Avalanche Diode

Avalanche Diode Definition

En avalanche diode er en type halvlederdiode, der er designet til at opleve avalanche nedbrydning ved en bestemt omvendt spænding. Avalanche diodens pn-forbindelse er designet for at forhindre strømkoncentration og resulterende hede punkter, så dioden ikke bliver skadet af avalanche nedbrydningen.

Avalanche nedbrydningen, der opstår, skyldes mindretalsbærere, der accelereres tilstrækkeligt til at skabe ionisering i krystallatticen, hvilket producerer flere bærere, som på sin side skaber mere ionisering. Da avalanche nedbrydningen er ensartet over hele forbindelsen, er nedbrydnings-spændingen næsten konstant med ændring i strøm sammenlignet med en ikke-avalanche diode.

Konstruktionen af avalanche dioden er lignende Zener-dioden, og både Zener-nedbrydning og avalanche-nedbrydning findes i disse dioder. Avalanche dioder er optimeret for avalanche-nedbrydning, så de viser en lille, men betydelig spændningsfald under nedbrydning, imod Zener-dioder, der altid fastholder en højere spænding end nedbrydningen.

Denne egenskab giver bedre stødbeskyttelse end en simpel Zener-diode og fungerer mere som en erstatning for en gasafgivningsrør. Avalanche dioder har en lille positiv temperaturkoefficient for spænding, hvor dioder, der bygger på Zener-effekten, har en negativ temperaturkoefficient.

Den normale diode tillader elektrisk strøm i én retning, dvs. forover. Imidlertid tillader avalanche dioden strøm i begge retninger, dvs. forover og bagud, men den er specielt designet til at fungere under omvendt polaritet.

Arbejdsgang

Avalanche dioden fungerer ud fra princippet om avalanche-nedbrydning, hvor accelererede ladungsbærere får nok energi til at ionisere andre atomer, hvilket skaber en kædereaktion, der betydeligt øger strømførslen.

Omvendt polaritetskonfiguration

Under omvendt polaritet forbinder diodens N-region (katode) med batteriets positive terminal, og P-region (anode) med den negative terminal.

Hvis en diode er let dopet (dvs. impuretkoncentrationen er lav), øges bredde af udtømmelsesregionen, så nedbrydnings-spændingen opstår ved en meget høj spænding.

Ved en meget høj omvendt spænding bliver det elektriske felt stærkt i udtømmelsesregionen, og et punkt nås, hvor accelerationen af mindretalsbærerne er så stor, at når de kolliderer med halvlederatomer i udtømmelsesregionen, de bryder kovalente bindinger.

Dette process genererer elektron-hulpar, der accelereres af det elektriske felt, hvilket forårsager flere kollisioner og yderligere øger antallet af ladungsbærere - et fænomen kendt som bærermultiplikation.

Denne kontinuerlige proces øger den omvendte strøm i dioden, og dermed kommer dioden ind i nedbrydningsforhold. Denne type nedbrydning kaldes avalanche (flodbrydning), og dette effekt kaldes avalanche-effekten.

Anvendelser

• Avalanche dioden bruges til beskyttelse af kredsløbet. Når den omvendte spænding stiger op til et bestemt grænse, starter dioden en avalanche-effekt ved en bestemt spænding, og dioden går i nedbrydning på grund af avalanche-effekten.

• Den bruges til at beskytte kredsløbet mod uønskede spændinger.

• Den bruges i overslagbeskyttelser for at beskytte kredsløbet mod overslagspændinger.