Лавиналық диодтар: кернеудің белгілі бір деңгейіндегі бұзылу, құрылымы, қасиеттері, электрондық құрылғылардағы қолданылуы. Жарымөткішгіш диодтар туралы біліңіз!
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Диодтың түрі
Type of diode
Электроникада лавиналық диод – лавиналық бұзылуды белгілі бір кері бұрылыс кернеуінде сезінуге арналған (силицийден немесе басқа жартылай өткізгіштен жасалған) диод. Лавиналық диодтың торабы ток концентрациясын және оның салдарынан пайда болатын қызып кету ошақтарын болдырмау үшін жасалған, сондықтан диод бұзылудан зақымдалмайды. Лавиналық бұзылу кристалл торында иондану тудыратын жеткіліксіз мөлшердегі тасымалдаушылардың үдеуінен пайда болады, бұл одан да көп тасымалдаушыларды жасайды, олар өз кезегінде одан да көп иондану тудырады. Лавиналық бұзылу тораптың барлық бөлігінде біркелкі болғандықтан, бұзылу кернеуі лавиналық емес диодқа қарағанда ток өзгергенде дерлік тұрақты болады. Зенер диоды Зенер бұзылысына қоса, ұқсас әсер көрсетеді. Екі әсер де мұндай диодтарда болады, бірақ көбінесе біреуі екіншісінен басым болады. Лавиналық диодтар лавиналық әсерге оңтайландырылған, сондықтан олар бұзылу жағдайында кернеудің шағын, бірақ айқын төмендеуін көрсетеді, бұл бұзылу кернеуінен әрқашан жоғары кернеуді сақтайтын Зенер диодтарынан өзгеше. Бұл мүмкіндік қарапайым Зенер диодына қарағанда жақсырақ қорғаныс қамтамасыз етеді және газ разрядтағы түтіктерді алмастыруға ұқсайды. Лавиналық диодтардың кернеудің шағын оң температуралық коэффициенті бар, ал Зенер әсеріне сүйенетін диодтардың теріс температуралық коэффициенті бар.
In electronics, an avalanche diode is a diode (made from silicon or other semiconductor) that is designed to experience avalanche breakdown at a specified reverse bias voltage. The junction of an avalanche diode is designed to prevent current concentration and resulting hot spots, so that the diode is undamaged by the breakdown. The avalanche breakdown is due to minority carriers accelerated enough to create ionization in the crystal lattice, producing more carriers, which in turn create more ionization. Because the avalanche breakdown is uniform across the whole junction, the breakdown voltage is nearly constant with changing current when compared to a non avalanche diode. The Zener diode exhibits an apparently similar effect in addition to Zener breakdown. Both effects are present in any such diode, but one usually dominates the other. Avalanche diodes are optimized for avalanche effect, so they exhibit small but significant voltage drop under breakdown conditions, unlike Zener diodes that always maintain a voltage higher than breakdown. This feature provides better surge protection than a simple Zener diode and acts more like a gas discharge tube replacement. Avalanche diodes have a small positive temperature coefficient of voltage, whereas diodes relying on the Zener effect have a negative temperature coefficient.
Кернеуді белгілеу
Ажырағаннан кейінгі кернеу токтың өзгеруімен біршама ғана өзгереді. Бұл лавиналық диодты кернеу эталоны ретінде пайдалануға мүмкіндік береді. 6-8 вольттан жоғары кернеуге номиналданған диодтар көбінесе лавиналық диодтар болып табылады.
The voltage after breakdown varies only slightly with changing current. This makes the avalanche diode useful as a type of voltage reference. Voltage reference diodes rated more than about 6–8 volts are generally avalanche diodes.
