Sissejuhatus Laviini Pingesse

Kui olete inseneritudeng või insener, teate ilmselt, kui oluline on pinge elektroonikas.

Aga kuidas on laviinipingega? See huvitav asi juhtub siis, kui pn-pooljuhtsiirde voolutugevus suureneb järsult, mis põhjustab materjali lagunemise.

Kuigi see kõlab hävitava jõuna, on laviini purunemine tänapäeval paljude elektroonikaseadmete, näiteks fotodioodide ja Zeneri dioodide oluline osa.

Laviinipinge ja selle tegeliku kasutamise mõistmine võib inseneride jaoks muutuda ja aidata neil luua paremaid ja tõhusamaid kujundusi.

Niisiis, tulge meiega kaasa, kui räägin laviinipinge põnevast maailmast ja sellest, kuidas see insenerivaldkonda mõjutab.

Ametlik määratlus:

Vastupidine pinge, mis on vajalik laviini purunemiseks pn-pooljuhtide ristmikul.

Laviini pinge ja tühjenemise kihi laius

Laviinipinge on pinge, mille juures pn-siirde dioodis toimub laviini purunemine.

Kui kergelt legeeritud pn-siirdele asetada pöördnihe, kiirendab elektriväli elektronide liikumist ammendumise kihis, andes neile palju kiirust.

See energia võib põhjustada aatomite ioniseerumist kristallvõres, mille tulemuseks on suur vooluvool.

Ammendumise kihi laiuse ja laviinipinge vaheline seos

Dioodi laviinipinge on seotud pooljuhtide ristmiku ammendumise kihi laiusega.

Pn-siirde seda osa, kus vabu laengukandjaid pole, nimetatakse ammendumiskihiks.

See tehakse siis, kui vähemuskandjad liiguvad üle pn-ristmiku. See muudab piirkonna netotasuga, mis takistab vähemusrahvuste operaatorite liikumist.

Kui laius on tühjenduskiht, sõltub dopingu kogusest ja kasutatavast eelpingest. Kõrge läbilöögipingega dioodid on kergelt legeeritud, mis muudab ammendumiskihid laiaks.

Madala läbilöögipingega dioodid seevastu on tugevalt legeeritud, mis muudab ammendumiskihid kitsaks.

Laviini pinge on suurem, kui ammendumiskiht on suurem. Selle põhjuseks on asjaolu, et laiematel tühjenduskihtidel on suurem elektriväli, mis kiirendab elektronide liikumist suurema kiiruseni.

See põhjustab rohkemate elektronide muutumist ioonideks, mistõttu läbilöögipinge on suurem.

Disaini kaalutlused

Pn-siirdedioodide valmistamisel on oluline mõelda laviinipinge ja tühjenduskihi laiuse vahelisele seosele.

Kõrge rikkepingega diood on kasulik paljude asjade jaoks, näiteks pinge reguleerimiseks ja toitevoolu ümberpööramiseks.

Kõrge läbilöögipinge saavutamiseks peab tühjenduskiht olema lai, mida saab saavutada kergelt legeeritud pooljuhtmaterjali kasutades.

Lühidalt öeldes on laviini pinge pinge, mille juures laviini purunemine põhjustab pn-siirde dioodi purunemise.

Laviini pinge on seotud ammendumise kihi laiusega, kuna see mõjutab pinget, mille juures diood laguneb.

Laviinipinge ja tühjenduskihi laiuse vahelise seose mõistmine on oluline pn-siirde dioodide projekteerimiseks ja optimeerimiseks erinevateks kasutusteks.

Laviini purunemine PN-pooljuhtide ristmikel

Laviini purunemine on protsess, mis toimub siis, kui kergelt legeeritud pn-siirde vastupidine pinge on kõrgem kui teatud tase, mida nimetatakse läbilöögipingeks.

Sellel pingel on ristmikul olev elektriväli piisavalt tugev, et suruda elektronidele peale ja murda need lahti nende kovalentsetest sidemetest.

Seejärel tabavad vabad elektronid seadme teisi aatomeid, vabastades rohkem elektrone ja põhjustades voolu laviini.

Seda nimetatakse "kandja korrutamiseks" ja see põhjustab pn-siirde kaudu voolu märkimisväärselt suurenemist.

Laviinide lagunemise mehhanism ja võrdlus Zeneri lagunemisega

Laviini purunemine toimub siis, kui seadmes olevad vabad elektronid ja aatomid põrkuvad üksteisega kokku.

Zeneri rikke seevastu põhjustab pn-siirde tugev elektriväli.

