Əgər siz mühəndislik tələbəsisinizsə və ya mühəndissinizsə, yəqin ki, elektronikada gərginliyin nə qədər vacib olduğunu bilirsiniz.
Bəs uçqun gərginliyi haqqında nə demək olar? Bu maraqlı şey pn yarımkeçirici qovşağında cərəyanın ani artımı olduqda baş verir ki, bu da materialın parçalanmasına səbəb olur.
Dağıdıcı qüvvə kimi səslənsə də, uçqun qəzası indi fotodiodlar və Zener diodları kimi bir çox elektron cihazların vacib hissəsidir.
Uçqun gərginliyini və onun real həyatda necə istifadə oluna biləcəyini anlamaq mühəndislər üçün oyunu dəyişdirə bilər və onlara daha yaxşı, daha səmərəli dizaynlar yaratmağa kömək edə bilər.
Beləliklə, uçqun gərginliyinin füsunkar dünyası və onun mühəndislik sahəsinə necə təsir etdiyi haqqında danışarkən bizimlə birlikdə olun.
Formal tərif:
pn yarımkeçirici qovşağında uçqun parçalanmasına səbəb olmaq üçün tələb olunan əks gərginlik.
Uçqunun Gərginliyi və Tükənmə Qatının Eni
Uçqun gərginliyi pn qovşağının diodunda uçqun parçalanmasının baş verdiyi gərginlikdir.
Yüngül qatqılı pn qovşağına tərs meyl qoyulduqda, elektrik sahəsi tükənmə təbəqəsindəki elektronları sürətləndirir və onlara çox sürət verir.
Bu enerji kristal qəfəsdə atomların ionlaşmasına səbəb ola bilər ki, bu da böyük cərəyan axını ilə nəticələnir.
Tükənmə layının eni ilə uçqun gərginliyi arasında əlaqə
Diodun uçqun gərginliyi yarımkeçirici qovşaqda tükənmə təbəqəsinin eni ilə əlaqədardır.
Sərbəst yük daşıyıcılarının olmadığı pn qovşağının hissəsi tükənmə təbəqəsi adlanır.
Azlıq daşıyıcıları pn qovşağından keçdikdə edilir. Bu, daha çox azlıq daşıyıcılarının hərəkətini dayandıran xalis ödənişli bir bölgəyə çevrilir.
Tükənmə təbəqəsinin nə qədər geniş olması dopinqin miqdarından və istifadə olunan əyilmə gərginliyindən asılıdır. Yüksək qırılma gərginliyi olan diodlar yüngül qatqılıdır, bu da tükənmə təbəqələrini geniş edir.
Digər tərəfdən, aşağı qırılma gərginliyi olan diodlar çox aşqarlanır, bu da tükənmə təbəqələrini dar edir.
Tükənmə təbəqəsi daha böyük olarsa, uçqun gərginliyi daha çox olacaqdır. Bunun səbəbi, daha geniş tükənmə təbəqələrinin daha böyük bir elektrik sahəsinə sahib olmasıdır ki, bu da elektronları daha sürətli sürətlərə çatdırır.
Bu, daha çox elektronun ion halına gəlməsinə səbəb olur, buna görə parçalanma gərginliyi daha yüksəkdir.
Dizayn Mülahizələri
Pn keçid diodlarını hazırlayarkən, uçqun gərginliyi ilə tükənmə təbəqəsinin eni arasındakı əlaqəni düşünmək lazımdır.
Yüksək qırılma gərginliyi olan bir diod, gərginliyi tənzimləmək və enerji axınını tərsinə çevirmək kimi bir çox şey üçün faydalıdır.
Yüksək qırılma gərginliyinə nail olmaq üçün tükənmə təbəqəsi geniş olmalıdır ki, bu da yüngül qatqılı yarımkeçirici materialdan istifadə etməklə həyata keçirilə bilər.
Qısaca desək, uçqun gərginliyi uçqunun parçalanmasının pn keçid diodunun parçalanmasına səbəb olduğu gərginlikdir.
Uçqun gərginliyi tükənmə təbəqəsinin eni ilə əlaqələndirilir, çünki o, diodun parçalandığı gərginliyə təsir edir.
