Kuelewa Diodi Za Banguko: Mwongozo Wa Wahandisi

Kama mhandisi, unajua jinsi diodi ni muhimu kwa jinsi mizunguko ya elektroniki inavyofanya kazi.

Lakini unajua kuhusu diode ya maporomoko ya theluji? Diode za maporomoko ya theluji ni tofauti na diodi za kawaida kwa sababu zina kipengele maalum ambacho huwawezesha kufanya idadi ya kazi tofauti katika matumizi ya juu ya voltage.

Kwa hivyo jifunge na uwe tayari kupiga mbizi katika ulimwengu unaovutia wa diodi za maporomoko ya theluji!

Utangulizi wa Avalanche Diode

Ufafanuzi rasmi:

Diode ya kuvunjika kwa semiconductor, kwa kawaida hutengenezwa kwa silikoni, ambamo kuvunjika kwa theluji hutokea kwenye makutano yote ya pn na kushuka kwa voltage kimsingi ni mara kwa mara na huru ya mkondo; aina mbili muhimu zaidi ni diodi za IMPATT na TRAPATT.

Diode ya poromoko ni aina ya diode ya semiconductor ambayo hufanywa kuvunjika kwenye poromoko kwa voltage fulani.

Wakati voltage kwenye diode inakwenda juu ya thamani fulani, kuvunjika kwa theluji hutokea.

Ujenzi

Diode ya Zener na diode ya anguko zote zimetengenezwa kwa njia sawa, lakini kiasi cha doping katika diode ya anguko ni tofauti na ile ya diode ya Zener.

Makutano ya diode ya avalanche hufanywa ili kuacha mkusanyiko wa sasa na maeneo ya moto yanayotokana nayo, ili athari ya avalanche haina kuumiza diode.

Kanuni ya Kufanya kazi ya Diode ya Banguko

Diode za Avalanche zinafanywa kufanya kazi katika eneo la kuvunjika kwa nyuma, ambapo wanaweza kubeba sasa kubwa bila kuharibiwa.

Makutano ya pn ya diode ya avalanche hufanywa ili kuacha mkusanyiko wa sasa na maeneo ya moto yanayotoka humo, ili athari ya avalanche haina kuumiza diode.

Wakati voltage ya upendeleo wa nyuma inatumiwa kwenye diode ya anguko, hufikia voltage ya kuvunjika na huenda kwenye eneo la kuvunjika kwa theluji, ambapo inaweza kubeba sasa kubwa bila kuharibiwa.

Kuvunjika kwa Banguko hutokea wakati voltage kwenye diode iko juu kuliko thamani fulani, ambayo hufanya sasa kupanda haraka.

Kuzidisha kwa maporomoko ya theluji hufanya elektroni na ioni zaidi za bure, ambayo husababisha kiasi kikubwa cha sasa kutiririka kupitia kifaa.

Aina za Diode za Avalanche

Diode ya Zener

Diode ya Zener ni aina ya diode inayoonyesha athari ya kuvunjika kwa Zener wakati voltage kwenye diode inapita juu ya kiwango fulani.

Sehemu ya juu ya umeme kwenye diode husababisha athari ya kuvunjika kwa Zener, ambayo ni aina ya kuvunjika kwa theluji.

Diode ya Zener hutumiwa zaidi kudhibiti voltage, kulinda dhidi ya kuongezeka, na kufanya kelele.

Picha ya Banguko

Picha ya avalanche ni aina ya diode ya semiconductor ambayo hufanywa kufanya kazi katika eneo la kuvunjika kwa theluji.

Mara nyingi hutumika kama kigunduzi cha faida ya juu cha photoni katika programu-tumizi zenye mwanga mdogo kama vile mifumo ya mawasiliano ya nyuzi macho na vifaa vya kupiga picha.

Wakati picha zinachukuliwa na diode, huunda jozi za shimo la elektroni

Sehemu ya juu ya umeme katika diode inaweza kisha kuharakisha jozi hizi za shimo la elektroni, na kusababisha mafuriko ya flygbolag za malipo.

Tofauti kati ya Zener na Avalanche Breakdown

Njia ambayo uharibifu wa Zener na kuvunjika kwa theluji hutokea ndio tofauti kuu kati ya hizo mbili.

Uchanganuzi wa Zener hutokea wakati kuna sehemu ya umeme yenye nguvu katika eneo la upungufu wa diode

Kuvunjika kwa Banguko hutokea wakati elektroni zisizolipishwa zinagonga atomi kwenye diode.

