Jika Anda seorang mahasiswa teknik atau insinyur, Anda mungkin tahu betapa pentingnya voltase dalam elektronik.
Tapi bagaimana dengan tegangan longsor? Hal menarik ini terjadi ketika persimpangan semikonduktor pn mengalami peningkatan arus secara tiba-tiba, yang menyebabkan material rusak.
Meskipun terdengar seperti kekuatan yang merusak, avalanche breakdown kini menjadi bagian penting dari banyak perangkat elektronik, seperti fotodioda dan dioda Zener.
Memahami voltase longsor dan bagaimana itu dapat digunakan dalam kehidupan nyata dapat menjadi pengubah permainan bagi para insinyur dan membantu mereka membuat desain yang lebih baik dan lebih efisien.
Jadi, ikutlah bersama kami saat saya berbicara tentang dunia menarik tegangan longsor dan bagaimana hal itu memengaruhi bidang teknik.
Definisi formal:
Tegangan balik yang diperlukan untuk menyebabkan kerusakan longsoran di sambungan semikonduktor pn.
Tegangan Longsor dan Lebar Lapisan Penipisan
Tegangan longsoran adalah tegangan di mana kerusakan longsoran terjadi di dioda sambungan pn.
Ketika bias balik diletakkan pada persimpangan pn yang dikotori ringan, medan listrik mempercepat elektron di lapisan penipisan, memberi mereka banyak kecepatan.
Energi ini dapat menyebabkan ionisasi atom dalam kisi kristal, sehingga menghasilkan aliran arus yang besar.
Hubungan antara Depletion Layer Width dan Longsor Tegangan
Tegangan longsoran dioda terkait dengan lebar lapisan penipisan di persimpangan semikonduktor.
Bagian dari persimpangan pn di mana tidak ada pembawa muatan gratis disebut lapisan penipisan.
Itu dibuat ketika pembawa minoritas bergerak melintasi persimpangan pn. Ini membuat wilayah dengan muatan bersih yang menghentikan lebih banyak pembawa minoritas untuk bergerak.
Luasnya depletion layer tergantung dari jumlah doping dan tegangan bias yang digunakan. Dioda dengan tegangan tembus tinggi dikotori ringan, yang membuat lapisan penipisan menjadi lebar.
Dioda dengan tegangan tembus rendah, di sisi lain, sangat diolah, yang membuat lapisan penipisan menjadi sempit.
Tegangan longsor akan lebih besar jika lapisan penipisan lebih besar. Ini karena lapisan penipisan yang lebih luas memiliki medan listrik yang lebih besar, yang mempercepat elektron ke kecepatan yang lebih cepat.
Ini menyebabkan lebih banyak elektron menjadi ion, sehingga tegangan tembusnya lebih tinggi.
Pertimbangan Desain
Saat membuat dioda persimpangan pn, penting untuk memikirkan hubungan antara tegangan longsoran dan lebar lapisan penipisan.
Dioda dengan tegangan tembus tinggi berguna untuk banyak hal, seperti mengatur tegangan dan membalikkan aliran daya.
Untuk mencapai tegangan tembus yang tinggi, lapisan penipisan harus lebar, yang dapat dicapai dengan menggunakan bahan semikonduktor yang didoping ringan.
Singkatnya, tegangan avalanche adalah tegangan di mana kerusakan avalanche menyebabkan dioda sambungan pn rusak.
Tegangan longsoran terkait dengan lebar lapisan penipisan karena mempengaruhi tegangan dioda yang rusak.
Memahami hubungan antara tegangan longsor dan lebar lapisan penipisan penting untuk merancang dan mengoptimalkan dioda persimpangan pn untuk penggunaan yang berbeda.
Kerusakan Longsor di Persimpangan Semikonduktor PN
Kerusakan avalanche adalah proses yang terjadi ketika tegangan balik melintasi persimpangan pn yang didoping ringan lebih tinggi dari level tertentu, yang disebut tegangan tembus.
Pada tegangan ini, medan listrik di persimpangan cukup kuat untuk mendorong elektron dan melepaskannya dari ikatan kovalennya.
Elektron bebas kemudian menabrak atom lain di perangkat, melepaskan lebih banyak elektron dan menyebabkan longsoran arus.
Ini disebut "perkalian pembawa", dan ini menyebabkan aliran arus melalui persimpangan pn meningkat secara signifikan.
Mekanisme Breakdown Longsor dan Perbandingannya dengan Zener Breakdown
Kerusakan longsor terjadi ketika elektron dan atom bebas di perangkat saling bertabrakan.
Kerusakan zener, di sisi lain, disebabkan oleh medan listrik yang kuat di persimpangan pn.
Keruntuhan longsoran salju dan kehancuran Zener melibatkan penciptaan dan pergerakan elektron dan lubang di dalam bahan semikonduktor.
