Bir mühendis olarak, elektronik devrelerin çalışması için diyotların ne kadar önemli olduğunu bilirsiniz.
Ama çığ diyodunu biliyor musunuz? Çığ diyotları normal diyotlardan farklıdır çünkü yüksek voltaj uygulamalarında bir dizi farklı görevi yerine getirmelerine izin veren özel bir özelliği vardır.
Kemerlerinizi bağlayın ve çığ diyotlarının büyüleyici dünyasına dalmaya hazırlanın!
Avalanche Diyot'a Giriş
Resmi tanımlama:
Genellikle silikondan yapılmış bir yarı iletken arıza diyodu, tüm pn bağlantısı boyunca çığ arızasının meydana geldiği ve voltaj düşüşünün daha sonra esasen sabit ve akımdan bağımsız olduğu; en önemli iki tip IMPATT ve TRAPATT diyotlarıdır.
Çığ diyodu, belirli bir voltajda çığda parçalanmak üzere yapılmış bir tür yarı iletken diyottur.
Bir diyot üzerindeki voltaj belirli bir değerin üzerine çıktığında çığ kırılması meydana gelir.
Yapı
Bir Zener diyodu ve bir çığ diyotu aynı şekilde yapılır, ancak bir çığ diyotundaki doping miktarı Zener diyotundakinden farklıdır.
Çığ diyodunun bağlantısı, akım konsantrasyonunu ve ondan gelen sıcak noktaları durdurmak için yapılır, böylece çığ etkisi diyota zarar vermez.
Çığ Diyotunun Çalışma Prensibi
Çığ diyotları, büyük bir akımı hasar görmeden taşıyabilecekleri ters arıza bölgesinde çalışmak üzere yapılmıştır.
Çığ diyodunun pn bağlantısı, akım konsantrasyonunu ve ondan gelen sıcak noktaları durdurmak için yapılır, böylece çığ etkisi diyota zarar vermez.
Çığ diyotuna ters öngerilim gerilimi uygulandığında, kırılma gerilimine ulaşır ve zarar görmeden büyük bir akımı taşıyabileceği çığ kırılma bölgesine gider.
Çığ kırılması, diyot üzerindeki voltaj belirli bir değerin üzerine çıktığında meydana gelir ve bu da akımın hızla yükselmesine neden olur.
Çığ çarpması, daha fazla serbest elektron ve iyon oluşturarak cihazdan büyük miktarda akımın geçmesine neden olur.
Çığ Diyot Çeşitleri
zener diyot
Zener diyot, diyot üzerindeki voltaj belirli bir seviyenin üzerine çıktığında Zener bozulma etkisini gösteren bir diyot türüdür.
Diyot boyunca yüksek bir elektrik alanı, bir tür çığ kırılması olan Zener bozulma etkisine neden olur.
Zener diyodu çoğunlukla voltajı kontrol etmek, dalgalanmalara karşı korumak ve gürültü yapmak için kullanılır.
Çığ Fotodiyodu
Çığ fotodiyodu, çığ kırılma bölgesinde çalışmak üzere yapılmış bir tür yarı iletken diyottur.
Fiber optik iletişim sistemleri ve görüntüleme cihazları gibi düşük ışıklı uygulamalarda genellikle yüksek kazançlı bir foton dedektörü olarak kullanılır.
Fotonlar diyot tarafından alındığında elektron deliği çiftleri oluştururlar.
Diyottaki yüksek elektrik alanı daha sonra bu elektron deliği çiftlerini hızlandırabilir ve bir yük taşıyıcı seline neden olabilir.
Zener ve Çığ Dağılımı Arasındaki Fark
Zener arızası ve çığ arızasının gerçekleşme şekli, ikisi arasındaki temel farktır.
Zener arızası, diyotun tükenme bölgesi boyunca güçlü bir elektrik alanı olduğunda meydana gelir.
Çığ kırılması, serbest elektronlar diyottaki atomlara çarptığında gerçekleşir.
Diyottaki doping miktarı Zener kırılma gerilimini, tükenme bölgesinin genişliği ise çığ kırılma gerilimini belirler.
Video: DİYOLAR! Her Çeşit ve Nasıl Çalışırlar?
İpucu: Gerekirse altyazı düğmesini açın.
Çığ Diyotlarının Uygulamaları
Koruma Cihazları ve Voltaj Regülatörleri
Çığ diyotları çoğu zaman hassas elektronik parçaların elektronik devrelerdeki yüksek voltaj veya akım dalgalanmalarından zarar görmesini önlemek için kullanılır.
Ters arıza bölgesinde çalıştıkları devrelerdeki bir yük boyunca voltajı kontrol etmek için de kullanılabilirler.
RF ve Mikrodalga Devrelerindeki Gürültü Kaynakları
RF ve mikrodalga devrelerde, çığ diyotları genellikle gürültü kaynağı olarak kullanılır.
Çığ kırılma işlemi sırasında, elektronlar ve delikler rastgele yapılır, bu da beyaz gürültü oluşturur.
Bu onları iletişim ve elektronik harp için kullanışlı kılar.
