Muhandis sifatida siz elektron sxemalarning ishlashi uchun diodlar qanchalik muhimligini bilasiz.
Lekin siz ko'chki diyoti haqida bilasizmi? Ko'chki diodlari oddiy diodlardan farq qiladi, chunki ular yuqori kuchlanishli ilovalarda bir qator turli vazifalarni bajarishga imkon beruvchi maxsus xususiyatga ega.
Shunday qilib, bog'ingizni bog'lang va ko'chki diyotlarining ajoyib dunyosiga sho'ng'ishga tayyorlaning!
Avalanche Diode bilan tanishtirish
Rasmiy ta'rif:
Odatda kremniydan tayyorlangan yarimo'tkazgichli parchalanish diodi, unda ko'chki parchalanishi butun pn-birikmasi bo'ylab sodir bo'ladi va kuchlanishning pasayishi asosan doimiy va oqimdan mustaqil bo'ladi; ikkita eng muhim tur - IMPATT va TRAPATT diodlari.
Ko'chki diodi - ma'lum bir kuchlanishda ko'chkida parchalanish uchun qilingan yarimo'tkazgichli diodning bir turi.
Diyotdagi kuchlanish ma'lum bir qiymatdan oshib ketganda, ko'chki buzilishi sodir bo'ladi.
Qurilish
Zener diyoti va ko'chki diyoti ikkalasi ham xuddi shunday qilingan, ammo ko'chki diyotidagi doping miqdori Zener diyotidagidan farq qiladi.
Ko'chki diodining birikmasi joriy kontsentratsiyani va undan kelib chiqadigan issiq nuqtalarni to'xtatish uchun amalga oshiriladi, shunda ko'chki ta'siri diodga zarar etkazmaydi.
Ko'chki diodining ishlash printsipi
Ko'chki diodlari teskari buzilish hududida ishlash uchun ishlab chiqariladi, bu erda ular katta oqimni shikastlanmasdan o'tkazishi mumkin.
Ko'chki diodining pn birikmasi joriy kontsentratsiyani va undan kelib chiqadigan issiq nuqtalarni to'xtatish uchun amalga oshiriladi, shunda ko'chki ta'siri diodga zarar etkazmaydi.
Ko'chki diyotiga teskari yo'nalishli kuchlanish qo'llanilganda, u buzilish kuchlanishiga etib boradi va ko'chkining buzilishi hududiga kiradi, bu erda u katta oqimni shikastlanmasdan o'tkazishi mumkin.
Ko'chkining buzilishi dioddagi kuchlanish ma'lum bir qiymatdan yuqori bo'lganda sodir bo'ladi, bu esa oqimning tez ko'tarilishiga olib keladi.
Ko'chkining ko'payishi ko'proq erkin elektronlar va ionlarni hosil qiladi, bu esa qurilma orqali katta miqdorda oqim o'tishiga olib keladi.
Ko'chki diodlarining turlari
Zener diyot
Zener diyoti diodaning bir turi bo'lib, dioddagi kuchlanish ma'lum darajadan oshib ketganda Zenerning parchalanish effektini ko'rsatadi.
Diyot bo'ylab yuqori elektr maydoni Zenerning parchalanishi effektini keltirib chiqaradi, bu ko'chki buzilishining bir turi hisoblanadi.
Zener diyoti asosan kuchlanishni nazorat qilish, kuchlanishdan himoya qilish va shovqin qilish uchun ishlatiladi.
Ko'chki fotodiodi
Ko'chki fotodiodi yarimo'tkazgichli diodlarning bir turi bo'lib, ko'chki parchalanishi hududida ishlash uchun ishlab chiqariladi.
Ko'pincha optik tolali aloqa tizimlari va tasvirlash qurilmalari kabi kam yorug'likli ilovalarda yuqori daromadli foton detektori sifatida ishlatiladi.
Fotonlar diod tomonidan qabul qilinganda, ular elektron teshik juftlarini hosil qiladi
Diyotdagi yuqori elektr maydoni keyinchalik bu elektron-teshik juftlarini tezlashtirishi mumkin, bu esa zaryad tashuvchilarning toshqiniga sabab bo'ladi.
Zener va Avalanche Breakdown o'rtasidagi farq
Zenerning parchalanishi va ko'chkining buzilishi ularning orasidagi asosiy farqdir.
Zenerning buzilishi diodaning kamayishi hududida kuchli elektr maydoni mavjud bo'lganda sodir bo'ladi
Ko'chki parchalanishi dioddagi atomlarga erkin elektronlar tushganda sodir bo'ladi.
