Előfeszítés és fordított előfeszítés és ezek hatása a dióda működésére

 

Attól a naptól kezdve, hogy anyám meglepett az első otthoni számítógéppel karácsonyra, nos, mondjuk nagyon régen, felkeltette az érdeklődésem a technológia. Különben is, akkoriban irigyeltem az iskolám minden stréber, nerd és tanártársát. Ott voltam egy lenyűgöző 64-gyel, várj rá, kilobájt nyers feldolgozási teljesítménnyel.

Gyorsan előre a mai napra, és a laptopom 100,000 XNUMX-szer annyi RAM-ot használ csak el. Tehát nyugodtan kijelenthetjük, hogy a számítástechnika fejlődött. Van azonban egy dolog, ami nem, ez pedig a számítógépgyártók versenyképessége.

Vannak esetek, amikor egy eszköz vagy módszer választása valamilyen szükségletről vagy funkcióról szól. Ezen túlmenően, az elektronika területén egy adott funkcionalitás iránti igény a döntő hajtóerő az eszköz vagy folyamat kiválasztásakor.

Mi az a dióda előfeszítés vagy előfeszítés?

Mielőtt összehasonlítanánk a kétféle torzítást, először az egyéni jellemzőiket tárgyalom. Az elektronikában az előfeszítést vagy előfeszítést úgy definiáljuk, mint egy olyan módszert, amellyel áram- vagy feszültségkészletet hozunk létre az elektronikus áramkör különböző pontjain, hogy megfelelő működési feltételeket hozzunk létre az elektronikus alkatrészen belül. Bár ez a válasz egyszerűsített változata, alapvetően mégis helyes. Ezen túlmenően, az előfeszítésnél a kétféle előfeszítés, az előre és a fordított előfeszítés létezik.

Biztos vagyok benne, hogy Ön is tisztában van vele, hogy a dióda (PN csomópont) úgy működik, mint egy egyirányú autópálya, mivel könnyebben engedi az áramot az egyik irányba, mint a másik irányba. Összefoglalva, a dióda általában egy irányba vezeti az áramot, és az általuk alkalmazott feszültség a leírt előrefeszítési irányt követi. Ha azonban a feszültség fordított irányban mozog, ezt az orientációt fordított előfeszítésnek nevezzük. Ezenkívül fordított előfeszítés esetén a szabványos PN átmenet dióda általában gátolja vagy blokkolja az áram áramlását, majdnem úgy, mint egy visszacsapó szelep elektronikus változata.

Előrefeszítés vs. Fordított előfeszítés

Egy szabványos diódában az előrefeszítés akkor fordul elő, ha a diódán lévő feszültség lehetővé teszi az áram természetes áramlását, míg a fordított előfeszítés a diódán az ellenkező irányú feszültséget jelöli.

A fordított előfeszítés során a diódán lévő feszültség azonban nem eredményez jelentős áramáramlást. Ezen túlmenően ez a sajátos jellemző előnyös a váltakozó áram (AC) egyenárammá (DC) történő átalakításához.

Ennek a jellemzőnek számos más felhasználási területe is van, beleértve az elektronikus jelvezérlést is.

A Zener dióda elhelyezési ismeretek elkészíthetik vagy megtörhetik a tervezést.

 

A dióda működése

Korábban egyszerűbb magyarázatot adtam a szabványos dióda működésére. A dióda részletes folyamatának megértése kissé nehézkes lehet, mivel magában foglalja a kvantummechanika megértését. A dióda működése a negatív töltések (elektronok) és a pozitív töltések (lyukak) áramlására vonatkozik. Technológiai szempontból a félvezető diódát pn átmenetnek nevezzük. A Pn átmenetek a fotovoltaikus cellák működésének is lényeges részét képezik.

Általánosságban elmondható, hogy a dióda megfelelő működéséhez egy másik lényeges elemre vagy eljárásra van szükség, amelyet adalékolásnak neveznek. A félvezetőket anyagokkal adalékolhatja, hogy megkönnyítse a könnyen eltolható elektronok feleslegét, amelyeket n-típusú vagy negatív tartománynak nevezünk. Ezen túlmenően lehetséges egy félvezető adalékolása is, hogy elősegítse a lyukak feleslegét, hogy ezeket az elektronokat is könnyen elnyelje, és ezt p-típusú vagy pozitív tartománynak nevezzük. Ezenkívül a dióda pozitív és negatív tartományait anódjának (P) és katódjának (N) is nevezik.

Összességében a két anyag közötti eltérések és az azt követő szinergiák rendkívül rövid távolságokon (< milliméter) teszik lehetővé a dióda működését. A dióda funkcionalitás azonban csak akkor lehetséges, ha a kétféle (P, N) anyagot egyesítjük. Ezen kívül ennek a kétféle anyagnak az összeolvadása alkotja az úgynevezett pn-átmenetet. Továbbá a két elem közötti területet kimerülési régiónak nevezzük.

