엔지니어로서 전자 회로가 작동하는 방식에 다이오드가 얼마나 중요한지 알고 있습니다.
그러나 눈사태 다이오드에 대해 알고 있습니까? Avalanche 다이오드는 고전압 애플리케이션에서 다양한 작업을 수행할 수 있는 특수 기능이 있기 때문에 일반 다이오드와 다릅니다.
버클을 채우고 눈사태 다이오드의 매혹적인 세계로 뛰어들 준비를 하십시오!
눈사태 다이오드 소개
공식적인 정의:
일반적으로 실리콘으로 만들어진 반도체 항복 다이오드로서 전체 pn 접합에서 애벌랜치 항복이 발생하고 전압 강하는 본질적으로 일정하며 전류와 무관합니다. 가장 중요한 두 가지 유형은 IMPATT 및 TRAPATT 다이오드입니다.
애벌런치 다이오드는 특정 전압에서 애벌랜치에서 고장나도록 만들어진 일종의 반도체 다이오드입니다.
다이오드 양단의 전압이 특정 값 이상으로 올라가면 애벌랜치 항복이 발생합니다.
건설
제너 다이오드와 애벌랜치 다이오드는 모두 같은 방식으로 만들어지지만 애벌런치 다이오드의 도핑량은 제너 다이오드와 다릅니다.
애벌런치 다이오드의 접합부는 전류 집중과 그로부터 발생하는 핫스팟을 멈추게 하여 애벌런치 효과가 다이오드를 손상시키지 않도록 합니다.
애벌랜치 다이오드의 작동 원리
Avalanche 다이오드는 손상 없이 큰 전류를 전달할 수 있는 역 항복 영역에서 작동하도록 만들어졌습니다.
애벌런치 다이오드의 pn접합은 전류집중과 그로부터 오는 핫스팟을 멈추게 하여 애벌런치 효과가 다이오드를 손상시키지 않도록 한다.
애벌랜치 다이오드에 역바이어스 전압을 인가하면 항복전압에 도달하여 애벌런치 항복영역으로 들어가게 되는데, 여기서 큰 전류를 손상 없이 흘릴 수 있다.
Avalanche 항복은 다이오드 양단의 전압이 특정 값보다 높을 때 발생하며 이로 인해 전류가 빠르게 상승합니다.
Avalanche 곱셈은 더 많은 자유 전자와 이온을 만들어 장치를 통해 많은 양의 전류가 흐르게 합니다.
애벌랜치 다이오드의 종류
제너다이오드
제너 다이오드는 다이오드 양단의 전압이 일정 수준 이상이 되면 제너 항복 효과를 나타내는 일종의 다이오드입니다.
다이오드 양단의 높은 전계는 애벌런치 항복의 일종인 제너 항복 효과를 일으킵니다.
제너 다이오드는 주로 전압을 제어하고 서지로부터 보호하며 노이즈를 만드는 데 사용됩니다.
애벌랜치 포토다이오드
애벌런치 포토다이오드는 애벌런치 브레이크다운 영역에서 작동하도록 만들어진 일종의 반도체 다이오드입니다.
광섬유 통신 시스템 및 이미징 장치와 같은 저조도 응용 분야에서 고이득 광자 검출기로 자주 사용됩니다.
광자가 다이오드에 흡수되면 전자-정공 쌍이 생성됩니다.
다이오드의 높은 전기장은 이러한 전자-정공 쌍의 속도를 높여 전하 운반체의 홍수를 일으킬 수 있습니다.
제너와 눈사태 고장의 차이점
제너 고장 및 눈사태 고장이 발생하는 방식은 둘 사이의 주요 차이점입니다.
제너 고장은 다이오드의 공핍 영역에 강한 전기장이 있을 때 발생합니다.
자유 전자가 다이오드의 원자에 부딪힐 때 눈사태 고장이 발생합니다.
다이오드의 도핑량은 제너 항복 전압을 결정하는 반면 공핍 영역의 폭은 애벌랜치 항복 전압을 결정합니다.
비디오: 다이오드! 모든 종류와 작동 방식
팁: 필요한 경우 캡션 버튼을 켭니다.
애벌랜치 다이오드의 응용
보호 장치 및 전압 조정기
대부분의 경우 눈사태 다이오드는 전자 회로의 고전압 또는 전류 서지로 인해 민감한 전자 부품이 손상되지 않도록 보호하는 데 사용됩니다.
또한 역방향 항복 영역에서 작동하는 회로의 부하에서 전압을 제어하는 데 사용할 수 있습니다.
RF 및 마이크로파 회로의 노이즈 소스
RF 및 마이크로웨이브 회로에서 애벌랜치 다이오드는 종종 노이즈 소스로 사용됩니다.
