Прямое смещение против обратного смещения и их влияние на функциональность диода

 

С того дня, как моя мама удивила меня первым домашним компьютером на Рождество, ну, скажем так, давным-давно, я был заинтригован этой технологией. Как бы то ни было, в то время я был предметом зависти всех компьютерных фанатов, ботаников и учителей в моей школе. Там я был с впечатляющими 64 килобайтами необработанной вычислительной мощности.

Теперь перенесемся в сегодняшний день, и мой ноутбук использует только ОЗУ в 100,000 XNUMX раз больше. Итак, можно с уверенностью сказать, что компьютерные технологии эволюционировали. Однако есть одна вещь, которой нет, - это конкурентоспособность производителей компьютеров.

Бывают случаи, когда выбор одного устройства или метода зависит от потребности или функции. Более того, потребность в той или иной функциональности является преобладающей движущей силой при выборе устройства или процесса в области электроники.

Что такое диодное смещение или смещение?

Прежде чем сравнивать два типа предвзятости, я сначала остановлюсь на их индивидуальных характеристиках. В электронике мы определяем смещение или смещение как метод установления набора токов или напряжений в разных точках электронной схемы для создания надлежащих рабочих условий в электронном компоненте. Хотя это упрощенный вариант ответа, он все же в основе своей верен. Кроме того, под смещением присутствуют два типа смещения: прямое смещение и обратное смещение.

Как я уверен, вы знаете, диод (PN-переход) работает так же, как одностороннее шоссе, поскольку он позволяет току легче протекать в одном направлении, чем в другом. Таким образом, диод обычно проводит ток в одном направлении, а прикладываемое им напряжение следует описанной ориентации прямого смещения. Однако, когда напряжение движется в обратном направлении, мы называем эту ориентацию обратным смещением. Кроме того, при обратном смещении стандартный диод с PN-переходом обычно препятствует или блокирует прохождение тока, почти как электронная версия обратного клапана.

Прямое смещение против обратного смещения

В стандартном диоде прямое смещение происходит, когда напряжение на диоде допускает естественное протекание тока, тогда как обратное смещение означает напряжение на диоде в противоположном направлении.

Однако напряжение, присутствующее на диоде во время обратного смещения, не создает значительного протекания тока. Кроме того, эта конкретная характеристика полезна для преобразования переменного тока (AC) в постоянный ток (DC).

Существует множество других применений этой характеристики, включая управление электронными сигналами.

Знание размещения стабилитронов может создать или разрушить конструкцию.

 

Работа диода

Ранее я дал более упрощенное объяснение работы стандартного диода. Детальный процесс диода может быть несколько сложным для понимания, поскольку он требует понимания квантовой механики. Работа диода связана с потоком отрицательных зарядов (электронов) и положительных зарядов (дырок). С технической точки зрения мы называем полупроводниковый диод p-n-переходом. Pn-переходы также являются важной частью работы фотогальванического элемента.

Как правило, для правильной работы диода требуется еще один важный элемент или процесс, называемый легированием. Вы можете легировать полупроводник материалами, чтобы облегчить избыток легко перемещаемых электронов, что мы называем областью n-типа или отрицательной областью. Кроме того, также можно легировать полупроводник, чтобы способствовать появлению избытка дырок для легкого поглощения этих электронов, и мы называем это p-типом или положительной областью. Более того, положительная и отрицательная области диода также называют его анодом (P) и катодом (N).

В целом, именно различия между двумя материалами и их последующая синергия на чрезвычайно коротких расстояниях (<миллиметра) облегчают работу диодов. Однако функциональность диодов, конечно, возможна только тогда, когда мы объединяем материалы двух типов (P, N). Кроме того, слияние этих двух типов материалов образует то, что мы называем pn переходом. Кроме того, область, которая существует между двумя элементами, называется областью истощения.

