Forward Bias vs. Reverse Bias en hun effecten op de diodefunctionaliteit

 

Sinds de dag dat mijn moeder me verraste met de eerste thuiscomputer voor Kerstmis, nou, laten we zeggen, lang geleden, ben ik geïntrigeerd door de technologie. Hoe dan ook, in die tijd was ik jaloers op elke medenerd, nerd en leraar op mijn school. Daar stond ik dan met een indrukwekkende 64, wacht maar, kilobytes aan ruwe verwerkingskracht.

Nu, snel vooruit naar het heden, en mijn laptop gebruikt alleen al 100,000 keer zoveel RAM. Het is dus veilig om te zeggen dat de computertechnologie is geëvolueerd. Er is echter één ding dat dat niet heeft en dat is het concurrentievermogen van de computerfabrikanten.

Er zijn momenten waarop de keuze voor één apparaat of methode gaat over een behoefte of functie. Bovendien is de behoefte aan een bepaalde functionaliteit de overheersende drijfveer bij de keuze voor een apparaat of proces op het gebied van elektronica.

Wat is Diode Bias of Biasing?

Voordat we de twee soorten vooroordelen met elkaar vergelijken, zal ik eerst hun individuele kenmerken bespreken. In de elektronica definiëren we bias of biasing als een methode om een ​​reeks stromen of spanningen op verschillende punten van een elektronische schakeling tot stand te brengen om de juiste bedrijfsomstandigheden binnen een elektronische component tot stand te brengen. Hoewel dit een vereenvoudigde versie van het antwoord is, is het nog steeds fundamenteel correct. Bovendien bevinden zich bij voorspanning de twee soorten voorspanning, voorwaartse voorspanning en achterwaartse voorspanning.

Zoals u ongetwijfeld weet, functioneert een diode (PN-junctie) net als een eenrichtingssnelweg, omdat de stroom gemakkelijker in de ene richting kan stromen dan in de andere. Samengevat geleidt een diode typisch stroom in één richting, en de spanning die ze toepassen volgt een beschreven voorwaartse voorspanningsoriëntatie. Wanneer de spanning echter in de omgekeerde richting beweegt, noemen we deze oriëntatie omgekeerde voorspanning. Ook, wanneer in omgekeerde voorspanning, zal een standaard PN-junctiediode typisch de stroom van stroom remmen of blokkeren, bijna als een elektronische versie van een terugslagklep.

Voorwaartse bias versus omgekeerde bias

In een standaarddiode treedt voorwaartse voorspanning op wanneer de spanning over een diode de natuurlijke stroom van stroom toelaat, terwijl omgekeerde voorspanning een spanning over de diode in de tegenovergestelde richting aangeeft.

De spanning die aanwezig is over een diode tijdens spervoorspanning produceert echter geen significante stroomstroom. Bovendien is deze specifieke eigenschap gunstig voor het veranderen van wisselstroom (AC) in gelijkstroom (DC).

Er zijn verschillende andere toepassingen voor deze eigenschap, waaronder elektronische signaalcontrole.

Kennis van de plaatsing van zenerdiodes kan een ontwerp maken of breken.

 

De werking van een diode

Eerder gaf ik een meer vereenvoudigde uitleg van de standaarddiodewerking. Het gedetailleerde proces van een diode kan enigszins uitdagend zijn om te begrijpen, omdat het een begrip van de kwantummechanica omvat. Diodewerking betreft de stroom van negatieve ladingen (elektronen) en positieve ladingen (gaten). Technologisch gezien noemen we een halfgeleiderdiode een pn-overgang. Pn-overgangen zijn ook een essentieel onderdeel van de werking van een fotovoltaïsche cel.

Over het algemeen vereist de juiste werking van een diode een ander essentieel element of proces dat doping wordt genoemd. Je kunt een halfgeleider doteren met materialen om een ​​overmaat aan gemakkelijk te verplaatsen elektronen mogelijk te maken, wat we een n-type of negatief gebied noemen. Verder is het ook mogelijk om een ​​halfgeleider te doteren om een ​​overmaat aan gaten te bevorderen om ook die elektronen gemakkelijk te absorberen, en we noemen dit het p-type of positieve gebied. Bovendien worden de positieve en negatieve gebieden van de diode ook wel de anode (P) en kathode (N) ervan genoemd.

Over het algemeen zijn het de verschillen tussen de twee materialen en hun daaropvolgende synergie over extreem korte afstanden (< millimeter) die de werking van de diode vergemakkelijken. Diodefunctionaliteit is natuurlijk alleen mogelijk als we de twee soorten (P, N) materialen samenvoegen. Ook vormt het samenvoegen van deze twee soorten materialen wat we een pn-overgang noemen. Bovendien wordt het gebied dat tussen de twee elementen bestaat het uitputtingsgebied genoemd.

