Si inxhinier, ju e dini se sa të rëndësishme janë diodat për mënyrën e funksionimit të qarqeve elektronike.
Por a dini për diodën e ortekëve? Diodat e ortekëve janë të ndryshme nga diodat e zakonshme sepse ato kanë një veçori të veçantë që i lejon ata të kryejnë një sërë detyrash të ndryshme në aplikimet e tensionit të lartë.
Pra, shtrëngohu dhe bëhu gati të zhytesh në botën magjepsëse të diodave të ortekëve!
Hyrje në Diodën e Ortekut
Përkufizimi zyrtar:
Një diodë prishjeje gjysmëpërçuese, zakonisht e bërë nga silikoni, në të cilën prishja e ortekëve ndodh në të gjithë kryqëzimin pn dhe rënia e tensionit është në thelb konstante dhe e pavarur nga rryma; dy llojet më të rëndësishme janë diodat IMPATT dhe TRAPATT.
Një diodë orteku është një lloj diode gjysmëpërçuese që është krijuar për t'u prishur në një ortek me një tension të caktuar.
Kur voltazhi në një diodë shkon mbi një vlerë të caktuar, ndodh prishja e ortekut.
Ndërtimi
Një diodë Zener dhe një diodë orteku janë bërë të dyja në të njëjtën mënyrë, por sasia e dopingut në një diodë orteku është e ndryshme nga ajo në një diodë Zener.
Lidhja e një diode orteku është bërë për të ndaluar përqendrimin e rrymës dhe pikat e nxehta që vijnë prej saj, në mënyrë që efekti i ortekut të mos dëmtojë diodën.
Parimi i punës së diodës së ortekëve
Diodat e ortekut janë krijuar për të punuar në rajonin e prishjes së kundërt, ku ato mund të mbajnë një rrymë të madhe pa u dëmtuar.
Kryqëzimi pn i një diode orteku është bërë për të ndaluar përqendrimin e rrymës dhe pikat e nxehta që vijnë prej saj, në mënyrë që efekti i ortekut të mos dëmtojë diodën.
Kur një tension i kundërt i paragjykimit aplikohet në diodën e ortekut, ai arrin tensionin e prishjes dhe shkon në rajonin e prishjes së ortekut, ku mund të mbajë një rrymë të madhe pa u dëmtuar.
Prishja e ortekut ndodh kur voltazhi në diodë është më i lartë se një vlerë e caktuar, gjë që bën që rryma të rritet shpejt.
Shumëzimi i ortekut bën më shumë elektrone dhe jone të lira, gjë që bën që një sasi e madhe rryme të rrjedhë nëpër pajisje.
Llojet e diodave të ortekëve
Dioda Zener
Dioda Zener është një lloj diodë që tregon efektin e zbërthimit të Zenerit kur voltazhi në diodë shkon mbi një nivel të caktuar.
Një fushë e lartë elektrike në të gjithë diodën shkakton efektin e prishjes Zener, i cili është një lloj prishjeje orteku.
Dioda Zener përdoret kryesisht për të kontrolluar tensionin, për të mbrojtur kundër mbingarkesave dhe për të bërë zhurmë.
Fotodioda e ortekut
Fotodioda e ortekut është një lloj diode gjysmëpërçuese që është krijuar për të punuar në rajonin e prishjes së ortekut.
Shpesh përdoret si një detektor fotonesh me fitim të lartë në aplikacione me dritë të ulët si sistemet e komunikimit me fibra optike dhe pajisjet e imazhit.
Kur fotonet merren nga dioda, ato krijojnë çifte elektron-vrima
Fusha e lartë elektrike në diodë më pas mund t'i përshpejtojë këto çifte elektron-vrima, duke shkaktuar një vërshim të bartësve të ngarkesës.
Dallimi midis Zener dhe Avalanche Breakdown
Mënyra se si ndodh prishja e Zenerit dhe prishja e ortekëve është ndryshimi kryesor midis të dyve.
Prishja e Zenerit ndodh kur ka një fushë të fortë elektrike në të gjithë rajonin e varfërimit të diodës
Ndarja e ortekut ndodh kur elektronet e lira godasin atomet në diodë.
