ديود ثلجي

تعريف مثبط الثلوج الكهربائي

مثبط الثلوج الكهربائي هو نوع من المثبطات شبه الموصل التي يتم تصميمها لتجربة الانهيار الثلجي عند فرق جهد عكسي معين. يتم تصميم نقطة الربط PN في مثبط الثلوج الكهربائي لمنع تركز التيار والبقع الساخنة الناتجة بحيث لا يتأثر المثبط بالانهيار الثلجي.

الانهيار الثلجي الذي يحدث ناتج عن حاملات الشحنة الأقلية التي تم تسريعها بما يكفي لإحداث تأيين في شبكة البلورة، مما ينتج المزيد من الحاملات والتي بدورها تخلق المزيد من التأيين. لأن الانهيار الثلجي يكون متساوياً عبر كامل نقطة الربط، فإن فرق الجهد للانهيار يكون تقريباً ثابتاً مع تغير التيار مقارنة بمثبط غير ثلجي.

بناء مثبط الثلوج الكهربائي مشابه لمثبط زينر، وفي الواقع كلاً من انهيار زينر وانهيار الثلج موجود في هذه المثبطات. يتم تحسين مثبطات الثلوج الكهربائية لظروف الانهيار الثلجي، لذا فإنها تظهر انخفاضاً طفيفاً ولكن ملحوظاً في الجهد تحت ظروف الانهيار، على عكس مثبطات زينر التي تحتفظ دائماً بجهد أعلى من الانهيار.

هذه الخاصية توفر حماية أفضل ضد الزيادات الفجائية في الجهد مقارنة بمثبط زينر البسيط وتؤدي دوراً أكثر مثل استبدال أنبوب التفريغ الغازي. تمتلك مثبطات الثلوج الكهربائية معامل درجة حرارة إيجابي صغير للجهد، بينما تمتلك المثبطات المعتمدة على تأثير زينر معامل درجة حرارة سالب.

يسمح المثبط العادي بتيار كهربائي في اتجاه واحد فقط أي الاتجاه الأمامي. بينما يسمح مثبط الثلوج الكهربائي بالتيار في كلا الاتجاهين أي الأمامي والعكسي ولكنه مصمم بشكل خاص للعمل في حالة الجهد العكسي.

مبدأ العمل

يعمل مثبط الثلوج الكهربائي بناءً على مبدأ الانهيار الثلجي، حيث تحصل حاملات الشحنة المتسارعة على طاقة كافية لتكون تأيين الذرات الأخرى، وبالتالي خلق تفاعل سلسلة يزيد بشكل كبير من تدفق التيار.

تكوين الجهد العكسي

في الجهد العكسي، تتصل منطقة N (المقعد) بالمثبط بالإطار الموجب للبطارية، ومنطقة P (الأقطاب) بالإطار السالب.

إذا كان المثبط معتدل الدوام (أي تركيز الشوائب قليل)، فإن عرض منطقة الاستنزاف يزداد بحيث يحدث الجهد الانهيار عند جهد عالٍ جداً.

عند جهد عكسي عالٍ جداً، يصبح المجال الكهربائي قوياً في منطقة الاستنزاف ويصل إلى نقطة تكون فيها تسريع حاملات الشحنة الأقلية كبيراً جداً بحيث عندما تصطدم الذرات شبه الموصلة في منطقة الاستنزاف، تكسر الروابط الكовалنتية.

هذا العملية تولد أزواج الإلكترون-الفجوة التي يتم تسريعها بواسطة المجال الكهربائي، مما يتسبب في المزيد من الاصطدامات ويزيد عدد حاملات الشحنة - وهو ظاهرة تعرف بتكاثر الحاملات.

تستمر هذه العملية في زيادة التيار العكسي في المثبط، وبالتالي يدخل المثبط في حالة الانهيار. هذا النوع من الانهيار يعرف بالانهيار الثلجي وهذا التأثير يعرف بتأثير الثلج.

تطبيقات

• يستخدم مثبط الثلوج الكهربائي لحماية الدائرة. عندما يزداد الجهد العكسي حتى حد معين، يبدأ المثبط في تأثير الثلج عند جهد معين ويحدث الانهيار بسبب تأثير الثلج.

• يستخدم لحماية الدائرة من الجهد غير المرغوب فيه.

• يستخدم في مثبطات الزيادات الفجائية لحماية الدائرة من الجهد الزائد.