눈사태 분해 과정에서 전자와 정공이 무작위로 생성되어 백색 잡음이 발생합니다.
이것은 통신 및 전자전에 유용합니다.
디지털 회로의 고속 스위칭 장치
디지털 회로에서 애벌랜치 다이오드는 피코초라는 매우 짧은 시간에 켜고 끌 수 있는 고속 스위치로 사용됩니다.
이 때문에 고속 데이터 전송 및 디지털 신호 처리와 같은 용도로 사용할 수 있습니다.
광전자 시스템의 고이득 광자 검출기
애벌랜치 포토다이오드(APD)는 광자가 다이오드에 의해 흡수될 때 애벌랜치 브레이크다운 영역에서 작동하도록 만들어진 반도체 장치입니다.
APD는 광섬유 통신 시스템, 레이저 거리 측정 시스템 및 기타 저조도 응용 분야에서 고이득 광자 검출기로 사용됩니다.
애벌랜치 다이오드의 전압 강하
애벌랜치 다이오드는 애벌런치 효과를 이용하도록 설계되었으므로 고장 시 작지만 눈에 띄는 전압 강하가 있습니다.
반면에 제너 다이오드는 항상 고장점보다 높은 전압을 유지합니다.
대부분의 애벌랜치 다이오드의 전압 강하는 1~2V입니다.
전압의 온도 계수
제너 다이오드는 전압의 작은 온도 계수가 음수인 반면 애벌랜치 다이오드는 전압의 작은 온도 계수가 양수입니다.
이것은 온도가 올라가면 애벌랜치 다이오드의 전압 강하가 약간 올라가는 반면 제너 다이오드의 전압 강하는 온도가 올라가면 내려간다는 것을 의미합니다.
다른 다이오드와의 비교
대부분의 쇼트키 다이오드는 0.15V에서 0.45V 사이의 전압 강하를 가집니다.
실리콘 다이오드의 순방향 전압은 0.7V이고 게르마늄 다이오드의 경우 0.3V입니다.
실리콘 다이오드의 순방향 전압 강하는 약 0.7v로 거의 일정하지만 다이오드를 통과하는 전류는 상대적으로 크게 변하기 때문에 순방향 바이어스 실리콘 다이오드를 정전압 소스로 사용할 수 있습니다.
애벌랜치 다이오드 사용의 장단점
Avalanche 다이오드는 일반 다이오드에 비해 몇 가지 장점이 있습니다. 대부분의 다이오드보다 오래 지속되므로 특정 상황에서 사용할 때 더 안정적입니다.
애벌랜치 다이오드의 pn 접합은 애벌런치 효과로 인해 다이오드가 손상되지 않도록 전류 집중 및 이로 인한 핫스팟을 방지하도록 설계되었습니다.
이점들
Avalanche 다이오드는 회로 보호, 노이즈 생성, 광자 찾기와 같은 다양한 상황에서 유용합니다.
더 높은 수준의 감도, 고성능 및 빠른 응답 시간을 나타내므로 이러한 응용 분야에 사용하기에 이상적입니다.
또한 존재해서는 안 되는 전압으로부터 회로를 보호할 수 있으므로 전자 시스템에 유용합니다.
단점
그러나 눈사태 다이오드를 사용하는 데 있어 고려해야 할 몇 가지 나쁜 점이 있습니다.
여기에는 훨씬 더 높은 작동 전압에 대한 필요성, 애벌런치 프로세스로 인한 비선형 출력, 훨씬 더 높은 수준의 노이즈 및 작동을 위한 높은 역 바이어스에 대한 필요성이 포함됩니다.
Avalanche 다이오드는 다른 유형의 다이오드와 마찬가지로 작동하지 않을 수 있으며, 이는 일부 상황에서 문제가 될 수 있습니다.
이러한 문제가 있음에도 불구하고 애벌랜치 다이오드는 작동 방식 때문에 특정 상황에서 여전히 널리 사용됩니다.
다른 유형의 다이오드만큼 신뢰할 수는 없지만 민감하고 빠르게 반응하기 때문에 전자 시스템에 유용합니다.
애벌랜치 다이오드와 PIN 다이오드의 차이점
Avalanche 다이오드와 PIN 다이오드는 모두 반도체 다이오드 유형이지만 매우 다른 방식으로 작동합니다.
작동 전압
실행 전압은 두 가지 유형의 큰 차이입니다.
Avalanche 다이오드는 정상 작동 영역보다 높은 전압이 필요한 역방향 항복 영역에서 작동하도록 만들어졌습니다.
반면에 PIN 다이오드는 일반적으로 더 적은 전압이 필요한 순방향 바이어스 영역에서 작동합니다.
