Memahami Dioda Longsor: Panduan Untuk Insinyur

Sebagai seorang insinyur, Anda tahu betapa pentingnya dioda dalam cara kerja sirkuit elektronik.

Tapi apakah Anda tahu tentang dioda avalanche? Dioda longsor berbeda dari dioda biasa karena memiliki fitur khusus yang memungkinkannya melakukan sejumlah tugas berbeda dalam aplikasi tegangan tinggi.

Jadi kencangkan sabuk pengaman dan bersiaplah untuk terjun ke dunia dioda longsoran salju yang menakjubkan!

Pengantar Dioda Longsor

Definisi formal:

Dioda kerusakan semikonduktor, biasanya terbuat dari silikon, di mana kerusakan longsoran terjadi di seluruh persimpangan pn dan penurunan tegangan pada dasarnya konstan dan tidak tergantung pada arus; dua jenis yang paling penting adalah dioda IMPATT dan TRAPATT.

Dioda longsoran adalah jenis dioda semikonduktor yang dibuat untuk terurai longsoran pada tegangan tertentu.

Ketika tegangan melintasi dioda melampaui nilai tertentu, kerusakan longsoran terjadi.

Konstruksi

Dioda Zener dan dioda avalanche keduanya dibuat dengan cara yang sama, tetapi jumlah doping pada dioda avalanche berbeda dengan dioda Zener.

Persimpangan dioda avalanche dibuat untuk menghentikan konsentrasi arus dan hot spot yang berasal darinya, sehingga efek avalanche tidak merusak dioda.

Prinsip Kerja Dioda Longsor

Dioda longsoran dibuat untuk bekerja di daerah kerusakan terbalik, di mana mereka dapat membawa arus besar tanpa mengalami kerusakan.

Persimpangan pn dioda avalanche dibuat untuk menghentikan konsentrasi arus dan hot spot yang berasal darinya, sehingga efek avalanche tidak merusak dioda.

Ketika tegangan bias terbalik diterapkan ke dioda avalanche, ia mencapai tegangan tembus dan masuk ke daerah avalanche breakdown, di mana ia dapat membawa arus besar tanpa rusak.

Kerusakan longsor terjadi ketika tegangan melintasi dioda lebih tinggi dari nilai tertentu, yang membuat arus naik dengan cepat.

Penggandaan longsor membuat lebih banyak elektron dan ion bebas, yang menyebabkan sejumlah besar arus mengalir melalui perangkat.

Jenis Dioda Longsor

Dioda Zener

Dioda Zener adalah jenis dioda yang menunjukkan efek kerusakan Zener ketika tegangan melintasi dioda melampaui level tertentu.

Medan listrik yang tinggi melintasi dioda menyebabkan efek kerusakan Zener, yang merupakan jenis kerusakan longsoran salju.

Dioda Zener sebagian besar digunakan untuk mengontrol voltase, melindungi dari lonjakan, dan membuat kebisingan.

Fotodioda Longsor

Fotodioda longsoran adalah jenis dioda semikonduktor yang dibuat untuk bekerja di daerah kerusakan longsoran.

Ini sering digunakan sebagai detektor foton gain tinggi dalam aplikasi cahaya rendah seperti sistem komunikasi serat optik dan perangkat pencitraan.

Ketika foton diambil oleh dioda, mereka menciptakan pasangan elektron-lubang

Medan listrik yang tinggi di dioda kemudian dapat mempercepat pasangan lubang elektron ini, menyebabkan banjir pembawa muatan.

Perbedaan antara Kerusakan Zener dan Longsor

Cara terjadinya kerusakan Zener dan longsoran salju adalah perbedaan utama antara keduanya.

Kerusakan zener terjadi ketika ada medan listrik yang kuat di seluruh wilayah penipisan dioda

Kerusakan longsor terjadi ketika elektron bebas menabrak atom di dioda.

Jumlah doping dalam dioda menentukan tegangan tembus Zener, sedangkan lebar daerah penipisan menentukan tegangan tembus avalanche.

Video: DIODA! Macam Macamnya dan Cara Kerjanya

Tip: Nyalakan tombol keterangan jika Anda membutuhkannya.

Aplikasi Dioda Longsor

Perangkat Perlindungan dan Regulator Tegangan

Sebagian besar waktu, dioda avalanche digunakan untuk melindungi komponen elektronik yang sensitif agar tidak rusak oleh tegangan tinggi atau lonjakan arus di sirkuit elektronik.

Mereka juga dapat digunakan untuk mengontrol tegangan melintasi beban di sirkuit, di mana mereka bekerja di wilayah kerusakan terbalik.

Sumber Kebisingan di Sirkuit RF dan Gelombang Mikro

Di sirkuit RF dan gelombang mikro, dioda avalanche sering digunakan sebagai sumber kebisingan.

