Bias diod ialah cara voltan menjadikan diod sama ada membawa arus atau menyekatnya. Dengan menukar saiz dan arah voltan, diod boleh berfungsi dalam pengaliran ke hadapan, penyekatan terbalik atau kerosakan. Artikel ini menerangkan kawasan penipisan, lutut hadapan dan arus eksponen, kebocoran dan kerosakan terbalik, dan memberikan maklumat tentang aplikasi litar ini.
Gambaran Keseluruhan Bias Diod
Bias diod menerangkan cara sumber voltan digunakan pada diod untuk menetapkan keadaan operasinya. Dengan satu kekutuban, diod mengalirkan arus (bias ke hadapan). Dengan kekutuban yang bertentangan, diod menyekat arus (berat sebelah terbalik), dan hanya arus kebocoran kecil yang kekal. Bias mentakrifkan sama ada diod berkelakuan seperti laluan tertutup untuk arus atau seperti laluan terbuka.
Kawasan Penipisan dan Kesan Bias
Diod terbentuk dengan menyertai kawasan semikonduktor jenis-P dan jenis-N. Di persimpangan PN, elektron dan lubang bergabung semula berhampiran sempadan, meninggalkan zon dengan sangat sedikit pembawa mudah alih. Zon ini ialah kawasan penipisan, dan ia mewujudkan penghalang yang menentang aliran arus. Perkara utama:
• Kawasan penipisan hampir tidak mempunyai pembawa caj percuma
• Penghalang di kawasan penipisan mengawal bagaimana arus boleh mengalir
• Lebar kawasan penipisan berubah dengan kecenderungan ke hadapan atau ke belakang
Bias Hadapan dalam Bias Diod dan Aliran Arus
Dalam kecenderungan ke hadapan, diod disambungkan supaya bahagian P berada pada voltan yang lebih tinggi daripada bahagian N. Ini mendorong pembawa cas ke arah persimpangan PN dan menjadikan kawasan penipisan lebih nipis. Apabila penghalang menjadi cukup kecil, arus boleh mengalir dengan mudah melalui diod. Dalam keadaan ini, diod sedang mengalir.
| Keadaan | Penerangan |
|---|---|
| Voltan luaran | Bahagian P disambungkan kepada positif, sisi N kepada negatif |
| Wilayah penipisan | Lebar dikurangkan |
| Semasa | Mengalir dengan mudah dan agak tinggi |
| Tingkah laku diod | Keadaan mengalir (semasa melalui) |
Ambang Voltan Hadapan dalam Bias Diod
Diod berat sebelah ke hadapan mengalirkan arus yang sangat sedikit sehingga voltan yang digunakan mencapai titik perubahan, sering dipanggil voltan hadapan atau voltan lutut. Di bawah julat ini, arus kekal kecil. Melepasinya, arus meningkat dengan cepat dengan perubahan voltan kecil.
Nilai voltan hadapan biasa:
• Diod silikon: kira-kira 0.7 V
• Diod Germanium: kira-kira 0.3 V
• LED: kira-kira 1.8–3.3 V
Diod Berat Sebelah Hadapan: Kawasan Arus Eksponen
Sebaik sahaja diod bergerak melangkaui kawasan lutut, arus tumbuh dalam corak eksponen. Peningkatan kecil dalam voltan hadapan boleh menghasilkan peningkatan arus hadapan yang lebih besar. Dalam banyak litar, voltan hadapan diod kekal dalam julat sempit manakala arus berbeza-beza secara meluas.
| Parameter | Apa Maksudnya |
|---|---|
| *VF* | Voltan hadapan digunakan merentasi diod dalam kecenderungan ke hadapan |
| *Jika* | Arus yang mengalir melalui diod ke arah hadapan |
| Rantau eksponen | Bahagian lengkung I–V (selepas ambang) di mana arus meningkat dengan mendadak dengan voltan |
Bias Terbalik: Menyekat Keadaan dan Arus Kebocoran
Dalam kecenderungan terbalik, diod disambungkan ke arah yang bertentangan dengan arah pengalirannya. Kawasan penipisan melebar, dan penghalang persimpangan meningkat, jadi diod menyekat aliran arus normal. Arus terbalik kecil masih wujud disebabkan oleh pembawa minoriti di dalam diod. Arus ini dipanggil arus kebocoran atau arus tepu terbalik.
Ciri-ciri Bias Terbalik
• Kawasan penipisan melebar dan menyekat lintasan pengangkut
• Arus terbalik kekal sangat kecil (bergantung kepada peranti)
• Kebocoran meningkat apabila suhu persimpangan meningkat
Pecahan Terbalik: Mod Zener dan Avalanche
Dalam kecenderungan terbalik, diod biasanya menyekat arus. Jika voltan terbalik menjadi terlalu besar, diod mencapai voltan pecahannya. Pada ketika ini, diod tiba-tiba mula mengalirkan arus yang besar, walaupun ia masih berat sebelah terbalik. Keadaan ini dipanggil pecahan, dan ia merupakan bahagian asas untuk memahami berat sebelah diod pada voltan songsang yang tinggi.
