A dióda előfeszültség azt jelenti, hogy egy feszültség áramot hordoz vagy blokkol. A feszültség méretének és irányának megváltoztatásával a dióda előre vezethető, fordított blokkolás vagy lerobbanás esetén is működhet. Ez a cikk bemutatja a kimerülési területet, az előtérd- és exponenciális áramot, a vissza szivárgást és lerobbanást, valamint információkat ad ezekről az áramköralkalmazásokról.
Dióda torzítás áttekintése
A dióda előfeszültség leírása szerint egy feszültségforrást alkalmaznak egy diódára, hogy beállítsák annak működési állapotát. Egy polaritással a dióda áramot vezet (előreti elnyomás). Ellentétes polaritással a dióda blokkolja az áramot (fordított előhajtás), és csak egy kis szivárgás áram marad. Az eltorlás határozza meg, hogy a dióda úgy viselkedik-e, mint egy zárt áramú út vagy nyitott út.
Kimerülési régió és elfogultság hatása
A dióda a P-típusú és N-típusú félvezető régiók összekapcsolásával alakul ki. A PN csatlakozásnál az elektronok és lyukak rekombinálódnak a határ közelében, így egy zónát hagyva hátra, ahol nagyon kevés mobil hordozó. Ez a zóna a kimerülési régió, amely egy akadályt hoz létre, amely ellenáll az áramáramlásnak. Főbb pontok:
• A kimerülési régióban szinte nincs ingyenes töltési hordozó
• A fogyózó területen lévő gát szabályozza, hogyan folyhat az áram
• A kimerülési terület szélessége előre vagy hátrafelé változik
Előretolás a dióda elhajlításában és az áramáramlásban
Előremenő előfeszültség esetén a dióda úgy van csatlakoztatva, hogy a P-oldal feszültsége magasabb legyen, mint az N-oldal. Ez a töltéshordozókat a PN csatlakozás felé tolja, és a kimerülési területet vékonyabbá teszi. Amikor a gátár elég kicsi lesz, az áram könnyen áthaladhat a diódán. Ebben az állapotban a dióda vezet.
| Állapot | Leírás |
|---|---|
| Külső feszültség | P-oldal pozitívhoz, N-oldal negatívhoz |
| Kimerülési régió | A szélesség csökkent |
| Jelenlegi | Könnyen áramlik, és viszonylag magas |
| Dióda viselkedés | Vezető állapot (áram halad át) |
Előretoló feszültségküszöb dióda elnyomásában
Az előre elhajlított dióda nagyon kevés áramot vezet, amíg a bejutott feszültség el nem éri a fordulópontot, amit gyakran előre-feszültségnek vagy térdfeszültségnek neveznek. Ezen a hegység alatt az áramlat kicsi marad. Ezen túl az áram gyorsan nő apró feszültségváltozásokkal.
Gyakori előretoló feszültségértékek:
• Szilícium diódák: kb. 0,7 V
• Germánium diódák: kb. 0,3 V
• LED-ek: kb. 1,8–3,3 V
Előre elhajló dióda: Exponenciális áram régió
Amint a dióda túllép a térd régióján, az áram exponenciális mintázatban nő. Egy kis előretológó feszültségnövekedés sokkal nagyobb előáramnövekedést eredményezhet. Sok áramkörben a dióda előretológó feszültsége szűk tartományban marad, miközben az áram jelentősen változik.
| Paraméter | Mit jelent |
|---|---|
| *VF* | Az előretológást a diódán keresztül előreti előterítésben alkalmazzák |
| *HÍ* | Az áram, amely a diódán halad előre |
| Exponenciális régió | Az I–V görbe azon része (a küszöb után), ahol az áram élesen emelkedik a feszültséggel |
Fordított elhajtás: Blokkolási állapot és szivárgás áram
Fordított torzításban a dióda ellentétes irányba van csatlakoztatva a vezető irányával. A kimerülési terület kiszélesedik, és a csatlakozási akadály emelkedik, így a dióda blokkolja a normál áramáramlást. A diódában belül kisebbségi hordozók miatt még mindig létezik egy kis visszafordított áram. Ezt az áramot szivárgás áramnak vagy fordított telítési áramnak nevezik.
Fordított torzítási tulajdonságok
• A kimerülési régió kiszélesedik és blokkolja a hordozó átkelést
• A visszafordított áram nagyon kicsi marad (eszközfüggő)
• A szivárgás nő, ahogy a csomópont hőmérséklete emelkedik.
Fordított lebontás: Zener és Avalanche módok
Fordított torzításban egy dióda általában blokkolja az áramot. Ha a fordított feszültség túl nagyra nő, a dióda eléri a lerobbanós feszültséget. Ekkor a dióda hirtelen nagy áramot vezet, még akkor is, ha még mindig fordítva elhajlik. Ezt az állapotot breakdownnak nevezik, és alapvető része a dióda elfogolásának megértésében magas fordított feszültségeknél.