Diyotdagi doping miqdori Zenerning parchalanish kuchlanishini aniqlaydi, tükenme hududining kengligi esa ko'chkining buzilishi kuchlanishini aniqlaydi.
Video: DIODLAR! Ularning barcha turlari va ular qanday ishlaydi
Maslahat: Agar kerak bo'lsa, taglavha tugmasini yoqing.
Ko'chki diodlarini qo'llash
Himoya qurilmalari va kuchlanish regulyatorlari
Ko'pincha ko'chki diodlari nozik elektron qismlarni yuqori kuchlanish yoki elektron kontaktlarning zanglashiga olib kelishidan himoya qilish uchun ishlatiladi.
Ular, shuningdek, teskari buzilish hududida ishlaydigan zanjirlardagi yukdagi kuchlanishni nazorat qilish uchun ham ishlatilishi mumkin.
RF va mikroto'lqinli pechlardagi shovqin manbalari
RF va mikroto'lqinli davrlarda ko'chki diodlari ko'pincha shovqin manbalari sifatida ishlatiladi.
Ko'chkining parchalanishi jarayonida elektronlar va teshiklar tasodifiy hosil bo'ladi, bu esa oq shovqinni keltirib chiqaradi
Bu ularni aloqa va elektron urush uchun foydali qiladi.
Raqamli kontaktlarning zanglashiga olib keladigan yuqori tezlikdagi kommutatsiya qurilmalari
Raqamli sxemalarda ko'chki diodlari pikosoniya deb ataladigan juda qisqa vaqt ichida yoqilishi va o'chirilishi mumkin bo'lgan yuqori tezlikli kalitlar sifatida ishlatiladi.
Shu sababli, ular yuqori tezlikda ma'lumotlarni uzatish va raqamli signallarni qayta ishlash kabi narsalar uchun ishlatilishi mumkin.
Optoelektronik tizimlarda yuqori daromadli foton detektorlari
Ko'chki fotodiodlari (APD) yarimo'tkazgichli qurilmalar bo'lib, ular fotonlar diod tomonidan so'rilganida ko'chki parchalanishi hududida ishlash uchun yaratilgan.
APDlar optik tolali aloqa tizimlarida, lazer diapazonida va boshqa past yorug'lik darajasidagi ilovalarda yuqori daromadli foton detektorlari sifatida ishlatiladi.
Ko'chki diodlarida kuchlanishning pasayishi
Ko'chki diodlari ko'chki ta'siridan foydalanish uchun mo'ljallangan, shuning uchun ular buzilganda kichik, ammo sezilarli kuchlanish pasayishiga ega.
Zener diodlari esa har doim kuchlanishni uzilish nuqtasidan yuqori ushlab turadi.
Ko'chki diodlarining ko'pchiligi 1 dan 2 voltgacha bo'lgan kuchlanish pasayishiga ega.
Kuchlanishning harorat koeffitsienti
Zener diodlarida kuchlanishning kichik harorat koeffitsienti salbiy, Avalanche diodlarida esa ijobiy bo'lgan kichik harorat koeffitsienti mavjud.
Bu shuni anglatadiki, harorat ko'tarilgach, ko'chki diodidagi kuchlanish pasayishi biroz ko'tariladi, Zener diyotidagi kuchlanish esa harorat ko'tarilganda pasayadi.
Boshqa diodlar bilan taqqoslash
Ko'pgina Schottky diodlari 0,15 dan 0,45 V gacha bo'lgan kuchlanish pasayishiga ega.
Silikon diodlar uchun to'g'ridan-to'g'ri kuchlanish 0,7V, germaniy diodlar uchun esa 0,3V.
Silikon diodda to'g'ridan-to'g'ri kuchlanishning pasayishi taxminan 0,7v da deyarli doimiy bo'lganligi sababli, u orqali o'tadigan oqim nisbatan katta miqdorda o'zgarib turadi, doimiy kuchlanish manbai sifatida oldinga yo'naltirilgan silikon dioddan foydalanish mumkin.
Ko'chki diodlaridan foydalanishning afzalliklari va kamchiliklari
Ko'chki diodlari oddiy diodlarga nisbatan bir qancha afzalliklarga ega. Ular ko'pgina diodlardan ko'ra uzoqroq xizmat qiladi, bu esa muayyan vaziyatlarda foydalanilganda ularni yanada ishonchli qiladi.
