Лавинный диод

Определение лавинного диода

Лавинный диод — это тип полупроводникового диода, который предназначен для достижения лавинного пробоя при заданном обратном напряжении. pn-переход лавинного диода разработан таким образом, чтобы предотвратить концентрацию тока и образование горячих точек, что позволяет диоду не повреждаться при лавинном пробое.

Лавинный пробой происходит из-за того, что меньшинственные носители заряда ускоряются настолько, что вызывают ионизацию в кристаллической решетке, создавая больше носителей, которые, в свою очередь, вызывают дополнительную ионизацию. Поскольку лавинный пробой равномерно распределяется по всему переходу, напряжение пробоя остается почти постоянным при изменении тока по сравнению с не-лавинным диодом.

Конструкция лавинного диода похожа на конструкцию диода Зенера, и действительно, как лавинный, так и зенеровский пробой присутствуют в этих диодах. Лавинные диоды оптимизированы для условий лавинного пробоя, поэтому они демонстрируют небольшое, но значительное падение напряжения при пробое, в отличие от диодов Зенера, которые всегда поддерживают напряжение выше пробойного.

Эта особенность обеспечивает лучшую защиту от импульсов, чем простой диод Зенера, и действует более как замена газоразрядной трубки. Лавинные диоды имеют малый положительный температурный коэффициент напряжения, в то время как диоды, основанные на эффекте Зенера, имеют отрицательный температурный коэффициент.

Обычный диод пропускает электрический ток только в одном направлении, то есть в прямом. В то время как лавинный диод пропускает ток в обоих направлениях, то есть в прямом и обратном, но он специально разработан для работы в условиях обратного смещения.

Принцип работы

Лавинный диод работает на принципе лавинного пробоя, при котором ускоренные носители заряда получают достаточно энергии, чтобы ионизировать другие атомы, создавая цепную реакцию, которая значительно увеличивает поток тока.

Конфигурация обратного смещения

При обратном смещении N-область (катод) диода подключается к положительному выводу батареи, а P-область (анод) — к отрицательному.

Если диод слабо легирован (то есть концентрация примесей мала), ширина области обеднения увеличивается, и пробойное напряжение возникает при очень высоком напряжении.

При очень высоком обратном напряжении электрическое поле становится сильным в области обеднения, и достигается точка, при которой ускорение меньшинственных носителей заряда настолько велико, что при столкновении с атомами полупроводника в области обеднения они разрывают ковалентные связи.

Этот процесс генерирует пары электрон-дырка, которые ускоряются электрическим полем, вызывая больше столкновений и еще больше увеличивая количество носителей заряда — явление, известное как умножение носителей.

Этот непрерывный процесс увеличивает обратный ток в диоде, и, следовательно, диод переходит в состояние пробоя. Этот тип пробоя называется лавинным (потоковым) пробоем, а этот эффект известен как лавинный эффект.

Применение

• Лавинный диод используется для защиты цепи. Когда обратное напряжение увеличивается до определенного предела, диод начинает лавинный эффект при определенном напряжении, и диод пробивается из-за лавинного эффекта.

• Он используется для защиты цепи от нежелательных напряжений.

• Он используется в устройствах защиты от перенапряжений для защиты цепи от импульсных напряжений.