Sasia e dopingut në një diodë përcakton tensionin e zbërthimit të Zenerit, ndërsa gjerësia e rajonit të varfërimit përcakton tensionin e prishjes së ortekëve.
Video: DIODAT! Të gjitha llojet e tyre dhe si funksionojnë
Këshillë: Aktivizoni butonin e titrave nëse ju nevojitet.
Aplikimet e diodave të ortekëve
Pajisjet Mbrojtëse dhe Rregullatorët e Tensionit
Shumicën e kohës, diodat e ortekëve përdoren për të mbrojtur pjesët e ndjeshme elektronike nga dëmtimi nga tensioni i lartë ose rritja e rrymës në qarqet elektronike.
Ato mund të përdoren gjithashtu për të kontrolluar tensionin në një ngarkesë në qarqe, ku ata punojnë në rajonin e prishjes së kundërt.
Burimet e zhurmës në qarqet RF dhe mikrovalë
Në qarqet RF dhe mikrovalë, diodat e ortekëve shpesh përdoren si burime zhurme.
Gjatë procesit të prishjes së ortekut, elektronet dhe vrimat bëhen në mënyrë të rastësishme, gjë që bën zhurmë të bardhë
Kjo i bën ato të dobishme për komunikim dhe luftë elektronike.
Pajisjet komutuese me shpejtësi të lartë në qarqet dixhitale
Në qarqet dixhitale, diodat e ortekut përdoren si ndërprerës me shpejtësi të lartë që mund të ndizen dhe fiken në një kohë shumë të shkurtër, të quajtur pikosekonda.
Për shkak të kësaj, ato mund të përdoren për gjëra të tilla si transferimi i të dhënave me shpejtësi të lartë dhe përpunimi dixhital i sinjalit.
Detektorë fotonësh me fitim të lartë në sistemet optoelektronike
Fotodiodat e ortekut (APD) janë pajisje gjysmëpërçuese që janë krijuar për të punuar në rajonin e prishjes së ortekut kur fotonet absorbohen nga dioda.
APD-të përdoren në sistemet e komunikimit me fibra optike, sistemet e rangut të lazerit dhe aplikacione të tjera të nivelit të ulët të dritës si detektorë fotonesh me fitim të lartë.
Rënia e tensionit në diodat e ortekëve
Diodat e ortekëve janë krijuar për të përfituar nga efekti i ortekut, kështu që ato kanë një rënie të vogël, por të dukshme të tensionit kur prishen.
Diodat Zener, nga ana tjetër, e mbajnë gjithmonë tensionin mbi pikën ku prishen.
Shumica e diodave të ortekëve kanë një rënie të tensionit midis 1 dhe 2 volt.
Koeficienti i temperaturës së tensionit
Diodat Zener kanë një koeficient të vogël të temperaturës së tensionit që është negativ, ndërsa diodat e Ortekut kanë një koeficient të vogël të temperaturës së tensionit që është pozitiv.
Kjo do të thotë që me rritjen e temperaturës, rënia e tensionit në një diodë orteku do të rritet pak, ndërsa rënia e tensionit në një diodë Zener do të ulet ndërsa temperatura rritet.
Krahasimi me diodat e tjera
Shumica e diodave Schottky kanë një rënie të tensionit midis 0.15 V dhe 0.45 V.
Tensioni përpara për diodat e silikonit është 0.7 V, dhe për diodat e gjermaniumit është 0.3 V.
Meqenëse rënia e tensionit përpara në një diodë silikoni është pothuajse konstante në rreth 0.7v, ndërsa rryma përmes saj ndryshon në sasi relativisht të mëdha, një diodë silikoni e anuar përpara mund të përdoret si një burim me tension konstant.
Avantazhet dhe disavantazhet e përdorimit të diodave të ortekëve
Diodat e ortekëve kanë disa përparësi ndaj diodave normale. Ato zgjasin më shumë se shumica e diodave, gjë që i bën ato më të besueshme kur përdoren në situata të caktuara.
Kryqëzimi pn i një diode orteku është projektuar për të parandaluar përqendrimin aktual dhe pikat e nxehta që rezultojnë në mënyrë që dioda të mos dëmtohet nga efekti i ortekut.
