التي يقودها ملاَّحون.
كيف يعمل النظام الإلكتروني
يهدف هذا الجزء من المقالة إلى تأسيس قاعدة لفهم الإلكترونيات، بوصف كيفية عمل جهاز شائع الاستخدام، وهو الحاسب الإلكتروني اليدوي (الآلة الحاسبة). يشتمل الحاسب الإلكتروني على لوحة مفاتيح صغيرة تحمل مفاتيح الأرقام والعمليات، وشاشة عرض توضح النتائج. وتحصل معظم الحاسبات على القدرة من بطارية صغيرة أو لوحة خلايا شمسية.
وتحت لوحة المفاتيح توجد دوائر صغيرة لتشغيل الحاسب. والدائرة مجموعة من الأجزاء المترابطة يسري خلالها تيار كهربائي. ويحدث الضغط على المفتاح نبضًا من شحنة كهربائية يمثل الرقم أو العملية، أو ما يسمى الإشارة. وتنتقل الإشارات عبر أسلاك إلى الدوائر.
ولكل دائرة وظيفة. فبعض الدوائر تخزن الإشارات مؤقتًا، في انتظار تعليمات أخرى. وتغير دوائر أخرى الإشارات حسب التعليمات. فعلى سبيل المثال، قد تضرب دائرة ما رقمين، كل منهما في الآخر. وأخيرًا ترسل دوائر معينة الإشارات التي تضيء أو تظلل مناطق معينة في شاشة العرض لتوضيح نتيجة العملية الحسابية.
يمكن تقسيم عمليات الحاسب الآلي، مثل معظم النظم الإلكترونية، إلى ثلاثة مراحل
1- مرحلة الدخل، وفيها تدخل المعلومات إلى النظام في شكل إشارات
2- مرحلة المعالجة، وفيها تعالج الإشارات بطريقة أو أخرى
3- مرحلة الخرج، وفيها تغير الإشارات المعالجة إلى شكل يفهمه المستخدم. وتستخدم النظم أنواعًا مختلفة من نبائط الدخل والخرج التي تنتج الإشارات أو تستجيب لها.
فعلى سبيل المثال، يتطلب البث الإذاعي أو التلفازي نبائط مثل الميكروفونات والمجاهير. ومنذ لحظة مغادرتها لنبيطة الدخل وحتى وصولها إلى نبيطة الخرج، تمر الإشارات بعدد من التغييرات التي تحدثها المكوِّنات الإلكترونية العاملة داخل الدوائر.
الدوائـــــــــر الإلكترونيــــــة
في أي نبيطة إلكترونية تحدد دائرة معينة مسار التيار الكهربائي الذي يشغل النبيطة. وللحاسب الآلي دائرة معقدة، تتكون معظم أجزائها من دوائر أصغر، تؤدي وظائف معينة. ولا تعمل كل الدوائر بالضرورة في الوقت نفسه. فهناك مكوِّنات معينة تؤدي وظيفة "المفاتيح" الإلكترونية، التي تعمل على تشغيل الدوائر وإيقافها حسب الحاجة. وتؤدي المفاتيح هذه الوظيفة بالتحكم في التيار المار عبر الدائرة. فعندما يسمح المفتاح بمرور التيار تصبح الدائرة في حالة عمل، وعندما يوقف المفتاح التيار تتوقف الدائرة بدورها عن العمل.
كيف تعمل الدائرة الإلكترونية
لفهم كيفية عمل الدائرة الإلكترونية نحتاج إلى بعض المعلومات المرتبطة بالذرات. فلكل ذرة إلكترون واحد أو أكثر، يحمل كل منها شحنة كهربائية سالبة. وتحتوي الذرات أيضًا على بروتونات، وهي جسيمات يحمل كل منها شحنة كهربائية موجبة. والشحنات المختلفة تتجاذب، ولكن الشحنات المتشابهة تتنافر (يتباعد بعضها عن بعض). وينبني تشغيل الدائرة على مبدأ التجاذب بين الشحنات المختلفة.