따라서 애벌런치 다이오드가 애벌런치 항복 영역에 도달하려면 더 높은 작동 전압이 필요하다고 말하는 것보다 더 높은 전압이 필요하다고 말하는 것이 좋습니다.
소음
작동 방식으로 인해 애벌랜치 다이오드는 더 많은 잡음을 생성할 수 있습니다.
그러나이 잡음 수준은 항복 전압의 반대 방향으로 전압을 적용하여 낮출 수 있습니다.
반면에 PIN 다이오드는 소음이 적기 때문에 일반적으로 사용되지만 사용 방법에 따라 여전히 약간의 소음이 발생할 수 있습니다.
내부 구조
애벌랜치 다이오드는 외부에서 역전압을 가하면 전자가 증식하는 곳이 내부에 있다.
이것은 내부 증폭을 10배에서 100배 더 크게 만듭니다.
반면에 PIN 다이오드는 공핍 영역이 더 크고 표준 pn 다이오드보다 정전 용량이 더 작은 진성 영역을 가지고 있습니다.
이것은 PIN 다이오드가 더 민감하고 더 빠르게 반응한다는 것을 의미합니다.
전압 요구 사항
Avalanche 다이오드는 실리콘의 경우 100~200V 사이로 훨씬 더 높은 역방향 바이어스 전압을 가집니다.
반면 PIN 다이오드는 저전압에서 작동하며 저전력 장치에 적합합니다.
전반적으로 Avalanche 다이오드와 PIN 다이오드는 비슷한 방식으로 만들어지지만 작동 방식이 다르다는 것은 서로 다른 상황에서 사용된다는 것을 의미합니다.
Avalanche 다이오드는 고전압과 함께 사용할 수 있으며 광전자 시스템에서 고이득 광자 검출기로 사용할 수 있습니다.
반면 PIN 다이오드는 저잡음과 고속이 모두 필요한 저전력, 고주파 애플리케이션에 더 적합합니다.
저잡음 애벌랜치 다이오드
Avalanche 포토다이오드는 저잡음 Avalanche 다이오드(APD)의 올바른 이름입니다.
APD는 광전 효과를 사용하여 빛을 전기로 바꾸는 반도체 광다이오드 검출기입니다. 그들은 매우 민감합니다.
높은 신호 대 잡음비(SNR), 빠른 시간 응답, 낮은 암전류 및 높은 감도가 이 제품을 돋보이게 합니다.
APD의 응용
APD는 다음과 같은 다양한 용도로 사용됩니다.
- 레이저 거리 측정기.
- 광자 상관 연구.
- 광섬유와 통신하기 위한 시스템.
- 라이다.
- PET 또는 양전자 방출 단층 촬영용 스캐너.
저잡음 바이어스 회로
APD의 이득은 반대 방향으로 접합부에 가해지는 전압에 의해 제어됩니다. 게인을 일정하게 유지하고 잡음 수준을 낮추려면 이 전압을 신중하게 제어해야 합니다.
이를 위해 APD에 대한 바이어스 전압을 만들고 저잡음 바이어스 회로로 제어할 수 있습니다. 이 회로는 고정 주파수와 저잡음 PWM 부스트 컨버터를 사용합니다.
서미스터를 읽는 마이크로컨트롤러는 온도를 보상합니다.
초과 소음 요인
PIN 포토다이오드와 비교할 때 APD는 눈사태 프로세스의 통계로 인해 전류 변동이 발생하기 때문에 더 많은 노이즈가 발생합니다.
초과 잡음 계수는 APD가 산탄 잡음 제한 검출기보다 얼마나 많은 잡음을 갖는지 계산하는 방법입니다.
애벌랜치 포토다이오드
매우 민감한 반도체 광다이오드 검출기인 APD(Avalanche Photodiode)는 광전 효과를 사용하여 빛을 전기로 전환합니다.
APD는 높은 역방향 바이어스로 작동하여 광자나 빛이 충돌할 때 만들어진 정공과 전자가 눈사태처럼 증식합니다.
이를 통해 포토다이오드의 게인을 여러 번 높일 수 있어 광범위한 감도를 제공할 수 있습니다.
APD에서 눈사태 곱셈 프로세스가 작동하는 방식
눈사태 과정은 광자가 흡수되고 전자 또는 정공이 무언가에 부딪쳤을 때 이온화될 때 시작됩니다.
전기장은 생성된 캐리어에 충격 이온화를 통해 2차 캐리어를 만들기에 충분한 에너지를 제공합니다.
이 프로세스는 전자-정공 쌍의 홍수를 만들어 직접 흡수만 하는 것보다 더 강한 신호를 제공합니다.
APD의 이득은 장치에 의해 흡수된 광자 수에 대한 애벌런치 프로세스에 의해 만들어진 전자 및 정공의 총 수의 비율과 같습니다.