Selama proses penghancuran longsoran, elektron dan lubang dibuat secara acak, yang menghasilkan derau putih

Hal ini membuat mereka berguna untuk komunikasi dan peperangan elektronik.

Perangkat Switching Berkecepatan Tinggi di Sirkuit Digital

Di sirkuit digital, dioda avalanche digunakan sebagai sakelar berkecepatan tinggi yang dapat hidup dan mati dalam waktu yang sangat singkat, yang disebut pikodetik.

Karena itu, mereka dapat digunakan untuk hal-hal seperti transfer data berkecepatan tinggi dan pemrosesan sinyal digital.

Detektor Foton Gain Tinggi dalam Sistem Optoelektronik

Fotodioda avalanche (APD) adalah perangkat semikonduktor yang dibuat untuk bekerja di daerah kerusakan avalanche ketika foton diserap oleh dioda.

APD digunakan dalam sistem komunikasi serat optik, sistem jangkauan laser, dan aplikasi tingkat cahaya rendah lainnya sebagai detektor foton gain tinggi.

Penurunan Tegangan di Dioda Longsor

Dioda longsoran dirancang untuk memanfaatkan efek longsoran salju, sehingga memiliki penurunan tegangan yang kecil namun nyata saat rusak.

Dioda zener, di sisi lain, selalu menjaga voltase di atas titik putusnya.

Kebanyakan dioda avalanche memiliki penurunan tegangan antara 1 dan 2 volt.

Koefisien Suhu Tegangan

Dioda zener memiliki koefisien temperatur tegangan yang kecil yaitu negatif, sedangkan dioda Avalanche memiliki koefisien temperatur tegangan kecil yaitu positif.

Ini berarti bahwa ketika suhu naik, penurunan tegangan pada dioda avalanche akan naik sedikit, sedangkan penurunan tegangan pada dioda Zener akan turun ketika suhu naik.

Perbandingan dengan Dioda Lain

Kebanyakan dioda Schottky memiliki penurunan tegangan antara 0,15V dan 0,45V.

Tegangan maju untuk Dioda Silikon adalah 0,7V, dan untuk Dioda Germanium adalah 0,3V.

Karena penurunan tegangan maju melintasi dioda silikon hampir konstan pada sekitar 0,7v, sementara arus yang melaluinya bervariasi dengan jumlah yang relatif besar, dioda silikon bias maju dapat digunakan sebagai sumber tegangan konstan.

Keuntungan dan Kerugian Menggunakan Dioda Longsor

Dioda longsoran memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dioda normal. Mereka bertahan lebih lama dari kebanyakan dioda, yang membuatnya lebih andal saat digunakan dalam situasi tertentu.

Persimpangan pn dioda avalanche dirancang untuk mencegah konsentrasi arus dan titik panas yang dihasilkan sehingga dioda tidak rusak oleh efek longsoran.

Keuntungannya

Dioda longsor berguna dalam sejumlah situasi, seperti melindungi sirkuit, membuat kebisingan, dan menemukan foton.

Mereka menunjukkan tingkat sensitivitas yang lebih tinggi, kinerja tinggi, dan waktu respons yang cepat, menjadikannya ideal untuk digunakan dalam aplikasi ini.

Mereka juga dapat melindungi sirkuit dari voltase yang seharusnya tidak ada, yang membuatnya berguna dalam sistem elektronik.

Kerugiannya

Tetapi ada beberapa hal buruk tentang penggunaan dioda avalanche yang harus Anda pikirkan.

Ini termasuk kebutuhan akan tegangan operasi yang jauh lebih tinggi, keluaran non-linier yang disebabkan oleh proses longsoran salju, tingkat kebisingan yang jauh lebih tinggi, dan kebutuhan akan bias balik yang tinggi untuk bekerja.

Dioda longsor mungkin juga tidak berfungsi sebaik jenis dioda lainnya, yang bisa menjadi masalah dalam beberapa situasi.

Meskipun memiliki masalah ini, dioda avalanche masih banyak digunakan dalam situasi tertentu karena cara kerjanya.

Meskipun mungkin tidak seandal jenis dioda lainnya, dioda berguna dalam sistem elektronik karena sensitif dan merespons dengan cepat.

Perbedaan Antara Dioda Longsor dan Dioda PIN

Dioda longsoran dan dioda PIN keduanya adalah jenis dioda semikonduktor, tetapi cara kerjanya sangat berbeda.

Tegangan Operasi

Tegangan yang berjalan adalah perbedaan besar antara kedua jenis.

Dioda longsor dibuat untuk bekerja di daerah gangguan terbalik, yang membutuhkan tegangan lebih tinggi dari daerah operasi normal.

Dioda PIN, di sisi lain, bekerja di wilayah bias maju, yang biasanya membutuhkan voltase lebih sedikit.