Dijital Devrelerde Yüksek Hızlı Anahtarlama Cihazları
Dijital devrelerde çığ diyotları, pikosaniye adı verilen çok kısa bir sürede açılıp kapanabilen yüksek hızlı anahtarlar olarak kullanılır.
Bu nedenle, yüksek hızlı veri aktarımı ve dijital sinyal işleme gibi şeyler için kullanılabilirler.
Optoelektronik Sistemlerde Yüksek Kazançlı Foton Dedektörleri
Çığ fotodiyotları (APD'ler), fotonlar diyot tarafından emildiğinde çığ kırılma bölgesinde çalışmak üzere yapılmış yarı iletken cihazlardır.
APD'ler, fiber optik iletişim sistemlerinde, lazer menzil sistemlerinde ve diğer düşük ışık seviyeli uygulamalarda yüksek kazançlı foton dedektörleri olarak kullanılır.
Çığ Diyotlarında Gerilim Düşümü
Çığ diyotları çığ etkisinden yararlanmak için tasarlanmıştır, bu nedenle bozulduklarında küçük ama fark edilir bir voltaj düşüşüne sahiptirler.
Zener diyotlar ise gerilimi daima kırıldıkları noktanın üzerinde tutarlar.
Çığ diyotlarının çoğu 1 ila 2 volt arasında bir voltaj düşüşüne sahiptir.
Voltaj Sıcaklık Katsayısı
Zener diyotları, negatif olan küçük bir sıcaklık voltaj katsayısına sahipken, Avalanche diyotları pozitif olan küçük bir sıcaklık voltaj katsayısına sahiptir.
Bu, sıcaklık arttıkça çığ diyotundaki voltaj düşüşünün biraz artacağı, Zener diyotundaki voltaj düşüşünün ise sıcaklık arttıkça azalacağı anlamına gelir.
Diğer Diyotlarla Karşılaştırma
Schottky diyotlarının çoğu, 0,15V ile 0,45V arasında bir voltaj düşüşüne sahiptir.
Silikon Diyotlar için ileri voltaj 0,7V ve Germanyum Diyotlar için 0,3V'tur.
Bir silikon diyot üzerindeki ileri voltaj düşüşü yaklaşık 0.7v'de neredeyse sabit olduğundan, içinden geçen akım nispeten büyük miktarlarda değişirken, ileri yönlü bir silikon diyot sabit voltaj kaynağı olarak kullanılabilir.
Çığ Diyot Kullanmanın Avantajları ve Dezavantajları
Çığ diyotlarının normal diyotlara göre çeşitli avantajları vardır. Çoğu diyottan daha uzun süre dayanırlar, bu da belirli durumlarda kullanıldıklarında onları daha güvenilir kılar.
Bir çığ diyodunun pn bağlantısı, diyotun çığ etkisinden zarar görmemesi için akım konsantrasyonunu ve ortaya çıkan sıcak noktaları önlemek için tasarlanmıştır.
Avantajlar
Çığ diyotları, devreleri korumak, gürültü yapmak ve fotonları bulmak gibi bir dizi durumda kullanışlıdır.
Daha yüksek düzeyde hassasiyet, yüksek performans ve hızlı yanıt süresi sergileyerek bu uygulamalarda kullanım için idealdirler.
Ayrıca devreleri olmaması gereken voltajlardan koruyabilirler, bu da onları elektronik sistemlerde kullanışlı kılar.
Dezavantajlar
Ancak çığ diyotlarını kullanmayla ilgili düşünmeniz gereken bazı kötü şeyler var.
Bunlar, çok daha yüksek bir çalışma voltajı ihtiyacını, çığ sürecinin neden olduğu doğrusal olmayan bir çıktıyı, çok daha yüksek bir gürültü seviyesini ve çalışmak için yüksek bir ters eğilim ihtiyacını içerir.
Çığ diyotları, diğer diyot türleri kadar iyi çalışmayabilir, bu da bazı durumlarda sorun olabilir.
Bu sorunlara sahip olmalarına rağmen, çığ diyotları, çalışma biçimleri nedeniyle belirli durumlarda hala yaygın olarak kullanılmaktadır.
Diğer diyot türleri kadar güvenilir olmasalar da hassas olmaları ve hızlı yanıt vermeleri nedeniyle elektronik sistemlerde kullanışlıdırlar.
Çığ Diyot ve PIN Diyot Arasındaki Fark
Çığ diyotları ve PIN diyotlarının her ikisi de yarı iletken diyot türleridir, ancak çok farklı şekillerde çalışırlar.
Çalışma gerilimi
Çalışma voltajı, iki tip arasında büyük bir farktır.
Çığ diyotları, normal çalışma bölgesinden daha yüksek bir gerilime ihtiyaç duyan ters arıza bölgesinde çalışmak üzere yapılmıştır.
Öte yandan PIN diyotları, genellikle daha az voltaj gerektiren ileri yönlü bölgede çalışır.
Bu nedenle, çığ diyotlarının çığ kırılma bölgesine ulaşmak için daha yüksek bir voltaja ihtiyaç duyduklarını söylemek, daha yüksek bir çalışma voltajına ihtiyaç duyduklarını söylemekten daha iyidir.