Përparësitë
Diodat e ortekut janë të dobishme në një sërë situatash, të tilla si mbrojtja e qarqeve, krijimi i zhurmës dhe gjetja e fotoneve.
Ato shfaqin një nivel më të madh ndjeshmërie, performancë të lartë dhe kohë të shpejtë reagimi, duke i bërë ato ideale për përdorim në këto aplikacione.
Ata gjithashtu mund të mbrojnë qarqet nga tensionet që nuk duhet të jenë aty, gjë që i bën ato të dobishme në sistemet elektronike.
Disavantazhet
Por ka disa gjëra të këqija në lidhje me përdorimin e diodave të ortekëve për të cilat duhet të mendoni.
Këto përfshijnë nevojën për një tension shumë më të lartë operativ, një dalje jolineare të shkaktuar nga procesi i ortekëve, një nivel shumë më të lartë zhurme dhe nevojën për një paragjykim të lartë të kundërt për të punuar.
Diodat e ortekëve gjithashtu mund të mos funksionojnë si llojet e tjera të diodave, të cilat mund të jenë problem në disa situata.
Edhe pse i kanë këto probleme, diodat e ortekëve ende përdoren gjerësisht në situata të caktuara për shkak të mënyrës se si funksionojnë.
Edhe pse ato mund të mos jenë aq të besueshme sa llojet e tjera të diodave, ato janë të dobishme në sistemet elektronike sepse janë të ndjeshme dhe përgjigjen shpejt.
Dallimi midis diodës së ortekëve dhe diodës PIN
Diodat e ortekëve dhe diodat PIN janë të dyja llojet e diodave gjysmëpërçuese, por ato funksionojnë në mënyra shumë të ndryshme.
Tensioni i funksionimit
Tensioni i funksionimit është një ndryshim i madh midis dy llojeve.
Diodat e ortekëve janë krijuar për të punuar në rajonin e prishjes së kundërt, i cili ka nevojë për një tension më të lartë se rajoni normal i funksionimit.
Diodat PIN, nga ana tjetër, punojnë në rajonin e njëanshëm përpara, i cili zakonisht ka nevojë për më pak tension.
Pra, është më mirë të thuhet se diodat e ortekëve kanë nevojë për një tension më të lartë për të arritur në rajonin e prishjes së ortekëve sesa që kanë nevojë për një tension më të lartë operativ.
Zhurma
Për shkak të mënyrës se si funksionojnë, diodat e ortekëve mund të bëjnë më shumë zhurmë.
Por ky nivel zhurme mund të ulet duke aplikuar një tension në drejtim të kundërt të tensionit të prishjes.
Diodat PIN, nga ana tjetër, zakonisht përdoren sepse bëjnë më pak zhurmë, por ato mund të bëjnë ende pak zhurmë në varësi të mënyrës se si përdoren.
Struktura e brendshme
Diodat e ortekëve kanë një vend brenda ku elektronet shumohen kur një tension i kundërt aplikohet nga jashtë.
Kjo e bën amplifikimin e brendshëm midis 10 dhe 100 herë më të madh.
Nga ana tjetër, diodat PIN kanë një rajon të brendshëm që ka një rajon më të madh zbrazjeje dhe më pak kapacitet sesa një diodë standarde pn.
Kjo do të thotë që diodat PIN janë më të ndjeshme dhe përgjigjen më shpejt.
Kërkesat e Tensionit
Diodat e ortekëve kanë një tension të kundërt të paragjykimit që është shumë më i lartë, midis 100 dhe 200 volt për silikon.
Dioda PIN, nga ana tjetër, funksionon me një tension të ulët dhe është e mirë për pajisjet me fuqi të ulët.
Në përgjithësi, diodat e ortekëve dhe diodat PIN janë bërë në mënyra të ngjashme, por mënyrat e tyre të ndryshme të punës nënkuptojnë se ato përdoren në situata të ndryshme.
Diodat e ortekëve mund të përdoren me tensione të larta, dhe në sistemet optoelektronike, ato mund të përdoren si detektorë fotonesh me fitim të lartë.
Nga ana tjetër, diodat PIN janë më të mira për aplikime me fuqi të ulët dhe me frekuencë të lartë që kanë nevojë për zhurmë të ulët dhe shpejtësi të lartë.