Breakdown típusok
• Zener széttörés (alacsony feszültség) – Alacsonyabb fordított feszültségeknél fordul elő, gyakori a speciálisan gyártott Zener diódákban.
• Lavina lerobbanás (magasabb feszültség) – Magasabb fordított feszültségeknél fordul elő, amikor a töltéshordók elegendő energiát nyernek ahhoz, hogy más hordozók kiszabaduljanak.
Egyenirányító áramkörök (AC-ből DC-re történő átalakítás)
Egyenirányító áramkörökben a dióda a félciklus alatt vezet, amikor előre előfeszített, és blokkolja az ellenkező félciklusban, amikor fordított előterítésű. Ez az akció egyirányú kimenetet eredményez. Szűrőkondensátor hozzáadása kisimítja a kimeneti feszültséget azáltal, hogy csökkenti a hullámzást. Ahol megjelenik
• Tápegységek és alap egyenáramú tápegységek
• Hídegyenirányítók hálózati áramú berendezésekben
• Polaritásvédelmi útvonalak alacsony feszültségű rendszerekben
LED működés (előre elhajlított fénykibocsátás)
Egy LED fényt bocsát ki, amikor előre elhajlik, és áram folyik át a csatlakozásán. Az előfeszültség a LED anyagtól és színétől függ. A LED-eket áramkorlátozó elemmel hajtják, például ellenállással vagy állandó áramú meghajtóval, hogy megakadályozzák a túlzott áramot. A legjobb, ha a következőket ellenőrizzük:
• A magasabb LED áram növeli a fényerőt az eszköz határaiig
• A sorellenállások egyszerű áramkörökben állítják be az áramot
• A meghajtók szigorúbban szabályozzák az áramot a világítási rendszerekben
Jelészlelés és demoduláció
Dióda segítségével átengedhetjük a jelhullámforma egy részét. Az AM burkoló detektálásakor egy előre elfogolt vezetési út tölti fel a kondenzátort a jelcsúcsokon, és a kondenzátor a csúcsok között egy terhelésellenálláson keresztül kiürül, visszanyerve az alacsonyabb frekvenciájú üzenettartalmat. Kapcsolódó köri szerepek:
• Csúcsérzékelés és clampolás
• Félhullámos jelformálás
• Egyszerű RF észlelési szakaszok
Fordított elfogultságú alkalmazások
Fordított torzítás fotodiódákban
A fotodiódát fordított elfogulásban tartják, így a kimerülési terület széles és készen áll a fényre reagálni. Ez érzékenyebbé teszi a fény apró változásaira.
Fordított torzítás a zener diódákban
A Zener-diódát fordított előfeszültségben használják a lerobbanási feszültség közelében. Ebben az állapotban szinte egyenletesen tartja a feszültséget, és segít szabályozni a betáplálékot.
Fordított torzítás a TVS védelmi diódáiban
A TVS (Transient Voltage Suppression) diódák normál működés közben fordított előelfogatúak maradnak. Amikor hirtelen feszültségkiugrás jelentkezik, fordítva vezetnek és segítenek korlátozni a feszültséget.
Fordított elfogultság az izolációhoz
Egy fordított elfogolt dióda blokkolja a normál áramáramlást. Ez segít elszigetelni az áramkör egyes részeit, és megállítja a nem kívánt áramutakat.
Összegzés
A diód-elfogulás összekapcsolja a PN csatlakozást a valós áramkör viselkedésével. Előrefeszült terület vékonyra válik, eléri a térdfeszültséget, és az áram gyorsan emelkedik, így az egyenirányítók, LED-ek és jel- vagy logikai szakaszok táplálják. Fordított előítéletben a régió kiszélesedik, az áram kicsi marad a lebontásodni, lehetővé téve a fotodiódákat, a Zener vezérlést, a TVS védelmet és az elszigetelést.
Gyakran Ismételt Kérdések [GYIK]
Hogyan befolyásolja a hőmérséklet a dióda torzítását?
A magasabb hőmérséklet csökkenti az előretolt feszültségesést és növeli a fordított szivárgás áramot.
Mi az a fordított helyreállítási idő egy diódában?
A visszafordított helyreállítási idő az a késleltetés, amely a dióda tárolási töltése miatt vált előre-visszahajtás után.
Hogyan befolyásolják a diódaértékelések az elfogultsági feltételeket?
Az előhajtás feszültségének és áramának a dióda maximális előretoló- és maximális visszafelé irányuló feszültsége alatt kell maradnia a károsodás elkerülése érdekében.
Mi az a dinamikus ellenállás egy előre elhajló diódában?
A dinamikus ellenállás az adott működési ponton egy kis előretológó feszültségváltozás és az előre áram kis változása aránya.
Mi történik, ha egy dióda túlterhelt a torzításban?
Túl nagy elő- vagy visszafeszültség túlmelegíti a csatlakozást, növeli a szivárgást, és tartós meghibásodást okozhat.
