مقدمة لجهد الانهيار الجليدي

إذا كنت طالب هندسة أو مهندسًا ، فمن المحتمل أنك تعرف مدى أهمية الجهد الكهربائي في الإلكترونيات.

لكن ماذا عن جهد الانهيار الجليدي؟ يحدث هذا الشيء المثير للاهتمام عندما يكون لتقاطع أشباه الموصلات pn زيادة مفاجئة في التيار ، مما يؤدي إلى انهيار المادة.

على الرغم من أن الانهيار الجليدي يبدو وكأنه قوة مدمرة ، إلا أنه أصبح الآن جزءًا مهمًا من العديد من الأجهزة الإلكترونية ، مثل الصمامات الثنائية الضوئية والصمامات الثنائية Zener.

إن فهم جهد الانهيار الجليدي وكيف يمكن استخدامه في الحياة الواقعية يمكن أن يغير قواعد اللعبة للمهندسين ويساعدهم في صنع تصميمات أفضل وأكثر كفاءة.

لذا ، تعال معنا وأنا أتحدث عن العالم الرائع لجهد الانهيار وكيف يؤثر على مجال الهندسة.

تعريف رسمي:

الجهد العكسي المطلوب للتسبب في انهيار الانهيار الجليدي في تقاطع أشباه الموصلات pn.

عرض الانهيار الجليدي وطبقة النضوب

جهد الانهيار الجليدي هو الجهد الذي يحدث عنده انهيار الانهيار الجليدي في صمام ثنائي تقاطع pn.

عندما يتم وضع تحيز عكسي على تقاطع pn مخدر قليلاً ، فإن المجال الكهربائي يسرع الإلكترونات في طبقة النضوب ، مما يمنحها سرعة كبيرة.

يمكن أن تسبب هذه الطاقة تأين الذرات في الشبكة البلورية ، مما يؤدي إلى تدفق تيار كبير.

العلاقة بين عرض طبقة النضوب والجهد الجليدي

يرتبط الجهد الجليدي للديود بعرض طبقة النضوب في تقاطع أشباه الموصلات.

يسمى جزء تقاطع pn حيث لا توجد ناقلات شحن مجانية طبقة النضوب.

يتم صنعه عندما تتحرك ناقلات الأقلية عبر تقاطع pn. هذا يجعل منطقة ذات رسوم صافية تمنع المزيد من ناقلات الأقليات من التحرك.

يعتمد مدى اتساع طبقة النضوب على كمية المنشطات وجهد التحيز المستخدم. الثنائيات ذات الفولتية العالية الانهيار مخدر بشكل خفيف ، مما يجعل طبقات النضوب واسعة.

من ناحية أخرى ، فإن الثنائيات ذات الفولتية المنخفضة للانهيار تكون مخدرة بشدة ، مما يجعل طبقات النضوب ضيقة.

سيكون جهد الانهيار الجليدي أكبر إذا كانت طبقة النضوب أكبر. وذلك لأن طبقات النضوب الأوسع لها مجال كهربائي أكبر ، مما يسرع الإلكترونات إلى سرعات أعلى.

يؤدي هذا إلى تحول المزيد من الإلكترونات إلى أيونات ، وبالتالي يكون جهد الانهيار أعلى.

متطلبات التصميم

عند عمل ثنائيات الوصلة pn ، من المهم التفكير في العلاقة بين جهد الانهيار الجليدي وعرض طبقة النضوب.

يعتبر الصمام الثنائي ذو الجهد العالي للانهيار مفيدًا للعديد من الأشياء ، مثل تنظيم الجهد وعكس تدفق الطاقة.

لتحقيق جهد انهيار عالٍ ، يجب أن تكون طبقة النضوب واسعة ، ويمكن تحقيق ذلك باستخدام مادة شبه موصلة مخدرة قليلاً.

باختصار ، جهد الانهيار الجليدي هو الجهد الذي يتسبب فيه انهيار الانهيار الجليدي في انهيار الصمام الثنائي للوصل pn.

يرتبط جهد الانهيار الجليدي بعرض طبقة النضوب لأنه يؤثر على الجهد الذي ينهار عنده الصمام الثنائي.