Jadi, lebih baik dikatakan bahwa dioda avalanche membutuhkan tegangan yang lebih tinggi untuk mencapai daerah kerusakan avalanche daripada membutuhkan tegangan operasi yang lebih tinggi.

Kebisingan

Karena cara kerjanya, dioda avalanche dapat menimbulkan lebih banyak noise.

Tetapi tingkat kebisingan ini dapat diturunkan dengan menerapkan tegangan yang berlawanan arah dengan tegangan tembus.

Dioda PIN, di sisi lain, biasanya digunakan karena membuat lebih sedikit noise, tetapi masih dapat mengeluarkan noise tergantung bagaimana penggunaannya.

Struktur internal

Dioda longsor memiliki tempat di dalam di mana elektron berlipat ganda ketika tegangan balik diterapkan dari luar.

Ini membuat amplifikasi internal antara 10 dan 100 kali lebih besar.

Di sisi lain, dioda PIN memiliki wilayah intrinsik yang memiliki wilayah penipisan yang lebih besar dan kapasitansi yang lebih kecil daripada dioda pn standar.

Ini berarti dioda PIN lebih sensitif dan merespons lebih cepat.

Persyaratan Tegangan

Dioda longsoran memiliki tegangan bias balik yang jauh lebih tinggi, antara 100 dan 200 volt untuk silikon.

Dioda PIN, di sisi lain, bekerja pada voltase rendah dan bagus untuk perangkat berdaya rendah.

Secara keseluruhan, dioda avalanche dan dioda PIN dibuat dengan cara yang serupa, tetapi cara kerjanya yang berbeda berarti digunakan dalam situasi yang berbeda.

Dioda longsoran dapat digunakan dengan tegangan tinggi, dan dalam sistem optoelektronik, dioda dapat digunakan sebagai detektor foton gain tinggi.

Di sisi lain, dioda PIN lebih baik untuk aplikasi frekuensi tinggi dan berdaya rendah yang membutuhkan kebisingan rendah dan kecepatan tinggi.

Dioda Longsor Kebisingan Rendah

Fotodioda longsoran salju adalah nama yang tepat untuk dioda longsoran rendah (APD).

APD adalah detektor fotodioda semikonduktor yang menggunakan efek fotolistrik untuk mengubah cahaya menjadi listrik. Mereka sangat sensitif.

Rasio signal-to-noise (SNR) yang tinggi, respons waktu yang cepat, arus gelap yang rendah, dan sensitivitas tinggi adalah yang membuatnya menonjol.

Aplikasi APD

APD digunakan untuk berbagai hal, seperti:

• Pencari jangkauan laser.
• Studi korelasi foton.
• Sistem untuk berkomunikasi dengan serat optik.
• Lidar.
• Pemindai untuk PET, atau tomografi emisi positron.

Sirkuit Bias Kebisingan Rendah

Gain dari APD dikendalikan oleh tegangan yang diletakkan di persimpangan di arah yang berlawanan. Untuk menjaga penguatan tetap dan tingkat kebisingan rendah, voltase ini perlu dikontrol dengan hati-hati.

Untuk melakukan ini, tegangan panjar untuk APD dapat dibuat dan dikendalikan oleh rangkaian panjar derau rendah. Rangkaian ini menggunakan konverter boost PWM dengan frekuensi tetap dan noise rendah

Mikrokontroler yang membaca termistor mengkompensasi suhu.

Kelebihan Faktor Kebisingan

Dibandingkan dengan fotodioda PIN, APD memiliki lebih banyak noise karena statistik proses longsoran menyebabkan fluktuasi arus.

Faktor noise berlebih adalah cara untuk menghitung berapa banyak noise yang dimiliki APD daripada detektor terbatas noise tembakan.

Fotodioda Longsor

Detektor fotodioda semikonduktor yang sangat sensitif, fotodioda avalanche (APD) menggunakan efek fotolistrik untuk mengubah cahaya menjadi listrik.

APD bekerja dengan bias balik yang tinggi, yang memungkinkan lubang dan elektron yang terbentuk saat foton atau cahaya menerpanya berlipat ganda seperti longsoran salju.

Hal ini memungkinkan untuk meningkatkan penguatan fotodioda beberapa kali, memberikan rentang sensitivitas yang luas.

Bagaimana proses penggandaan longsoran bekerja di APD

Proses longsor dimulai ketika sebuah foton diserap dan sebuah elektron atau lubang terionisasi ketika mereka menabrak sesuatu.

Medan listrik memberikan pembawa energi yang cukup untuk membuat pembawa sekunder melalui ionisasi tumbukan.

Proses ini membuat banjir pasangan lubang-elektron, yang memberikan sinyal lebih kuat daripada penyerapan langsung saja.