Kiasi cha doping katika diode huamua voltage ya kuvunjika kwa Zener, wakati upana wa eneo la kupungua huamua voltage ya kuvunjika kwa anguko.

Video: DIODES! Aina zote Zake na Jinsi zinavyofanya kazi

Kidokezo: Washa kitufe cha manukuu ukihitaji.

Utumizi wa Diode za Avalanche

Vifaa vya Ulinzi na Vidhibiti vya Voltage

Mara nyingi, diodi za maporomoko ya theluji hutumiwa kulinda sehemu nyeti za elektroniki kutokana na kuharibiwa na voltage ya juu au kuongezeka kwa sasa katika saketi za elektroniki.

Zinaweza pia kutumika kudhibiti voltage kwenye mzigo kwenye saketi, ambapo hufanya kazi katika eneo la kuvunjika kwa nyuma.

Vyanzo vya Kelele katika Mizunguko ya RF na Microwave

Katika mizunguko ya RF na microwave, diodi za maporomoko ya theluji mara nyingi hutumiwa kama vyanzo vya kelele.

Wakati wa mchakato wa kuvunjika kwa theluji, elektroni na mashimo hufanywa bila mpangilio, ambayo hufanya kelele nyeupe

Hii inawafanya kuwa muhimu kwa mawasiliano na vita vya kielektroniki.

Vifaa vya Kubadilisha Kasi ya Juu katika Mizunguko ya Dijiti

Katika saketi za kidijitali, diodi za maporomoko ya theluji hutumiwa kama swichi za kasi ya juu ambazo zinaweza kuwasha na kuzima kwa muda mfupi sana, unaoitwa picosecond.

Kwa sababu hii, zinaweza kutumika kwa mambo kama vile uhamisho wa data wa kasi ya juu na usindikaji wa mawimbi ya dijitali.

Vigunduzi vya Picha za Faida ya Juu katika Mifumo ya Optoelectronic

Picha za maporomoko ya theluji (APDs) ni vifaa vya semiconductor ambavyo hutengenezwa kufanya kazi katika eneo la mgawanyiko wa maporomoko ya theluji wakati fotoni zinapofyonzwa na diode.

APD hutumiwa katika mifumo ya mawasiliano ya nyuzi-optic, mifumo ya leza, na programu zingine za kiwango cha chini kama vigunduzi vya faida ya juu vya photoni.

Kushuka kwa Voltage katika Diode za Avalanche

Diode za maporomoko ya theluji zimeundwa kuchukua faida ya athari ya poromoko, kwa hivyo zina kushuka kwa voltage ndogo lakini inayoonekana wakati zinavunjika.

Diode za Zener, kwa upande mwingine, daima huweka voltage juu ya mahali ambapo huvunja.

Diodi nyingi za anguko zina kushuka kwa voltage kati ya 1 na 2 volts.

Mgawo wa Joto la Voltage

Diode za Zener zina mgawo mdogo wa joto la voltage ambayo ni hasi, wakati diode za Avalanche zina mgawo mdogo wa joto wa voltage ambayo ni chanya.

Hii ina maana kwamba joto linapoongezeka, kushuka kwa voltage katika diode ya anguko itapanda kidogo, wakati kushuka kwa voltage katika diode ya Zener itapungua joto linapoongezeka.

Kulinganisha na Diode zingine

Diodi nyingi za Schottky zina kushuka kwa voltage kati ya 0.15V na 0.45V.

Voltage ya mbele kwa Diode za Silicon ni 0.7V, na kwa Diode za Ujerumani ni 0.3V.

Kwa vile kushuka kwa voltage ya mbele kwenye diode ya silicon ni karibu mara kwa mara kwa takriban 0.7v, wakati mkondo unaopitia hutofautiana kwa kiasi kikubwa, diode ya silicon inayopendelea mbele inaweza kutumika kama chanzo cha voltage isiyobadilika.

Manufaa na Hasara za Kutumia Diodi za Avalanche

Diode za Avalanche zina faida kadhaa juu ya diode za kawaida. Wanadumu kwa muda mrefu zaidi kuliko diode nyingi, ambayo huwafanya kuwa wa kuaminika zaidi wakati unatumiwa katika hali fulani.