Ko'chki diyotining pn birikmasi joriy kontsentratsiyani va natijada paydo bo'ladigan issiq nuqtalarni oldini olish uchun mo'ljallangan, shunda diyot ko'chki ta'siridan zarar ko'rmaydi.
Afzalliklar
Ko'chki diodlari zanjirlarni himoya qilish, shovqin qilish va fotonlarni topish kabi bir qator holatlarda foydalidir.
Ular yuqori darajadagi sezgirlik, yuqori mahsuldorlik va tezkor javob berish vaqtini namoyish etadi, bu ularni ushbu ilovalarda foydalanish uchun ideal qiladi.
Ular, shuningdek, kontaktlarning zanglashiga olib keladigan kuchlanishlardan himoya qilishi mumkin, bu ularni elektron tizimlarda foydali qiladi.
Kamchiliklari
Ammo ko'chki diodlarini ishlatishda siz o'ylashingiz kerak bo'lgan ba'zi yomon narsalar mavjud.
Bularga ish kuchlanishining ancha yuqori bo'lishi, ko'chki jarayonidan kelib chiqadigan chiziqli bo'lmagan chiqish, shovqinning ancha yuqori darajasi va ishlash uchun yuqori teskari yo'nalish zarurligi kiradi.
Ko'chki diodlari ham boshqa turdagi diodlar kabi ishlamasligi mumkin, bu ba'zi holatlarda muammo bo'lishi mumkin.
Garchi ularda bunday muammolar mavjud bo'lsa ham, ko'chki diodlari qanday ishlashi tufayli ba'zi holatlarda hali ham keng qo'llaniladi.
Boshqa turdagi diodlar kabi ishonchli bo'lmasa ham, ular elektron tizimlarda foydalidir, chunki ular sezgir va tez javob beradi.
Ko'chki diodi va PIN diod o'rtasidagi farq
Ko'chki diodlari va PIN-diodlar yarimo'tkazgichli diodlarning ikkala turidir, ammo ular juda boshqacha ishlaydi.
Ishlash kuchlanishi
Ishlaydigan kuchlanish ikki tur o'rtasidagi katta farqdir.
Ko'chki diodlari teskari parchalanish hududida ishlash uchun ishlab chiqariladi, bu esa normal ishlaydigan hududdan yuqori kuchlanishga muhtoj.
Boshqa tomondan, PIN-diodlar oldinga yo'naltirilgan mintaqada ishlaydi, bu odatda kamroq kuchlanishni talab qiladi.
Shunday qilib, ko'chki diodlari yuqori ish kuchlanishiga muhtoj bo'lganidan ko'ra, ko'chki parchalanish hududiga erishish uchun yuqori kuchlanishga muhtojligini aytish yaxshiroqdir.
Shovqin
Ularning qanday ishlashi tufayli ko'chki diodlari ko'proq shovqin chiqarishi mumkin.
Ammo bu shovqin darajasini buzilish kuchlanishiga teskari yo'nalishda kuchlanish qo'llash orqali kamaytirish mumkin.
Boshqa tomondan, PIN-diodlar odatda kamroq shovqin hosil qilgani uchun ishlatiladi, ammo ular qanday ishlatilishiga qarab biroz shovqin qilishlari mumkin.
Ichki tuzilma
Ko'chki diodlari tashqaridan teskari kuchlanish qo'llanilganda elektronlar ko'payadigan joyga ega.
Bu ichki kuchaytirgichni 10 dan 100 martagacha oshiradi.
Boshqa tomondan, PIN-diodlar standart pn diodiga qaraganda kattaroq quvvatsizlanish hududiga va kamroq sig'imga ega bo'lgan ichki hududga ega.
Bu shuni anglatadiki, PIN-diodlar sezgirroq va tezroq javob beradi.
Voltajga qo'yiladigan talablar
Ko'chki diodlari kremniy uchun 100 dan 200 voltgacha bo'lgan teskari kuchlanish kuchlanishiga ega.
PIN-diod, aksincha, past kuchlanishda ishlaydi va kam quvvatli qurilmalar uchun yaxshi.
Umuman olganda, ko'chki diodlari va PIN-diodlar shunga o'xshash tarzda ishlab chiqariladi, ammo ularning turli xil ishlash usullari ular turli vaziyatlarda qo'llanilishini anglatadi.
Ko'chki diodlari yuqori kuchlanish bilan ishlatilishi mumkin va optoelektronik tizimlarda ular yuqori daromadli foton detektorlari sifatida ishlatilishi mumkin.
Boshqa tomondan, PIN-diodlar past shovqin va yuqori tezlikni talab qiladigan past quvvatli, yuqori chastotali ilovalar uchun yaxshiroqdir.