يكوِّن سريان الإلكترونات في اتجاه واحد، في الوقت نفسه، تيارًا كهربائيًا. والفولتية، والتي تسمى أيضًا القوة الدافعة الكهربائية، هي الضغط (أو القوة) الذي يدفع الإلكترونات . والفولتية في الدوائر الكهربائية هي التجاذب الكهربائي الذي يسببه اختلاف الشحنات بين نقطتين في الدائرة، ويوفرها مصدر قدرة كهربائية، حيث تأتي الفولتية السالبة من أحد جانبي مصدر القدرة، بينما تأتي الفولتية الموجبة من الطرف الآخر. وتستخدم البطاريات عادة مصادر قدرة، ولكن النظم التي توصل بمأخذ التيار الكهربائي تتلقى القدرة من محطة قدرة تجارية.
وتسري الإلكترونات من طرف الفولتية السالبة لدائرة إلى طرف الفولتية الموجبة، حيث تولد هذه الحركة الإكترونية تيارًا كهربائيًا. ولكن العلماء اعتادوا اعتبار أن سريان التيار الكهربائي يكون من الموجب إلى السالب. فحتى أواخر القرن التاسع عشر الميلادي ظل العلماء يعتقدون خطأ أن التيار الكهربائي يسري في ذلك الاتجاه.
وتصنع الأسلاك، وأجزاء معينة أخرى من الدوائر، من مواد تسمى الموصلات، ذات قدرة على حمل التيار الكهربائي. وفي كل ذرة من ذرات الموصلات، والتي تشتمل على الفلزات، إلكترون واحد أو أكثر يمكنه التحرك من ذرة إلى أخرى، وتسمى هذه الإلكترونات الإلكترونات الحرة أو حاملات الشحنة. وتحتوي الدوائر أيضًا على عوازل ، وهي مواد توقف التيار، لأنها لاتحتوي على حاملات شحنة متحركة.
وأثناء حركتها عبر الموصل تتصادم الإلكترونات مع ذرات المادة. ويعوق كل تصادم سريان الإلكترونات، ويسبب فقدانها لبعض الطاقة في شكل حرارة. وتسمى إعاقة التيار الكهربائي، والتي تغير الطاقة الكهربائية إلى حرارة، المقاومة.
وقد يحطم تراكم الحرارة الدائرة. ويستخدم الحاسب الإلكتروني كمية قليلة جدًا من التيار الكهربائي، ولذا فإن خطر التسخين المفرط غير وارد. ولكن بعض الحواسيب تولد كمية كبيرة جدًا من الحرارة، مما يستدعي تبريد دوائرها بانتظام. ويأتي الأزيز الصادر عن الحاسوب الشخصي المكتبي من مروحة صغيرة وظيفتها تبريد النظام.
باحث في معمل إلكترونيات يقوم بارتداء ملابس خاصة مصممة لكي تساعد في حماية الرقاقات الدقيقة من السليكون التي يجري اختبارها. ويمكن أن تتسبب ذرة، واحدة من الغبار في إتلاف الرقاقات.
أنواع الدوائر الإلكترونية
ينتج المصنعون نوعين من الدوائر الإلكترونية
1- دوائر تقليدية
2- دوائر متكاملة. وتحتوي معظم النبائط الإلكترونية على كلا النوعين.
الدوائر التقليديـــــــة
تتكون من مكوِّنات إلكترونية منفصلة، متصلة بعضها ببعض بأسلاك، ومثبتة على قاعدة. وفي معظم الحالات يثبت المصنعون المكوِّنات إلى لوحة دوائر مطبوعة، وهي قطعة رقيقة من مادة بلاستيكية، أو غيرها، تطبع عليها "الأسلاك" النحاسية بعملية كيميائية، عند صنعها. وفي الحاسب الإلكتروني توصل كل الأجزاء الإلكترونية للدائرة الرئيسية على لوحة دوائر مطبوعة.
الدوائر المتكاملــــــــة
تحتوي على مكوِّنات وموصلات توضع داخل رقاقة وفوقها. والرقاقة قطعة صغيرة من مادة شبه موصلة، تصنع عادة من السليكون.
