Avalanche-diode

Avalanche-diodon määritelmä

Avalanche-diodi on semanttinen diodi, joka on suunniteltu kokeamaan avalanche-purkautumisen tiettyyn käänteistä sähkövirtaa vastaan asetetulla jännitteellä. Avalanche-diodin pn-liitos on suunniteltu estämään sähkövirran keskittymistä ja sitä seuraavia kuuma-alueita, jotta diodi ei vahingoitu avalanche-purkautumisen vuoksi.

Tapahtuva avalanche-purkautuminen johtuu minoriteettikantajien nopeutumisesta niin, että ne aiheuttavat ionisoitumista kristalliverkossa, mikä tuottaa lisää kantajia, jotka puolestaan aiheuttavat enemmän ionisoitumista. Koska avalanche-purkautuminen on tasainen koko liitoksen yli, purkautumisjännite on melko vakio muuttuvan sähkövirran kanssa verrattuna ei-avalanche-diodeihin.

Avalanche-diodin rakennus on samankaltainen Zener-diodin kanssa, ja molemmissa diodeissa on sekä Zener-purkautuminen että avalanche-purkautuminen. Avalanche-diodeja on optimoitu avalanche-purkautumiseen, joten ne näyttävät pieniä mutta merkittäviä jännitepudotuksia purkautumisoloissa, erottuen Zener-diodeista, jotka säilyttävät aina korkeamman jännitteen kuin purkautuminen.

Tämä ominaisuus tarjoaa parempaa kulkuvarmuutta kuin yksinkertainen Zener-diode ja toimii enemmän kuin kaasulohdusputken korvaaja. Avalanche-diodeilla on pieni positiivinen lämpötilakertoima jännitteelle, kun taas Zener-effektia käyttävillä diodeilla on negatiivinen lämpötilakertoima.

Normaali diodi sallii sähkövirran yhdessä suunnassa eli etusuunnassa. Sen sijaan avalanche-diodi sallii sähkövirran molemmissa suunnissa eli etu- ja takasuunnassa, mutta se on erityisesti suunniteltu toimimaan käänteissä asetetuissa olosuhteissa.

Toimintaperiaate

Avalanche-diodi toimii avalanche-purkautumisen periaatteella, jossa kiihdytettyjen varauskantajien saa riittävästi energiaa ionisoida muita atomeja, mikä synnyttää ketjureaktion, joka lisää huomattavasti sähkövirran virtausta.

Käänteinen sähkövirta-asento

Käänteisessä asennossa diodin N-alue (katoodi) yhdistetään akun positiiviseen polttoon, ja P-alue (anoodi) negatiiviseen polttoon.

Jos diodi on kevyesti doppattu (eli epäpuhtauksien pitoisuus on pieni), purkautumisjännite tapahtuu hyvin korkealla jännitteellä.

Hyvin korkealla käänteisjännitteellä sähkökenttä tulee voimakkaaksi tyhjennysalueessa, ja kohta saavutetaan, jossa minoriteettikantajien kiihdytys on niin suuri, että kun ne törmäävät semanttisten atomeiden kanssa tyhjennysalueessa, ne rikkovat kovalenttiset sidokset.

Tämä prosessi luo elektroni-varausparit, jotka kiihdytetään sähkökentällä, mikä aiheuttaa enemmän törmäyksiä ja lisää vielä lisää varauskantajien määrää – ilmiötä tunnetaan kantajien moninkertaistumisena.

Tämä jatkuva prosessi lisää käänteissä olevaa sähkövirtaa diodissa, ja siksi diodi tulee purkautumistilaan. Tämäntyyppinen purkautuminen tunnetaan avalanche-purkautumisena, ja tämä ilmiö tunnetaan avalanche-vaikutuksena.

Sovellukset

• Avalanche-diodi käytetään piirin suojaamiseen. Kun käänteinen jännite kasvaa tietylle rajalle, diodi aloittaa avalanche-vaikutuksen tietystä jännitteestä, ja diodi purkautuu avalanche-vaikutuksen vuoksi.

• Sitä käytetään suojamaana piiriä kohtuuttomia jännitteitä vastaan.

• Sitä käytetään kulkuvarmuussuojaimeissa suojaamaan piiriä kulkujännitteeltä.