Polarització directa vs. polarització inversa i els seus efectes sobre la funcionalitat del díode

 

Des del dia que la meva mare em va sorprendre amb el primer ordinador domèstic per Nadal de tornada, bé, diguem-ne fa molt de temps, m'ha intrigat la tecnologia. De totes maneres, en aquell moment, jo era l'enveja de tots els companys friki, nerd i professor de la meva escola. Allà estava amb un impressionant 64, espereu-ho, kilobytes de potència de processament en brut.

Ara, avança ràpidament fins als nostres dies, i el meu ordinador portàtil utilitza 100,000 vegades aquesta quantitat només en memòria RAM. Per tant, és segur dir que la tecnologia informàtica ha evolucionat. Tanmateix, hi ha una cosa que no ha estat així i és la competitivitat dels fabricants d'ordinadors.

Hi ha moments en què l'elecció d'un dispositiu o mètode es refereix a una necessitat o funció. A més, la necessitat d'una determinada funcionalitat és el motor predominant a l'hora d'escollir un dispositiu o procés en el camp de l'electrònica.

Què és la polarització o polarització del díode?

Abans de comparar els dos tipus de biaix, en primer lloc, parlaré de les seves característiques individuals. En electrònica, definim la polarització o polarització com un mètode per establir un conjunt de corrents o tensions en diferents punts d'un circuit electrònic per establir condicions de funcionament adequades dins d'un component electrònic. Tot i que aquesta és una versió simplificada de la resposta, encara és fonamentalment correcta. A més, amb la polarització, resideixen els dos tipus de polarització, la polarització directa i la polarització inversa.

Com estic segur que sabeu, un díode (unió PN) funciona molt com una carretera unidireccional, ja que permet el flux de corrent més fàcilment en una direcció que en l'altra. En resum, un díode normalment condueix el corrent en una direcció i la tensió que apliquen segueix una orientació de polarització directa descrita. Tanmateix, quan la tensió es mou en sentit invers, ens referim a aquesta orientació com a polarització inversa. A més, quan està en polarització inversa, un díode d'unió PN estàndard normalment inhibirà o bloquejarà el flux de corrent, gairebé com una versió electrònica d'una vàlvula de retenció.

Biaix cap endavant vs. Biaix invers

En un díode estàndard, la polarització directa es produeix quan la tensió a través d'un díode permet el flux natural de corrent, mentre que la polarització inversa denota una tensió a través del díode en la direcció oposada.

Tanmateix, la tensió present a través d'un díode durant la polarització inversa no produeix cap flux significatiu de corrent. A més, aquesta característica particular és beneficiosa per canviar el corrent altern (AC) en corrent continu (DC).

Hi ha una varietat d'altres usos per a aquesta característica, inclòs el control electrònic del senyal.

El coneixement de la col·locació del díode Zener pot fer o trencar un disseny.

 

El funcionament d'un díode

Abans, vaig proporcionar una explicació més simplificada del funcionament estàndard del díode. El procés detallat d'un díode pot ser una mica difícil d'entendre, ja que implica una comprensió de la mecànica quàntica. El funcionament dels díodes es refereix al flux de càrregues negatives (electrons) i càrregues positives (forats). Tecnològicament parlant, ens referim a un díode semiconductor com a unió pn. Les unions Pn també són una part essencial del funcionament d'una cèl·lula fotovoltaica.

En general, el bon funcionament d'un díode requereix un altre element o procés essencial anomenat dopatge. Podeu dopar un semiconductor amb materials per facilitar un excés d'electrons fàcilment desplaçats, als quals ens referim com a regió de tipus n o negativa. A més, també és possible dopar un semiconductor per promoure un excés de forats per absorbir fàcilment aquests electrons també, i ens referim a això com el tipus p o regió positiva. A més, les regions positives i negatives del díode també s'anomenen ànode (P) i càtode (N).

En general, són les variacions entre els dos materials i la seva sinergia posterior a distàncies extremadament curtes (< mil·límetre) les que faciliten el funcionament del díode. Tanmateix, la funcionalitat del díode només és possible, per descomptat, quan fusionem els dos tipus (P, N) de materials. A més, la fusió d'aquests dos tipus de materials forma el que anomenem unió pn. A més, l'àrea que hi ha entre els dos elements s'anomena regió d'esgotament.