Makutano ya pn ya diode ya anguko imeundwa ili kuzuia ukolezi wa sasa na kusababisha maeneo ya moto ili diode isiharibiwe na athari ya avalanche.

faida

Diodi za maporomoko ya theluji ni muhimu katika hali kadhaa, kama vile kulinda saketi, kutoa kelele na kutafuta fotoni.

Huonyesha kiwango kikubwa cha usikivu, utendakazi wa juu, na wakati wa majibu ya haraka, na kuzifanya kuwa bora kwa matumizi katika programu hizi.

Wanaweza pia kulinda nyaya kutoka kwa voltages ambayo haipaswi kuwepo, ambayo inawafanya kuwa muhimu katika mifumo ya umeme.

hasara

Lakini kuna mambo mabaya kuhusu kutumia diode za maporomoko ya theluji ambayo unapaswa kufikiria.

Hizi ni pamoja na hitaji la voltage ya juu zaidi ya uendeshaji, pato lisilo la mstari linalosababishwa na mchakato wa maporomoko ya theluji, kiwango cha juu zaidi cha kelele, na haja ya upendeleo wa juu wa nyuma kufanya kazi.

Diode za maporomoko ya theluji pia zinaweza zisifanye kazi kama vile aina zingine za diode, ambayo inaweza kuwa shida katika hali zingine.

Ingawa wana matatizo haya, diodi za maporomoko ya theluji bado hutumiwa sana katika hali fulani kwa sababu ya jinsi zinavyofanya kazi.

Ingawa haziwezi kutegemewa kama aina nyingine za diodi, zinafaa katika mifumo ya kielektroniki kwa sababu ni nyeti na hujibu haraka.

Tofauti kati ya Diode ya Banguko na Diode ya PIN

Diodi za maporomoko ya theluji na diodi za PIN ni aina zote mbili za diodi za semiconductor, lakini zinafanya kazi kwa njia tofauti sana.

Voltage ya Uendeshaji

Voltage inayoendesha ni tofauti kubwa kati ya aina hizi mbili.

Diode za maporomoko ya theluji hufanywa kufanya kazi katika eneo la kuvunjika kwa nyuma, ambalo linahitaji voltage ya juu kuliko eneo la kawaida la uendeshaji.

Diode za PIN, kwa upande mwingine, hufanya kazi katika eneo la upendeleo wa mbele, ambalo kwa kawaida linahitaji voltage kidogo.

Kwa hivyo, ni bora kusema kwamba diode za maporomoko ya theluji zinahitaji voltage ya juu ili kufikia eneo la kuvunjika kwa theluji kuliko zinahitaji voltage ya juu ya uendeshaji.

Kelele

Kwa sababu ya jinsi wanavyofanya kazi, diode za avalanche zinaweza kufanya kelele zaidi.

Lakini kiwango hiki cha kelele kinaweza kupunguzwa kwa kutumia voltage katika mwelekeo tofauti wa voltage ya kuvunjika.

Diodi za PIN, kwa upande mwingine, hutumiwa kwa kawaida kwa sababu hufanya kelele kidogo, lakini bado zinaweza kufanya kelele kulingana na jinsi zinatumiwa.

Muundo wa Ndani

Diodi za Banguko zina mahali ndani ambapo elektroni huzidisha wakati voltage ya nyuma inatumika kutoka nje.

Hii hufanya ukuzaji wa ndani kati ya 10 na 100 kuwa kubwa zaidi.

Kwa upande mwingine, diodi za PIN zina eneo la asili ambalo lina eneo kubwa la kupungua na uwezo mdogo kuliko diode ya kawaida ya pn.

Hii inamaanisha kuwa diodi za PIN ni nyeti zaidi na hujibu haraka zaidi.

Mahitaji ya Voltage

Diodi za maporomoko ya theluji zina voltage ya upendeleo wa kinyume ambayo ni ya juu zaidi, kati ya volti 100 na 200 kwa silicon.

Diode ya PIN, kwa upande mwingine, inafanya kazi kwa voltage ya chini na ni nzuri kwa vifaa vya chini vya nguvu.

Kwa ujumla, diode za maporomoko ya theluji na diode za PIN zinafanywa kwa njia sawa, lakini njia zao tofauti za kufanya kazi zina maana kwamba hutumiwa katika hali tofauti.

Diodi za maporomoko ya theluji zinaweza kutumika kwa viwango vya juu vya voltage, na katika mifumo ya optoelectronic, zinaweza kutumika kama vigunduzi vya faida ya juu vya photoni.