يعد فهم العلاقة بين جهد الانهيار الجليدي وعرض طبقة النضوب أمرًا مهمًا لتصميم صمامات تقاطع pn وتحسينها للاستخدامات المختلفة.

انهيار الانهيار الجليدي في تقاطعات PN أشباه الموصلات

الانهيار الجليدي هو عملية تحدث عندما يكون الجهد العكسي عبر تقاطع pn مخدر قليلاً أعلى من مستوى معين ، يسمى جهد الانهيار.

عند هذا الجهد ، يكون المجال الكهربائي عند التقاطع قويًا بما يكفي للضغط على الإلكترونات وتحررها من روابطها التساهمية.

ثم تصطدم الإلكترونات الحرة بذرات أخرى في الجهاز ، وتطلق المزيد من الإلكترونات وتتسبب في انهيار جليدي للتيار.

وهذا ما يسمى "مضاعفة الناقل" ، وهو يتسبب في زيادة تدفق التيار عبر الوصلة pn بشكل ملحوظ.

آلية الانهيار الجليدي والمقارنة مع Zener Breakdown

يحدث انهيار الانهيار الجليدي عندما تصطدم الإلكترونات والذرات الحرة في الجهاز ببعضها البعض.

من ناحية أخرى ، يحدث انهيار Zener بسبب مجال كهربائي قوي عبر تقاطع pn.

يتضمن كل من انهيار الانهيار الجليدي وانهيار زينر إنشاء وحركة الإلكترونات والثقوب داخل مادة أشباه الموصلات.

لكن الاختلاف الأكبر بين نوعي الانهيار هو كيفية صنع زوج ثقب الإلكترون.

الاختلافات بين انهيار جليدي وتكسير زينر

انهيار الانهيار الجليدي لا رجوع فيه ويحدث بجهد عكسي أعلى من انهيار زينر.

يتم التحكم في جهد الانهيار بمقدار المنشطات في مادة أشباه الموصلات.

مع ارتفاع كمية المنشطات ، يرتفع كل من معامل درجة حرارة طريقة الانهيار الجليدي وحجم جهد الانهيار.

يحدث انهيار الانهيار الجليدي في المواد بكمية صغيرة من المنشطات ، بينما يحدث انهيار Zener في المواد التي تحتوي على الكثير من المنشطات.

لن يعود تقاطع الصمام الثنائي إلى حيث كان بعد انهيار الانهيار الجليدي ، ولكنه سيعود إلى حيث كان بعد انهيار زينر.

تحدث الانهيارات الجليدية في الأجزاء السميكة من مادة أشباه الموصلات ، بينما تحدث أعطال زينر في أجزاء رقيقة.

تجدر الإشارة إلى أنه من غير المحتمل حدوث كلا النوعين من الانهيار في نفس الوقت.

كل نوع من الانهيار ناتج عن أشياء مختلفة ، ومن غير المرجح أن يحدث كلاهما في نفس الوقت.

فيديو: فهم تأثير الانهيار الجليدي: مقدمة

نصيحة: قم بتشغيل زر التسمية التوضيحية إذا كنت بحاجة إليه. اختر "ترجمة آلية" في زر الإعدادات ، إذا لم تكن معتادًا على اللغة الإنجليزية. قد تحتاج إلى النقر فوق لغة الفيديو أولاً قبل أن تصبح لغتك المفضلة متاحة للترجمة.

تطبيقات عملية لانهيار الانهيار الجليدي

الانهيار الجليدي هو ظاهرة يمكن أن تحدث في كل من المواد العازلة وأشباه الموصلات.

يحدث هذا عندما يتدفق تيار كبير عبر المواد التي عادة ما تكون عوازل جيدة.

يمكن استخدام هذه العملية في الأجهزة الإلكترونية للقيام بأشياء مفيدة مثل إيقاف الاندفاعات ، والحماية من الجهد الزائد ، واستخدامها كمرجع للجهد ، وإنشاء مصادر حالية.

