Forward Bias vs Reverse Bias og deres effekter på diodefunksjonalitet

 

Siden dagen min mor overrasket meg med den første hjemmedatamaskinen til jul tilbake i, vel, la oss bare si for lenge siden, har jeg vært fascinert av teknologien. Uansett, på den tiden var jeg misunnelig på alle andre nerder, nerder og lærere på skolen min. Der var jeg med en imponerende 64, vent på det, kilobyte med rå prosessorkraft.

Nå, spol frem til i dag, og den bærbare datamaskinen min bruker 100,000 XNUMX ganger så mye i RAM alene. Så det er trygt å si at datateknologien har utviklet seg. Det er imidlertid én ting som ikke har gjort det, og det er konkurranseevnen til datamaskinprodusentene.

Det er tider når et valg av én enhet eller metode handler om et behov eller en funksjon. Dessuten er behovet for en bestemt funksjonalitet den dominerende drivkraften ved valg av enhet eller prosess innen elektronikk.

Hva er Diode Bias eller Biasing?

Før vi sammenligner de to typene skjevheter, vil jeg først diskutere deres individuelle egenskaper. I elektronikk definerer vi skjevhet eller forspenning som en metode for å etablere et sett med strømmer eller spenninger på forskjellige punkter i en elektronisk krets for å etablere riktige driftsforhold i en elektronisk komponent. Selv om dette er en forenklet versjon av svaret, er det fortsatt grunnleggende riktig. Videre, med skjevhet, ligger de to typene forspenning, foroverforspenning og omvendt skjevhet.

Som jeg er sikker på at du er klar over, fungerer en diode (PN-kryss) omtrent som en enveis motorvei siden den tillater flyt av strøm lettere i den ene retningen enn den andre. Oppsummert leder en diode typisk strøm i én retning, og spenningen de påfører følger en beskrevet foroverforspenningsorientering. Men når spenningen beveger seg i motsatt retning, refererer vi til denne orienteringen som omvendt bias. Når den er i revers bias, vil en standard PN-kryssdiode typisk hemme eller blokkere strømstrømmen, nesten som en elektronisk versjon av en tilbakeslagsventil.

Forward bias vs. Reverse bias

I en standard diode oppstår forspenning når spenningen over en diode tillater den naturlige flyten av strøm, mens omvendt forspenning angir en spenning over dioden i motsatt retning.

Spenningen som er tilstede over en diode under omvendt forspenning produserer imidlertid ingen betydelig strømstrøm. Videre er denne spesielle egenskapen gunstig for å endre vekselstrøm (AC) til likestrøm (DC).

Det finnes en rekke andre bruksområder for denne egenskapen, inkludert elektronisk signalkontroll.

Kunnskap om plassering av Zenerdioder kan lage eller ødelegge et design.

 

Driften av en diode

Tidligere ga jeg en mer forenklet forklaring på standard diodedrift. Den detaljerte prosessen med en diode kan være litt utfordrende å forstå siden den involverer en forståelse av kvantemekanikk. Diodedrift angår strømmen av negative ladninger (elektroner) og positive ladninger (hull). Teknologisk sett refererer vi til en halvlederdiode som et pn-kryss. Pn-kryss er også en viktig del av en fotovoltaisk celledrift.

Generelt krever riktig drift av en diode et annet viktig element eller prosess kalt doping. Du kan dope en halvleder med materialer for å lette et overskudd av lett fortrengte elektroner, som vi refererer til som en n-type eller negativ region. Videre er det også mulig å dope en halvleder for å fremme et overskudd av hull for lett å absorbere disse elektronene også, og vi refererer til dette som p-typen eller den positive regionen. Dessuten kalles de positive og negative områdene til dioden også dens anode (P) og katode (N).

Totalt sett er det variansene mellom de to materialene og deres påfølgende synergi over ekstremt korte avstander (< millimeter) som letter diodedrift. Imidlertid er diodefunksjonalitet bare mulig, selvfølgelig, når vi slår sammen de to typene (P, N) materialer. Sammenslåingen av disse to materialene danner også det vi kaller et pn-kryss. Videre kalles området som eksisterer mellom de to elementene utarmingsregionen.

