Forward Bias vs Reverse Bias och deras effekter på diodfunktionalitet

 

Sedan den dagen då min mamma överraskade mig med den första hemdatorn till jul tillbaka, ja, låt oss säga för länge sedan, har jag varit fascinerad av tekniken. Hur som helst, vid den tiden var jag avundsjuk på alla andra nördar, nördar och lärare på min skola. Där stod jag med en imponerande 64, vänta på det, kilobyte av rå processorkraft.

Nu, snabbspola fram till idag, och min bärbara dator använder 100,000 XNUMX gånger så mycket bara i RAM. Så det är säkert att säga att datortekniken har utvecklats. Det finns dock en sak som inte har gjort det och det är datortillverkarnas konkurrenskraft.

Det finns tillfällen då ett val av en enhet eller metod handlar om ett behov eller en funktion. Dessutom är behovet av en viss funktionalitet den dominerande drivkraften vid val av enhet eller process inom elektronikområdet.

Vad är Diode Bias eller Biasing?

Innan vi jämför de två typerna av bias kommer jag först att diskutera deras individuella egenskaper. Inom elektronik definierar vi bias eller biasing som en metod för att etablera en uppsättning strömmar eller spänningar vid olika punkter i en elektronisk krets för att etablera korrekta driftsförhållanden inom en elektronisk komponent. Även om detta är en förenklad version av svaret, är det fortfarande i grunden korrekt. Vidare, med förspänning, finns de två typerna av förspänning, framåtförspänning och bakåtförspänning.

Som jag är säker på att du är medveten om fungerar en diod (PN-övergång) ungefär som en enkelriktad motorväg eftersom den tillåter strömflödet lättare i en riktning än i den andra. Sammanfattningsvis leder en diod vanligtvis ström i en riktning, och spänningen de applicerar följer en beskriven framåtförspänningsorientering. Men när spänningen rör sig i motsatt riktning hänvisar vi till denna orientering som omvänd förspänning. Dessutom, när den är i omvänd förspänning, kommer en standard PN-övergångsdiod vanligtvis att hämma eller blockera strömflödet, nästan som en elektronisk version av en backventil.

Forward Bias vs Reverse Bias

I en standarddiod uppstår framåtförspänning när spänningen över en diod tillåter det naturliga strömflödet, medan omvänd förspänning anger en spänning över dioden i motsatt riktning.

Spänningen som finns över en diod under omvänd förspänning producerar emellertid inte något signifikant strömflöde. Dessutom är denna speciella egenskap fördelaktig för att ändra växelström (AC) till likström (DC).

Det finns en mängd andra användningsområden för denna egenskap, inklusive elektronisk signalkontroll.

Kunskap om placering av Zenerdioder kan göra eller bryta en design.

 

Funktionen av en diod

Tidigare gav jag en mer förenklad förklaring av standarddioddrift. Den detaljerade processen för en diod kan vara något utmanande att förstå eftersom den involverar en förståelse för kvantmekanik. Dioddrift avser flödet av negativa laddningar (elektroner) och positiva laddningar (hål). Tekniskt sett hänvisar vi till en halvledardiod som en pn-övergång. Pn-korsningar är också en viktig del av en solcellsdrift.

I allmänhet kräver en korrekt funktion av en diod ett annat väsentligt element eller process som kallas dopning. Du kan dopa en halvledare med material för att underlätta ett överskott av lätt förskjutna elektroner, vilket vi kallar en n-typ eller negativ region. Dessutom är det också möjligt att dopa en halvledare för att främja ett överskott av hål för att enkelt absorbera dessa elektroner också, och vi hänvisar till detta som p-typ eller positiv region. Dessutom kallas de positiva och negativa områdena av dioden också dess anod (P) och katod (N).

Sammantaget är det varianserna mellan de två materialen och deras efterföljande synergi över extremt korta avstånd (< millimeter) som underlättar dioddrift. Men diodfunktionalitet är naturligtvis bara möjlig när vi slår samman de två typerna (P, N) av material. Sammanslagningen av dessa två typer av material bildar också vad vi kallar en pn-övergång. Dessutom kallas området som finns mellan de två elementen utarmningsregionen.