Diodat e ortekëve me zhurmë të ulët
Fotodiodat e ortekëve janë emri i saktë për diodat e ortekëve me zhurmë të ulët (APD).
APD-të janë detektorë fotodiodë gjysmëpërçues që përdorin efektin fotoelektrik për të kthyer dritën në energji elektrike. Ata janë shumë të ndjeshëm.
Raporti i tyre i lartë sinjal-zhurmë (SNR), reagimi i shpejtë në kohë, rryma e ulët e errët dhe ndjeshmëria e lartë janë ato që i bëjnë të dallohen.
Aplikimet e APD-ve
APD-të përdoren për shumë gjëra të ndryshme, si p.sh.
- Gjetës të rrezes lazer.
- Studimet e korrelacionit të fotoneve.
- Sistemet e komunikimit me fibra optike.
- Lidar.
- Skanera për PET, ose tomografi me emetim pozitron.
Qarku i paragjykimit me zhurmë të ulët
Fitimi i një APD kontrollohet nga voltazhi që vihet në kryqëzim në drejtim të kundërt. Për të mbajtur fitimin të qëndrueshëm dhe nivelin e zhurmës të ulët, ky tension duhet të kontrollohet me kujdes.
Për ta bërë këtë, tensioni i paragjykimit për APD-të mund të bëhet dhe kontrollohet nga një qark paragjykim me zhurmë të ulët. Ky qark përdor një konvertues përforcues PWM me një frekuencë fikse dhe zhurmë të ulët
Një mikrokontrollues që lexon një termistor kompenson temperaturën.
Faktori i zhurmës së tepërt
Krahasuar me fotodiodat PIN, APD-të kanë më shumë zhurmë sepse statistikat e procesit të ortekëve shkaktojnë luhatje aktuale.
Faktori i zhurmës së tepërt është një mënyrë për të llogaritur se sa më shumë zhurmë ka një APD sesa një detektor i kufizuar i zhurmës së goditjes.
Fotodioda orteku
Një detektor fotodiodë gjysmëpërçues shumë i ndjeshëm, një fotodiodë orteku (APD) përdor efektin fotoelektrik për të kthyer dritën në energji elektrike.
APD funksionon me një paragjykim të lartë të kundërt, i cili lejon që vrimat dhe elektronet e bëra kur një foton ose dritë e godet atë të shumohen si ortekë.
Kjo bën të mundur rritjen e fitimit të fotodiodës disa herë, duke i dhënë asaj një gamë të gjerë ndjeshmërie.
Si funksionon procesi i shumëzimit të ortekëve në APD
Procesi i ortekut fillon kur një foton absorbohet dhe një elektron ose një vrimë jonizohet kur godasin diçka.
Fusha elektrike u jep transportuesve që rezultojnë energji të mjaftueshme për të bërë bartës dytësorë përmes jonizimit të ndikimit.
Ky proces bën një vërshim të çifteve elektron-vrima, të cilat japin një sinjal më të fortë sesa vetëm thithja e drejtpërdrejtë.
Fitimi i APD është i barabartë me raportin e numrit të përgjithshëm të elektroneve dhe vrimave të bëra nga procesi i ortekut me numrin e fotoneve të përthithur nga pajisja.
Avantazhet dhe disavantazhet
Përfitimi kryesor i një fotodiode orteku është se ajo është shumë e ndjeshme dhe mund të marrë sinjale të nivelit të ulët.
APD është më e ndjeshme se fotodiodat e tjera gjysmëpërçuese dhe mund të përdoret në vende ku fotodioda të tjera mund të mos jenë në gjendje të arrijnë të njëjtin nivel ndjeshmërie.
Krahasuar me llojet e tjera të fotodiodave, APD gjithashtu përgjigjet më shpejt dhe ka më pak rrjedhje të rrymës kur nuk përdoret.
Megjithatë, APD-të kanë disa probleme.
- Një nga problemet kryesore me një APD është se, në krahasim me fotodiodat e tjera, ajo ka nevojë për një tension më të lartë për të punuar.
- Për shkak të shumëzimit të bartësve, APD-të gjithashtu bëjnë më shumë zhurmë sesa duhet.
