Dioodi eelpinge on viis, kuidas pinge paneb dioodi kas voolu kandma või blokeerima. Pinge suurust ja suunda muutes saab diood töötada ettejuhtivuses, tagurpidi blokeerimises või purunemises. See artikkel selgitab tühjenemispiirkonda, eesmist põlve- ja eksponentsiaalvoolu, pöördlekke ja riket ning annab teavet nende skeemide rakenduste kohta.
Dioodi kallutamise ülevaade
Dioodi eelpingetamine kirjeldab, kuidas dioodile rakendatakse pingeallikat, et määrata selle tööseisund. Ühe polaarsuse korral juhib diood voolu (edasine nihe). Vastupidise polaarsuse korral blokeerib diood voolu (pöördpinge) ja alles jääb vaid väike lekkevool. Eelpinge määrab, kas diood käitub nagu suletud voolutee või nagu avatud tee.
Tühjenemispiirkond ja kallutatuse efekt
Diood moodustub, ühendades P-tüüpi ja N-tüüpi pooljuhtpiirkonnad. PN-ühenduses ühinevad elektronid ja augud piiri lähedal, jättes tsooni, kus mobiilseid kandjaid on väga vähe. See tsoon on ammendumispiirkond ja loob barjääri, mis takistab vooluvoolu. Peamised punktid:
• Ammendumispiirkonnas on peaaegu puuduvad tasuta tasu kandjad
• Ammendumispiirkonnas olev barjäär kontrollib, kuidas vool saab voolata
• Ammendumispiirkonna laius muutub ette- või tagasikaldega
Edasine nihe dioodi nihketamises ja vooluvoolus
Edasise eelpinge korral on diood ühendatud nii, et P-pool on kõrgema pingega kui N-pool. See surub laengukandjad PN-ühenduse suunas ja muudab tühjenemispiirkonna õhemaks. Kui barjäär muutub piisavalt väikeseks, saab vool dioodi kaudu hõlpsasti voolata. Sellises olukorras juhib diood.
| Seisund | Kirjeldus |
|---|---|
| Väline pinge | P-pool ühendatud positiivsega, N-pool negatiivsega |
| Tühjendamise piirkond | Laius on vähendatud |
| Praegune | Voolab kergesti ja on suhteliselt kõrge |
| Dioodi käitumine | Juhtiv olek (vool läbib) |
Edasisuunaline pingelävi dioodi eelpingetes
Ettepoole pingestatud diood juhib väga vähe voolu, kuni rakendatud pinge jõuab pöördepunktini, mida sageli nimetatakse edasi- või põlvepingeks. Selle vahemiku all on hoovus väike. Pärast seda suureneb vool kiiresti väikeste pingemuutustega.
Levinud edasisuuna pinge väärtused:
• Räni dioodid: umbes 0,7 V
• germaaniumdioodid: umbes 0,3 V
• LED-id: umbes 1,8–3,3 V
Ettepoole kallutatud diood: eksponentsiaalne voolupiirkond
Kui diood liigub põlve piirkonnast kaugemale, kasvab vool eksponentsiaalses mustris. Väike edasisuunalise pinge tõus võib põhjustada palju suurema edasisuunalise voolu suurenemise. Paljudes ahelates jääb dioodi edasi pinge kitsasse vahemikku, samal ajal kui vool varieerub suuresti.
| Parameeter | Mida see tähendab |
|---|---|
| *VF* | Edasi suunatud pinge rakendatakse dioodi ulatuses ettepoole nihkega |
| *KUI* | Vool, mis voolab läbi dioodi edasisuunas |
| Eksponentsiaalne piirkond | I–V kõvera osa (pärast läveväärtust), kus vool tõuseb järsult koos pingega |
Pööratud eelpinge: blokeerimisseisund ja lekkevool
Pöördpinge korral on diood ühendatud vastassuunas oma juhtiva suuna suhtes. Tühjenemispiirkond laieneb ja ühendusbarjäär tõuseb, nii et diood blokeerib normaalse vooluvoolu. Väike pöördvool eksisteerib endiselt, kuna dioodis on vähemuskandjad. Seda voolu nimetatakse lekkevooluks või pöördküllastusvooluks.
Pööratud kallutatuse tunnused
• Tühjenemispiirkond laieneb ja blokeerib kandjate ületust
• Pöördvool jääb väga väikeseks (seadmest sõltuv)
• Lekkimine suureneb, kui ühenduse temperatuur tõuseb
Tagurpidi jaotus: Zener ja Avalanche režiimid
Pöördpinge korral blokeerib diood tavaliselt voolu. Kui pöördpinge muutub liiga suureks, jõuab diood oma purunemispingeni. Sel hetkel hakkab diood äkitselt juhtima suurt voolu, kuigi see on endiselt vastupidise kallutamisega. Seda olekut nimetatakse lagunemiseks ning see on põhiline osa dioodi eelpinge mõistmisest kõrgete pöördpingete korral.