Kwa upande mwingine, diodi za PIN ni bora kwa matumizi ya chini ya nguvu, ya juu-frequency ambayo yanahitaji kelele ya chini na kasi ya juu.

Diodi za Banguko la Kelele ya Chini

Picha za Banguko ni jina sahihi la diodi za maporomoko ya kelele ya chini (APDs).

APD ni vigunduzi vya semiconductor photodiode ambavyo hutumia athari ya picha kugeuza mwanga kuwa umeme. Wao ni nyeti sana.

Uwiano wao wa juu wa mawimbi kwa kelele (SNR), mwitikio wa wakati wa haraka, mkondo wa giza wa chini, na unyeti wa juu ndio unaowafanya waonekane.

Maombi ya APDs

APD hutumiwa kwa vitu vingi tofauti, kama vile:

• Wapataji wa safu ya laser.
• Uchunguzi wa uwiano wa photon.
• Mifumo ya kuwasiliana na fiber optics.
• Lidar.
• Vichanganuzi vya PET, au tomografia ya positron.

Mzunguko wa Upendeleo wa Kelele ya Chini

Faida ya APD inadhibitiwa na voltage inayowekwa kwenye makutano kwa mwelekeo tofauti. Ili kuweka faida thabiti na kiwango cha kelele cha chini, voltage hii inahitaji kudhibitiwa kwa uangalifu.

Ili kufanya hivyo, voltage ya upendeleo kwa APD inaweza kufanywa na kudhibitiwa na mzunguko wa upendeleo wa chini wa kelele. Mzunguko huu hutumia kibadilishaji cha nyongeza cha PWM na masafa ya kudumu na kelele ya chini

Kidhibiti kidogo kinachosoma kidhibiti joto hulipa fidia kwa halijoto.

Kipengele cha Kelele Ziada

Ikilinganishwa na PIN photodiodi, APD zina kelele zaidi kwa sababu takwimu za mchakato wa maporomoko ya theluji husababisha mabadiliko ya sasa.

Kipengele cha kelele cha ziada ni njia ya kukokotoa ni kiasi gani cha kelele ambacho APD ina kelele kuliko kitambua kelele kidogo.

Picha za Banguko

Kitambuzi nyeti sana cha semiconductor photodiode, avalanche photodiode (APD) hutumia athari ya fotoelectric kugeuza mwanga kuwa umeme.

APD hufanya kazi kwa upendeleo wa juu wa kinyume, ambao huruhusu mashimo na elektroni zilizotengenezwa wakati fotoni au mwanga unapoipiga kuzidisha kama maporomoko ya theluji.

Hii inafanya uwezekano wa kuongeza faida ya photodiode mara kadhaa, kutoa unyeti mbalimbali.

Jinsi mchakato wa kuzidisha maporomoko ya theluji hufanya kazi katika APD

Mchakato wa maporomoko ya theluji huanza wakati fotoni inapofyonzwa na elektroni au shimo hutiwa ionized wakati wanapiga kitu.

Sehemu ya umeme huwapa wabebaji wanaosababisha nishati ya kutosha kutengeneza wabebaji wa sekondari kupitia ionization ya athari.

Utaratibu huu hufanya mafuriko ya jozi za mashimo ya elektroni, ambayo hutoa ishara yenye nguvu zaidi kuliko kunyonya moja kwa moja pekee.

Faida ya APD ni sawa na uwiano wa jumla ya idadi ya elektroni na mashimo yaliyofanywa na mchakato wa avalanche kwa idadi ya fotoni zilizochukuliwa na kifaa.

Faida na hasara

Faida kuu ya photodiode ya avalanche ni kwamba ni nyeti sana na inaweza kuchukua ishara za kiwango cha chini.

APD ni nyeti zaidi kuliko fotodiodi za semicondukta nyingine na inaweza kutumika mahali ambapo fotodiodi zingine haziwezi kufikia kiwango sawa cha usikivu.

Ikilinganishwa na aina nyingine za fotodiodi, APD pia hujibu haraka na ina mtiririko mdogo wa sasa wakati haitumiki.

APDs zina matatizo fulani, ingawa.

