Elektronik Devreler - Anahtar Olarak Diyot

Diyot, çeşitli uygulamalarda kullanılabilen iki terminalli bir PN bağlantısıdır. Bu tür uygulamalardan biri elektrik anahtarıdır. PN bağlantısı, ileri eğilimli olduğunda kapalı devre gibi davranır ve ters önyargılı olduğunda açık devre gibi davranır. Dolayısıyla, ileri ve ters taraflı durumların değişimi, diyotun bir anahtar olarak çalışmasını sağlar.forward olmak ON ve reverse olmak OFF durum.

Mekanik Anahtarlar Üzerindeki Elektrik Anahtarları

Elektrik anahtarları, aşağıdaki nedenlerden dolayı mekanik anahtarlara göre tercih edilen bir seçimdir -

Mekanik anahtarlar metallerin oksidasyonuna meyillidir, ancak elektrik anahtarları yoktur.
Mekanik anahtarların hareketli kontakları vardır.
Elektrik anahtarlarından daha fazla strese ve gerilmeye eğilimlidirler.
Mekanik anahtarların aşınması ve yırtılması genellikle çalışmalarını etkiler.

Bu nedenle bir elektrik anahtarı, bir Mekanik anahtardan daha kullanışlıdır.

Diyotun Anahtar Olarak Çalışması

Belirli bir voltaj aşıldığında, diyot direnci artar, diyot ters eğilimli hale gelir ve açık bir anahtar görevi görür. Uygulanan voltaj referans voltajın altında olduğunda, diyot direnci azalır ve diyotu öne doğru eğimli hale getirir ve kapalı bir anahtar görevi görür.

Aşağıdaki devre, bir anahtar görevi gören diyotu açıklamaktadır.

Bir anahtarlama diyotunda, P-bölgesinin hafifçe katkılı olduğu ve N-bölgesinin yoğun şekilde katkılı olduğu bir PN bağlantısı vardır. Yukarıdaki devre, pozitif voltaj ileri diyotu bastırdığında diyotun AÇIK hale geldiğini ve negatif voltaj ters diyotu önlediğinde KAPALI hale geldiğini sembolize eder.

Çalıyor

İleri akım ani bir ters voltajla o zamana kadar akarken, ters akım hemen KAPATILMAK yerine bir örnek için akar. Kaçak akım ne kadar yüksekse kayıp o kadar büyük olur. Diyot aniden ters yönde eğildiğinde ters akım akışı, bazen birkaç salınım oluşturabilir.RINGING.

Bu zil durumu bir kayıptır ve bu nedenle en aza indirilmelidir. Bunu yapmak için diyotun anahtarlama zamanları anlaşılmalıdır.

Diyot Değiştirme Süreleri

Önyargı koşullarını değiştirirken, diyot bir transient response. Bir sistemin denge konumundan herhangi bir ani değişime tepkisine geçici tepki denir.

İleriden geriye ve geriye doğru önyargıya ani değişim devreyi etkiler. Bu tür ani değişikliklere yanıt vermek için geçen süre, bir elektrik anahtarının etkinliğini tanımlamak için önemli bir kriterdir.

Diyotun kararlı durumunu geri kazanmasından önce geçen süreye Recovery Time.
Diyotun ters taraflı durumdan ileri taraflı duruma geçmek için aldığı zaman aralığı olarak adlandırılır. Forward Recovery Time.($t_{fr}$)
Diyotun ileri taraflı durumdan ters taraflı duruma geçmek için aldığı zaman aralığı olarak adlandırılır. Reverse Recovery Time. ($t_{fr}$)

Bunu daha net anlamak için, voltaj bir anahtarlama PN diyotuna uygulandığında ne olduğunu analiz etmeye çalışalım.

Taşıyıcı Konsantrasyonu

Azınlık yük taşıyıcı konsantrasyonu, bağlantı noktasından uzakta görüldüğünde katlanarak azalır. Voltaj uygulandığında, ileri taraflı durum nedeniyle, bir tarafın çoğunluğu diğerine doğru hareket eder. Diğer tarafın azınlık taşıyıcıları olurlar. Bu yoğunlaşma kavşakta daha fazla olacaktır.

Örneğin, N-tipi düşünüldüğünde, ileri sapma uygulandıktan sonra N-tipine giren fazla delikler, N-tipi malzemenin halihazırda mevcut azınlık taşıyıcılarına eklenir.

Birkaç gösterimi ele alalım.

P-tipindeki çoğunluk taşıyıcılar (delikler) = $ P_ {po} $
N tipindeki çoğunluk taşıyıcılar (elektronlar) = $ N_ {no} $
P-tipindeki azınlık taşıyıcılar (elektronlar) = $ N_ {po} $
N tipindeki çoğunluk taşıyıcılar (delikler) = $ P_ {no} $

During Forward biased Condition- Azınlık taşıyıcıları kavşağa daha yakın ve kavşaktan daha az uzakta. Aşağıdaki grafik bunu açıklıyor.

