Forward Bias vs. Reverse Bias at ang mga Epekto nito sa Functionality ng Diode

 

Since the day my mother surprise me with the first home computer for Christmas back in, well, let's just say a long time ago, I've been intrigued by the technology. Anyway, noong panahong iyon, kinaiinggitan ako ng bawat kapwa geek, nerd, at guro sa aking paaralan. Doon ako ay may kahanga-hangang 64, hintayin ito, kilobytes ng raw processing power.

Ngayon, fast forward sa kasalukuyang araw, at ang aking laptop ay gumagamit ng 100,000 beses na halaga sa RAM lamang. Kaya, ligtas na sabihin na ang teknolohiya ng computer ay umunlad. Gayunpaman, mayroong isang bagay na wala at iyon ay ang pagiging mapagkumpitensya ng mga tagagawa ng computer.

May mga pagkakataon na ang pagpili ng isang device o paraan ay tungkol sa isang pangangailangan o function. Bukod dito, ang pangangailangan para sa isang partikular na pag-andar ay ang nangingibabaw na puwersa sa pagmamaneho kapag pumipili ng isang aparato o proseso sa larangan ng electronics.

Ano ang Diode Bias o Biasing?

Bago natin ikumpara ang dalawang uri ng bias, tatalakayin ko muna ang kanilang mga indibidwal na katangian. Sa electronics, tinutukoy namin ang bias o biasing bilang isang paraan ng pagtatatag ng isang hanay ng mga alon o boltahe sa iba't ibang mga punto ng isang electronic circuit upang magtatag ng wastong mga kondisyon ng pagpapatakbo sa loob ng isang elektronikong bahagi. Kahit na ito ay isang pinasimple na bersyon ng sagot, ito ay sa panimula ay tama pa rin. Higit pa rito, may biasing, naninirahan ang dalawang uri ng biasing, forward bias at reverse bias.

Tulad ng alam kong alam mo, ang isang diode (PN junction) ay gumagana tulad ng isang one-way na highway dahil pinapayagan nito ang daloy ng kasalukuyang mas madali sa isang direksyon kaysa sa isa. Sa buod, ang isang diode ay karaniwang nagsasagawa ng kasalukuyang sa isang direksyon, at ang boltahe na kanilang inilalapat ay sumusunod sa isang inilarawang forward biasing na oryentasyon. Gayunpaman, kapag ang boltahe ay gumagalaw sa reverse direksyon, tinutukoy namin ang oryentasyong ito bilang reverse bias. Gayundin, kapag nasa reverse bias, ang karaniwang PN junction diode ay kadalasang hahadlang o haharangin ang daloy ng kasalukuyang, halos tulad ng isang elektronikong bersyon ng check valve.

Forward Bias kumpara sa Reverse Bias

Sa isang karaniwang diode, ang forward biasing ay nangyayari kapag ang boltahe sa isang diode ay pinahihintulutan ang natural na daloy ng kasalukuyang, samantalang ang reverse biasing ay nagpapahiwatig ng isang boltahe sa kabuuan ng diode sa kabaligtaran ng direksyon.

Gayunpaman, ang boltahe na naroroon sa isang diode sa panahon ng reverse biasing ay hindi gumagawa ng anumang makabuluhang daloy ng kasalukuyang. Higit pa rito, ang partikular na katangiang ito ay kapaki-pakinabang para sa pagpapalit ng alternating current (AC) sa direktang kasalukuyang (DC).

Mayroong iba't ibang iba pang gamit para sa katangiang ito, kabilang ang electronic signal control.

Ang kaalaman sa paglalagay ng diode ng Zener ay maaaring gumawa o makasira ng isang disenyo.