Merk: Husk at for riktig funksjonalitet krever en diode en minimumsterskelspenning for å overvinne utarmingsområdet. Videre er minste terskelspenning i de fleste tilfeller for dioder omtrent 0.7 volt. Omvendt forspenning vil også produsere en liten mengde strøm gjennom dioden, og den kalles lekkasjestrøm, men vanligvis er den ubetydelig. Til slutt, hvis du bruker en betydelig reversspenning, vil det føre til en omfattende elektronisk sammenbrudd av dioden, og dermed la strømmen flyte i motsatt retning gjennom dioden.

Diodefunksjonalitet og drift fortsetter

Generelt, når diffusjon letter den påfølgende bevegelsen av elektroner fra n-type-området, begynner de å fylle hullene i p-type-området. Resultatet av denne handlingen danner negative ioner innenfor p-type-regionen, og etterlater dermed positive ioner i n-type-regionen. Totalt sett ligger den styrende kontrollen av denne handlingen i retning av det elektriske feltet. Som du kanskje forestiller deg, resulterer dette i fordelaktig elektrisk oppførsel, selvfølgelig avhengig av hvordan du bruker spenningen, dvs. forspenning.

Videre, med hensyn til en standard pn-kryssdiode, er det tre forspenningsbetingelser og to driftsområder. De tre mulige typene skjevhetsbetingelser er som følger:

• Forward Bias: Denne forspenningstilstanden inkorporerer koblingen av et positivt spenningspotensial til P-type-materialet og en negativ til N-type-materialet over dioden, og reduserer dermed bredden på dioden.

• Omvendt skjevhet: I motsetning til dette involverer denne forspenningstilstanden tilkobling av et negativt spenningspotensial til materialet av P-typen og et positivt til materialet av N-typen over dioden, og øker dermed bredden på dioden.

• Zero Bias: Dette er en bias-tilstand der det ikke er noe eksternt spenningspotensial påført dioden.

Forward biasing versus reverse biasing og deres varianser

En omvendt skjevhet forsterker den potensielle barrieren og hindrer flyten av ladningsbærere. I motsetning til dette svekker en forspenning fremover den potensielle barrieren, og lar strømmen flyte lettere over krysset.

Mens vi er i forspenning, kobler vi den positive terminalen til spenningsforsyningen til anoden og den negative terminalen til katoden. I motsetning til dette, mens vi er i omvendt forspenning, kobler vi den positive terminalen til spenningsforsyningen til katoden, og den negative terminalen til anoden.

• En foroverforspenning reduserer styrken til den potensielle barrieren til det elektriske feltet over potensialet, mens en omvendt skjevhet styrker den potensielle barrieren.

• En forspenning har en anodespenning som er større enn katodespenningen. I motsetning til dette har en omvendt forspenning en katodespenning som er større enn anodespenningen.

• En foroverforspenning har en betydelig foroverstrøm, mens en forspenning bakover har en minimal foroverstrøm.

• Uttømmingslaget til en diode er vesentlig tynnere mens den er i foroverforspenning og mye tykkere når den er i omvendt forspenning.

• Forward bias reduserer en diodes motstand, og revers bias øker en diodes motstand.

• Strømmen flyter uanstrengt mens den er i forspenning, men omvendt forspenning tillater ikke strøm å flyte gjennom dioden.

• Nivået på strømmen avhenger av foroverspenningen mens den er i forspenning, men mengden strøm er minimal eller ubetydelig i omvendt forspenning.

• Ved forspenning fremover vil en enhet fungere som en leder og som en isolator hvis den er i omvendt forspenning.

Å planlegge kretsen din basert på skjevhetspotensialer er kjennetegnet på smart analyse.

 

En diodes evne til å fungere som to separate, men like effektive enheter, gjør den til en genuint adaptiv komponent. Effektene av forspenning på en diodes funksjonalitet gir optimal kontroll over hvilken funksjon en diode vil spille i kretsdesignet ditt. Bruken av forover- og bakoverforspenning gir en kretsdesigner optimal kontroll over en diodes funksjonalitet.

Heldigvis, med Cadences pakke med design- og analyseverktøy, vil du være sikker på at designere og produksjonsteam jobber sammen for å implementere bruken av forover- og bakoverforspenningsteknikker i alle dine PCB-design. Allegro PCB Designer er layoutløsningen du har lett etter, og den kan utvilsomt lette implementeringen av forover- eller bakoverforspennende designstrategier i dine nåværende og fremtidige PCB-design. 

Legg igjen en beskjed 

Meldingsliste