Nota: tingueu en compte que per a una funcionalitat adequada, un díode requereix una tensió de llindar mínima per superar la regió d'esgotament. A més, la tensió de llindar mínima en la majoria dels casos per als díodes és d'aproximadament 0.7 volts. A més, la tensió de polarització inversa produirà una petita quantitat de corrent a través del díode, i s'anomena corrent de fuga, però normalment és insignificant. Finalment, si apliqueu una tensió inversa significativa, provocarà una avaria electrònica completa del díode, permetent així que el corrent flueixi en sentit contrari a través del díode.

Continuació de la funcionalitat i funcionament del díode

En general, quan la difusió facilita el posterior moviment d'electrons de la regió de tipus n, comencen a omplir els forats dins de la regió de tipus p. El resultat d'aquesta acció forma ions negatius dins de la regió de tipus p, deixant així enrere ions positius a la regió de tipus n. En general, el control rector d'aquesta acció resideix en la direcció del camp elèctric. Com us podeu imaginar, això resulta en un comportament elèctric beneficiós depenent, per descomptat, de com apliqueu la tensió, és a dir, la polarització.

A més, pel que fa a un díode d'unió pn estàndard, hi ha tres condicions de polarització i dues regions operatives. Els tres tipus possibles de condicions de polarització són els següents:

• Polarització directa: aquesta condició de polarització incorpora la connexió d'un potencial de tensió positiu al material de tipus P i un negatiu al material de tipus N a través del díode, disminuint així l'amplada del díode.

• Polarització inversa: En canvi, aquesta condició de polarització implica la connexió d'un potencial de tensió negatiu al material de tipus P i un positiu al material de tipus N a través del díode, augmentant així l'amplada del díode.

• Polarització zero: aquesta és una condició de polarització en la qual no hi ha cap potencial de tensió extern aplicat al díode.

Polarització directa versus polarització inversa i les seves variàncies

Un biaix invers reforça la barrera potencial i impedeix el flux de portadors de càrrega. En canvi, un biaix cap endavant debilita la barrera potencial, permetent així que el corrent flueixi més fàcilment a través de la unió.

Mentre estem en polarització directa, connectem el terminal positiu de l'alimentació de tensió a l'ànode i el terminal negatiu al càtode. En canvi, mentre en polarització inversa, connectem el terminal positiu de l'alimentació de tensió al càtode i el terminal negatiu a l'ànode.

• Un biaix directe redueix la força de la barrera potencial del camp elèctric a través del potencial, mentre que un biaix invers enforteix la barrera potencial.

• Una polarització directa té una tensió d'ànode que és més gran que la tensió del càtode. En canvi, una polarització inversa té una tensió del càtode que és més gran que la tensió de l'ànode.

• Una polarització directa té un corrent directe substancial, mentre que una polarització inversa té un corrent directe mínim.

• La capa d'esgotament d'un díode és substancialment més prima mentre està en polarització directa i molt més gruixuda quan està en polarització inversa.

• La polarització directa disminueix la resistència d'un díode, i la polarització inversa augmenta la resistència d'un díode.

• El corrent flueix sense esforç mentre està en polarització directa, però la polarització inversa no permet que el corrent flueixi pel díode.

• El nivell del corrent depèn de la tensió directa mentre està en polarització directa, però, la quantitat de corrent és mínima o insignificant en polarització inversa.

• En polarització directa, un dispositiu funcionarà com a conductor i com a aïllant si està en polarització inversa.

La planificació del vostre circuit basat en potencials de biaix és la marca de l'anàlisi intel·ligent.

 

La capacitat d'un díode de funcionar com dos dispositius separats, però igualment efectius, el converteix en un component genuïnament adaptatiu. Els efectes de la polarització en la funcionalitat d'un díode proporcionen un control òptim sobre quina funció jugarà un díode en el disseny del vostre circuit. L'ús de la polarització directa i inversa ofereix al dissenyador de circuits un control òptim sobre la funcionalitat d'un díode.

Afortunadament, amb el conjunt d'eines de disseny i anàlisi de Cadence, estareu segur que els vostres dissenyadors i equips de producció treballen junts per implementar l'ús de tècniques de polarització directa i inversa en tots els vostres dissenys de PCB. Allegro PCB Designer és la solució de disseny que heu estat buscant i, sens dubte, pot facilitar la implementació d'estratègies de disseny de polarització cap endavant o inversa als vostres dissenys de PCB actuals i futurs. 

Deixa un missatge 

Llista de missatges