Jaotuse tüübid
• Zeneri purunemine (madalpinge) – Esineb madalamatel pöördpingetel, mis on tavaline spetsiaalselt valmistatud Zeneri dioodides.
• Laviini purunemine (kõrgem pinge) – Toimub kõrgematel pöördpingetel, kui laengukandjad saavad piisavalt energiat, et teised kandjad vabastada.
Alaldiskeemid (vahelduvvoolust alalisvooluks teisendamine)
Alaldi ahelates juhib diood pooltsükli ajal, kui ta on ettepoole pingeline, ja blokeerib vastaspooltsükli ajal, kui see on vastupidise pingega. See tegevus tekitab ühesuunalise väljundi. Filtri kondensaatori lisamine silub väljundpinget, vähendades lainetust. Kus see ilmub
• Toiteadapterid ja põhilised alalisvoolu toiteallikad
• Silla alaldid võrgutoitel seadmetes
• Polaarsuse kaitse rajad madalpingesüsteemides
LED-i töö (ettepoole suunatud valguskiirgus)
LED kiirgab valgust, kui see on ettepoole kallutatud ja vool voolab läbi selle ühenduskoha. Edasipinge sõltub LED-materjalist ja värvist. LED-e juhitakse voolu piirava elemendiga, nagu takisti või konstantse voolu draiver, et vältida liigset voolu. Parim on kontrollida järgmist:
• Kõrgem LED-vool suurendab heledust kuni seadme piirideni
• Jadatakistid määravad voolu lihtsates ahelates
• Juhid juhivad voolu valgustussüsteemides täpsemalt
Signaali tuvastamine ja demoduleerimine
Dioodi saab kasutada signaalilainekuju ühe osa edastamiseks. AM-envelope'i tuvastamisel laeb ettepoole pingetatud juhtivustee kondensaatori signaali tippude ajal ning kondensaator tühjendab tippude vahel koormustakisti kaudu, taastades madalama sagedusega sõnumi sisu. Seotud ringrollid:
• Tipu tuvastamine ja klampimine
• Poollaine signaali kujundamine
• Lihtsad RF-tuvastusetapid
Tagasikallutatuse rakendused
Fotodioodide pööratud kallutamine
Fotodiood hoitakse pöördnihkes, nii et tühjenemispiirkond on lai ja valmis valgusele reageerima. See muudab selle tundlikumaks väikeste valguse muutuste suhtes.
Pööratud nihe Zener-dioodides
Zeneri dioodi kasutatakse pöördpinge puhul selle purunemispinge lähedal. Sellises olukorras hoiab see pinge peaaegu stabiilsena ja aitab reguleerida toiteallikat.
Pöördpinge TVS kaitsedioodides
TVS (Transient Voltage Suppression) dioodid jäävad tavapärase töö ajal tagurpidi pingele. Kui tekib äkiline pingetõus, juhivad need tagurpidi ja aitavad pinget piirata.
Pöördkallutamine isolatsiooniks
Tagurpidi pingestatud diood blokeerib normaalse vooluvoolu. See aitab isoleerida vooluringi osi ja peatada soovimatu vooluteed.
Kokkuvõte
Dioodi nihe seob PN-ühenduse reaalse vooluringi käitumisega. Ettepoole nihketamise korral muutub tühjenemispiirkond õhemaks, põlvepinge saavutatakse ja vool tõuseb kiiresti, toites alaldajaid, LED-e ning signaali- või loogikaastmeid. Pöördpinge korral laieneb piirkond, vool jääb väikeseks kuni lagunemiseni, võimaldades fotodioode, Zeneri juhtimist, TVS-kaitset ja isoleerimist.
Korduma kippuvad küsimused [KKK]
Kuidas mõjutab temperatuur dioodi kallutamist?
Kõrgem temperatuur vähendab edasi pingelangust ja suurendab pöördlekke voolu.
Mis on pöördtaastumisaeg dioodis?
Tagurpidi taastumisaeg on viivitus pärast üleminekut ettepoole ja vastupidise eelpinge vahel, kui diood juhib endiselt laengu tõttu.
Kuidas mõjutavad dioodide hinnangud kallutatuse tingimusi?
Eelpinge ja vool peavad jääma dioodi maksimaalsest edasivoolust ja maksimaalsest tagasipingest, et vältida kahjustusi.
Mis on dünaamiline takistus ettepoole kallutatud dioodis?
Dünaamiline takistus on väikese edasisuunalise pinge muutuse ja väikese edasisuunalise voolu muutuse suhe antud tööpunktis.
Mis juhtub, kui diood on kallutatud ülekoormatud?
Liiga suur edasi- või pöördpinge kuumendab liidukohta, suurendab lekkeid ja võib põhjustada püsivaid rikkeid.