وشبه الموصل مادة توصل التيار الكهربائي أفضل من العازل، ولكن ليس بمستوى جودة توصيل الموصل. ولا تؤدي الرقاقة وظيفة القاعدة فحسب، ولكنها أيضًا جزء أساسي من الدائرة. ولا يتعدى أحجام معظم الرقاقات حجم ظفر الأصبع. وتكوِّن الدوائر المتكاملة في العادة جزءًا من مكوِّنات الدوائر التقليدية.
ولصنع الدائرة المتكاملة يعد التقني تصميمًا رئيسيًا كبيرًا للدائرة بمساعدة حاسوب. وباستخدام التصوير الضوئي يقلل التصميم الرئيسي إلى حجم مجهري. ويعالج مصنعو الرقائق السليكون، لتغيير خواصه التوصيلية، بإضافة كميات صغيرة من مواد تسمى المحورات، مثل البورون والفوسفور. ![]()
دائرة متكاملة تُستخدم في ساعة إلكترونية. وهي مكبرة بدرجة كبيرة (أعلاه)
وبالحجم الحقيقي (أسفله). تحتوي هذه الدائرة على 1,238 ترانزستور ومكونات لا يمكن أن ترى إلا تحت المجهر. وتمثل المناطق المعالجة المكوِّنات الإلكترونية للرقاقة. وقد تحتوي الرقاقة الواحدة على ملايين الأجزاء المجهرية الموصلة "بخطوط" فلزية رقيقة. وينظم صانعو الرقائق الأجزاء والتوصيلات في أنماط معقدة، ذات طبقات عديدة. وتركب الدوائر المكتملة الصنع داخل أغلفة مثبتة على لوحة دوائر مطبوعة. ولصغر أحجامها، تتفوق الدوائر المتكاملة على الدوائر التقليدية بعدد من الامتيازات. فهي على سبيل المثال، أسرع في عملها، لأن الإشارات تنتقل عبر مسافات قصيرة. وبالإضافة إلى ذلك، تحتاج الدوائر المتكاملة قدرة أقل، وتولد حرارة أقل، وتكلفة تشغيلها أقل، مقارنة بالدوائر التقليدية. والدوائر المتكاملة أيضًا أدق في عملها، لأن التوصيلات المعرضة للفشل فيها قليلة. ولكن التيارات القوية والفولتيات العالية قد تحطم الدوائر المتكاملة، وذلك لصغر أحجامها.
وبإمكان نوع من الدوائر المتكاملة يسمى المعالج الدقيق، أداء كل الوظائف الرياضية، وبعض وظائف الذاكرة، التي تؤديها الحواسيب الكبيرة. وتتحكم المعالجات الدقيقة في العديد من المنتجات، مثل ألعاب الفيديو وأفران المايكروويف والروبوتات وبعض الهواتف. ويؤدي المعالج الدقيق وظيفة "الدماغ" في كل الحواسيب الشخصية. وتحتوي الحواسيب الكبيرة على معالجات دقيقة عديدة، يعمل بعضها مع بعض، في الوقت نفسه.
وفي النبائط الإلكترونية يستخدم نوعان أساسيان من المكوِّنات داخل الدوائر، للتحكم في الإشارات وتحويرها، وهما 1- الصمامات الإلكترونية و2- نبائط حالة الصلابة.
داخل الساعة (أعلى الوسط) تُثَّبت الدائرة المتكاملة خلف مربع صغير من البلاستيك يمكن رؤيته في منتصف الصورة. وتستخدم بلورة بمثابة نبيطة توقيت في الساعة. وتحفظ الدائرة المتكاملة التي تستمد القدرة من بطارية، البلورة في حالة ذبذبة. وهي تقوم بترجمة الذبذبة
الصمامات الإلكترونيـــــــة
تتحكم الصمامات الإلكترونية في سريان الإشارات الكهربائية عبر الغازات أو الفراغات. والصمامات المفرغة هي أكثر أنواع الصمامات الإلكترونية استخدامًا، وهي حاويات زجاجية أو فلزية، أزيل عنها معظم الهواء. وتنتج عناصر فلزية متعددة داخل الصمام أحزمة من الإلكترونات، وتتحكم فيها.