- Përdorimi i teknikave të duhura të projektimit dhe kushteve të funksionimit mund të zvogëlojë zhurmën.
- Së fundi, një APD nuk ka një dalje lineare, gjë që mund ta bëjë më të vështirë përdorimin në disa situata.
Raste te perdorimit
| Përdorur në: | Përshkrim: |
|---|---|
| Rregullatorët e tensionit | Diodat e ortekut mund të përdoren për të kontrolluar tensionin në qarqet elektronike duke siguruar një tension të qëndrueshëm referencë. Ato mund të përdoren si një rregullator shunt për të mbajtur tensionin konstant në të gjithë qarkun ose si një rregullator seri për të mbajtur tensionin e daljes të qëndrueshëm edhe nëse tensioni që vjen ndryshon. |
| Gjeneratorët e impulsit | Diodat e ortekëve mund të përdoren për të bërë shpërthime të shkurtra të tensionit të lartë në gjeneratorët e impulsit. Kur ndodh një rritje e tensionit, dioda shkon në prishje të ortekëve dhe bën një puls të mprehtë me një kohë të shpejtë të rritjes. Kjo është e dobishme për gjëra të tilla si radarët, të cilët kanë nevojë për impulse me frekuencë të lartë. |
| Pajisjet me mikrovalë | Diodat IMPATT (IMPact ionization Avalanche Transit-Time) dhe TRAPATT (Transiti i shkaktuar nga orteku i plazmës së bllokuar) përdorin dioda orteku. Këto dioda dërgojnë sinjale me frekuencë të lartë në rrezen e mikrovalëve Këto sinjale përdoren në sistemet e radarëve, sistemet e komunikimit satelitor dhe aplikacione të tjera me frekuencë të lartë. |
| Mbrojtja nga mbitensionet | Diodat e ortekut mund të përdoren në mbrojtëset e mbitensionit për të mbrojtur pajisjet elektronike nga pikat e tensionit dhe mbitensionet kalimtare. Ata mund të shtrëngojnë tensionin në një nivel të caktuar dhe të mos dëmtojnë pajisjen nga tensioni i lartë. |
| Përforcues RF | Përforcuesit e radiofrekuencës (RF) mund të përdorin dioda orteku për të prodhuar sinjale RF me fuqi të lartë. Në këtë rast, dioda shkon në rajonin e prishjes së ortekëve, gjë që bën që rryma të rritet shpejt dhe të prodhojë një sinjal të fortë RF. |
| Detektorë me rreze X dhe rreze gama | Diodat e ortekëve mund të përdoren në imazhe mjekësore dhe vende të tjera si detektorë me rreze X dhe rreze gama. Fotonet me shumë energji merren nga dioda, e cila dërgon një impuls të rrymës që mund të përdoret për të matur energjinë e rrezatimit. |
Përdorime të tjera:
https://en.wikipedia.org/wiki/Avalanche_diode
konkluzioni
Ndërsa ky artikull përfundon, është e qartë se diodat e ortekëve janë pjesë e rëndësishme e shumë sistemeve elektronike.
Për shkak të mënyrës se si janë bërë dhe çfarë mund të bëjnë, ato janë mjete të dobishme për çdo inxhinier.
Por, si çdo teknologji tjetër, përdorimi i diodave të ortekëve ka të mirat dhe të këqijat, dhe është e rëndësishme t'i peshoni ato me kujdes në çdo aplikim.
Si inxhinierë, ne jemi gjithmonë në kërkim të teknologjisë më të re dhe më të mirë për të na ndihmuar të dizajnojmë sisteme më të mira.
Por është gjithashtu e rëndësishme të ruhet duke pasur parasysh se bazat e elektronikës kanë ekzistuar për një kohë të gjatë dhe janë po aq të rëndësishme sot sa ishin atëherë.
Pra, nëse jeni një inxhinier me përvojë ose sapo keni filluar, është e rëndësishme të dini se si funksionojnë diodat e ortekëve në elektronikën moderne.
Duke bërë këtë, do të jeni më në gjendje të dizajnoni sisteme që funksionojnë mirë dhe janë të besueshëm për aplikacionet tuaja.
Edhe pse teknologjia ndryshon, rregullat bazë të elektronikës mbeten të njëjta.
Shpërndaje në…
