Forward Bias vs. Reverse Bias e loro effetti sulla funzionalità del diodo

 

Dal giorno in cui mia madre mi ha sorpreso con il primo computer di casa per Natale, beh, diciamo solo molto tempo fa, sono stato incuriosito dalla tecnologia. Comunque, all'epoca, ero l'invidia di tutti i compagni secchioni, secchioni e insegnanti della mia scuola. Ero lì con un impressionante 64, aspetta, kilobyte di potenza di elaborazione grezza.

Ora, avanziamo rapidamente fino ai giorni nostri e il mio laptop utilizza 100,000 volte quella quantità di RAM da solo. Quindi, è sicuro dire che la tecnologia informatica si è evoluta. Tuttavia, c'è una cosa che non ha ed è la competitività dei produttori di computer.

Ci sono momenti in cui la scelta di un dispositivo o metodo riguarda una necessità o una funzione. Inoltre, la necessità di una particolare funzionalità è la forza trainante predominante nella scelta di un dispositivo o processo nel campo dell'elettronica.

Che cos'è la polarizzazione o la polarizzazione del diodo?

Prima di confrontare i due tipi di pregiudizi, in primo luogo, discuterò le loro caratteristiche individuali. In elettronica, definiamo bias o polarizzazione come un metodo per stabilire un insieme di correnti o tensioni in diversi punti di un circuito elettronico per stabilire condizioni operative adeguate all'interno di un componente elettronico. Sebbene questa sia una versione semplificata della risposta, è comunque fondamentalmente corretta. Inoltre, con la polarizzazione, risiedono i due tipi di polarizzazione, polarizzazione diretta e polarizzazione inversa.

Come sicuramente saprai, un diodo (giunzione PN) funziona in modo molto simile a un'autostrada a senso unico poiché consente il flusso di corrente più facilmente in una direzione rispetto all'altra. In sintesi, un diodo conduce tipicamente corrente in una direzione e la tensione applicata segue un orientamento di polarizzazione diretto descritto. Tuttavia, quando la tensione si sposta nella direzione inversa, ci riferiamo a questo orientamento come polarizzazione inversa. Inoltre, quando è in polarizzazione inversa, un diodo a giunzione PN standard in genere inibisce o bloccherà il flusso di corrente, quasi come una versione elettronica di una valvola di ritegno.

Distorsioni in avanti vs. Distorsioni inverse

In un diodo standard, la polarizzazione diretta si verifica quando la tensione ai capi di un diodo consente il flusso naturale di corrente, mentre la polarizzazione inversa indica una tensione ai capi del diodo nella direzione opposta.

Tuttavia, la tensione presente attraverso un diodo durante la polarizzazione inversa non produce alcun flusso di corrente significativo. Inoltre, questa particolare caratteristica è utile per trasformare la corrente alternata (AC) in corrente continua (DC).

Ci sono una varietà di altri usi per questa caratteristica, incluso il controllo del segnale elettronico.

La conoscenza del posizionamento del diodo Zener può creare o distruggere un progetto.

 

Il funzionamento di un diodo

In precedenza, ho fornito una spiegazione più semplificata del funzionamento standard del diodo. Il processo dettagliato di un diodo può essere alquanto difficile da comprendere poiché implica una comprensione della meccanica quantistica. Il funzionamento del diodo riguarda il flusso di cariche negative (elettroni) e cariche positive (fori). Tecnologicamente parlando, ci riferiamo a un diodo a semiconduttore come a una giunzione pn. Anche le giunzioni Pn sono una parte essenziale del funzionamento di una cella fotovoltaica.

In generale, il corretto funzionamento di un diodo richiede un altro elemento o processo essenziale chiamato drogaggio. Puoi drogare un semiconduttore con materiali per facilitare un eccesso di elettroni facilmente spostati, che chiamiamo di tipo n o regione negativa. Inoltre, è anche possibile drogare un semiconduttore per promuovere un eccesso di lacune per assorbire facilmente anche quegli elettroni, e chiamiamo questo tipo p o regione positiva. Inoltre, le regioni positive e negative del diodo sono anche chiamate anodo (P) e catodo (N).

Nel complesso, sono le variazioni tra i due materiali e la loro successiva sinergia su distanze estremamente brevi (< millimetro) che facilitano il funzionamento del diodo. Tuttavia, la funzionalità del diodo è ovviamente possibile solo quando uniamo i due tipi (P, N) di materiali. Inoltre, la fusione di questi due tipi di materiali forma ciò che chiamiamo giunzione pn. Inoltre, l'area che esiste tra i due elementi è chiamata regione di esaurimento.

