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順方向バイアスと逆方向バイアスおよびそれらがダイオード機能に及ぼす影響

Date:2022/1/6 16:04:27 Hits:

 

母がクリスマスの最初の家庭用コンピューターで私を驚かせた日から、まあ、ずっと前に言っておきますが、私はこのテクノロジーに興味を持っていました。 とにかく、当時、私は私の学校のすべての仲間のオタク、オタク、そして教師の羨望の的でした。 そこに私は印象的な64を持っていました、それを待ってください、キロバイトの生の処理能力。

さて、今日に早送りすると、私のラップトップはRAMだけでその100,000万倍の量を使用します。 したがって、コンピュータ技術は進化したと言っても過言ではありません。 しかし、そうではないことがXNUMXつあります。それは、コンピューターメーカーの競争力です。

XNUMXつのデバイスまたは方法の選択が、必要性または機能に関する場合があります。 さらに、特定の機能の必要性は、エレクトロニクスの分野でデバイスまたはプロセスを選択する際の主要な推進力です。

ダイオードバイアスまたはバイアスとは何ですか?

XNUMX種類のバイアスを比較する前に、まず、それらの個々の特性について説明します。 電子機器では、バイアスまたはバイアスを、電子回路のさまざまなポイントで一連の電流または電圧を確立して、電子部品内の適切な動作条件を確立する方法として定義します。 これは答えの簡略版ですが、それでも基本的に正しいです。 さらに、バイアスには、順方向バイアスと逆方向バイアスのXNUMX種類のバイアスがあります。

ご存知のとおり、ダイオード(PN接合)は、一方向に電流が流れやすいため、一方向の高速道路のように機能します。 要約すると、ダイオードは通常、一方向に電流を流し、ダイオードが印加する電圧は、説明されている順方向バイアスの方向に従います。 ただし、電圧が逆方向に移動する場合、この方向を逆バイアスと呼びます。 また、逆バイアスの場合、標準のPN接合ダイオードは通常、逆止弁の電子バージョンのように、電流の流れを抑制または遮断します。

順方向バイアスと逆方向バイアス

標準のダイオードでは、順方向バイアスは、ダイオードの両端の電圧が電流の自然な流れを可能にするときに発生しますが、逆方向バイアスは、ダイオードの反対方向の電圧を示します。

ただし、逆バイアス中にダイオードの両端に存在する電圧は、大きな電流の流れを生成しません。 さらに、この特定の特性は、交流(AC)を直流(DC)に変更するのに役立ちます。

この特性には、電子信号制御など、他にもさまざまな用途があります。

ツェナーダイオード

ツェナーダイオードの配置に関する知識は、設計を左右する可能性があります。

 

ダイオードの動作

以前、標準的なダイオードの動作についてより簡単に説明しました。 ダイオードの詳細なプロセスは、量子力学の理解を伴うため、理解するのがやや難しい場合があります。 ダイオードの動作は、負の電荷(電子)と正の電荷(正孔)の流れに関係します。 技術的に言えば、半導体ダイオードをpn接合と呼びます。 pn接合は、太陽電池の動作にも不可欠です。

一般に、ダイオードを適切に動作させるには、ドーピングと呼ばれる別の重要な要素またはプロセスが必要です。 半導体に材料をドープして、簡単に変位する電子の過剰を促進することができます。これをn型または負の領域と呼びます。 さらに、半導体をドープして過剰な正孔を促進し、それらの電子を容易に吸収することも可能であり、これをp型または正の領域と呼びます。 さらに、ダイオードの正と負の領域は、そのアノード(P)とカソード(N)とも呼ばれます。

全体として、ダイオードの動作を容易にするのは、XNUMXつの材料間の差異と、それに続く非常に短い距離(<ミリメートル)での相乗効果です。 ただし、ダイオードの機能は、もちろん、XNUMXつのタイプ(P、N)の材料をマージした場合にのみ可能です。 また、これらXNUMX種類の材料の結合により、pn接合と呼ばれるものが形成されます。 さらに、XNUMXつの要素の間に存在する領域は空乏領域と呼ばれます。

