Diod lawinowy

Definicja diody lawinowej

Dioda lawinowa to rodzaj półprzewodnikowej diody zaprojektowanej do doświadczenia lawinowego przebicia przy określonym odwrotnym napięciu. Złącze pn diody lawinowej jest zaprojektowane tak, aby zapobiegać skupieniu prądu i powstaniu gorących punktów, dzięki czemu dioda nie ulega uszkodzeniu w wyniku lawinowego przebicia.

Lawinowe przebicie, które występuje, jest spowodowane przez mniejszościowe nośniki ładunku przyspieszone na tyle, aby stworzyć jonizację w krystalicznej strukturze, tworząc więcej nośników, co z kolei powoduje większą jonizację. Ponieważ lawinowe przebicie jest jednorodne na całym złączu, napięcie przebicia jest niemal stałe przy zmieniającym się prądzie w porównaniu do diody nie-lawinowej.

Konstrukcja diody lawinowej jest podobna do diody Zenera, a oba zjawiska, przebicie Zenera i lawinowe, są obecne w tych diodach. Diody lawinowe są optymalizowane dla warunków lawinowego przebicia, więc wykazują mały, ale znaczący spadek napięcia w warunkach przebicia, w przeciwieństwie do diod Zenera, które zawsze utrzymują napięcie wyższe niż napięcie przebicia.

Ta cecha zapewnia lepszą ochronę przed przepięciami niż prosta dioda Zenera i działa bardziej jak zamiennik rury rozładowczej. Diody lawinowe mają mały dodatni współczynnik temperaturowy napięcia, podczas gdy diody oparte na efekcie Zenera mają ujemny współczynnik temperaturowy.

Normalna dioda pozwala na przepływ prądu w jednym kierunku, czyli w kierunku przód. Natomiast dioda lawinowa pozwala na przepływ prądu w obu kierunkach, czyli w kierunku przód i tył, ale jest specjalnie zaprojektowana do pracy w warunkach odwrotnej polaryzacji.

Zasada działania

Dioda lawinowa działa na zasadzie lawinowego przebicia, gdzie przyspieszone nośniki ładunku zdobywają wystarczającą energię, aby jonizować inne atomy, tworząc reakcję łańcuchową, która znacznie zwiększa przepływ prądu.

Konfiguracja odwrotnej polaryzacji

W przypadku odwrotnej polaryzacji, region N (katoda) diody łączy się z dodatnim terminalem baterii, a region P (anoda) z ujemnym terminalem.

Jeśli dioda jest słabo domieszkowana (tzn. stężenie domieszkowanych substancji jest niewielkie), to szerokość obszaru depresji zwiększa się, a napięcie przebicia występuje przy bardzo wysokim napięciu.

Przy bardzo wysokim napięciu odwrotnej polaryzacji pole elektryczne staje się silne w obszarze depresji, a dochodzi do momentu, gdy przyspieszenie mniejszościowych nośników ładunku jest tak duże, że podczas zderzeń z atomami półprzewodnika w obszarze depresji, łamią one wiązania kowalencyjne.

Ten proces generuje pary elektron-dziura, które są przyspieszane przez pole elektryczne, powodując więcej zderzeń i dalsze zwiększanie liczby nośników ładunku - zjawisko znane jako mnożenie nośników.

Ten ciągły proces zwiększa odwrotny prąd w diodzie, a więc dioda wchodzi w stan przebicia. Ten typ przebicia jest znany jako lawinowe (powodowe) przebicie, a ten efekt jest znany jako efekt lawinowy.

Zastosowania

• Dioda lawinowa jest używana do ochrony obwodu. Gdy napięcie odwrotnej polaryzacji wzrasta do określonego limitu, dioda rozpoczyna efekt lawinowy przy określonym napięciu, a dioda przebija się w wyniku efektu lawinowego.

• Służy do ochrony obwodu przed niepożądanymi napięciami.

• Stosowana jest w zabezpieczeniach przed przepięciami, aby chronić obwód przed nadmiernym napięciem.