Forward Bias vs. Reverse Bias og deres effekter på diodefunktionalitet

 

Siden den dag, min mor overraskede mig med den første hjemmecomputer til jul tilbage i, ja, lad os bare sige for lang tid siden, har jeg været fascineret af teknologien. I hvert fald, på det tidspunkt var jeg misundt af alle andre nørder, nørder og lærere på min skole. Der var jeg med en imponerende 64, vent på det, kilobytes af rå processorkraft.

Spol nu frem til i dag, og min bærbare computer bruger 100,000 gange så meget i RAM alene. Så det er sikkert at sige, at computerteknologien har udviklet sig. Der er dog én ting, der ikke har, og det er computerproducenternes konkurrenceevne.

Der er tidspunkter, hvor et valg af én enhed eller metode handler om et behov eller en funktion. Desuden er behovet for en bestemt funktionalitet den overvejende drivkraft, når man vælger en enhed eller proces inden for elektronik.

Hvad er Diode Bias eller Biasing?

Før vi sammenligner de to typer bias, vil jeg først diskutere deres individuelle karakteristika. I elektronik definerer vi bias eller biasing som en metode til at etablere et sæt strømme eller spændinger på forskellige punkter i et elektronisk kredsløb for at etablere korrekte driftsforhold inden for en elektronisk komponent. Selvom dette er en forenklet version af svaret, er det stadig grundlæggende korrekt. Ydermere, med biasing, ligger de to typer af bias, fremad bias og omvendt bias.

Som jeg er sikker på, du er klar over, fungerer en diode (PN-kryds) meget som en ensrettet motorvej, da den tillader strømmen lettere i den ene retning end den anden. Sammenfattende leder en diode typisk strøm i én retning, og den spænding, de anvender, følger en beskrevet fremadrettet retning. Men når spændingen bevæger sig i den modsatte retning, refererer vi til denne orientering som omvendt bias. Også, når den er i omvendt bias, vil en standard PN-forbindelsesdiode typisk hæmme eller blokere strømstrømmen, næsten som en elektronisk version af en kontraventil.

Forward bias vs. Reverse Bias

I en standarddiode opstår fremadgående forspænding, når spændingen over en diode tillader det naturlige flow af strøm, hvorimod omvendt forspænding angiver en spænding over dioden i den modsatte retning.

Spændingen, der er til stede over en diode under omvendt forspænding, producerer imidlertid ikke nogen signifikant strøm af strøm. Desuden er denne særlige egenskab gavnlig til at ændre vekselstrøm (AC) til jævnstrøm (DC).

Der er en række andre anvendelser for denne egenskab, herunder elektronisk signalstyring.

Viden om placering af Zenerdioder kan skabe eller ødelægge et design.

 

Betjening af en diode

Tidligere gav jeg en mere forenklet forklaring på standard diodedrift. Den detaljerede proces af en diode kan være noget udfordrende at forstå, da den involverer en forståelse af kvantemekanik. Diodedrift vedrører strømmen af ​​negative ladninger (elektroner) og positive ladninger (huller). Teknologisk set refererer vi til en halvlederdiode som en pn-forbindelse. Pn-forbindelser er også en væsentlig del af en solcelledrift.

Generelt kræver den korrekte drift af en diode et andet væsentligt element eller proces kaldet doping. Du kan dope en halvleder med materialer for at lette et overskud af let forskudte elektroner, som vi refererer til som en n-type eller negativ region. Ydermere er det også muligt at dope en halvleder for at fremme et overskud af huller for nemt også at absorbere disse elektroner, og vi refererer til dette som p-typen eller den positive region. Desuden kaldes de positive og negative områder af dioden også dens anode (P) og katode (N).

Samlet set er det varianserne mellem de to materialer og deres efterfølgende synergi over ekstremt korte afstande (< millimeter), der letter diodedrift. Imidlertid er diodefunktionalitet kun mulig, selvfølgelig, når vi fusionerer de to typer (P, N) af materialer. Sammenlægningen af ​​disse to typer materialer danner også det, vi kalder et pn-kryds. Ydermere kaldes området, der eksisterer mellem de to elementer, udtømningsregionen.