Қорғау
Жалпы қолданылуы – электронды тізбектерді зиянды жоғары кернеулерден қорғау. Аваланша диоды тізбекке кері полярлы қосылады. Яғни, оның катоды анодына қатысты оң болады. Бұл конфигурацияда диод ток өткізбейді және тізбек жұмысына кедергі келтірмейді. Егер кернеу жобаланған шектен асып кетсе, диод лавиналық құлауға түседі, нәтижесінде зиянды кернеу жерге өткізіледі. Осылай қолданғанда, оларды көбінесе қысымдағыш диодтар немесе уақытша кернеуді басу құрылғылары деп атайды, себебі олар максималды кернеуді белгілі бір деңгейге дейін шектейді немесе "қаптайды". Аваланша диодтары әдетте осы қызмет үшін олардың VBR қысу кернеуімен және сіңіре алатын максималды уақытша энергия мөлшерімен сипатталады, бұл энергия (джоульмен) немесе диодтың қызып кетпеуіне шара қолданған жағдайда, лавиналық құлаудың бұзу тудырмайтындығымен анықталады.
A common application is to protect electronic circuits against damaging high voltages. The avalanche diode is connected to the circuit so that it is reverse biased. In other words, its cathode is positive with respect to its anode. In this configuration, the diode is non conducting and does not interfere with the circuit. If the voltage increases beyond the design limit, the diode goes into avalanche breakdown, causing the harmful voltage to be conducted to ground. When used in this fashion, they are often referred to as clamping diodes or transient voltage suppressors because they fix or "clamp" the maximum voltage to a predetermined level. Avalanche diodes are normally specified for this role by their clamping voltage VBR and the maximum amount of transient energy they can absorb, specified by either energy (in joules) or Avalanche breakdown is not destructive as long as the diode is prevented from overheating.
Радиожиілік шуын шығару
Аваланша диодтары радиожиілікті шуды жасайды. Олар радио жабдықтарында және аппараттық кездейсоқ сандар генераторларында шу көзі ретінде кеңінен қолданылады. Мысалы, олар антенна анализаторларының көпірлері үшін радиожиілік (RF) көзі ретінде жиі пайдаланылады. Аваланша диодтары сондай-ақ ақ шу генераторлары ретінде де қолданылуы мүмкін.
Avalanche diodes generate radio frequency noise. They are commonly used as noise sources in radio equipment and hardware random number generators. For instance, they are often used as a source of RF for antenna analyzer bridges. Avalanche diodes can also be used as white noise generators.
Микротолқынды жиілікті өндіру
Резонанстық тізбекке қойылғанда, лавиналық диодтар теріс кедергіге ие құрылғылар ретінде жұмыс істей алады. IMPATT диоды – жиіліктерді жасауға арналған лавиналық диодтың оңтайландырылған түрі.
If placed into a resonant circuit, avalanche diodes can act as negative resistance devices. The IMPATT diode is an avalanche diode optimized for frequency generation.
Бір фотоны бар лавина детекторы
Бұл допингтелген кремнийден жасалған және тіпті жалғыз фотондарды анықтау үшін лавиналық ыдырау құбылысына сүйенетін құрылғылар. Кремнийлі лавиналық фотодиод – жоғары сезімталдыққа ие фотон детекторы. Олар "жоғары жылдамдықты және төмен жарық деңгейіндегі қолданулар үшін өте қолайлы". Лавиналық фотодиод жүздеген вольтқа дейінгі кері бұрылыс кернеуімен жұмыс істейді, бұл кернеу оның ыдырау кернеуінен сәл төмен. Осы режимде, түскен фотондардың әсерінен пайда болатын электрон-тесік жұптары электр өрісінен көп мөлшерде энергия алып, қосымша заряд тасымалдаушыларды тудырады. Осы электрондық құрылғылармен бір фотонның фототогын тіркеуге болады.
These are made from doped silicon and depend on the avalanche breakdown effect to detect even single photons. The silicon avalanche photodiode is a high gain photon detector. They are "ideal for use in high speed, low light level applications". The avalanche photodiode is operated with a reverse bias voltage of up to hundreds of volts, slightly below its breakdown voltage. In this regime, electron–hole pairs generated by the incident photons take a large amount of energy from the electric field, which creates more secondary charge carriers. The photocurrent of just one photon can be registered with these electronic devices.