Tetapi perbedaan terbesar antara kedua jenis kerusakan ini adalah bagaimana pasangan elektron-lubang dibuat.
Perbedaan antara Avalanche dan Zener Breakdowns
Kerusakan longsor tidak dapat diubah dan terjadi pada tegangan balik yang lebih tinggi daripada kerusakan Zener.
Tegangan tembus dikendalikan oleh jumlah doping dalam bahan semikonduktor.
Ketika jumlah doping naik, baik koefisien suhu metode longsoran dan ukuran tegangan rusaknya naik.
Kerusakan longsor terjadi pada material dengan jumlah doping yang sedikit, sedangkan kerusakan Zener terjadi pada material dengan banyak doping.
Persimpangan dioda tidak akan kembali ke tempat semula setelah kerusakan longsoran salju, tetapi akan kembali ke tempat semula setelah kerusakan Zener.
Kerusakan longsor terjadi di bagian tebal bahan semikonduktor, sedangkan kerusakan Zener terjadi di bagian tipis.
Perlu dicatat bahwa kedua jenis kerusakan tersebut tidak mungkin terjadi pada saat yang bersamaan.
Setiap jenis kerusakan disebabkan oleh hal yang berbeda, dan kecil kemungkinan keduanya akan terjadi pada waktu yang bersamaan.
Video: Memahami efek longsoran salju: pengantar
Tip: Nyalakan tombol keterangan jika Anda membutuhkannya. Pilih "terjemahan otomatis" di tombol pengaturan, jika Anda tidak terbiasa dengan bahasa Inggris. Anda mungkin perlu mengeklik bahasa video terlebih dahulu sebelum bahasa favorit Anda tersedia untuk diterjemahkan.
Aplikasi Praktis Kerusakan Longsor
Kerusakan avalanche adalah fenomena yang dapat terjadi pada bahan isolasi dan semikonduktor.
Ini adalah saat arus besar dapat mengalir melalui bahan yang biasanya merupakan isolator yang baik.
Proses ini dapat digunakan dalam perangkat elektronik untuk melakukan hal-hal yang berguna seperti menghentikan lonjakan arus, melindungi dari tegangan lebih, digunakan sebagai referensi tegangan, dan membuat sumber arus.
Supresi Lonjakan
Di sirkuit penekan lonjakan, avalanche breakdown digunakan untuk melindungi perangkat elektronik dari lonjakan tegangan yang disebabkan oleh sambaran petir, pulsa elektromagnetik, atau hal lainnya.
Dalam hal ini, perangkat yang akan dilindungi dihubungkan secara paralel dengan dioda longsoran salju.
Ketika tegangan melintasi perangkat lebih tinggi dari tegangan tembus dioda, dioda masuk ke daerah longsor longsor, yang menghilangkan tegangan ekstra dari perangkat yang dilindungi.
Ini menjaga lonjakan listrik agar tidak merusak perangkat.
Sirkuit Perlindungan Tegangan Lebih
Kerusakan longsoran salju juga digunakan di sirkuit yang melindungi perangkat elektronik agar tidak rusak akibat terlalu banyak tegangan.
Di sirkuit ini, perangkat yang akan dilindungi dihubungkan secara seri dengan dioda avalanche.
Ketika tegangan melintasi perangkat lebih tinggi dari tegangan rusaknya dioda, dioda masuk ke daerah longsor longsor, yang membatasi tegangan melintasi perangkat yang dilindungi.
Sirkuit Referensi Tegangan
Dalam rangkaian referensi tegangan, avalanche breakdown digunakan untuk memastikan bahwa tegangan referensi stabil dan akurat.
Sebagai referensi tegangan, dioda avalanche dengan bias mundur digunakan di sirkuit ini.
Tegangan tembus dioda sangat stabil dan bergantung pada seberapa banyak doping yang dilakukan saat dibuat. Ini menjadikannya tegangan referensi yang bagus untuk aplikasi yang membutuhkan akurasi tinggi.
Sumber Saat Ini
Kerusakan longsoran digunakan dalam sumber arus di mana arus stabil diperlukan, seperti dalam instrumentasi presisi dan sirkuit pengukuran.
Di sirkuit ini, dioda longsoran dihubungkan secara seri dengan resistor.
Tegangan tembus dioda dan nilai resistor menentukan berapa banyak arus yang mengalir melalui rangkaian.
Pengendalian dan Pencegahan Kerusakan Longsor
Di sirkuit elektronik, ada sejumlah cara untuk menghentikan atau mengendalikan kerusakan longsoran salju.
Dioda Longsor
Dioda avalanche adalah salah satu cara untuk menghentikan longsoran salju agar tidak putus. Dioda longsoran dibuat untuk bekerja di daerah gangguan terbalik, dan digunakan untuk melindungi rangkaian dari tegangan yang tidak diinginkan.
