Προκατάληψη έναντι αντίστροφης προκατάληψης και οι επιπτώσεις τους στη λειτουργικότητα της διόδου

 

Από τη μέρα που η μητέρα μου με ξάφνιασε με τον πρώτο υπολογιστή στο σπίτι για τα Χριστούγεννα ξανά, καλά, ας πούμε πριν από πολύ καιρό, με έχει ιντριγκάρει η τεχνολογία. Τέλος πάντων, εκείνη την εποχή, ζήλευα κάθε συνάδελφος geek, σπασίκλας και δάσκαλος στο σχολείο μου. Εκεί ήμουν με ένα εντυπωσιακό 64, περίμενε το, κιλομπάιτ ακατέργαστης επεξεργαστικής ισχύος.

Τώρα, γρήγορα προς τα εμπρός μέχρι σήμερα, και ο φορητός υπολογιστής μου χρησιμοποιεί 100,000 φορές αυτό το ποσό μόνο στη μνήμη RAM. Έτσι, είναι ασφαλές να πούμε ότι η τεχνολογία των υπολογιστών έχει εξελιχθεί. Ωστόσο, υπάρχει ένα πράγμα που δεν έχει και αυτό είναι η ανταγωνιστικότητα των κατασκευαστών ηλεκτρονικών υπολογιστών.

Υπάρχουν φορές που η επιλογή μιας συσκευής ή μιας μεθόδου αφορά μια ανάγκη ή λειτουργία. Επιπλέον, η ανάγκη για μια συγκεκριμένη λειτουργικότητα είναι η κυρίαρχη κινητήρια δύναμη κατά την επιλογή μιας συσκευής ή μιας διαδικασίας στον τομέα των ηλεκτρονικών.

Τι είναι το Diode Bias ή Biasing;

Πριν συγκρίνουμε τους δύο τύπους μεροληψίας, πρώτα, θα συζητήσω τα μεμονωμένα χαρακτηριστικά τους. Στα ηλεκτρονικά, ορίζουμε την προκατάληψη ή την πόλωση ως μια μέθοδο καθορισμού ενός συνόλου ρευμάτων ή τάσεων σε διαφορετικά σημεία ενός ηλεκτρονικού κυκλώματος για τη δημιουργία κατάλληλων συνθηκών λειτουργίας μέσα σε ένα ηλεκτρονικό εξάρτημα. Αν και αυτή είναι μια απλοποιημένη εκδοχή της απάντησης, εξακολουθεί να είναι θεμελιωδώς σωστή. Επιπλέον, με την πόλωση, υπάρχουν οι δύο τύποι πόλωσης, η προκατάληψη προς τα εμπρός και η αντίστροφη πόλωση.

Όπως είμαι βέβαιος ότι γνωρίζετε, μια δίοδος (διασταύρωση PN) λειτουργεί σαν ένας μονόδρομος αυτοκινητόδρομος, καθώς επιτρέπει τη ροή του ρεύματος πιο εύκολα προς τη μία κατεύθυνση από την άλλη. Συνοπτικά, μια δίοδος συνήθως μεταφέρει ρεύμα προς μια κατεύθυνση και η τάση που εφαρμόζει ακολουθεί έναν περιγραφόμενο προσανατολισμό προς τα εμπρός. Ωστόσο, όταν η τάση κινείται προς την αντίστροφη κατεύθυνση, αναφερόμαστε σε αυτόν τον προσανατολισμό ως αντίστροφη πόλωση. Επίσης, όταν βρίσκεται σε αντίστροφη πόλωση, μια τυπική δίοδος σύνδεσης PN θα αναστέλλει ή θα μπλοκάρει συνήθως τη ροή του ρεύματος, σχεδόν όπως μια ηλεκτρονική έκδοση μιας βαλβίδας αντεπιστροφής.

Προκατάληψη προς τα εμπρός έναντι αντίστροφης προκατάληψης

Σε μια τυπική δίοδο, η πόλωση προς τα εμπρός συμβαίνει όταν η τάση σε μια δίοδο επιτρέπει τη φυσική ροή του ρεύματος, ενώ η αντίστροφη πόλωση υποδηλώνει μια τάση κατά μήκος της διόδου προς την αντίθετη κατεύθυνση.

Ωστόσο, η τάση που υπάρχει σε μια δίοδο κατά τη διάρκεια της αντίστροφης πόλωσης δεν παράγει σημαντική ροή ρεύματος. Επιπλέον, αυτό το συγκεκριμένο χαρακτηριστικό είναι ευεργετικό για την αλλαγή εναλλασσόμενου ρεύματος (AC) σε συνεχές ρεύμα (DC).

Υπάρχουν διάφορες άλλες χρήσεις για αυτό το χαρακτηριστικό, συμπεριλαμβανομένου του ηλεκτρονικού ελέγχου σήματος.

Η γνώση τοποθέτησης διόδων Zener μπορεί να δημιουργήσει ή να χαλάσει ένα σχέδιο.