Uçqun gərginliyi və tükənmə təbəqəsinin eni arasındakı əlaqəni başa düşmək müxtəlif istifadələr üçün pn qovşaq diodlarının dizaynı və optimallaşdırılması üçün vacibdir.
PN yarımkeçirici qovşaqlarında uçqunların dağılması
Uçqun parçalanması, yüngül qatqılı pn qovşağında əks gərginlik müəyyən bir səviyyədən yüksək olduqda baş verən bir prosesdir, buna qırılma gərginliyi deyilir.
Bu gərginlikdə qovşaqdakı elektrik sahəsi elektronları itələmək və onları kovalent bağlarından azad etmək üçün kifayət qədər güclüdür.
Sərbəst elektronlar daha sonra cihazdakı digər atomlara çarparaq daha çox elektron buraxır və cərəyanın uçqununa səbəb olur.
Buna "daşıyıcının çoxalması" deyilir və bu, pn qovşağından keçən cərəyan axınının əhəmiyyətli dərəcədə artmasına səbəb olur.
Uçqunun Dağılmasının Mexanizmi və Zener Parçalanması ilə Müqayisə
Uçqun parçalanması cihazdakı sərbəst elektronlar və atomlar bir-birinə çarpdıqda baş verir.
Zenerin dağılması isə pn qovşağında güclü elektrik sahəsinin təsiri ilə yaranır.
Həm uçqun, həm də Zenerin dağılması yarımkeçirici materialın içərisində elektronların və dəliklərin yaradılması və hərəkətini əhatə edir.
Ancaq iki növ parçalanma arasındakı ən böyük fərq elektron-deşik cütlüyünün necə qurulduğudur.
Avalanche və Zener Breakdowns arasındakı fərqlər
Uçqun dağılması geri dönməzdir və Zenerin dağılmasından daha yüksək əks gərginlikdə baş verir.
Parçalanma gərginliyi yarımkeçirici materialda dopinq miqdarı ilə idarə olunur.
Dopinqin miqdarı artdıqca həm uçqun metodunun temperatur əmsalı, həm də parçalanma gərginliyinin ölçüsü artır.
Uçqun parçalanması az miqdarda dopinq olan materiallarda, Zener parçalanması isə çoxlu dopinq olan materiallarda baş verir.
Bir diodun qovşağı uçqun qəzasından sonra olduğu yerə qayıtmayacaq, lakin Zener qəzasından sonra olduğu yerə qayıdacaq.
Yarımkeçirici materialın qalın hissələrində uçqun qırılmaları, nazik hissələrdə isə Zener qırılmaları baş verir.
Qeyd etmək lazımdır ki, hər iki növ pozulma eyni vaxtda baş verməyəcəkdir.
Hər bir nasazlıq müxtəlif səbəblərdən yaranır və hər ikisinin eyni vaxtda baş verməsi ehtimalı azdır.
Video: Uçqun təsirini anlamaq: giriş
İpucu: Əgər ehtiyacınız varsa, başlıq düyməsini yandırın. İngilis dili ilə tanış deyilsinizsə, parametrlər düyməsində "avtomatik tərcümə" seçin. Sevimli diliniz tərcümə üçün əlçatan olmadan əvvəl videonun dilini klikləməlisiniz.
Avalanche Breakdown-un Praktik Tətbiqləri
Uçqun parçalanması həm izolyasiya edən, həm də yarımkeçirici materiallarda baş verə bilən bir hadisədir.
Bu, böyük bir cərəyanın normal olaraq yaxşı izolyator olan materiallardan keçə biləcəyi zamandır.
Proses, dalğaları dayandırmaq, həddindən artıq gərginlikdən qorunmaq, gərginlik istinadı kimi istifadə etmək və cərəyan mənbələri yaratmaq kimi faydalı işlər görmək üçün elektron cihazlarda istifadə edilə bilər.
Dalğalanmanın qarşısının alınması
Gərginliyin qarşısının alınması sxemlərində uçqun qəzası elektron cihazları ildırım vurması, elektromaqnit impulsları və ya başqa şeylər nəticəsində yaranan gərginlik artımlarından qorumaq üçün istifadə olunur.