注:適切に機能するために、ダイオードは空乏領域を超えるために最小しきい値電圧を必要とすることに注意してください。 さらに、ほとんどの場合、ダイオードの最小しきい値電圧は約0.7ボルトです。 また、逆バイアス電圧はダイオードに少量の電流を生成し、リーク電流と呼ばれますが、通常は無視できます。 最後に、かなりの逆電圧を印加すると、ダイオードの包括的な電子的破壊が発生し、電流がダイオードを逆方向に流れるようになります。

ダイオードの機能と動作の継続

一般に、拡散がn型領域からの電子のその後の移動を促進すると、電子はp型領域内の正孔を埋め始めます。 この作用の結果、p型領域内に負イオンが形成され、n型領域内に正イオンが残ります。 全体として、このアクションの支配的な制御は、電界の方向にあります。 ご想像のとおり、これにより、もちろん、電圧の印加方法、つまりバイアスに応じて、有益な電気的動作が得られます。

さらに、標準のpn接合ダイオードに関しては、XNUMXつのバイアス条件とXNUMXつの動作領域があります。 バイアス条件のXNUMXつの可能なタイプは次のとおりです。

  • 順方向バイアス:このバイアス条件では、ダイオードの両端に正の電位がP型材料に接続され、負の電位がN型材料に接続されるため、ダイオードの幅が狭くなります。

  • 逆バイアス:対照的に、このバイアス条件では、ダイオードの両端に負の電位をP型材料に接続し、正の電位をN型材料に接続して、ダイオードの幅を広げます。

  • ゼロバイアス:これは、ダイオードに外部電位が印加されていないバイアス状態です。

順方向バイアスと逆方向バイアスおよびそれらの分散

逆バイアスはポテンシャル障壁を強化し、電荷キャリアの流れを妨げます。 対照的に、順方向バイアスはポテンシャル障壁を弱めるため、電流が接合部を横切って流れやすくなります。

順方向にバイアスをかけている間、電圧供給の正の端子をアノードに接続し、負の端子をカソードに接続します。 対照的に、逆バイアスでは、電圧供給の正の端子をカソードに接続し、負の端子をアノードに接続します。

  • 順方向バイアスは、電位を横切る電界のポテンシャル障壁の強度を低下させますが、逆方向バイアスは、電位障壁を強化します。

  • 順方向バイアスのアノード電圧は、カソード電圧よりも大きくなります。 対照的に、逆バイアスは、アノード電圧よりも大きいカソード電圧を持っています。

  • 順方向バイアスにはかなりの順方向電流があり、逆方向バイアスには最小の順方向電流があります。

  • ダイオードの空乏層は、順方向バイアスの場合は大幅に薄くなり、逆方向バイアスの場合ははるかに厚くなります。

  • 順方向バイアスはダイオードの抵抗を減少させ、逆方向バイアスはダイオードの抵抗を増加させます。

  • 順方向バイアスでは電流は楽に流れますが、逆方向バイアスでは電流がダイオードを流れることはできません。

  • 電流のレベルは、順方向バイアス中の順方向電圧に依存しますが、逆方向バイアスでは電流量は最小または無視できます。

  • 順方向バイアスでは、デバイスは導体として機能し、逆方向バイアスの場合は絶縁体として機能します。

ダイオードPCBの回路概略レイアウト

バイアス電位に基づいて回路を計画することは、スマート分析の特徴です。

 

ダイオードがXNUMXつの別個の、しかし同等に効果的なデバイスとして機能する能力により、ダイオードは真に適応性のあるコンポーネントになります。 ダイオードの機能に対するバイアスの影響により、回路設計でダイオードが果たす機能を最適に制御できます。 順方向および逆方向のバイアスを使用すると、回路設計者はダイオードの機能を最適に制御できます。

ありがたいことに、ケイデンスの一連の設計および分析ツールを使用すると、すべてのPCB設計で順方向および逆方向のバイアス技術の使用を実装するために、設計者と生産チームが協力することができます。 Allegro PCB Designerは、あなたが探していたレイアウトソリューションであり、現在および将来のPCB設計への順方向または逆方向バイアス設計戦略の実装を間違いなく容易にすることができます。 

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