Примечание. Имейте в виду, что для правильной работы диода требуется минимальное пороговое напряжение, чтобы преодолеть область истощения. Кроме того, минимальное пороговое напряжение в большинстве случаев для диодов составляет примерно 0.7 вольта. Кроме того, напряжение обратного смещения создает небольшой ток через диод, и это называется током утечки, но обычно им можно пренебречь. Наконец, если вы приложите значительное обратное напряжение, это вызовет полный электронный пробой диода, что позволит току течь в противоположном направлении через диод.

Функциональность и работа диода (продолжение)

В общем, когда диффузия облегчает последующее движение электронов из области n-типа, они начинают заполнять дырки внутри области p-типа. В результате этого действия образуются отрицательные ионы в области p-типа, оставляя после себя положительные ионы в области n-типа. В целом, управляющий контроль этого действия находится в направлении электрического поля. Как вы можете себе представить, это приводит к благоприятному электрическому поведению, зависящему, конечно же, от того, как вы прикладываете напряжение, т. е. от смещения.

Кроме того, что касается стандартного диода с p-n-переходом, существуют три условия смещения и две рабочие области. Возможны следующие три типа условий смещения:

• Прямое смещение: это условие смещения включает подключение положительного потенциала напряжения к материалу P-типа и отрицательного потенциала к материалу N-типа через диод, что уменьшает ширину диода.

• Обратное смещение: Напротив, это условие смещения включает подключение отрицательного потенциала напряжения к материалу P-типа и положительного к материалу N-типа через диод, таким образом увеличивая ширину диода.

• Нулевое смещение: это состояние смещения, при котором на диод не подается внешнее напряжение.

Прямое смещение по сравнению с обратным смещением и их различия

Обратное смещение усиливает потенциальный барьер и препятствует потоку носителей заряда. Напротив, прямое смещение ослабляет потенциальный барьер, позволяя току легче проходить через переход.

При прямом смещении мы подключаем положительный вывод источника напряжения к аноду, а отрицательный вывод — к катоду. Напротив, при обратном смещении мы подключаем положительный вывод источника напряжения к катоду, а отрицательный вывод — к аноду.

• Прямое смещение снижает силу потенциального барьера электрического поля через потенциал, тогда как обратное смещение усиливает потенциальный барьер.

• Прямое смещение имеет анодное напряжение, превышающее катодное напряжение. Напротив, обратное смещение имеет катодное напряжение, которое больше, чем анодное напряжение.

• Прямое смещение имеет значительный прямой ток, а обратное смещение имеет минимальный прямой ток.

• Обедненный слой диода значительно тоньше при прямом смещении и намного толще при обратном смещении.

• Прямое смещение уменьшает сопротивление диода, а обратное смещение увеличивает сопротивление диода.

• Ток течет без усилий при прямом смещении, но обратное смещение не позволяет току течь через диод.

• Уровень тока зависит от прямого напряжения при прямом смещении, однако величина тока минимальна или пренебрежимо мала при обратном смещении.

• При прямом смещении устройство будет работать как проводник, а при обратном смещении - как изолятор.

Планирование схемы на основе потенциалов смещения - признак интеллектуального анализа.

 

Способность диода функционировать как два отдельных, но одинаково эффективных устройства делает его действительно адаптивным компонентом. Влияние смещения на функциональность диода обеспечивает оптимальный контроль над тем, какую функцию диод будет играть в вашей схеме. Использование прямого и обратного смещения дает разработчику схемы оптимальный контроль над функциональностью диода.

К счастью, с набором инструментов проектирования и анализа Cadence, ваши дизайнеры и производственные группы обязательно будут работать вместе над внедрением методов прямого и обратного смещения во всех ваших проектах печатных плат. Allegro PCB Designer - это компоновочное решение, которое вы так долго искали, и оно, несомненно, может облегчить реализацию стратегий проектирования с прямым или обратным смещением в ваши текущие и будущие проекты печатных плат. 

Оставить сообщение 

Список сообщений