 

Λειτουργία Διόδου

Νωρίτερα, παρείχα μια πιο απλοποιημένη εξήγηση της τυπικής λειτουργίας διόδου. Η λεπτομερής διαδικασία μιας διόδου μπορεί να είναι κάπως δύσκολη στην κατανόηση, καθώς περιλαμβάνει την κατανόηση της κβαντικής μηχανικής. Η λειτουργία διόδου αφορά τη ροή αρνητικών φορτίων (ηλεκτρόνια) και θετικών φορτίων (οπές). Από τεχνολογική άποψη, αναφερόμαστε σε μια δίοδο ημιαγωγών ως διασταύρωση pn. Οι κόμβοι Pn αποτελούν επίσης ουσιαστικό μέρος μιας λειτουργίας φωτοβολταϊκών κυψελών.

Γενικά, η σωστή λειτουργία μιας διόδου απαιτεί ένα άλλο βασικό στοιχείο ή διαδικασία που ονομάζεται ντόπινγκ. Μπορείτε να εμποτίσετε έναν ημιαγωγό με υλικά για να διευκολύνετε την περίσσεια ηλεκτρονίων που μετατοπίζονται εύκολα, τα οποία αναφέρουμε ως περιοχή τύπου n ή αρνητική περιοχή. Επιπλέον, είναι επίσης δυνατό να εμποτιστεί ένας ημιαγωγός για να προωθήσει μια περίσσεια οπών για να απορροφήσει εύκολα και αυτά τα ηλεκτρόνια, και αναφερόμαστε σε αυτό ως περιοχή τύπου p ή θετική περιοχή. Επιπλέον, οι θετικές και αρνητικές περιοχές της διόδου ονομάζονται επίσης άνοδος (P) και κάθοδος (N).

Συνολικά, οι αποκλίσεις μεταξύ των δύο υλικών και η επακόλουθη συνέργεια τους σε εξαιρετικά μικρές αποστάσεις (< χιλιοστά) είναι που διευκολύνουν τη λειτουργία της διόδου. Ωστόσο, η λειτουργικότητα της διόδου είναι δυνατή μόνο, φυσικά, όταν συγχωνεύσουμε τους δύο τύπους (P, N) υλικών. Επίσης, η συγχώνευση αυτών των δύο τύπων υλικών σχηματίζει αυτό που ονομάζουμε διασταύρωση pn. Επιπλέον, η περιοχή που υπάρχει μεταξύ των δύο στοιχείων ονομάζεται περιοχή εξάντλησης.

Σημείωση: Λάβετε υπόψη ότι για σωστή λειτουργία, μια δίοδος απαιτεί μια ελάχιστη οριακή τάση για να ξεπεράσει την περιοχή εξάντλησης. Επιπλέον, η ελάχιστη οριακή τάση στις περισσότερες περιπτώσεις για τις διόδους είναι περίπου 0.7 βολτ. Επίσης, η τάση αντίστροφης πόλωσης θα παράγει μια μικρή ποσότητα ρεύματος μέσω της διόδου και ονομάζεται ρεύμα διαρροής, αλλά συνήθως είναι αμελητέα. Τέλος, εάν εφαρμόσετε σημαντική αντίστροφη τάση, θα προκαλέσει μια ολοκληρωμένη ηλεκτρονική βλάβη της διόδου, επιτρέποντας έτσι στο ρεύμα να ρέει προς την αντίθετη κατεύθυνση μέσω της διόδου.

Συνεχίζεται η λειτουργία και η λειτουργία της διόδου

Γενικά, όταν η διάχυση διευκολύνει την επακόλουθη κίνηση των ηλεκτρονίων από την περιοχή τύπου n, αρχίζουν να γεμίζουν τις οπές εντός της περιοχής τύπου p. Το αποτέλεσμα αυτής της δράσης σχηματίζει αρνητικά ιόντα εντός της περιοχής τύπου p, αφήνοντας έτσι πίσω θετικά ιόντα στην περιοχή τύπου n. Συνολικά, ο κυβερνητικός έλεγχος αυτής της δράσης βρίσκεται στην κατεύθυνση του ηλεκτρικού πεδίου. Όπως μπορείτε να φανταστείτε, αυτό έχει ως αποτέλεσμα ευεργετική ηλεκτρική συμπεριφορά ανάλογα, φυσικά, με τον τρόπο που εφαρμόζετε την τάση, δηλ. πόλωσης.

Επιπλέον, όσον αφορά μια τυπική δίοδο σύνδεσης pn, υπάρχουν τρεις συνθήκες πόλωσης και δύο περιοχές λειτουργίας. Οι τρεις πιθανοί τύποι συνθηκών πόλωσης είναι οι εξής:

• Μπροστινή πόλωση: Αυτή η συνθήκη πόλωσης ενσωματώνει τη σύνδεση ενός θετικού δυναμικού τάσης στο υλικό τύπου P και ενός αρνητικού στο υλικό τύπου Ν κατά μήκος της διόδου, μειώνοντας έτσι το πλάτος της διόδου.