Nota: tenere presente che per un corretto funzionamento, un diodo richiede una tensione di soglia minima per superare la regione di esaurimento. Inoltre, la tensione di soglia minima nella maggior parte dei casi per i diodi è di circa 0.7 volt. Inoltre, la tensione di polarizzazione inversa produrrà una piccola quantità di corrente attraverso il diodo, ed è chiamata corrente di dispersione, ma in genere è trascurabile. Infine, se si applica una tensione inversa significativa, si verificherà un guasto elettronico completo del diodo, consentendo così alla corrente di fluire nella direzione opposta attraverso il diodo.

Funzionalità e funzionamento dei diodi continuati

In generale, quando la diffusione facilita il successivo movimento di elettroni dalla regione di tipo n, iniziano a riempire i buchi all'interno della regione di tipo p. Il risultato di questa azione forma ioni negativi all'interno della regione di tipo p, lasciando così ioni positivi nella regione di tipo n. Nel complesso, il controllo di governo di questa azione risiede nella direzione del campo elettrico. Come puoi immaginare, ciò si traduce in un comportamento elettrico vantaggioso a seconda, ovviamente, di come si applica la tensione, cioè la polarizzazione.

Inoltre, per quanto riguarda un diodo a giunzione pn standard, ci sono tre condizioni di polarizzazione e due regioni operative. I tre possibili tipi di condizioni di polarizzazione sono i seguenti:

• Polarizzazione diretta: questa condizione di polarizzazione incorpora il collegamento di un potenziale di tensione positivo al materiale di tipo P e di un potenziale negativo al materiale di tipo N attraverso il diodo, diminuendo così la larghezza del diodo.

• Polarizzazione inversa: al contrario, questa condizione di polarizzazione comporta la connessione di un potenziale di tensione negativo al materiale di tipo P e un potenziale di tensione negativo al materiale di tipo N attraverso il diodo, aumentando così la larghezza del diodo.

• Zero Bias: Questa è una condizione di polarizzazione in cui non vi è alcun potenziale di tensione esterno applicato al diodo.

Polarizzazione in avanti rispetto alla polarizzazione inversa e loro varianze

Una polarizzazione inversa rafforza la potenziale barriera e impedisce il flusso dei portatori di carica. Al contrario, una polarizzazione diretta indebolisce la potenziale barriera, consentendo così alla corrente di fluire più facilmente attraverso la giunzione.

Durante la polarizzazione diretta, colleghiamo il terminale positivo dell'alimentazione di tensione all'anodo e il terminale negativo al catodo. Al contrario, mentre in polarizzazione inversa, colleghiamo il terminale positivo dell'alimentazione di tensione al catodo e il terminale negativo all'anodo.

• Una polarizzazione diretta riduce la forza della barriera potenziale del campo elettrico attraverso il potenziale, mentre una polarizzazione inversa rafforza la barriera potenziale.

• Una polarizzazione diretta ha una tensione anodica maggiore della tensione catodica. Al contrario, una polarizzazione inversa ha una tensione catodica maggiore della tensione anodica.

• Una polarizzazione diretta ha una corrente diretta sostanziale, mentre una polarizzazione inversa ha una corrente diretta minima.

• Lo strato di svuotamento di un diodo è sostanzialmente più sottile mentre è in polarizzazione diretta e molto più spesso quando è in polarizzazione inversa.

• La polarizzazione diretta diminuisce la resistenza di un diodo e la polarizzazione inversa aumenta la resistenza di un diodo.

• La corrente scorre senza sforzo mentre è in polarizzazione diretta, ma la polarizzazione inversa non consente alla corrente di fluire attraverso il diodo.

• Il livello della corrente dipende dalla tensione diretta durante la polarizzazione diretta, tuttavia la quantità di corrente è minima o trascurabile nella polarizzazione inversa.

• In polarizzazione diretta, un dispositivo funzionerà come conduttore e come isolante se in polarizzazione inversa.

La pianificazione del circuito in base ai potenziali di polarizzazione è il segno dell'analisi intelligente.

 

La capacità di un diodo di funzionare come due dispositivi separati ma ugualmente efficaci lo rende un componente genuinamente adattivo. Gli effetti della polarizzazione sulla funzionalità di un diodo forniscono un controllo ottimale su quale funzione svolgerà un diodo nella progettazione del circuito. L'uso della polarizzazione diretta e inversa offre a un progettista di circuiti un controllo ottimale sulla funzionalità di un diodo.

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