Megjegyzés: Ne feledje, hogy a megfelelő működés érdekében a diódának minimális küszöbfeszültségre van szüksége ahhoz, hogy túllépje a kimerülési tartományt. Ezenkívül a legtöbb esetben a diódák minimális küszöbfeszültsége körülbelül 0.7 volt. Ezenkívül a fordított előfeszítő feszültség kis mennyiségű áramot termel a diódán keresztül, és ezt szivárgási áramnak nevezik, de általában elhanyagolható. Végül, ha jelentős fordított feszültséget alkalmaz, az a dióda átfogó elektronikus meghibásodását okozza, így lehetővé teszi az áram ellentétes irányú áramlását a diódán keresztül.

A dióda működése és működése folytatás

Általában, amikor a diffúzió megkönnyíti az elektronok későbbi mozgását az n-típusú régióból, akkor elkezdik kitölteni a p-típusú régión belüli lyukakat. Ennek eredményeképpen a p-típusú régióban negatív ionok képződnek, így az n-típusú régióban pozitív ionok maradnak hátra. Összességében ennek a műveletnek a vezérlése az elektromos tér irányában történik. Elképzelhető, hogy ez előnyös elektromos viselkedést eredményez, természetesen attól függően, hogy hogyan alkalmazza a feszültséget, azaz az előfeszítést.

Ezen túlmenően egy szabványos pn átmenet diódának három előfeszítési feltétele és két működési tartománya van. A torzítási feltételek három lehetséges típusa a következő:

• Forward Bias: Ez az előfeszítési feltétel magában foglalja a pozitív feszültségpotenciál csatlakoztatását a P-típusú anyaghoz és egy negatív feszültséget az N-típusú anyaghoz a diódán keresztül, ezáltal csökkentve a dióda szélességét.

• Fordított előfeszítés: Ezzel szemben ez az előfeszítési feltétel magában foglalja a negatív feszültségpotenciál csatlakoztatását a P-típusú anyaghoz, és egy pozitív feszültséget az N-típusú anyaghoz a diódán keresztül, így növelve a dióda szélességét.

• Nulla előfeszítés: Ez egy előfeszítési állapot, amelyben nincs külső feszültségpotenciál a diódára.

Forward Biasing versus Reverse Biasing és eltéréseik

A fordított torzítás megerősíti a potenciálgátat és akadályozza a töltéshordozók áramlását. Ezzel szemben az előre irányú előfeszítés gyengíti a potenciálgát, így lehetővé teszi az áram könnyebb átfolyását a csomóponton.

Előfeszítés közben a feszültségellátás pozitív pólusát az anódra, a negatív pólust a katódra kötjük. Ezzel szemben fordított előfeszítés esetén a feszültségellátás pozitív pólusát a katódra, a negatív pólusát pedig az anódra kötjük.

• Az előretolt előfeszítés csökkenti az elektromos tér potenciálgátjának erősségét a potenciálon, míg a fordított előfeszítés erősíti a potenciálgátot.

• Az előfeszítés anódfeszültsége nagyobb, mint a katódfeszültség. Ezzel szemben a fordított előfeszítés katódfeszültsége nagyobb, mint az anódfeszültség.

• Az előre előfeszítésnek jelentős előremenő árama van, míg a fordított előfeszítésnek minimális az előremenő árama.

• A dióda kimerítő rétege lényegesen vékonyabb előrefeszített állapotban, és sokkal vastagabb fordított előfeszítés esetén.

• Az előre irányú előfeszítés csökkenti a dióda ellenállását, a fordított előfeszítés pedig növeli a dióda ellenállását.

• Előfeszítés közben az áram könnyedén folyik, de a fordított előfeszítés nem engedi, hogy az áram átfolyjon a diódán.

• Az áramerősség mértéke az előremenő feszültségtől függ előrefelé előfeszítés esetén, de fordított előfeszítésnél az áram mennyisége minimális vagy elhanyagolható.

• Előfeszítés esetén az eszköz vezetőként és szigetelőként fog működni, ha fordított előfeszítésben van.

Az áramkör megtervezése az előfeszítési potenciálok alapján az intelligens elemzés jele.

 

A dióda azon képessége, hogy két különálló, de egyformán hatékony eszközként működjön, valóban adaptív komponenssé teszi. Az előfeszítés hatása a dióda működésére optimális szabályozást biztosít arra vonatkozóan, hogy a dióda milyen funkciót fog játszani az áramkör kialakításában. Az előre és fordított előfeszítés alkalmazása optimális vezérlést biztosít az áramkör-tervező számára a dióda működése felett.

Szerencsére a Cadence tervező- és elemzőeszköz-készletével biztos lehet benne, hogy a tervezők és a gyártási csapatok együtt dolgoznak az előre és fordított előfeszítési technikák alkalmazásán az összes nyomtatott áramköri tervben. Az Allegro PCB Designer az az elrendezési megoldás, amelyet keresett, és vitathatatlanul megkönnyítheti az előre vagy fordított előfeszítési tervezési stratégiák megvalósítását a jelenlegi és jövőbeli PCB-terveiben. 

Hagyjon üzenetet 

Üzenetlista