قمع الطفرة

في دوائر قمع الطفرة ، يتم استخدام انهيار الانهيار لحماية الأجهزة الإلكترونية من ارتفاعات الجهد التي تسببها ضربات الصواعق أو النبضات الكهرومغناطيسية أو أشياء أخرى.

في هذه الحالة ، يتم توصيل الجهاز المراد حمايته بالتوازي مع الصمام الثنائي الانهيار.

عندما يكون الجهد الكهربي عبر الجهاز أعلى من جهد انهيار الصمام الثنائي ، ينتقل الصمام الثنائي إلى منطقة انهيار الانهيار الجليدي ، الأمر الذي يأخذ الجهد الإضافي بعيدًا عن الجهاز المحمي.

هذا يمنع اندفاع الكهرباء من الإضرار بالجهاز.

دوائر حماية الجهد الزائد

يستخدم الانهيار الجليدي أيضًا في الدوائر التي تحمي الأجهزة الإلكترونية من التلف بسبب الجهد الزائد.

في هذه الدوائر ، يتم توصيل الجهاز المراد حمايته في سلسلة مع الصمام الثنائي الانهيار.

عندما يكون الجهد عبر الجهاز أعلى من جهد انهيار الصمام الثنائي ، ينتقل الصمام الثنائي إلى منطقة انهيار الانهيار الجليدي ، مما يحد من الجهد عبر الجهاز المحمي.

الدوائر المرجعية للجهد

في الدوائر المرجعية للجهد ، يتم استخدام انهيار الانهيار الجليدي للتأكد من أن الجهد المرجعي مستقر ودقيق.

كمرجع للجهد ، يتم استخدام الصمام الثنائي الانهيار مع انحياز عكسي في هذه الدوائر.

جهد انهيار الصمام الثنائي مستقر للغاية ويعتمد على مقدار المنشطات التي يتم إجراؤها عند صنعها. هذا يجعله جهدًا مرجعيًا كبيرًا للتطبيقات التي تتطلب دقة عالية.

المصادر الحالية

يتم استخدام انهيار الانهيار الجليدي في المصادر الحالية حيث يلزم وجود تيار مستقر ، كما هو الحال في الأجهزة الدقيقة ودوائر القياس.

في هذه الدوائر ، يتم توصيل الصمام الثنائي الانهيار في سلسلة بمقاوم.

يحدد جهد انهيار الصمام الثنائي وقيمة المقاوم مقدار التيار المتدفق عبر الدائرة.

السيطرة والوقاية من الانهيار الجليدي

في الدوائر الإلكترونية ، هناك عدد من الطرق لإيقاف انهيار الانهيار الجليدي أو التحكم فيه.

الثنائيات الانهيار

يعد الصمام الثنائي الانهيار أحد الطرق لمنع الانهيار الجليدي من الانهيار. تصنع ثنائيات الانهيار الجليدي للعمل في منطقة الانهيار العكسي ، وتُستخدم لحماية الدوائر من الفولتية غير المرغوبة.

تم إجراء تقاطع الصمام الثنائي للانهيار الجليدي ليتحلل بالتساوي عبر التقاطع بأكمله. هذا يمنع التيار من التركيز وتكوين النقاط الساخنة.

على عكس الصمام الثنائي غير الجليدي ، يظل جهد الانهيار في الصمام الثنائي الانهيار كما هو تقريبًا مع التغييرات الحالية.

أجهزة قمع عابرة وتحامل الجهد

يمكن أيضًا جعل الدوائر الإلكترونية في مأمن من انهيار الانهيار بمساعدة أجهزة إخماد عابر وشبك الجهد.

غالبًا ما تستخدم ثنائيات زينر لربط الجهد.

عند استخدام ثنائيات زينر بنفس جهد الانهيار العكسي ، سيتم تثبيت جهد عابر لكلا القطبين عند نفس مستوى جهد زينر.

الترانزستورات

عندما يكون الجهد أعلى من جهد الانهيار في MOSFET ، فإنه يمكن أيضًا أن يدخل في وضع الانهيار الجليدي ، مما قد يتسبب في حدوث مشكلات.