Nii laviini purunemine kui ka Zeneri purunemine hõlmavad elektronide ja aukude teket ja liikumist pooljuhtmaterjali sees.

Kuid suurim erinevus kahe rikketüübi vahel seisneb elektron-augu paari loomises.

Erinevused Avalanche'i ja Zeneri jaotuste vahel

Laviini purunemine on pöördumatu ja toimub kõrgema vastupinge korral kui Zeneri rike.

Läbilöögipinget kontrollib pooljuhtmaterjali dopingu hulk.

Dopingu koguse tõustes tõusevad nii laviinimeetodi temperatuurikoefitsient kui ka läbilöögipinge suurus.

Laviini lagunemine toimub materjalides, milles on vähe dopingut, samas kui Zeneri lagunemine toimub materjalides, milles on palju dopingut.

Dioodi ristmik ei lähe tagasi sinna, kus see oli pärast laviini purunemist, kuid see läheb tagasi sinna, kus see oli pärast Zeneri riket.

Laviini purunemine toimub pooljuhtmaterjali paksudes osades, Zeneri purunemine aga õhukestes osades.

Väärib märkimist, et mõlemat tüüpi rikkeid ei juhtu tõenäoliselt samal ajal.

Igat tüüpi rikke põhjustavad erinevad asjad ja on ebatõenäoline, et mõlemad juhtuvad samal ajal.

Video: laviiniefekti mõistmine: sissejuhatus

Nõuanne. Lülitage subtiitrite nupp sisse, kui seda vajate. Kui te ei tunne inglise keelt, valige seadete nupust "automaattõlge". Võimalik, et peate esmalt klõpsama video keelel, enne kui teie lemmikkeel muutub tõlkimiseks kättesaadavaks.

Laviinide purunemise praktilised rakendused

Laviini purunemine on nähtus, mis võib juhtuda nii isolatsiooni- kui ka pooljuhtmaterjalides.

See on siis, kui suur vool võib voolata läbi materjalide, mis on tavaliselt head isolaatorid.

Protsessi saab kasutada elektroonikaseadmetes kasulike toimingute tegemiseks, nagu liigpingete peatamine, kaitse liigpinge eest, kasutamine pinge viitena ja vooluallikate loomine.

Ülepinge summutamine

Liigpinge summutamise ahelates kasutatakse laviini purunemist elektroonikaseadmete kaitsmiseks pikselöögist, elektromagnetilistest impulssidest või muudest asjadest põhjustatud pinge järskude eest.

Sel juhul on kaitstav seade ühendatud paralleelselt laviinidioodiga.

Kui seadme pinge on kõrgem kui dioodi läbilöögipinge, läheb diood laviini purunemise piirkonda, mis võtab kaitstavalt seadmelt lisapinge ära.

Nii ei lase elektrilöök seadmele kahjustada.

Ülepingekaitse ahelad

Laviini purunemist kasutatakse ka vooluahelates, mis kaitsevad elektroonikaseadmeid liiga suure pinge tõttu kahjustamise eest.

Nendes ahelates on kaitstav seade ühendatud järjestikku laviinidioodiga.

Kui seadme pinge on kõrgem kui dioodi läbilöögipinge, läheb diood laviini purunemise piirkonda, mis piirab kaitstava seadme pinget.

Pinge referentsahelad

Pinge referentsahelates kasutatakse laviini purunemist tagamaks, et võrdluspinge on stabiilne ja täpne.

Pinge etalonina kasutatakse nendes ahelates tagurpidi nihkega laviinidioodi.

Dioodi läbilöögipinge on väga stabiilne ja sõltub sellest, kui palju dopingut selle valmistamisel tehakse. See muudab selle suurepäraseks võrdluspingeks rakenduste jaoks, mis nõuavad suurt täpsust.

Praegused allikad

Laviini purunemist kasutatakse vooluallikates, kus on vaja stabiilset voolu, näiteks täppisseadmetes ja mõõtmisahelates.

Nendes ahelates on laviini diood ühendatud takistiga järjestikku.

Dioodi läbilöögipinge ja takisti väärtus määravad, kui palju voolu ahelat läbib.

Laviinide purunemise kontroll ja ennetamine

Elektroonilistes ahelates on laviini purunemise peatamiseks või kontrollimiseks mitmeid viise.

Laviini dioodid

Laviini diood on üks viis laviini purunemise peatamiseks. Laviini dioodid on loodud töötama vastupidises rikkepiirkonnas ja neid kasutatakse ahelate kaitsmiseks pingete eest, mida ei soovita.