Kam shovqinli ko'chki diodlari
Ko'chki fotodiodlari past shovqinli ko'chki diodlari (APD) uchun to'g'ri nomdir.
APD yarimo'tkazgichli fotodiodli detektorlar bo'lib, yorug'likni elektrga aylantirish uchun fotoelektr effektidan foydalanadi. Ular juda sezgir.
Ularning yuqori signal-shovqin nisbati (SNR), tezkor javob, past qorong'u oqim va yuqori sezuvchanlik ularni ajratib turadigan narsadir.
APDlarni qo'llash
APDlar turli xil narsalar uchun ishlatiladi, masalan:
- Lazer diapazoni o'lchagichlar.
- Foton korrelyatsiyasini o'rganish.
- Optik tolali aloqa tizimlari.
- Lidar.
- PET yoki pozitron emissiya tomografiyasi uchun skanerlar.
Shovqinni kamaytiruvchi sxema
APD ning daromadi qarama-qarshi yo'nalishdagi birikma bo'ylab qo'yilgan kuchlanish bilan boshqariladi. Daromadni barqaror ushlab turish va shovqin darajasini past darajada ushlab turish uchun bu kuchlanishni diqqat bilan nazorat qilish kerak.
Buning uchun APDlar uchun egilish kuchlanishi past shovqinli egilish davri orqali amalga oshirilishi va boshqarilishi mumkin. Ushbu sxema qattiq chastotali va past shovqinli PWM kuchaytiruvchi konvertordan foydalanadi
Termistorni o'qiydigan mikrokontroller haroratni qoplaydi.
Haddan tashqari shovqin omili
PIN fotodiodlari bilan solishtirganda, APD ko'proq shovqinga ega, chunki ko'chki jarayonining statistikasi joriy dalgalanmalarni keltirib chiqaradi.
Haddan tashqari shovqin omili - bu APD shovqinni cheklovchi detektorga qaraganda qanchalik ko'p shovqin borligini hisoblashning bir usuli.
Ko'chki fotodiodlari
Yuqori sezgir yarimo'tkazgichli fotodiod detektori, ko'chki fotodiodi (APD) yorug'likni elektrga aylantirish uchun fotoelektr effektidan foydalanadi.
APD yuqori teskari yo'nalish bilan ishlaydi, bu foton yoki yorug'lik unga tushganda hosil bo'lgan teshiklar va elektronlarning ko'chki kabi ko'payishiga imkon beradi.
Bu fotodiodning daromadini bir necha marta oshirishga imkon beradi, bu esa unga sezgirlikning keng doirasini beradi.
APDlarda ko'chkini ko'paytirish jarayoni qanday ishlaydi
Ko'chki jarayoni foton so'rilganda va elektron yoki teshik biror narsaga urilganda ionlashganda boshlanadi.
Elektr maydoni hosil bo'lgan tashuvchilarga zarba ionizatsiyasi orqali ikkilamchi tashuvchilarni yaratish uchun etarli energiya beradi.
Bu jarayon elektron-teshik juftlarining toshqinini keltirib chiqaradi, bu faqat to'g'ridan-to'g'ri yutilishdan ko'ra kuchliroq signal beradi.
APDning daromadi ko'chki jarayoni natijasida hosil bo'lgan elektronlar va teshiklarning umumiy sonining qurilma tomonidan so'rilgan fotonlar soniga nisbatiga teng.
Afzalliklari va kamchiliklari
Ko'chki fotodiodining asosiy afzalligi shundaki, u juda sezgir va past darajadagi signallarni qabul qila oladi.
APD boshqa yarimo'tkazgichli fotodiodlarga qaraganda sezgirroq va boshqa fotodiodlar bir xil sezgirlik darajasiga erisha olmaydigan joylarda qo'llanilishi mumkin.
Boshqa turdagi fotodiodlar bilan solishtirganda, APD ham tezroq javob beradi va foydalanilmayotganda kamroq oqim oqimiga ega.
Biroq, APDlarda ba'zi muammolar mavjud.
- APD bilan bog'liq asosiy muammolardan biri shundaki, boshqa fotodiodlar bilan taqqoslaganda, uning ishlashi uchun yuqori kuchlanish kerak.
- Tashuvchining ko'payishi tufayli APD ham kerak bo'lgandan ko'ra ko'proq shovqin chiqaradi.
- To'g'ri dizayn texnikasi va ish sharoitlaridan foydalanish shovqinni kamaytirishi mumkin.
