Sirkuit Elektronik - Dioda sebagai Sakelar

Dioda adalah persimpangan PN dua terminal yang dapat digunakan dalam berbagai aplikasi. Salah satu aplikasinya adalah sakelar listrik. Persimpangan PN, ketika bias maju bertindak sebagai sirkit dekat dan ketika bias balik bertindak sebagai sirkit terbuka. Oleh karena itu, perubahan status bias maju dan mundur membuat dioda bekerja sebagai sakelar, theforward makhluk ON dan reverse makhluk OFF negara.

Sakelar Listrik di atas Sakelar Mekanis

Sakelar listrik adalah pilihan yang lebih disukai daripada sakelar mekanis karena alasan berikut -

Sakelar mekanis rentan terhadap oksidasi logam sedangkan sakelar listrik tidak.
Sakelar mekanis memiliki kontak yang dapat digerakkan.
Mereka lebih rentan terhadap stres dan ketegangan daripada sakelar listrik.
Sakelar mekanis yang aus dan robek sering kali memengaruhi kerjanya.

Karenanya sakelar listrik lebih berguna daripada sakelar Mekanis.

Bekerja dari Diode sebagai Sakelar

Setiap kali tegangan yang ditentukan terlampaui, resistansi dioda meningkat, membuat dioda bias terbalik dan bertindak sebagai sakelar terbuka. Setiap kali tegangan yang diterapkan di bawah tegangan referensi, resistansi dioda berkurang, membuat dioda bias maju, dan bertindak sebagai sakelar tertutup.

Sirkuit berikut menjelaskan dioda yang bertindak sebagai sakelar.

Dioda switching memiliki sambungan PN di mana daerah-P dikotori ringan dan daerah-N sangat dikotori. Rangkaian di atas melambangkan bahwa dioda ON ketika tegangan positif meneruskan bias dioda dan menjadi OFF ketika tegangan negatif membalikkan bias dioda.

Dering

Saat arus maju mengalir sampai saat itu, dengan tegangan balik tiba-tiba, arus balik mengalir sebagai contoh daripada segera dimatikan. Semakin tinggi arus bocor, semakin besar kerugiannya. Aliran arus balik ketika dioda dibiaskan balik secara tiba-tiba, terkadang dapat membuat beberapa osilasi, disebut sebagaiRINGING.

Kondisi dering ini merugikan dan karenanya harus diminimalkan. Untuk melakukan ini, waktu peralihan dioda harus dipahami.

Waktu Pengalihan Dioda

Saat mengubah kondisi bias, dioda mengalami a transient response. Respons suatu sistem terhadap setiap perubahan mendadak dari posisi ekuilibrium disebut sebagai respons transien.

Perubahan mendadak dari maju ke mundur dan dari bias mundur ke maju, mempengaruhi rangkaian. Waktu yang dibutuhkan untuk menanggapi perubahan mendadak semacam itu merupakan kriteria penting untuk menentukan keefektifan sakelar listrik.

Waktu yang dibutuhkan sebelum dioda pulih disebut sebagai Recovery Time.
Interval waktu yang diambil oleh dioda untuk beralih dari keadaan bias balik ke keadaan bias maju disebut sebagai Forward Recovery Time.($t_{fr}$)
Interval waktu yang diambil oleh dioda untuk beralih dari keadaan bias maju ke keadaan bias balik disebut sebagai Reverse Recovery Time. ($t_{fr}$)

Untuk memahami ini lebih jelas, mari kita coba menganalisis apa yang terjadi setelah tegangan diterapkan ke dioda PN switching.

Konsentrasi Pembawa

Konsentrasi pembawa muatan minoritas berkurang secara eksponensial seperti yang terlihat jauh dari persimpangan. Ketika tegangan diterapkan, karena kondisi bias maju, mayoritas pembawa dari satu sisi bergerak ke arah yang lain. Mereka menjadi pembawa minoritas di sisi lain. Konsentrasi ini akan lebih banyak di persimpangan.

Misalnya, jika tipe-N dipertimbangkan, kelebihan lubang yang masuk ke tipe-N setelah menerapkan bias maju, menambah pembawa minoritas material tipe-N yang sudah ada.

Mari kita pertimbangkan beberapa notasi.

Operator mayoritas di tipe-P (lubang) = $ P_ {po} $
Operator mayoritas dalam tipe-N (elektron) = $ N_ {no} $
Pembawa minoritas dalam tipe-P (elektron) = $ N_ {po} $
Operator mayoritas dalam tipe-N (lubang) = $ P_ {no} $

During Forward biased Condition- Operator minoritas lebih dekat persimpangan dan kurang jauh dari persimpangan. Grafik di bawah menjelaskan hal ini.