Obs: Tänk på att för korrekt funktionalitet kräver en diod en lägsta tröskelspänning för att övervinna utarmningsområdet. Dessutom är den lägsta tröskelspänningen i de flesta fall för dioder cirka 0.7 volt. Den omvända förspänningen kommer också att producera en liten mängd ström genom dioden, och den kallas läckström, men vanligtvis är den försumbar. Slutligen, om du applicerar en betydande omvänd spänning, kommer det att orsaka en omfattande elektronisk nedbrytning av dioden, vilket gör att strömmen kan flyta i motsatt riktning genom dioden.

Diodfunktionalitet och drift fortsättning

I allmänhet, när diffusion underlättar den efterföljande rörelsen av elektroner från n-typområdet, börjar de fylla hålen inom p-typområdet. Resultatet av denna verkan bildar negativa joner inom p-typ-regionen och lämnar således efter sig positiva joner i n-typ-regionen. Sammantaget ligger den styrande kontrollen av denna åtgärd i riktning mot det elektriska fältet. Som du kanske föreställer dig resulterar detta i fördelaktigt elektriskt beteende, naturligtvis beroende på hur du applicerar spänningen, dvs förspänning.

Dessutom, med avseende på en standard pn-övergångsdiod, finns det tre förspänningsförhållanden och två arbetsområden. De tre möjliga typerna av förspänningsvillkor är följande:

• Forward Bias: Detta förspänningstillstånd innefattar anslutningen av en positiv spänningspotential till materialet av P-typ och en negativ till materialet av N-typ över dioden, vilket minskar diodens bredd.

• Omvänd förspänning: Däremot involverar detta förspänningstillstånd anslutning av en negativ spänningspotential till materialet av P-typ och en positiv till materialet av N-typ över dioden, vilket ökar diodens bredd.

• Nollförspänning: Detta är ett förspänningstillstånd där det inte finns någon extern spänningspotential på dioden.

Forward biasing kontra omvänd biasing och deras varianser

En omvänd förspänning förstärker den potentiella barriären och hindrar flödet av laddningsbärare. Däremot försvagar en förspänning framåt den potentiella barriären, vilket gör det möjligt för ström att flyta lättare över korsningen.

Medan vi är i framåtförspänning ansluter vi den positiva terminalen på spänningsförsörjningen till anoden och den negativa terminalen till katoden. Däremot, medan vi är i omvänd förspänning, ansluter vi den positiva polen på spänningsförsörjningen till katoden och den negativa polen till anoden.

• En förspänning framåt minskar styrkan hos det elektriska fältets potentiella barriär över potentialen, medan en omvänd förspänning stärker potentialbarriären.

• En framåtförspänning har en anodspänning som är större än katodspänningen. Däremot har en omvänd förspänning en katodspänning som är större än anodspänningen.

• En framåtförspänning har en betydande framåtström, medan en bakåtförspänning har en minimal framåtström.

• Utarmningsskiktet hos en diod är avsevärt tunnare under förspänning framåt och mycket tjockare vid förspänning bakåt.

• Förspänning framåt minskar en diods resistans, och omvänd bias ökar en diods resistans.

• Strömmen flyter utan ansträngning medan den är i framåtförspänning, men omvänd förspänning tillåter inte ström att flöda genom dioden.

• Strömnivån beror på framåtspänningen medan den är i framåtförspänning, men mängden ström är minimal eller försumbar vid backförspänning.

• Vid förspänning framåt kommer en enhet att fungera som en ledare och som en isolator om den är i omvänd förspänning.

Att planera din krets baserat på förspänningspotentialer är kännetecknet för smart analys.

 

En diods förmåga att fungera som två separata men lika effektiva enheter gör den till en genuint adaptiv komponent. Effekterna av förspänning på en diods funktion ger optimal kontroll över vilken funktion en diod kommer att spela i din kretsdesign. Användningen av framåt- och bakåtförspänning ger en kretsdesigner optimal kontroll över en diods funktionalitet.

Tack och lov, med Cadences svit av design- och analysverktyg, kommer du att vara säker på att dina designers och produktionsteam arbetar tillsammans för att implementera användningen av framåt- och bakåtförspänningstekniker i alla dina PCB-designer. Allegro PCB Designer är layoutlösningen du har letat efter, och den kan utan tvekan underlätta implementeringen av framåtriktade eller bakåtriktade designstrategier i dina nuvarande och framtida PCB-designer. 

Lämna ett meddelande 

meddelande~~POS=TRUNC