P-türünde fazla azınlık taşıyıcı ücreti = $ P_n-P_ {no} $ ile $ p_ {no} $ (sabit durum değeri)

N-türünde fazla azınlık taşıyıcı ücreti = $ N_ {po} $ ile $ N_p-N_ {po} $ (sabit durum değeri)

During reverse bias condition- Çoğunluk taşıyıcıları akımı kavşaktan geçirmez ve bu nedenle mevcut duruma katılmaz. Anahtarlama diyotu, ters yönde bir örnek için kısa devre gibi davranır.

Azınlık taşıyıcıları kavşağı geçecek ve olarak adlandırılan akımı yürüteceklerdir. Reverse Saturation Current. Aşağıdaki grafik, ters önyargı sırasındaki durumu temsil etmektedir.

Yukarıdaki şekilde, noktalı çizgi denge değerlerini ve düz çizgiler gerçek değerleri temsil eder. Azınlık yük taşıyıcılarından kaynaklanan akım iletmek için yeterince büyük olduğundan, bu fazla yük kaldırılıncaya kadar devre AÇIK olacaktır.

Diyotun ileri önyargıdan ters önyargıya geçmesi için gereken süre denir Reverse recovery time ($t_{rr}$). Aşağıdaki grafikler diyot değiştirme sürelerini ayrıntılı olarak açıklamaktadır.

Yukarıdaki şekilden diyot akım grafiğini ele alalım.

$ T_ {1} $ 'da diyot aniden AÇIK durumdan KAPALI durumuna getirilir; Depolama süresi olarak bilinir.Storage timefazla azınlık taşıyıcı ücretinin kaldırılması için gereken süredir. N'den P tipi malzemeye akan negatif akım, Depolama süresi boyunca önemli bir miktardadır. Bu negatif akım,

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

Bir sonraki zaman periyodu transition time”(T_2 $ ile t_3 $ $ arası)

Geçiş süresi, diyotun tamamen açık devre durumuna gelmesi için geçen süredir. $ T_3 $ diyottan sonra, sabit durumda ters önyargı durumunda olacaktır. $ T_1 $ diyot sabit durumda ileriye dönük önyargı koşuluna girmeden önce.

Yani, tamamen açık devre durumuna geçmek için geçen süre

$$ Ters \: \: kurtarma \: \: zaman \ sol (t_ {rr} \ sağ) = Depolama \: \: zaman \ sol (T_ {s} \ sağ) + Geçiş \: \: zaman \ sol ( T_ {t} \ sağ) $$

KAPALI durumdan AÇIK durumuna geçilirken, Forward recovery time. Geri toparlanma süresi, İleri toparlanma süresinden daha fazladır. Bu Ters toparlanma süresi daha az yapılırsa bir diyot daha iyi bir anahtar görevi görür.

Tanımlar

Şimdi tartışılan zaman dilimlerinin tanımlarından geçelim.

Storage time - Diyotun ters taraflı durumda bile iletim durumunda kaldığı süreye Storage time.
Transition time - İletimsizlik durumuna geri dönerken geçen süre, yani kararlı durum ters önyargı olarak adlandırılır. Transition time.
Reverse recovery time - Diyotun ileri önyargıdan ters önyargıya geçmesi için gereken süreye Reverse recovery time.
Forward recovery time - Diyotun ters önyargıdan ileri önyargıya geçmesi için gereken süreye Forward recovery time.

Diyot anahtarlama sürelerini etkileyen faktörler

Diyot değiştirme sürelerini etkileyen birkaç faktör vardır, örneğin

Diode Capacitance - PN bağlantı kapasitansı önyargı koşullarına bağlı olarak değişir.
Diode Resistance - Diyotun durumunu değiştirmek için sunduğu direnç.
Doping Concentration - Diyot katkılama seviyesi, diyot değiştirme sürelerini etkiler.
Depletion Width- Tükenme katmanının genişliği ne kadar dar olursa, geçiş o kadar hızlı olacaktır. Bir Zener diyotu, çığ diyotundan daha dar bir tükenme bölgesine sahiptir, bu da eskisini daha iyi bir anahtar haline getirir.

Uygulamalar

Diyot anahtarlama devrelerinin kullanıldığı birçok uygulama vardır, örneğin:

Yüksek hızlı doğrultma devreleri
Yüksek hızlı anahtarlama devreleri
RF alıcıları
Genel amaçlı uygulamalar
Tüketici uygulamaları
Otomotiv uygulamaları
Telekom uygulamaları vb.