وقد استخدمت الصمامات المفرغة في كل الأجهزة الإلكترونية، في الفترة الممتدة بين عشرينيات وخمسينيات القرن العشرين، ولاتزال أنواع خاصة من هذه الصمامات تستخدم في بعض الأجهزة حتى اليوم. فشاشة جهاز التلفاز، على سبيل المثال، هي النهاية الطرفية لصمام مفرغ كبير يسمى صمام الأشعة الكاثودية. وتنتج أنواع أخرى من الصمامات المفرغة الإشارات الراديوية والرادارية، والأشعة السينية، والموجات الدقيقة. وللمزيد من المعلومات عن الأنواع المختلفة للصمامات المفرغة وكيفية عملها
مكوِّنات حالة الصلابة
تسمى الترانزستورات وبعض المكوِّنات الإلكترونية مكوِّنات حالة الصلابة، وذلك لأن الإشارات تسري عبر شبه موصل صلب بدلاً عن الفراغ. وتستهلك نبائط حالة الصلابة قدرة أقل، وتدوم لفترة أطول، وتحتل مساحة أقل، مقارنة بالصمامات المفرغة. وقد أنتج المهندسون أولى نبائط حالة الصلابة خلال أربعينيات القرن العشرين. ومنذ ذلك التاريخ حلت أشباه الموصلات محل الصمامات المفرغة في معظم الاستخدامات.
وتصنع مكوِّنات حالة الصلابة من السليكون، الذي ينتمي إلى أشباه الموصلات. والسليكون وغيره من أشباه الموصلات مفيدة، لأن العلماء يستطيعون ضبط مقاومتها بدقة، وبالتالي التحكم في سريان التيار عبرها. ولاستخدامها في النبائط الإلكترونية يجب أن تشكل أشباه الموصلات تركيبًا بلوريًا. وفي هذه البلورات، يزدوج كل إلكترون من الإلكترونات الخارجية لذرة مع إلكترون خارجي آخر لذرة مجاورة لتكوين روابط تسمى الروابط الإلكترونية أو الروابط التساهمية. وتكون الإلكترونات الخارجية في العادة مرتبطة بإحكام بذرات البلورة، وتعمل المادة عازلاً يقاوم سريان الشحنات. ويحور العلماء بلورات السليكون النقية بكميات قليلة جدًا من محورات، لتحسين قدرة
السليكون على توصيل التيار. وهناك نوعان من أشباه الموصلات المحورة: 1- نوع م، ويحتوي على حاملات شحنات موجبة 2- نوع س، ويحتوي على حاملات شحنات سالبة.
ولإنتاج شبه موصل من النوع م يضيف العلماء محورات ذات ذرات محتوية على عدد من الإلكترونات الخارجية يقل عن عدد الإلكترونات الخارجية للسليكون بإلكترون واحد، ومن هذه المحورات الألومنيوم والبورون والإنديوم والجاليوم. وتكوِّن كل ذرة غير نقية فجوة ـ أي منطقة تنعدم فيها الرابطة الإلكترونية ـ في التركيب البلوري. وتؤدي الفجوة وظيفة الشحنة الموجبة، حيث تجذب إليها الإلكترونات من الذرات المجاورة. وهكذا تستطيع الفجوة التنقل من ذرة إلى أخرى.
ولإنتاج شبه موصل من النوع س يضيف العلماء محورات ذات ذرات محتوية على عدد من الإلكترونات الخارجية يزيد عن عدد الإلكترونات الخارجية للسليكون بإلكترون واحد أو أكثر، ومن هذه المحورات الزرنيخ والفوسفور والأنتيمون. وفي درجات الحرارة العادية يكون الإلكترون الإضافي حر الحركة داخل البلورة، ويؤدي وظيفة حامل الشحنة السالبة.
وينتج المصنعون نبائط إلكترونية متنوعة بتكوين توليفات مختلفة من النوع م والنوع س داخل البلورة. ويسمى المكان الذي يلتقي فيه نوعا شبه الموصل الوصلة م س.
ويحدد عدد الوصلات وطريقة ترتيبها، ونوع المحورات وكمياتها، كيفية عمل أي نبيطة.