Kelebihan biaya operator minoritas di P-type = $ P_n-P_ {no} $ dengan $ p_ {no} $ (nilai kondisi tetap)

Kelebihan biaya operator minoritas di N-type = $ N_p-N_ {po} $ dengan $ N_ {po} $ (nilai kondisi tetap)

During reverse bias condition- Operator mayoritas tidak mengalirkan arus melalui persimpangan dan karenanya tidak berpartisipasi dalam kondisi saat ini. Dioda switching berperilaku sebagai hubung singkat untuk instance dalam arah sebaliknya.

Operator minoritas akan melintasi persimpangan dan mengalirkan arus, yang disebut sebagai Reverse Saturation Current. Grafik berikut merepresentasikan kondisi selama reverse bias.

Pada gambar di atas, garis putus-putus mewakili nilai ekuilibrium dan garis padat mewakili nilai aktual. Karena arus karena pembawa muatan minoritas cukup besar untuk dihantarkan, rangkaian akan ON sampai muatan berlebih ini dihilangkan.

Waktu yang dibutuhkan untuk dioda untuk berubah dari bias maju ke bias balik disebut Reverse recovery time ($t_{rr}$). Grafik berikut menjelaskan waktu peralihan dioda secara rinci.

Dari gambar di atas, mari kita pertimbangkan grafik arus dioda.

Pada $ t_ {1} $ dioda tiba-tiba dalam keadaan OFF dari keadaan ON; itu dikenal sebagai Waktu penyimpanan.Storage timeadalah waktu yang diperlukan untuk menghapus kelebihan biaya operator minoritas. Arus negatif yang mengalir dari material tipe N ke P memiliki jumlah yang cukup besar selama waktu Penyimpanan. Arus negatif ini adalah,

$$ - I_R = \ frac {-V_ {R}} {R} $$

Jangka waktu berikutnya adalah transition time”(Dari $ t_2 $ menjadi $ t_3 $)

Waktu transisi adalah waktu yang dibutuhkan dioda untuk mencapai kondisi rangkaian terbuka sepenuhnya. Setelah $ t_3 $ diode akan berada dalam kondisi bias terbalik. Sebelum $ t_1 $ diode berada dalam kondisi bias maju kondisi mapan.

Jadi, waktu yang dibutuhkan untuk bisa benar-benar dalam kondisi open circuit

$$ Mundur \: \: pemulihan \: \: waktu \ kiri (t_ {rr} \ kanan) = Penyimpanan \: \: waktu \ kiri (T_ {s} \ kanan) + Transisi \: \: waktu \ kiri ( T_ {t} \ kanan) $$

Sedangkan untuk menuju kondisi ON dari OFF membutuhkan waktu yang lebih singkat yang disebut sebagai Forward recovery time. Waktu pemulihan mundur lebih besar dari waktu pemulihan Maju. Dioda berfungsi sebagai sakelar yang lebih baik jika waktu pemulihan Terbalik ini dibuat lebih sedikit.

Definisi

Mari kita lihat definisi dari periode waktu yang dibahas.

Storage time - Periode waktu dioda tetap dalam keadaan konduksi bahkan dalam keadaan bias terbalik, disebut sebagai Storage time.
Transition time - Waktu yang berlalu untuk kembali ke keadaan non-konduksi, yaitu bias balik kondisi tunak, disebut Transition time.
Reverse recovery time - Waktu yang dibutuhkan untuk dioda untuk berubah dari bias maju ke bias balik disebut sebagai Reverse recovery time.
Forward recovery time - Waktu yang diperlukan untuk mengubah dioda dari bias balik ke bias maju disebut sebagai Forward recovery time.

Faktor-faktor yang mempengaruhi waktu peralihan dioda

Ada beberapa faktor yang mempengaruhi waktu peralihan dioda, seperti

Diode Capacitance - Kapasitansi sambungan PN berubah tergantung pada kondisi bias.
Diode Resistance - Hambatan yang ditawarkan oleh dioda untuk mengubah statusnya.
Doping Concentration - Tingkat doping dioda, mempengaruhi waktu peralihan dioda.
Depletion Width- Semakin sempit lebar lapisan penipisan, semakin cepat peralihannya. Dioda Zener memiliki daerah penipisan yang sempit daripada dioda longsoran, yang membuat saklar lebih baik.

Aplikasi

Ada banyak aplikasi di mana rangkaian sakelar dioda digunakan, seperti -

Sirkuit penyearah kecepatan tinggi
Sirkuit switching kecepatan tinggi
Penerima RF
Aplikasi tujuan umum
Aplikasi konsumen
Aplikasi otomotif
Aplikasi telekomunikasi dll.