Gain APD sama dengan rasio jumlah total elektron dan lubang yang dibuat oleh proses longsoran salju dengan jumlah foton yang diserap oleh perangkat.

Keuntungan dan kerugian

Manfaat utama dari fotodioda longsoran salju adalah sangat sensitif dan dapat mengambil sinyal tingkat rendah.

APD lebih sensitif daripada fotodioda semikonduktor lainnya dan dapat digunakan di tempat di mana fotodioda lain mungkin tidak dapat mencapai tingkat sensitivitas yang sama.

Dibandingkan dengan jenis fotodioda lainnya, APD juga merespon lebih cepat dan aliran arusnya lebih sedikit saat tidak digunakan.

APD memang memiliki beberapa masalah.

• Salah satu masalah utama dengan APD adalah, dibandingkan dengan fotodioda lainnya, ia membutuhkan voltase yang lebih tinggi untuk bekerja.
• Karena penggandaan pembawa, APD juga mengeluarkan lebih banyak suara dari yang seharusnya.
• Menggunakan teknik desain dan kondisi pengoperasian yang tepat dapat mengurangi kebisingan.
• Terakhir, APD tidak memiliki keluaran linier, yang membuatnya lebih sulit untuk digunakan dalam beberapa situasi.

Kasus penggunaan

Digunakan dalam:	Keterangan:
Regulator Tegangan	Dioda longsoran dapat digunakan untuk mengontrol tegangan di sirkuit elektronik dengan memberikan tegangan referensi yang stabil. Mereka dapat digunakan sebagai pengatur shunt untuk menjaga tegangan konstan di seluruh rangkaian atau sebagai pengatur seri untuk menjaga tegangan keluaran tetap stabil bahkan jika tegangan masuk berubah.
Generator Pulsa	Dioda longsoran dapat digunakan untuk membuat semburan pendek tegangan tinggi pada generator pulsa. Ketika lonjakan tegangan terjadi, dioda mengalami kerusakan longsor dan membuat pulsa yang tajam dengan waktu naik yang cepat. Ini berguna untuk hal-hal seperti radar, yang membutuhkan pulsa dengan frekuensi tinggi.
Perangkat gelombang mikro	Dioda IMPATT (IMPact ionization Avalanche Transit-Time) dan TRAPATT (TRApped Plasma Avalanche Triggered Transit) menggunakan dioda avalanche. Dioda ini mengirimkan sinyal frekuensi tinggi dalam jangkauan gelombang mikro. Sinyal ini digunakan dalam sistem radar, sistem komunikasi satelit, dan aplikasi frekuensi tinggi lainnya.
Perlindungan Lonjakan	Dioda longsor dapat digunakan dalam pelindung lonjakan arus untuk melindungi perangkat elektronik dari lonjakan tegangan dan tegangan lebih transien. Mereka dapat menjepit tegangan pada tingkat tertentu dan menjaga agar perangkat tidak rusak oleh tegangan tinggi.
Amplifier RF	Penguat frekuensi radio (RF) dapat menggunakan dioda avalanche untuk membuat sinyal RF berdaya tinggi. Dalam hal ini, dioda masuk ke wilayah kerusakan longsoran salju, yang menyebabkan arus naik dengan cepat dan menghasilkan sinyal RF yang kuat.
Detektor Sinar-X dan Sinar Gamma	Dioda longsoran dapat digunakan dalam pencitraan medis dan tempat lain sebagai detektor sinar-X dan sinar gamma. Foton dengan banyak energi diambil oleh dioda, yang mengirimkan pulsa arus yang dapat digunakan untuk mengukur energi radiasi.

Penggunaan lainnya:

https://en.wikipedia.org/wiki/Avalanche_diode

Kesimpulan

Saat artikel ini hampir berakhir, jelaslah bahwa dioda avalanche adalah bagian penting dari banyak sistem elektronik.

Karena cara pembuatannya dan apa yang dapat dilakukannya, mereka adalah alat yang berguna untuk insinyur mana pun.

Namun, seperti teknologi lainnya, penggunaan dioda avalanche memiliki pro dan kontra, dan penting untuk mempertimbangkannya dengan hati-hati dalam aplikasi apa pun.

Sebagai insinyur, kami selalu mencari teknologi terbaru dan terbaik untuk membantu kami merancang sistem yang lebih baik.

Tetapi juga penting untuk disimpan mengingat bahwa dasar-dasar elektronika telah ada sejak lama dan sama pentingnya saat ini seperti dulu.

Jadi, apakah Anda seorang insinyur berpengalaman atau baru memulai, penting untuk mengetahui cara kerja dioda avalanche dalam elektronik modern.

Dengan melakukan ini, Anda akan lebih mampu merancang sistem yang bekerja dengan baik dan dapat diandalkan untuk aplikasi Anda.

Meski teknologi berubah, aturan dasar elektronika tetap sama.