 

Ang pagpapatakbo ng isang Diode

Mas maaga, nagbigay ako ng mas pinasimpleng paliwanag ng karaniwang operasyon ng diode. Ang detalyadong proseso ng isang diode ay maaaring medyo mahirap maunawaan dahil ito ay nagsasangkot ng pag-unawa sa quantum mechanics. Ang pagpapatakbo ng diode ay may kinalaman sa daloy ng mga negatibong singil (mga electron) at mga positibong singil (mga butas). Sa teknolohikal na pagsasalita, tinutukoy namin ang isang semiconductor diode bilang isang pn junction. Ang mga junction ng pn ay isang mahalagang bahagi din ng operasyon ng photovoltaic cell.

Sa pangkalahatan, ang tamang operasyon ng isang diode ay nangangailangan ng isa pang mahalagang elemento o proseso na tinatawag na doping. Maaari mong i-dope ang isang semiconductor na may mga materyales upang mapadali ang labis na mga electron na madaling maalis, na tinutukoy namin bilang isang n-type o negatibong rehiyon. Higit pa rito, posible ring mag-dope ng isang semiconductor upang maisulong ang labis na mga butas upang madaling masipsip din ang mga electron na iyon, at tinutukoy namin ito bilang p-type o positibong rehiyon. Bukod dito, ang positibo at negatibong mga rehiyon ng diode ay tinatawag ding anode (P) at cathode (N).

Sa pangkalahatan, ang mga pagkakaiba-iba sa pagitan ng dalawang materyales at ng kanilang kasunod na synergy sa napakaikling distansya (< millimeter) ang nagpapadali sa pagpapatakbo ng diode. Gayunpaman, ang pag-andar ng diode ay posible lamang, siyempre, kapag pinagsama namin ang dalawang uri (P, N) ng mga materyales. Gayundin, ang pagsasama ng dalawang uri ng mga materyales na ito ay bumubuo ng tinatawag nating pn junction. Higit pa rito, ang lugar na umiiral sa pagitan ng dalawang elemento ay tinatawag na rehiyon ng pagkaubos.

Tandaan: Tandaan na para sa wastong paggana, ang isang diode ay nangangailangan ng pinakamababang boltahe ng threshold upang malampasan ang rehiyon ng pagkaubos. Higit pa rito, ang pinakamababang boltahe ng threshold sa karamihan ng mga kaso para sa mga diode ay humigit-kumulang 0.7 volts. Gayundin, ang reverse-bias na boltahe ay gagawa ng isang maliit na halaga ng kasalukuyang sa pamamagitan ng diode, at ito ay tinatawag na leakage current, ngunit kadalasan ito ay bale-wala. Panghuli, kung mag-aplay ka ng isang makabuluhang reverse boltahe, ito ay magiging sanhi ng isang komprehensibong electronic breakdown ng diode, kaya pinapayagan ang kasalukuyang dumaloy sa tapat na direksyon sa pamamagitan ng diode.

Diode Functionality at Operation Continued

Sa pangkalahatan, kapag pinadali ng diffusion ang kasunod na paggalaw ng mga electron mula sa n-type na rehiyon, sinisimulan nilang punan ang mga butas sa loob ng rehiyon ng p-type. Ang resulta ng aksyon na ito ay bumubuo ng mga negatibong ion sa loob ng rehiyon ng p-type, kaya nag-iiwan ng mga positibong ion sa rehiyon ng n-type. Sa pangkalahatan, ang namamahala sa kontrol ng aksyon na ito ay namamalagi sa direksyon ng electric field. Gaya ng maaari mong isipin, nagreresulta ito sa kapaki-pakinabang na pag-uugali ng kuryente depende, siyempre, sa kung paano mo ilalapat ang boltahe, ibig sabihin, biasing.

Higit pa rito, patungkol sa isang karaniwang pn junction diode, mayroong tatlong biasing na kondisyon at dalawang operating region. Ang tatlong posibleng uri ng mga kundisyon ng biasing ay ang mga sumusunod:

• Forward Bias: Isinasama ng kundisyong ito ng bias ang pagkonekta ng isang positibong potensyal na boltahe sa materyal na P-type at isang negatibo sa materyal na uri ng N sa kabuuan ng diode, kaya binabawasan ang lapad ng diode.

