Forward Bias vs. Reverse Bias ja niiden vaikutukset diodin toimivuuteen

 

Siitä päivästä lähtien, jolloin äitini yllätti minut ensimmäisellä kotitietokoneella joululahjaksi, no, sanotaanpa kauan sitten, olen ollut kiinnostunut tekniikasta. Joka tapauksessa, olin tuolloin kateellinen kaikille kouluni nörttikollegoille, nörttimiehille ja opettajille. Siellä minulla oli vaikuttava 64, odota sitä, kilotavua raakaa prosessointitehoa.

Nyt kelataan eteenpäin nykypäivään, ja kannettavani käyttää 100,000 XNUMX kertaa enemmän pelkästään RAM-muistia. Joten voidaan turvallisesti sanoa, että tietotekniikka on kehittynyt. On kuitenkin yksi asia, jota ei ole, ja se on tietokonevalmistajien kilpailukyky.

Joskus yhden laitteen tai menetelmän valinta liittyy tarpeeseen tai toimintoon. Lisäksi tietyn toiminnallisuuden tarve on hallitseva voima elektroniikka-alan laitetta tai prosessia valittaessa.

Mikä on diodibias tai biasointi?

Ennen kuin vertaamme näitä kahta harhatyyppiä, keskustelen ensin niiden yksilöllisistä ominaisuuksista. Elektroniikassa määrittelemme biasoinnin menetelmäksi muodostaa virtojen tai jännitteiden joukko elektroniikkapiirin eri kohtiin oikeanlaisten toimintaolosuhteiden luomiseksi elektroniikkakomponentissa. Vaikka tämä on yksinkertaistettu versio vastauksesta, se on silti pohjimmiltaan oikea. Lisäksi biasoinnin yhteydessä on kaksi biasointityyppiä, eteenpäin suuntautuva bias ja käänteinen bias.

Kuten olen varma, että tiedät, diodi (PN-risteys) toimii paljon kuin yksisuuntainen moottoritie, koska se sallii virran kulkemisen yhteen suuntaan helpommin kuin toiseen. Yhteenvetona voidaan todeta, että diodi johtaa tyypillisesti virtaa yhteen suuntaan ja niiden käyttämä jännite noudattaa kuvattua myötäsuuntaista biasointisuuntaa. Kuitenkin, kun jännite liikkuu päinvastaiseen suuntaan, kutsumme tätä suuntausta käänteiseksi biasiksi. Myös käänteisessä biasissa tavallinen PN-liitosdiodi tyypillisesti estää tai estää virran kulkua, melkein kuin takaiskuventtiilin elektroninen versio.

Eteenpäin bias vs. käänteinen bias

Vakiodiodissa myötäsuuntainen biasointi tapahtuu, kun diodin yli oleva jännite sallii virran luonnollisen virran, kun taas käänteinen biasointi tarkoittaa jännitettä diodin yli vastakkaiseen suuntaan.

Käänteisen esijännityksen aikana diodissa oleva jännite ei kuitenkaan tuota merkittävää virtaa. Lisäksi tämä ominaisuus on hyödyllinen vaihtovirran (AC) muuttamisessa tasavirraksi (DC).

Tälle ominaisuudelle on monia muita käyttötarkoituksia, mukaan lukien elektroninen signaalinohjaus.

Zener-diodien sijoitustieto voi tehdä tai rikkoa suunnittelun.

 

Diodin toiminta

Aiemmin annoin yksinkertaisemman selityksen standardidiodin toiminnasta. Diodin yksityiskohtainen prosessi voi olla hieman haastavaa ymmärtää, koska se sisältää kvanttimekaniikan ymmärtämisen. Dioditoiminta koskee negatiivisten varausten (elektronien) ja positiivisten varausten (reiät) virtausta. Teknologisesti puhuttaessa puolijohdediodista puhutaan pn-liitoksena. Pn-liitokset ovat myös olennainen osa aurinkokennojen toimintaa.

Yleensä diodin asianmukainen toiminta vaatii toisen olennaisen elementin tai prosessin, jota kutsutaan dopingiksi. Voit seostaa puolijohteen materiaaleilla helpottaaksesi helposti siirtyvien elektronien ylimäärää, joita kutsumme n-tyypin tai negatiiviseksi alueeksi. Lisäksi on myös mahdollista dopata puolijohde, joka edistää ylimäärää reikiä, jotta myös ne elektronit imeytyvät helposti, ja me kutsumme tätä p-tyyppiseksi tai positiiviseksi alueeksi. Lisäksi diodin positiivisia ja negatiivisia alueita kutsutaan myös sen anodiksi (P) ja katodiks (N).

Kaiken kaikkiaan näiden kahden materiaalin väliset varianssit ja niiden synergia erittäin lyhyillä etäisyyksillä (< millimetri) helpottavat diodin toimintaa. Dioditoiminnallisuus on kuitenkin mahdollista vain, kun yhdistämme kaksi materiaalityyppiä (P, N). Lisäksi näiden kahden materiaalityypin yhdistäminen muodostaa pn-liitoksen. Lisäksi kahden elementin välissä olevaa aluetta kutsutaan tyhjennysalueeksi.