• Reverse Bias: Αντίθετα, αυτή η συνθήκη πόλωσης περιλαμβάνει τη σύνδεση ενός αρνητικού δυναμικού τάσης στο υλικό τύπου P και ενός θετικού στο υλικό τύπου N κατά μήκος της διόδου, αυξάνοντας έτσι το πλάτος της διόδου.

• Μηδενική πόλωση: Αυτή είναι μια κατάσταση πόλωσης στην οποία δεν υπάρχει εξωτερικό δυναμικό τάσης που εφαρμόζεται στη δίοδο.

Προώθηση πόλωσης έναντι αντίστροφης πόλωσης και οι διακυμάνσεις τους

Μια αντίστροφη προκατάληψη ενισχύει το φραγμό δυναμικού και εμποδίζει τη ροή των φορέων φορτίου. Αντίθετα, μια προκατάληψη προς τα εμπρός αποδυναμώνει το φράγμα του δυναμικού, επιτρέποντας έτσι το ρεύμα να ρέει πιο εύκολα κατά μήκος της διασταύρωσης.

Κατά την πόλωση προς τα εμπρός, συνδέουμε τον θετικό ακροδέκτη της τροφοδοσίας τάσης στην άνοδο και τον αρνητικό ακροδέκτη στην κάθοδο. Αντίθετα, ενώ σε αντίστροφη πόλωση, συνδέουμε τον θετικό ακροδέκτη της παροχής τάσης στην κάθοδο και τον αρνητικό ακροδέκτη στην άνοδο.

• Μια προκατάληψη προς τα εμπρός μειώνει την ισχύ του φραγμού δυναμικού του ηλεκτρικού πεδίου κατά μήκος του δυναμικού, ενώ μια αντίστροφη πόλωση ενισχύει το φράγμα δυναμικού.

• Μια πόλωση προς τα εμπρός έχει μια τάση ανόδου που είναι μεγαλύτερη από την τάση της καθόδου. Αντίθετα, μια αντίστροφη πόλωση έχει μια τάση καθόδου που είναι μεγαλύτερη από την τάση της ανόδου.

• Μια πόλωση προς τα εμπρός έχει ένα ουσιαστικό προς τα εμπρός ρεύμα, ενώ μια αντίστροφη πόλωση έχει ένα ελάχιστο ρεύμα προς τα εμπρός.

• Το στρώμα εξάντλησης μιας διόδου είναι ουσιαστικά λεπτότερο όταν βρίσκεται σε πόλωση προς τα εμπρός και πολύ πιο παχύ όταν βρίσκεται σε αντίστροφη πόλωση.

• Η μπροστινή πόλωση μειώνει την αντίσταση μιας διόδου και η αντίστροφη πόλωση αυξάνει την αντίσταση μιας διόδου.

• Το ρεύμα ρέει αβίαστα ενώ βρίσκεται σε πόλωση προς τα εμπρός, αλλά η αντίστροφη πόλωση δεν επιτρέπει στο ρεύμα να ρέει μέσα από τη δίοδο.

• Το επίπεδο του ρεύματος εξαρτάται από την τάση προς τα εμπρός ενώ βρίσκεται σε μπροστινή πόλωση, ωστόσο, η ποσότητα του ρεύματος είναι ελάχιστη ή αμελητέα σε αντίστροφη πόλωση.

• Στην μπροστινή πόλωση, μια συσκευή θα λειτουργεί ως αγωγός και ως μονωτής εάν βρίσκεται σε αντίστροφη πόλωση.

Ο σχεδιασμός του κυκλώματος σας με βάση τις δυνατότητες μεροληψίας είναι το χαρακτηριστικό της έξυπνης ανάλυσης.

 

Η ικανότητα μιας διόδου να λειτουργεί ως δύο ξεχωριστές, αλλά εξίσου αποτελεσματικές συσκευές την καθιστά ένα πραγματικά προσαρμοστικό εξάρτημα. Τα αποτελέσματα της πόλωσης στη λειτουργικότητα μιας διόδου παρέχουν βέλτιστο έλεγχο σχετικά με τη λειτουργία που θα παίξει μια δίοδος στο σχεδιασμό του κυκλώματος σας. Η χρήση της πόλωσης προς τα εμπρός και προς τα πίσω δίνει στον σχεδιαστή κυκλώματος τον βέλτιστο έλεγχο της λειτουργικότητας μιας διόδου.

Ευτυχώς, με τη σειρά εργαλείων σχεδιασμού και ανάλυσης του Cadence, θα είστε βέβαιοι ότι θα έχετε τους σχεδιαστές και τις ομάδες παραγωγής σας να συνεργάζονται για την εφαρμογή της χρήσης τεχνικών πόλωσης προς τα εμπρός και προς τα πίσω σε όλα τα σχέδια PCB σας. Το Allegro PCB Designer είναι η λύση διάταξης που αναζητούσατε και μπορεί αναμφισβήτητα να διευκολύνει την εφαρμογή στρατηγικών σχεδιασμού μπροστινής ή αντίστροφης πόλωσης στα τρέχοντα και μελλοντικά σας σχέδια PCB. 

Αφήστε μήνυμα 

Λίστα μηνυμάτων