Laviinidioodi ühenduskoht laguneb ühtlaselt kogu ristmiku ulatuses. See hoiab ära voolu koondumise ja kuumade kohtade tekkimise.

Erinevalt mittelaviinidioodist jääb laviinidioodi läbilöögipinge voolu muutumisel peaaegu samaks.

Transientide summutusseadmed ja pingeklambrid

Elektroonilised vooluringid saab muuta ka laviini purunemise eest ohutuks transientide summutusseadmete ja pingeklambri abil.

Pinge kinnitamiseks kasutatakse sageli Zeneri dioode.

Kui kasutatakse kahte sama pöördläbilöögipingega zeneri dioodi, fikseeritakse mõlema polaarsusega siirdepinge samale Zeneri pingetasemele.

MOSFETid

Kui pinge on kõrgem kui MOSFETi läbilöögipinge, võib see minna ka laviinirežiimi, mis võib põhjustada probleeme.

MOSFETide laviini purunemist saab vältida hea vooluahela disaini ja õigete pingereaktsioonidega MOSFETide hoolika valikuga.

Täiendavad viisid laviini purunemise ärahoidmiseks

Elektrooniliste vooluahelate laviini purunemise peatamiseks on rohkem võimalusi kui lihtsalt laviinidioodide, transientsete summutusseadmete, pingeklambrite ja MOSFET-ide hoolika valiku kasutamine.

Siin on mõned neist:

Ennetusnõuanne:	Kirjeldus:
Dioodi dopingutaseme reguleerimine	Dioodi läbilöögipinge sõltub sellest, kui palju dopingut selle valmistamisel kasutatakse. Dopingu taseme muutmisega saate tõsta laviini purunemise pinget ja peatada laviini purunemise.
Ammendumise piirkonna paksuse suurendamine	Dopingu kontsentratsioon ja eelpinge mõjutavad dioodi tühjenduspiirkonna paksust. Ammendumise piirkonna paksemaks muutmisega saab tõsta laviini läbilöögipinget ja peatada laviini purunemise.
Õige soojuse hajumine	Liiga palju soojust võib dioodid lõhkuda ja põhjustada nende rikke. Jahutusradiaatorid ja muud viisid asjade jahutamiseks võivad aidata vältida laviini lagunemist.
Kaitsmed ja liigpingekaitsmed	Kaitsmed ja liigpingekaitsmed aitavad kaitsta elektroonilisi vooluahelaid pingetõusude ja muude mööduvate sündmuste eest, mis võivad põhjustada laviini rikkeid.

Pinge ja laviini purunemine

Dielektriline tugevus ja läbilöögipinge

Materjali võimet taluda elektrilist pinget, ilma et see laguneks ja muutuks juhtivaks, mõõdetakse selle dielektrilise tugevuse järgi. Volti sentimeetri kohta on tavaline viis selle mõõtmiseks.

Rikke tõenäosus sellel pingel on piisavalt väike, et isolatsiooni saab teha eeldusel, et see sellel pingel ei purune.

Vahelduvvoolu läbilöögipinge ja impulsi läbilöögipinge on mõlemad viisid materjali dielektrilise tugevuse mõõtmiseks.

Vahelduvpinge on võrgu liini sagedus, impulsi läbilöögipinge aga imiteerib välgulööke.

Tavaliselt kulub lainel 90% amplituudini tõusmiseks 1,2 mikrosekundit, seejärel 50 mikrosekundit, et langeda tagasi 50% amplituudini.

Järeldus

Kokkuvõtteks võib öelda, et laviini purunemine ja pinge võib tunduda keerukate ideedena, millest saavad aru ainult eksperdid, kuid need on mõlemad kaasaegse elektroonika olulised osad.

Teades, kuidas need asjad töötavad ja kuidas neid elektroonikaseadmetes kasutada saab, saavad insenerid luua tõhusamaid ja ainulaadsemaid kujundusi.

Laviini pinge ja rikke uurimine võib olla veelgi olulisem, sest see näitab, kui võimas ja kasulik võib elektroonika olla.

Iga päev kasutatavaid tööriistu ja masinaid on lihtne pidada iseenesestmõistetavaks, kuid on hämmastav mõelda nende sees mõjuvatele hämmastavatele jõududele.

Seega ärge unustage inseneriteaduse tundmaõppimisel üllatuda nutikusest ja loovusest, mida iga päev kasutatava tehnoloogia valmistamisel kasutatakse.

Kes oskab öelda? Võib-olla leiate laviini purunemises või pinges järgmise suure asja, mis toob tulevikus kaasa veelgi suuremaid asju.