Jenis Pecahan
• Kerosakan Zener (voltan rendah) – Berlaku pada voltan terbalik yang lebih rendah, biasa dalam diod Zener yang dibuat khas.
• Pecahan runtuhan salji (voltan lebih tinggi) – Berlaku pada voltan terbalik yang lebih tinggi apabila pembawa cas memperoleh tenaga yang mencukupi untuk mengetuk pembawa lain bebas.
Litar Penerus (Penukaran AC kepada DC)
Dalam litar penerus, diod mengalir semasa separuh kitaran apabila ia berat sebelah ke hadapan dan menyekat semasa separuh kitaran yang bertentangan apabila ia berat sebelah terbalik. Tindakan ini mencipta output sehala. Menambah kapasitor penapis melicinkan voltan keluaran dengan mengurangkan riak. Di mana ia muncul
• Penyesuai kuasa dan bekalan DC asas
• Penerus jambatan dalam peralatan berkuasa utama
• Laluan perlindungan kekutuban dalam sistem voltan rendah
Operasi LED (Pelepasan Cahaya Berat Sebelah Hadapan)
LED memancarkan cahaya apabila ia berat sebelah ke hadapan dan arus mengalir melalui persimpangannya. Voltan hadapan bergantung pada bahan dan warna LED. LED didorong dengan elemen pengehad arus seperti perintang atau pemacu arus malar untuk mengelakkan arus yang berlebihan. Adalah lebih baik untuk menyemak perkara berikut:
• Arus LED yang lebih tinggi meningkatkan kecerahan sehingga had peranti
• Perintang siri menetapkan arus dalam litar mudah
• Pemandu mengawal arus dengan lebih ketat dalam sistem pencahayaan
Pengesanan dan Demodulasi Isyarat
Diod boleh digunakan untuk melepasi satu bahagian bentuk gelombang isyarat. Dalam pengesanan sampul AM, laluan pengaliran berat sebelah ke hadapan mengecas kapasitor pada puncak isyarat, dan kapasitor menyahcas antara puncak melalui perintang beban, memulihkan kandungan mesej frekuensi rendah. Peranan litar yang berkaitan:
• Pengesanan dan pengapit puncak
• Pembentukan isyarat separuh gelombang
• Peringkat pengesanan RF mudah
Aplikasi Bias Terbalik
Bias Terbalik dalam Fotodiod
Fotodiod disimpan dalam berat sebelah terbalik, jadi kawasan penipisan adalah luas dan bersedia untuk bertindak balas terhadap cahaya. Ini menjadikannya lebih sensitif kepada perubahan kecil dalam cahaya.
Bias Terbalik dalam Diod Zener
Diod Zener digunakan dalam kecenderungan songsang berhampiran voltan pecahannya. Dalam keadaan ini, ia mengekalkan voltan hampir stabil dan membantu mengawal bekalan.
Bias Terbalik dalam Diod Perlindungan TVS
Diod TVS (Penindasan Voltan Sementara) kekal berat sebelah terbalik semasa operasi biasa. Apabila lonjakan voltan tiba-tiba muncul, mereka menjalankan secara terbalik dan membantu mengehadkan voltan.
Bias Terbalik untuk Pengasingan
Diod berat sebelah terbalik menyekat aliran arus normal. Ini membantu mengasingkan bahagian litar dan menghentikan laluan arus yang tidak diingini.
Kesimpulannya
Berat sebelah diod menghubungkan persimpangan PN kepada tingkah laku litar sebenar. Dalam kecenderungan ke hadapan, kawasan penipisan menjadi nipis, voltan lutut dicapai, dan arus meningkat dengan pantas, memberi makan penerus, LED, dan peringkat isyarat atau logik. Dalam kecenderungan terbalik, rantau melebar, arus kekal kecil sehingga kerosakan, membolehkan fotodiod, kawalan Zener, perlindungan TVS dan pengasingan.
Soalan Lazim [Soalan Lazim]
Bagaimanakah suhu menjejaskan berat sebelah diod?
Suhu yang lebih tinggi menurunkan penurunan voltan hadapan dan meningkatkan arus kebocoran songsang.
Apakah masa pemulihan terbalik dalam diod?
Masa pemulihan terbalik ialah kelewatan selepas bertukar daripada kecenderungan ke hadapan kepada terbalik semasa diod masih mengalir disebabkan oleh cas yang disimpan.
Bagaimanakah penarafan diod menjejaskan keadaan berat sebelah?
Berat sebelah voltage dan arus mesti kekal di bawah arus hadapan maksimum diod dan voltan terbalik maksimum untuk mengelakkan kerosakan.
Apakah rintangan dinamik dalam diod berat sebelah ke hadapan?
Rintangan dinamik ialah nisbah perubahan kecil dalam voltan hadapan kepada perubahan kecil dalam arus hadapan pada titik operasi tertentu.
Apakah yang berlaku jika diod terlalu tertekan dalam berat sebelah?
Terlalu banyak arus hadapan atau voltan terbalik memanaskan persimpangan, meningkatkan kebocoran, dan boleh menyebabkan kegagalan kekal.