Opmerking: houd er rekening mee dat een diode voor een goede werking een minimale drempelspanning nodig heeft om het uitputtingsgebied te overwinnen. Verder is de minimale drempelspanning voor diodes in de meeste gevallen ongeveer 0.7 volt. Ook zal de sperspanning een kleine hoeveelheid stroom door de diode produceren, en dit wordt lekstroom genoemd, maar deze is meestal verwaarloosbaar. Ten slotte, als u een aanzienlijke sperspanning toepast, zal dit een uitgebreide elektronische storing van de diode veroorzaken, waardoor de stroom in de tegenovergestelde richting door de diode kan stromen.

Diodefunctionaliteit en werking vervolg

In het algemeen, wanneer diffusie de daaropvolgende beweging van elektronen uit het n-type gebied vergemakkelijkt, beginnen ze de gaten in het p-type gebied te vullen. Het resultaat van deze actie vormt negatieve ionen in het p-type gebied, waardoor positieve ionen in het n-type gebied achterblijven. Over het algemeen ligt de regerende controle van deze actie in de richting van het elektrische veld. Zoals je je misschien kunt voorstellen, resulteert dit in gunstig elektrisch gedrag, natuurlijk afhankelijk van hoe je de spanning toepast, dwz voorspanning.

Verder zijn er met betrekking tot een standaard pn-junctiediode drie voorspanningscondities en twee werkgebieden. De drie mogelijke soorten vertekeningscondities zijn als volgt:

• Forward Bias: Deze bias-toestand omvat de aansluiting van een positief spanningspotentiaal op het P-type materiaal en een negatief op het N-type materiaal over de diode, waardoor de breedte van de diode kleiner wordt.

• Omgekeerde bias: deze voorspanningsconditie houdt daarentegen de aansluiting in van een negatief spanningspotentiaal op het P-type materiaal en een positief op het N-type materiaal over de diode, waardoor de breedte van de diode toeneemt.

• Zero Bias: Dit is een bias-toestand waarbij er geen externe spanningspotentiaal op de diode wordt toegepast.

Forward biasing versus reverse biasing en hun varianties

Een omgekeerde bias versterkt de potentiële barrière en belemmert de stroom van ladingsdragers. Daarentegen verzwakt een voorwaartse voorspanning de potentiaalbarrière, waardoor de stroom gemakkelijker over de kruising kan stromen.

Bij voorwaartse voorspanning verbinden we de positieve pool van de voedingsspanning met de anode en de negatieve pool met de kathode. Terwijl we daarentegen in omgekeerde voorspanning zijn, verbinden we de positieve pool van de voedingsspanning met de kathode en de negatieve pool met de anode.

• Een voorwaartse voorspanning vermindert de sterkte van de potentiaalbarrière van het elektrische veld over de potentiaal, terwijl een omgekeerde voorspanning de potentiaalbarrière versterkt.

• Een voorwaartse voorspanning heeft een anodespanning die groter is dan de kathodespanning. Daarentegen heeft een spervoorspanning een kathodespanning die groter is dan de anodespanning.

• Een voorwaartse voorspanning heeft een aanzienlijke voorwaartse stroom, terwijl een omgekeerde voorspanning een minimale voorwaartse stroom heeft.

• De uitputtingslaag van een diode is aanzienlijk dunner in voorwaartse voorspanning en veel dikker in achterwaartse voorspanning.

• Voorwaartse voorspanning verlaagt de weerstand van een diode en omgekeerde voorspanning verhoogt de weerstand van een diode.

• De stroom vloeit moeiteloos terwijl hij in voorwaartse richting is, maar in tegengestelde richting kan er geen stroom door de diode vloeien.

• Het niveau van de stroom hangt af van de voorwaartse spanning in voorwaartse voorspanning, maar de hoeveelheid stroom is minimaal of verwaarloosbaar in omgekeerde voorspanning.

• Bij voorwaartse voorspanning functioneert een apparaat als een geleider en als een isolator als het in tegengestelde richting is.

Het plannen van uw circuit op basis van biaspotentialen is het kenmerk van slimme analyse.

 

Het vermogen van een diode om als twee afzonderlijke, maar even effectieve apparaten te functioneren, maakt het een echt adaptief onderdeel. De effecten van bias op de functionaliteit van een diode bieden optimale controle over welke functie een diode zal spelen in uw circuitontwerp. Het gebruik van voorwaartse en achterwaartse voorspanning geeft een circuitontwerper optimale controle over de functionaliteit van een diode.

Gelukkig weet je met Cadence's suite van ontwerp- en analysetools zeker dat je ontwerpers en productieteams samenwerken om het gebruik van forward en reverse biasing-technieken in al je PCB-ontwerpen te implementeren. Allegro PCB Designer is de lay-outoplossing waar u naar op zoek was, en het kan ongetwijfeld de implementatie van forward of reverse biasing-ontwerpstrategieën in uw huidige en toekomstige PCB-ontwerpen vergemakkelijken. 

Laat een bericht achter 

Message List