Bemærk: Husk, at for korrekt funktionalitet kræver en diode en minimumstærskelspænding for at overvinde udtømningsområdet. Desuden er minimumstærskelspændingen i de fleste tilfælde for dioder ca. 0.7 volt. Også den omvendte forspænding vil producere en lille mængde strøm gennem dioden, og det kaldes lækstrøm, men typisk er den ubetydelig. Til sidst, hvis du anvender en betydelig omvendt spænding, vil det forårsage en omfattende elektronisk nedbrydning af dioden, og dermed tillade strømmen at flyde i den modsatte retning gennem dioden.

Diodefunktionalitet og drift fortsat

Generelt, når diffusion letter den efterfølgende bevægelse af elektroner fra n-type-området, begynder de at fylde hullerne i p-type-området. Resultatet af denne handling danner negative ioner inden for p-type-området og efterlader således positive ioner i n-type-området. Overordnet set ligger den styrende kontrol af denne handling i retning af det elektriske felt. Som du måske forestiller dig, resulterer dette i en fordelagtig elektrisk adfærd, naturligvis afhængig af, hvordan du anvender spændingen, dvs. forspænding.

Med hensyn til en standard pn junction diode er der desuden tre forspændingsbetingelser og to driftsområder. De tre mulige typer af biasing-betingelser er som følger:

• Forward Bias: Denne bias-tilstand inkorporerer tilslutningen af ​​et positivt spændingspotentiale til P-type-materialet og en negativ til N-type-materialet over dioden, hvilket reducerer diodens bredde.

• Omvendt bias: I modsætning hertil involverer denne forspændingstilstand forbindelsen af ​​et negativt spændingspotentiale til P-type-materialet og en positiv til N-type-materialet over dioden, hvilket øger diodens bredde.

• Zero Bias: Dette er en bias-tilstand, hvor der ikke er noget eksternt spændingspotentiale påført dioden.

Forward biasing versus reverse biasing og deres varianser

En omvendt bias forstærker den potentielle barriere og hæmmer strømmen af ​​ladningsbærere. I modsætning hertil svækker en fremadgående forspænding den potentielle barriere, hvilket gør det muligt for strømmen at flyde lettere hen over krydset.

Mens vi er i fremadrettet forspænding, forbinder vi den positive terminal af spændingsforsyningen til anoden og den negative terminal til katoden. I modsætning hertil, mens vi er i omvendt bias, forbinder vi den positive terminal af spændingsforsyningen til katoden og den negative terminal til anoden.

• En fremadrettet bias reducerer styrken af ​​den potentielle barriere af det elektriske felt over potentialet, hvorimod en omvendt bias styrker den potentielle barriere.

• En fremadgående bias har en anodespænding, der er større end katodespændingen. I modsætning hertil har en omvendt bias en katodespænding, der er større end anodespændingen.

• En fremadgående forspænding har en væsentlig fremadgående strøm, mens en omvendt forspænding har en minimal fremadgående strøm.

• Udtømningslaget af en diode er væsentligt tyndere, mens den er i fremadgående forspænding og meget tykkere, når den er i omvendt forspænding.

• Forward bias reducerer en diodes modstand, og omvendt bias øger en diodes modstand.

• Strømmen flyder ubesværet, mens den er i fremadgående forspænding, men omvendt forspænding tillader ikke strøm at strømme gennem dioden.

• Strømmens niveau afhænger af fremadspændingen, mens den er i forspænding, men mængden af ​​strøm er minimal eller ubetydelig i omvendt forspænding.

• Ved fremadgående forspænding vil en enhed fungere som en leder og som en isolator, hvis den er i omvendt forspænding.

At planlægge dit kredsløb baseret på bias potentialer er kendetegnet ved smart analyse.

 

En diodes evne til at fungere som to separate, men lige effektive enheder gør den til en virkelig adaptiv komponent. Virkningerne af biasing på en diodes funktionalitet giver optimal kontrol over, hvilken funktion en diode vil spille i dit kredsløbsdesign. Brugen af ​​forlæns og baglæns forspænding giver en kredsløbsdesigner optimal kontrol over en diodes funktionalitet.

Heldigvis vil du med Cadence's suite af design- og analyseværktøjer være sikker på, at dine designere og produktionsteam arbejder sammen om at implementere brugen af ​​fremadgående og omvendt biasing-teknikker i alle dine PCB-designs. Allegro PCB Designer er layoutløsningen, du har ledt efter, og den kan uden tvivl lette implementeringen af ​​fremadrettede eller omvendte forspændende designstrategier i dine nuværende og fremtidige PCB-designs. 

Læg en besked 

Message List