• Reverse Bias: Sa kabaligtaran, ang kundisyong ito ng biasing ay nagsasangkot ng koneksyon ng isang negatibong potensyal na boltahe sa materyal na P-type at isang positibo sa materyal na uri ng N sa kabuuan ng diode, kaya tumataas ang lapad ng diode.

• Zero Bias: Ito ay isang bias na kondisyon kung saan walang panlabas na potensyal na boltahe na inilapat sa diode.

Forward Biasing Versus Reverse Biasing at ang kanilang mga Pagkakaiba

Ang isang reverse bias ay nagpapatibay sa potensyal na hadlang at humahadlang sa daloy ng mga carrier ng singil. Sa kabaligtaran, pinapahina ng pasulong na bias ang potensyal na hadlang, kaya't pinahihintulutan ang kasalukuyang dumaloy nang mas madali sa junction.

Habang nasa forward biasing, ikinonekta namin ang positibong terminal ng supply ng boltahe sa anode at ang negatibong terminal sa katod. Sa kaibahan, habang nasa reverse bias, ikinonekta namin ang positibong terminal ng supply ng boltahe sa katod, at ang negatibong terminal sa anode.

• Ang isang pasulong na bias ay binabawasan ang lakas ng potensyal na hadlang ng electric field sa buong potensyal, samantalang ang isang reverse bias ay nagpapalakas sa potensyal na hadlang.

• Ang pasulong na bias ay may anode na boltahe na mas malaki kaysa sa boltahe ng cathode. Sa kaibahan, ang isang reverse bias ay may boltahe ng cathode na mas malaki kaysa sa boltahe ng anode.

• Ang forward bias ay may malaking forward current, habang ang reverse bias ay may minimal forward current.

• Ang depletion layer ng isang diode ay mas payat habang nasa forward bias at mas makapal kapag nasa reverse bias.

• Ang forward bias ay nagpapababa ng resistensya ng isang diode, at ang reverse bias ay nagpapataas ng resistensya ng isang diode.

• Ang kasalukuyang daloy ay walang kahirap-hirap habang nasa pasulong na bias, ngunit ang reverse bias ay hindi nagpapahintulot sa kasalukuyang dumaloy sa diode.

• Ang antas ng kasalukuyang ay depende sa pasulong na boltahe habang nasa pasulong na bias, gayunpaman, ang halaga ng kasalukuyang ay minimal o bale-wala sa reverse bias.

• Sa forward bias, gagana ang isang device bilang conductor at bilang insulator kung nasa reverse bias.

Ang pagpaplano ng iyong circuit batay sa mga potensyal na bias ay ang marka ng matalinong pagsusuri.

 

Ang kakayahan ng isang diode na gumana bilang dalawang magkahiwalay, ngunit pantay na epektibong mga aparato ay ginagawa itong isang tunay na adaptive na bahagi. Ang mga epekto ng biasing sa functionality ng isang diode ay nagbibigay ng pinakamainam na kontrol sa kung anong function ang gaganap ng isang diode sa iyong disenyo ng circuit. Ang paggamit ng forward at reverse biasing ay nagbibigay sa isang circuit designer ng pinakamainam na kontrol sa functionality ng isang diode.

Sa kabutihang palad, kasama ang hanay ng mga tool sa disenyo at pagsusuri ng Cadence, tiyak na magtutulungan ang iyong mga designer at production team tungo sa pagpapatupad ng paggamit ng forward at reverse biasing techniques sa lahat ng iyong mga disenyo ng PCB. Ang Allegro PCB Designer ay ang solusyon sa layout na iyong hinahanap, at walang alinlangan na mapadali nito ang pagpapatupad ng forward o reverse biasing na mga diskarte sa disenyo sa iyong kasalukuyan at hinaharap na mga disenyo ng PCB. 

Mag-iwan ng mensahe 

Listahan ng Mensahe