Bu halda qorunacaq qurğu uçqun dioduna paralel olaraq birləşdirilir.
Cihazdakı gərginlik diodun qırılma gərginliyindən yüksək olduqda, diod uçqun qırılma bölgəsinə keçir və bu, qorunan cihazdan əlavə gərginliyi götürür.
Bu, elektrik cərəyanının cihaza zərər verməsindən qoruyur.
Həddindən artıq gərginlikdən qorunma sxemləri
Uçqun qırılması elektron cihazları həddindən artıq gərginliklə zədələnmədən qoruyan sxemlərdə də istifadə olunur.
Bu sxemlərdə qorunacaq qurğu uçqun diodu ilə ardıcıl olaraq birləşdirilir.
Cihazdakı gərginlik diodun qırılma gərginliyindən yüksək olduqda, diod qorunan cihazdakı gərginliyi məhdudlaşdıran uçqun qırılma bölgəsinə keçir.
Gərginlik İstinad Dövrələri
Gərginlik istinad sxemlərində, istinad gərginliyinin sabit və dəqiq olmasına əmin olmaq üçün uçqun parçalanması istifadə olunur.
Gərginlik arayışı olaraq, bu dövrələrdə geriyə meylli bir uçqun diodundan istifadə olunur.
Diodun qırılma gərginliyi çox sabitdir və onun hazırlanma zamanı nə qədər dopinq edildiyindən asılıdır. Bu, onu yüksək dəqiqlik tələb edən tətbiqlər üçün əla istinad gərginliyi halına gətirir.
Cari Mənbələr
Uçqun qəzası sabit cərəyanın lazım olduğu cərəyan mənbələrində, məsələn, dəqiq ölçmə sxemlərində istifadə olunur.
Bu sxemlərdə uçqun diodu bir rezistorla ardıcıl olaraq bağlanır.
Diodun qırılma gərginliyi və rezistorun dəyəri dövrədən nə qədər cərəyan keçdiyini müəyyənləşdirir.
Uçqunun Dağılmasına Nəzarət və Qarşısının Alınması
Elektron sxemlərdə uçqun parçalanmasını dayandırmaq və ya idarə etmək üçün bir sıra üsullar mövcuddur.
Uçqun Diodları
Uçqun diodu uçqunun parçalanmasının qarşısını almağın bir yoludur. Uçqun diodları tərs qırılma bölgəsində işləmək üçün hazırlanır və dövrələri arzuolunmaz gərginliklərdən qorumaq üçün istifadə olunur.
Uçqun diodunun qovşağı bütün qovşaq boyunca bərabər şəkildə parçalanmaq üçün hazırlanır. Bu, cərəyanın cəmləşməsindən və qaynar nöqtələrin əmələ gəlməsindən qoruyur.
Qeyri-uçqun diodundan fərqli olaraq, uçqun diodunun parçalanma gərginliyi cari dəyişikliklərlə demək olar ki, eyni qalır.
Müvəqqəti bastırma qurğuları və gərginlik sıxma
Elektron sxemlər də keçici söndürmə cihazları və gərginlik sıxma vasitələrinin köməyi ilə uçqunların dağılmasından təhlükəsiz edilə bilər.
Zener diodları tez-tez gərginliyi sıxmaq üçün istifadə olunur.
Eyni tərs qırılma gərginliyi olan iki zener diodundan istifadə edildikdə, hər iki polaritenin keçici gərginliyi eyni zener gərginliyi səviyyəsində sıxışdırılacaqdır.
MOSFET-lər
Gərginlik MOSFET-in parçalanma gərginliyindən yüksək olduqda, problem yarada bilən uçqun rejiminə də keçə bilər.
MOSFET-lərdə uçqunların dağılmasının qarşısını yaxşı dövrə dizaynı və düzgün gərginlik dərəcələri ilə MOSFET-lərin diqqətlə seçilməsi ilə almaq olar.