• Moja ya matatizo makuu na APD ni kwamba, ikilinganishwa na photodiodes nyingine, inahitaji voltage ya juu kufanya kazi.
• Kwa sababu ya kuzidisha kwa mtoa huduma, APD pia hufanya kelele zaidi kuliko inavyopaswa.
• Kutumia mbinu sahihi za kubuni na hali ya uendeshaji inaweza kupunguza kelele.
• Mwishowe, APD haina pato la mstari, ambayo inaweza kuifanya iwe ngumu kutumia katika hali zingine.

Tumia kesi

Inatumika katika:	Maelezo:
Vidhibiti vya Voltage	Diodi za maporomoko ya theluji zinaweza kutumika kudhibiti voltage katika saketi za elektroniki kwa kutoa voltage ya kumbukumbu thabiti. Zinaweza kutumika kama kidhibiti cha shunt ili kuweka volteji mara kwa mara kwenye saketi au kama kidhibiti cha safu ili kuweka volteji ya pato thabiti hata kama voltage inayokuja inabadilika.
Jenereta za Pulse	Diodi za maporomoko ya theluji zinaweza kutumika kutengeneza milipuko mifupi ya voltage ya juu katika jenereta za mapigo. Wakati spike ya voltage inatokea, diode inakwenda katika kuvunjika kwa maporomoko ya theluji na hufanya pigo kali na wakati wa kupanda kwa kasi. Hii ni muhimu kwa vitu kama rada, ambayo inahitaji mipigo yenye masafa ya juu.
Vifaa vya Microwave	IMPATT (Wakati wa Usafiri wa Banguko wa Athari) na TRAPATT (Trapped Plasma Avalanche Triggered Transit) hutumia diodi za Banguko. Diodi hizi hutuma mawimbi ya masafa ya juu katika safu ya microwave Ishara hizi hutumika katika mifumo ya rada, mifumo ya mawasiliano ya setilaiti, na matumizi mengine ya masafa ya juu.
Ulinzi wa Kuongezeka	Diodi za maporomoko ya theluji zinaweza kutumika katika vilinda mawimbi ili kulinda vifaa vya kielektroniki dhidi ya miisho ya volteji na kuongezeka kwa kasi kwa muda mfupi. Wanaweza kushinikiza voltage kwa kiwango fulani na kuweka kifaa kisiharibiwe na voltage ya juu.
Amplifiers za RF	Vikuza sauti vya masafa ya redio (RF) vinaweza kutumia diodi za maporomoko ya theluji kutengeneza mawimbi ya RF yenye nguvu ya juu. Katika kesi hiyo, diode huenda kwenye eneo la kuvunjika kwa maporomoko ya theluji, ambayo inasababisha sasa kuongezeka kwa haraka na kufanya ishara kali ya RF.
Vigunduzi vya X-ray na Gamma Ray	Diodi za maporomoko ya theluji zinaweza kutumika katika upigaji picha wa kimatibabu na maeneo mengine kama vigunduzi vya X-ray na mionzi ya gamma. Picha zilizo na nishati nyingi huchukuliwa na diode, ambayo hutuma mapigo ya sasa ambayo yanaweza kutumika kupima nishati ya mionzi.

Matumizi mengine:

https://en.wikipedia.org/wiki/Avalanche_diode

Hitimisho

Makala hii inapofikia mwisho, ni wazi kwamba diode za maporomoko ya theluji ni sehemu muhimu za mifumo mingi ya kielektroniki.

Kwa sababu ya jinsi zinavyotengenezwa na kile wanachoweza kufanya, ni zana muhimu kwa mhandisi yeyote.

Lakini, kama teknolojia nyingine yoyote, kutumia diode za maporomoko ya theluji kuna faida na hasara, na ni muhimu kuzipima kwa uangalifu katika matumizi yoyote.

Kama wahandisi, tunatafuta teknolojia mpya zaidi na bora zaidi ili kutusaidia kubuni mifumo bora zaidi.

Lakini pia ni muhimu kuweka Kumbuka kwamba misingi ya umeme imekuwepo kwa muda mrefu na ni muhimu tu leo ​​kama ilivyokuwa wakati huo.

Kwa hivyo, iwe wewe ni mhandisi mwenye uzoefu au unapoanza tu, ni muhimu kujua jinsi diode za maporomoko ya theluji zinavyofanya kazi katika umeme wa kisasa.

Kwa kufanya hivi, utakuwa na uwezo bora wa kutengeneza mifumo inayofanya kazi vizuri na inayotegemewa kwa programu zako.

Ingawa teknolojia inabadilika, sheria za msingi za kielektroniki hubaki sawa.