Huomautus: Muista, että oikean toiminnan varmistamiseksi diodi vaatii vähimmäiskynnysjännitteen ylittääkseen ehtymisalueen. Lisäksi diodien minimikynnysjännite useimmissa tapauksissa on noin 0.7 volttia. Myös käänteinen esijännite tuottaa pienen määrän virtaa diodin läpi, ja sitä kutsutaan vuotovirraksi, mutta tyypillisesti se on mitätön. Lopuksi, jos käytät merkittävää käänteistä jännitettä, se aiheuttaa diodin kattavan elektronisen hajoamisen, jolloin virta pääsee kulkemaan vastakkaiseen suuntaan diodin läpi.

Diodin toiminta ja toiminta jatkuu

Yleensä, kun diffuusio helpottaa elektronien myöhempää liikkumista n-tyypin alueelta, ne alkavat täyttää reikiä p-tyypin alueella. Tämän toiminnan tulos muodostaa negatiivisia ioneja p-tyypin alueelle, jättäen siten jälkeensä positiivisia ioneja n-tyypin alueelle. Kaiken kaikkiaan tämän toiminnan ohjaava ohjaus on sähkökentän suunnassa. Kuten saatat kuvitella, tämä johtaa hyödylliseen sähköiseen käyttäytymiseen riippuen tietysti siitä, kuinka käytät jännitettä, eli esijännitystä.

Lisäksi, mitä tulee tavalliseen pn-liitosdiodiin, on kolme esijännitettä ja kaksi toiminta-aluetta. Kolme mahdollista painotusehtotyyppiä ovat seuraavat:

• Myötäsuuntainen bias: Tämä esijännitetila sisältää positiivisen jännitepotentiaalin kytkemisen P-tyypin materiaaliin ja negatiivisen N-tyypin materiaaliin kytkemisen diodin poikki, mikä pienentää diodin leveyttä.

• Käänteinen bias: Sitä vastoin tämä esijännitystila sisältää negatiivisen jännitepotentiaalin kytkemisen P-tyypin materiaaliin ja positiivisen jännitepotentiaalin kytkemisen N-tyypin materiaaliin diodin poikki, mikä lisää diodin leveyttä.

• Zero Bias: Tämä on esijännitetila, jossa diodille ei ole kytketty ulkoista jännitepotentiaalia.

Eteenpäin painottaminen vs. käänteinen painottaminen ja niiden vaihtelut

Käänteinen bias vahvistaa potentiaalisulkua ja estää varauksenkuljettajien virtauksen. Sitä vastoin eteenpäin suuntautuva bias heikentää potentiaalisulkua, mikä mahdollistaa virran kulkemisen helpommin risteyksen poikki.

Myötäjännityksen aikana kytkemme jännitteensyötön positiivisen navan anodiin ja negatiivisen navan katodiin. Sitä vastoin käänteisessä biasissa kytkemme jännitelähteen positiivisen navan katodiin ja negatiivisen navan anodiin.

• Eteenpäin suuntautuva bias vähentää sähkökentän potentiaaliesteen voimakkuutta potentiaalin poikki, kun taas käänteinen esijännite vahvistaa potentiaaliestettä.

• Myötäsuuntaisella biasilla on anodijännite, joka on suurempi kuin katodijännite. Sitä vastoin käänteisellä biasilla on katodijännite, joka on suurempi kuin anodin jännite.

• Myötäsuuntaisella biasilla on merkittävä myötävirta, kun taas käänteisellä biasilla on minimaalinen myötävirta.

• Diodin tyhjennyskerros on olennaisesti ohuempi eteenpäin esijännitteessä ja paljon paksumpi käänteisessä biasissa.

• Eteenpäin bias vähentää diodin vastusta ja käänteinen esijännite lisää diodin vastusta.

• Virta kulkee vaivattomasti eteenpäin esijännitteessä, mutta käänteinen bias ei salli virran kulkea diodin läpi.

• Virran taso riippuu myötäjännitteestä myötäsuuntaisessa biasissa, mutta virran määrä on minimaalinen tai merkityksetön käänteisessä biasissa.

• Myötäsuuntaisessa biasissa laite toimii johtimena ja eristimenä, jos se on käänteisessä biasissa.

Piirin suunnittelu bias-potentiaalien perusteella on älykkään analyysin merkki.

 

Diodin kyky toimia kahtena erillisenä, mutta yhtä tehokkaana laitteena tekee siitä aidosti mukautuvan komponentin. Biasoinnin vaikutukset diodin toimivuuteen tarjoavat optimaalisen hallinnan diodin toiminnoille piirisuunnittelussasi. Myötäsuuntaisen ja käänteisen biasoinnin käyttö antaa piirisuunnittelijalle optimaalisen hallinnan diodin toimivuuteen.

Onneksi Cadencen suunnittelu- ja analyysityökalujen avulla voit olla varma, että suunnittelijat ja tuotantotiimit työskentelevät yhdessä myötä- ja käänteispainotustekniikoiden käyttöönottamiseksi kaikissa piirilevysuunnitelmissasi. Allegro PCB Designer on etsimäsi asetteluratkaisu, ja se voi kiistatta helpottaa eteenpäin- tai taaksepäin suuntautuvien suunnittelustrategioiden toteuttamista nykyisissä ja tulevissa piirilevysuunnitelmissasi. 

Jätä viesti 

viestiluettelo