Persimpangan dioda avalanche dibuat untuk memecah secara merata di seluruh persimpangan. Ini membuat arus tidak terkonsentrasi dan hot spot tidak terbentuk.
Berbeda dengan dioda non-longsor, tegangan tembus dioda longsoran tetap hampir sama dengan perubahan arus.
Perangkat Penekan Transien dan Penjepit Tegangan
Sirkuit elektronik juga dapat dibuat aman dari kerusakan longsoran dengan bantuan perangkat penekan sementara dan penjepit tegangan.
Dioda zener sering digunakan untuk menjepit tegangan.
Ketika dua dioda zener dengan tegangan rusak balik yang sama digunakan, tegangan transien dari salah satu polaritas akan dijepit pada level tegangan zener yang sama.
MOSFET
Ketika tegangan lebih tinggi dari tegangan tembus MOSFET, itu juga dapat masuk ke mode longsoran salju, yang dapat menyebabkan masalah.
Kerusakan longsoran pada MOSFET dapat dihindari dengan desain sirkuit yang baik dan pemilihan MOSFET yang cermat dengan peringkat voltase yang tepat.
Cara Tambahan untuk Mencegah Kerusakan Longsor
Ada lebih banyak cara untuk menghentikan kerusakan longsoran di sirkuit elektronik daripada hanya menggunakan dioda longsoran, perangkat penekan transien, penjepit tegangan, dan pilihan MOSFET yang cermat.
Berikut beberapa di antaranya:
| Kiat pencegahan: | Keterangan: |
|---|---|
| Menyesuaikan level doping dioda | Tegangan tembus dioda tergantung pada seberapa banyak doping yang digunakan saat dibuat. Dengan mengubah tingkat doping, Anda dapat menaikkan voltase longsoran salju dan menghentikan terjadinya longsoran salju. |
| Meningkatkan ketebalan daerah penipisan | Konsentrasi doping dan tegangan bias mempengaruhi ketebalan daerah penipisan dioda. Dengan membuat daerah penipisan lebih tebal, tegangan tembus longsoran dapat dinaikkan dan kerusakan longsoran salju dapat dihentikan. |
| Pembuangan panas yang tepat | Terlalu banyak panas dapat merusak dioda dan menyebabkannya gagal. Heat sink dan cara lain untuk mendinginkan keadaan dapat membantu menjaga longsoran salju agar tidak runtuh. |
| Sekering dan pelindung lonjakan arus | Sekering dan pelindung gelombang membantu melindungi sirkuit elektronik dari lonjakan tegangan dan kejadian sementara lainnya yang dapat menyebabkan kegagalan longsor. |
Kerusakan Tegangan dan Longsor
Kekuatan Dielektrik dan Tegangan Breakdown
Kemampuan suatu bahan untuk menahan tekanan listrik tanpa putus dan menjadi konduktif diukur dengan kekuatan dielektriknya. Volt per sentimeter adalah cara umum untuk mengukurnya.
Peluang kegagalan pada tegangan ini cukup rendah sehingga insulasi dapat dibuat dengan asumsi tidak akan putus pada tegangan ini.
Tegangan tembus AC dan tegangan tembus impuls keduanya merupakan cara untuk mengukur kekuatan dielektrik suatu material.
Tegangan AC adalah frekuensi saluran listrik, sedangkan tegangan tembus impuls meniru sambaran petir.
Biasanya dibutuhkan gelombang 1,2 mikrodetik untuk naik ke amplitudo 90%, lalu 50 mikrodetik untuk turun kembali ke amplitudo 50%.
Kesimpulan
Sebagai kesimpulan, kerusakan dan voltase longsor mungkin tampak seperti ide rumit yang hanya dapat dipahami oleh para ahli, tetapi keduanya adalah bagian penting dari elektronik modern.
Dengan mengetahui bagaimana hal-hal ini bekerja dan bagaimana mereka dapat digunakan dalam perangkat elektronik, para insinyur dapat membuat desain yang lebih efisien dan unik.
Studi tentang tegangan dan kerusakan longsoran mungkin bahkan lebih penting karena menunjukkan betapa kuat dan bermanfaatnya elektronik.
Sangat mudah untuk menerima begitu saja alat dan mesin yang kita gunakan setiap hari, tetapi sungguh menakjubkan memikirkan tentang kekuatan luar biasa yang bekerja di dalamnya.
Nah, sambil terus belajar tentang teknik, jangan lupa kagum dengan kepintaran dan kreativitas dalam membuat teknologi yang kita gunakan sehari-hari.
Siapa yang bisa mengatakannya? Mungkin Anda akan menjadi orang yang menemukan hal besar berikutnya dalam kerusakan atau tegangan longsor, yang akan menyebabkan hal yang lebih besar di masa depan.
Bagikan pada…