Uçqunun Dağılmasının qarşısını almaq üçün əlavə üsullar
Elektron sxemlərdə uçqun qəzasını dayandırmağın yalnız uçqun diodlarından, keçici söndürmə cihazlarından, gərginliyin sıxılmasından və MOSFET-lərin diqqətlə seçilməsindən istifadə etməkdən daha çox yolu var.
Onlardan bəzilərini təqdim edirik:
| Qarşısının alınması üçün göstəriş: | Təsvir: |
|---|---|
| Diodun dopinq səviyyəsinin tənzimlənməsi | Bir diodun parçalanma gərginliyi onun hazırlanarkən nə qədər dopinqdən istifadə olunduğundan asılıdır. Dopinq səviyyəsini dəyişdirməklə, siz uçqun parçalanma gərginliyini yüksəldə və uçqun dağılmasının baş verməsini dayandıra bilərsiniz. |
| Tükənmə bölgəsinin qalınlığının artırılması | Dopinq konsentrasiyası və əyilmə gərginliyi diodda tükənmə bölgəsinin qalınlığına təsir göstərir. Tükənmə bölgəsini qalınlaşdırmaqla, uçqun qırılma gərginliyini yüksəltmək və uçqun dağılmasını dayandırmaq olar. |
| Düzgün istilik yayılması | Həddindən artıq istilik diodları parçalaya və onların sıradan çıxmasına səbəb ola bilər. İstilik qurğuları və əşyaları soyutmanın digər yolları uçqunun dağılmasının qarşısını almağa kömək edə bilər. |
| Sigortalar və gərginlik qoruyucuları | Qoruyucular və dalğalanma qoruyucuları elektron sxemləri gərginlik artımlarından və uçqun qəzasına səbəb ola biləcək digər keçici hadisələrdən qorumağa kömək edir. |
Gərginlik və Uçqun Dağılması
Dielektrik Gücü və Dağılma Gərginliyi
Materialın parçalanmadan və keçirici hala düşmədən elektrik gərginliyinə tab gətirmə qabiliyyəti onun dielektrik gücü ilə ölçülür. Santimetrdə volt onu ölçmək üçün ümumi bir üsuldur.
Bu gərginlikdə uğursuzluq şansı kifayət qədər aşağıdır ki, izolyasiya bu gərginlikdə pozulmayacağı ehtimalı ilə edilə bilər.
AC parçalanma gərginliyi və impuls parçalanma gərginliyi materialın dielektrik gücünü ölçmək üçün hər iki yoldur.
AC gərginliyi şəbəkənin xətti tezliyidir, impulsların qırılma gərginliyi isə ildırım vurmasını təqlid edir.
Dalğanın 90% amplitudaya yüksəlməsi üçün adətən 1,2 mikrosaniyə, sonra yenidən 50% amplituda enməsi üçün 50 mikrosaniyə tələb olunur.
Nəticə
Nəticə olaraq, uçqun qəzası və gərginlik yalnız mütəxəssislərin başa düşə biləcəyi mürəkkəb fikirlər kimi görünə bilər, lakin hər ikisi müasir elektronikanın vacib hissələridir.
Bu şeylərin necə işlədiyini və elektron cihazlarda necə istifadə oluna biləcəyini bilən mühəndislər daha səmərəli və unikal dizaynlar yarada bilərlər.
Uçqun gərginliyi və parçalanmanın öyrənilməsi daha da vacib ola bilər, çünki bu, elektronikanın nə qədər güclü və faydalı ola biləcəyini göstərir.
Hər gün istifadə etdiyimiz alətləri və maşınları təbii qəbul etmək asandır, lakin onların içərisində işləyən heyrətamiz qüvvələr haqqında düşünmək heyrətamizdir.
Beləliklə, mühəndislik haqqında öyrənməyə davam edərkən, hər gün istifadə etdiyimiz texnologiyanın yaradılmasına daxil olan zəka və yaradıcılığa heyran olmağı unutmayın.
Kim deyə bilər? Ola bilsin ki, uçqun qəzası və ya gərginlikdə növbəti böyük şeyi tapan siz olacaqsınız ki, bu da gələcəkdə daha da böyük şeylərə gətirib çıxaracaq.
Paylaşın...