يمكن تجنب انهيار الانهيار الجليدي في دوائر MOSFET من خلال التصميم الجيد للدارة والاختيار الدقيق للوحدات MOSFET مع تصنيفات الجهد المناسبة.

طرق إضافية لمنع الانهيار الجليدي

هناك طرق أكثر لإيقاف انهيار الانهيار الجليدي في الدوائر الإلكترونية أكثر من مجرد استخدام الثنائيات الانهيار ، وأجهزة الكبت العابر ، وتحامل الجهد ، والاختيار الدقيق لوحدات الترانزستورات الفلورية MOSFET.

فيما يلي بعض منهم:

نصيحة وقائية:	وصف:
ضبط مستوى تعاطي المنشطات في الصمام الثنائي	يعتمد جهد انهيار الصمام الثنائي على مقدار المنشطات المستخدمة عند صنعها. من خلال تغيير مستوى المنشطات ، يمكنك رفع جهد انهيار الانهيار الجليدي وإيقاف حدوث انهيار الانهيار الجليدي.
زيادة سمك منطقة النضوب	يؤثر تركيز المنشطات والجهد المتحيز على سمك منطقة النضوب في الصمام الثنائي. من خلال جعل منطقة النضوب أكثر سمكًا ، يمكن رفع جهد انهيار الانهيار الجليدي ويمكن إيقاف انهيار الانهيار الجليدي.
تبديد الحرارة المناسب	يمكن أن تؤدي الحرارة الزائدة إلى تحلل الثنائيات وتسبب فشلها. يمكن أن تساعد أحواض الحرارة والطرق الأخرى لتبريد الأشياء في منع الانهيار الجليدي.
واقيات التيار الكهربائي	تساعد المصاهر وأدوات الحماية من زيادة التيار في حماية الدوائر الإلكترونية من ارتفاعات الجهد الكهربائي والأحداث العابرة الأخرى التي يمكن أن تسبب فشل الانهيار الجليدي.

الجهد والانهيار الجليدي

قوة عازلة و جهد الانهيار

تُقاس قدرة المادة على تحمل الضغط الكهربائي دون أن تنكسر وتصبح موصلة بواسطة قوتها العازلة. الفولت لكل سنتيمتر طريقة شائعة لقياسه.

فرصة الفشل في هذا الجهد منخفضة بما يكفي بحيث يمكن عمل العزل بافتراض أنه لن ينكسر عند هذا الجهد.

تعد جهود انهيار التيار المتردد وفولتية الانهيار النبضي طريقتين لقياس قوة العزل الكهربائي للمادة.

جهد التيار المتردد هو تردد خط الشبكة ، بينما يقلد جهد انهيار النبضات ضربات الصواعق.

عادة ما تستغرق الموجة 1.2 ميكروثانية لترتفع إلى سعة 90٪ ، ثم 50 ميكروثانية لتنخفض مرة أخرى إلى سعة 50٪.

خاتمة

في الختام ، قد يبدو انهيار الانهيار الجليدي والجهد بمثابة أفكار معقدة لا يفهمها سوى الخبراء ، لكن كلاهما جزء مهم من الإلكترونيات الحديثة.

من خلال معرفة كيفية عمل هذه الأشياء وكيف يمكن استخدامها في الأجهزة الإلكترونية ، يمكن للمهندسين عمل تصميمات أكثر كفاءة وفريدة من نوعها.

قد تكون دراسة الجهد والانهيار الجليدي أكثر أهمية لأنها توضح مدى قوة ومفيدة الإلكترونيات.

من السهل أن نأخذ الأدوات والآلات التي نستخدمها كل يوم كأمر مسلم به ، ولكن من المدهش التفكير في القوى المذهلة التي تعمل بداخلها.

لذلك ، بينما تستمر في التعلم عن الهندسة ، لا تنسَ أن تندهش من الذكاء والإبداع اللذين يساهمان في صنع التكنولوجيا التي نستخدمها كل يوم.

من يستطيع أن يقول؟ ربما ستكون الشخص الذي سيجد الشيء الكبير التالي في انهيار الانهيار الجليدي أو الجهد ، والذي سيؤدي إلى أشياء أكبر في المستقبل.