الثنــــــــــائيــــــــــــات
مكوِّنات إلكترونية تمنع سريان التيار في اتجاه واحد، ولكن ليس الاتجاه الآخر. ويتكون ثنائي شبه الموصل من قطعة من شبه موصل، نوع م، متصلة بقطعة من شبه موصل، نوع س. وللثنائي طرفان (جزءان فلزيان يكوِّنان وصلتين كهربائتين). ويوصل الطرفان نهايتي كل نوع من نوعي شبه الموصل إلى الدائرة. ويمكن بناء الثنائي داخل الدائرة المتكاملة، وقد تكون قطعة متمايزة (منفصلة) في دائرة تقليدية. ويوضع الثنائي المتمايز داخل غلاف واق.
كيف يعمل الثـنـــــــائي
الثنائي نبيطة تسمح بسريان التيار في اتجاه واحد فقط. وينقل التيار بسريان الفجوات والإلكترونات. ويحدد انحياز (اتجاه) الفولتية المطبقة احتمال إيقاف الوصلة م س للتيار، و سماحها بمروره.
ويسمح الانحياز الأمامي بمرور التيار عبر الوصلة. ولتوليد الانحياز الأمامي تطبق البطارية، أو مصدر الفولتية المستخدم، فولتية سالبة على مادة النوع س وفولتية موجبة على مادة النوع م. وتطرد الفولتية السالبة الإلكترونات الحرة في مادة النوع س في اتجاه الوصلة م س. وبنفس الطريقة تطرد الفولتية الموجبة الفجوات في مادة النوع م في اتجاه الوصلة. وتتحرك الإلكترونات عبر الوصلة إلى مادة النوع م. وعند مرور أي إلكترون يضخ مصدر الفولتية إلكترونًا واحدًا إلى مادة النوع س، ويجذب إلكترونًا واحدًا من مادة النوع م، ونتيجة لذلك تسري الإلكترونات عبر الدائرة. ويؤدي الازدياد الطفيف في قوة الفولتية إلى ازدياد كبير في التيار المار عبر الثنائي. ويتوقف سريان الإلكترونات عند إزالة الفولتية.
ويمنع الانحياز العكسي معظم التيار من المرور عبر الوصلة م س، بالرغم من مرور تيار تسرب صغير. ولتوليد الانحياز العكسي يطبق مصدر الفولتية فولتية سالبة على ادة النوع م وفولتية موجبة على مادة النوع س، ونتيجة لذلك تتنافر الفجوات والإلكترونات بعيدًا عن الوصلة. ويؤدي ذلك إلى تكوُّن منطقة خالية من حاملات الشحنات المتحركة على كل من جانبي الوصلة، تعمل عازلاً للتيار.
استخدامات الثنائيات
تستخدم الثنائيات مفاتيح أو مقوِّمات. وبإمكان دوائر المقومات تغيير التيار المتناوب إلى تيار مستمر. والتيار المتناوب يغير اتجاهه عدة مرات في كل ثانية، بينما يسري التيار المستمر في نفس الاتجاه دائمًا. ويتلقى الطرف المتصل بمصدر تيار متناوب فولتية تتغير باستمرار من الموجب إلى السالب أو العكس. وفي حالة إرسال تيار متناوب إلى ثنائي، تمرر النبيطة التيار عندما تكون مادة النوع س ذات فولتية سالبة. وهكذا يسري التيار عبر الثنائي في اتجاه واحد فقط.
تنتج وحدات القدرة التجارية كلها تقريبًا تيارًا متناوبًا. ولكن معظم المعدات الإلكترونية تتطلب تيارًا مستمرًا، ولذا تستخدم النبائط التي تدار بالقدرة التجارية الثنائيات لتقويم التيار. ولا تحتاج النبائط التي تستمد القدرة من البطاريات تقويم التيار، لأن البطاريات تنتج تيارًا مستمرًا.
الثنائي يحتوي على وصلة م س واحدة يمكنها توصيل التيار أو إيقافه حسب انحياز (اتجاه) الفولتية المطبقة على طرفيه. فالثنائي المنحاز أماميًا (إلى اليسار) يوصل التيار لأن حاملات الشحنات تنجذب نحو الوصلة، بينما يوقف الثنائي المنحاز عكسيًا (إلى اليمين) .