- Nihoyat, APD chiziqli chiqishiga ega emas, bu ba'zi holatlarda foydalanishni qiyinlashtirishi mumkin.
Foydalanish holatlari
| Ishlatilgan: | Tavsif: |
|---|---|
| Voltaj regulyatorlari | Ko'chki diodlari barqaror mos yozuvlar kuchlanishini ta'minlash orqali elektron kontaktlarning zanglashiga olib keladigan kuchlanishni nazorat qilish uchun ishlatilishi mumkin. Ular kontaktlarning zanglashiga olib keladigan kuchlanishni doimiy ravishda ushlab turish uchun regulyator sifatida yoki kuchlanish o'zgargan taqdirda ham chiqish voltajini barqaror ushlab turish uchun ketma-ket regulyator sifatida ishlatilishi mumkin. |
| Puls generatorlari | Ko'chki diodlari impuls generatorlarida yuqori kuchlanishning qisqa portlashlarini amalga oshirish uchun ishlatilishi mumkin. Voltajning keskin ko'tarilishi sodir bo'lganda, diod ko'chkiga tushadi va tez ko'tarilish vaqti bilan o'tkir zarba beradi. Bu yuqori chastotali impulslarga muhtoj bo'lgan radar kabi narsalar uchun foydalidir. |
| Mikroto'lqinli qurilmalar | IMPATT (IMPact ionization Avalanche Transit-Time) va TRAPATT (TRApped Plasma Avalanche Triggered Transit) diodlari ko'chki diodlaridan foydalanadi. Ushbu diodlar mikroto'lqinli diapazonda yuqori chastotali signallarni yuboradi Ushbu signallar radar tizimlarida, sun'iy yo'ldosh aloqa tizimlarida va boshqa yuqori chastotali ilovalarda qo'llaniladi. |
| To'lqinlardan himoya qilish | Ko'chki diodlari elektron qurilmalarni kuchlanishning keskin ko'tarilishidan va vaqtinchalik haddan tashqari kuchlanishdan himoya qilish uchun kuchlanish himoyachilarida ishlatilishi mumkin. Ular kuchlanishni ma'lum darajada mahkamlashi va qurilmani yuqori kuchlanish bilan shikastlamasliklari mumkin. |
| RF kuchaytirgichlari | Radiochastota (RF) kuchaytirgichlari yuqori quvvatli RF signallarini yaratish uchun ko'chki diodlaridan foydalanishi mumkin. Bunday holda, diod ko'chkining buzilishi hududiga kiradi, bu esa oqimning tez ko'tarilishiga va kuchli RF signalini keltirib chiqaradi. |
| Rentgen va gamma nurlari detektorlari | Ko'chki diodlari tibbiy tasvirlashda va boshqa joylarda rentgen va gamma nurlari detektorlari sifatida ishlatilishi mumkin. Ko'p energiyaga ega fotonlar diod tomonidan olinadi, u radiatsiya energiyasini o'lchash uchun ishlatilishi mumkin bo'lgan oqim pulsini yuboradi. |
Boshqa foydalanish:
https://en.wikipedia.org/wiki/Avalanche_diode
Xulosa
Ushbu maqola nihoyasiga yetganda, ko'chki diodlari ko'plab elektron tizimlarning muhim qismlari ekanligi aniq.
Ular qanday yaratilganligi va nima qila olishi tufayli har qanday muhandis uchun foydali vositalardir.
Ammo, boshqa har qanday texnologiya singari, ko'chki diodlaridan foydalanish ham ijobiy va salbiy tomonlarga ega va har qanday dasturda ularni diqqat bilan tortish muhimdir.
Muhandislar sifatida biz har doim yaxshiroq tizimlarni loyihalashtirishga yordam beradigan eng yangi va eng yaxshi texnologiyani qidiramiz.
Lekin uni saqlash ham muhimdir elektronika asoslari uzoq vaqtdan beri mavjud bo'lganligini va o'sha paytdagi kabi bugungi kunda ham muhimligini yodda tuting.
Shunday qilib, siz tajribali muhandis bo'lasizmi yoki endigina ish boshlaysizmi, zamonaviy elektronikada ko'chki diodlari qanday ishlashini bilish muhimdir.
Buni amalga oshirish orqali siz ilovalaringiz uchun yaxshi ishlaydigan va ishonchli tizimlarni loyihalash imkoniyatiga ega bo'lasiz.
Texnologiya o'zgargan bo'lsa ham, elektronikaning asosiy qoidalari o'zgarishsiz qoladi.
Ulashish…