장점과 단점
Avalanche 포토다이오드의 주요 이점은 매우 민감하고 낮은 수준의 신호를 포착할 수 있다는 것입니다.
APD는 다른 반도체 포토다이오드보다 더 민감하며 다른 포토다이오드가 동일한 수준의 감도에 도달하지 못하는 장소에서 사용할 수 있습니다.
다른 유형의 포토다이오드와 비교할 때 APD는 반응 속도가 더 빠르고 사용하지 않을 때 전류 흐름이 더 적습니다.
그러나 APD에는 몇 가지 문제가 있습니다.
- APD의 주요 문제 중 하나는 다른 포토다이오드에 비해 작동하는 데 더 높은 전압이 필요하다는 것입니다.
- 반송파 곱으로 인해 APD는 예상보다 더 많은 잡음을 생성합니다.
- 올바른 설계 기술과 작동 조건을 사용하면 소음을 줄일 수 있습니다.
- 마지막으로 APD에는 선형 출력이 없기 때문에 일부 상황에서 사용하기가 더 어려울 수 있습니다.
사용 사례
| 사용: | 설명: |
|---|---|
| 전압 조정기 | Avalanche 다이오드는 안정적인 기준 전압을 제공하여 전자 회로의 전압을 제어하는 데 사용할 수 있습니다. 회로 전체에서 전압을 일정하게 유지하는 분로 조정기로 사용하거나 들어오는 전압이 변경되더라도 출력 전압을 안정적으로 유지하는 직렬 조정기로 사용할 수 있습니다. |
| 펄스 발생기 | Avalanche 다이오드는 펄스 발생기에서 짧은 고전압 버스트를 만드는 데 사용할 수 있습니다. 전압 스파이크가 발생하면 다이오드는 눈사태 항복 상태가 되어 빠른 상승 시간으로 날카로운 펄스를 생성합니다. 이것은 고주파 펄스가 필요한 레이더와 같은 것에 유용합니다. |
| 전자레인지 장치 | IMPATT(IMPact 이온화 Avalanche Transit-Time) 및 TRAPATT(TRApped Plasma Avalanche Triggered Transit) 다이오드는 애벌랜치 다이오드를 사용합니다. 이 다이오드는 극초단파 범위의 고주파 신호를 전송합니다. 이 신호는 레이더 시스템, 위성 통신 시스템 및 기타 고주파 애플리케이션에 사용됩니다. |
| 서지 보호 | 애벌랜치 다이오드는 전자 장치를 전압 스파이크 및 과도 과전압으로부터 보호하기 위해 서지 보호기에 사용할 수 있습니다. 특정 수준에서 전압을 고정하고 고전압에 의해 장치가 손상되는 것을 방지할 수 있습니다. |
| RF 증폭기 | 무선 주파수(RF) 증폭기는 애벌랜치 다이오드를 사용하여 고전력 RF 신호를 생성할 수 있습니다. 이 경우 다이오드는 눈사태 항복 영역으로 들어가 전류가 빠르게 상승하고 강력한 RF 신호를 생성합니다. |
| X선 및 감마선 검출기 | Avalanche 다이오드는 의료 영상 및 기타 장소에서 X선 및 감마선 검출기로 사용할 수 있습니다. 에너지가 많은 광자는 다이오드에 의해 포착되어 방사선 에너지를 측정하는 데 사용할 수 있는 전류 펄스를 보냅니다. |
기타 용도:
https://en.wikipedia.org/wiki/Avalanche_diode
결론
이 기사를 마치면서 애벌랜치 다이오드가 많은 전자 시스템의 중요한 부분이라는 것이 분명해졌습니다.
그것이 어떻게 만들어지고 무엇을 할 수 있는지 때문에 모든 엔지니어에게 유용한 도구입니다.
그러나 다른 기술과 마찬가지로 애벌랜치 다이오드를 사용하는 것은 장단점이 있으며 모든 응용 분야에서 이를 신중하게 평가하는 것이 중요합니다.
엔지니어로서 우리는 항상 더 나은 시스템을 설계하는 데 도움이 되는 최신 최고의 기술을 찾고 있습니다.
하지만 유지하는 것도 중요합니다 전자 제품의 기본 사항은 오랫동안 사용되어 왔으며 오늘날에도 당시만큼 중요하다는 점을 염두에 두십시오.
따라서 숙련된 엔지니어이든 이제 막 시작하는 사람이든 최신 전자 장치에서 애벌랜치 다이오드가 어떻게 작동하는지 아는 것이 중요합니다.
이렇게 하면 응용 프로그램에 대해 잘 작동하고 신뢰할 수 있는 시스템을 더 잘 설계할 수 있습니다.
기술이 변해도 전자 제품의 기본 규칙은 그대로 유지됩니다.
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