Gürültü
Nasıl çalıştıkları nedeniyle çığ diyotları daha fazla gürültü yapabilir.
Ancak bu gürültü seviyesi, arıza geriliminin ters yönünde bir gerilim uygulanarak düşürülebilir.
PIN diyotları ise genellikle daha az gürültü çıkardıkları için kullanılırlar, ancak nasıl kullanıldıklarına bağlı olarak yine de biraz gürültü çıkarabilirler.
İç yapı
Çığ diyotlarının içinde, dışarıdan ters voltaj uygulandığında elektronların çoğaldığı bir yer vardır.
Bu, dahili amplifikasyonu 10 ila 100 kat daha büyük yapar.
Öte yandan, PIN diyotları, standart bir pn diyottan daha büyük bir tükenme bölgesine ve daha az kapasitansa sahip olan içsel bir bölgeye sahiptir.
Bu, PIN diyotlarının daha hassas olduğu ve daha hızlı yanıt verdiği anlamına gelir.
Voltaj Gereksinimleri
Çığ diyotları, silikon için 100 ila 200 volt arasında çok daha yüksek bir ters ön gerilime sahiptir.
PIN diyodu ise düşük voltajda çalışır ve düşük güçlü cihazlar için iyidir.
Genel olarak, çığ diyotları ve PIN diyotları benzer şekillerde yapılır, ancak farklı çalışma biçimleri, farklı durumlarda kullanıldıkları anlamına gelir.
Çığ diyotları yüksek voltajlarda kullanılabilir ve optoelektronik sistemlerde yüksek kazançlı foton dedektörleri olarak kullanılabilirler.
Öte yandan, PIN diyotları hem düşük gürültüye hem de yüksek hıza ihtiyaç duyan düşük güçlü, yüksek frekanslı uygulamalar için daha iyidir.
Düşük Gürültülü Çığ Diyotları
Çığ fotodiyotları, düşük gürültülü çığ diyotlarının (APD'ler) doğru adıdır.
APD'ler, ışığı elektriğe dönüştürmek için fotoelektrik etkiyi kullanan yarı iletken fotodiyot dedektörleridir. Çok hassastırlar.
Yüksek sinyal-gürültü oranı (SNR), hızlı zaman yanıtı, düşük karanlık akım ve yüksek hassasiyet, onları öne çıkaran özelliklerdir.
APD'lerin uygulamaları
APD'ler aşağıdakiler gibi birçok farklı şey için kullanılır:
- Lazer mesafe bulucuları.
- Foton korelasyon çalışmaları.
- Fiber optiklerle iletişim için sistemler.
- Lidar.
- PET veya pozitron emisyon tomografisi için tarayıcılar.
Düşük Gürültü Önyargı Devresi
Bir APD'nin kazancı, kavşağa ters yönde uygulanan voltaj tarafından kontrol edilir. Kazancı sabit ve gürültü seviyesini düşük tutmak için bu voltajın dikkatli bir şekilde kontrol edilmesi gerekir.
Bunu yapmak için, APD'ler için öngerilim voltajı, düşük gürültülü bir öngerilim devresi tarafından yapılabilir ve kontrol edilebilir. Bu devre, sabit frekanslı ve düşük gürültülü bir PWM yükseltici dönüştürücü kullanır.
Bir termistörü okuyan bir mikrodenetleyici, sıcaklığı dengeler.
Aşırı Gürültü Faktörü
PIN fotodiyotlarına kıyasla APD'ler daha fazla gürültüye sahiptir çünkü çığ sürecinin istatistikleri akım dalgalanmalarına neden olur.
Aşırı gürültü faktörü, bir APD'nin atış gürültüsü sınırlı bir dedektörden ne kadar daha fazla gürültüye sahip olduğunu hesaplamanın bir yoludur.
Çığ Fotodiyotları
Son derece hassas bir yarı iletken fotodiyot dedektörü olan çığ fotodiyodu (APD), ışığı elektriğe dönüştürmek için fotoelektrik etkiyi kullanır.
APD, bir foton veya ışık çarptığında oluşan deliklerin ve elektronların çığ gibi çoğalmasına izin veren yüksek bir ters önyargı ile çalışır.
Bu, fotodiyotun kazancını birkaç kez artırmayı mümkün kılarak ona geniş bir hassasiyet aralığı sağlar.
APD'lerde çığ çarpma işlemi nasıl çalışır?
Çığ süreci, bir fotonun emilmesi ve bir elektronun veya bir deliğin bir şeye çarptığında iyonlaşmasıyla başlar.
Elektrik alan, ortaya çıkan taşıyıcılara, çarpma iyonizasyonu yoluyla ikincil taşıyıcılar yapmak için yeterli enerji verir.
Bu işlem, tek başına doğrudan absorpsiyondan daha güçlü bir sinyal veren bir elektron deliği çifti seli oluşturur.
APD'nin kazancı, çığ işlemi tarafından yapılan toplam elektron ve delik sayısının cihaz tarafından emilen foton sayısına oranına eşittir.
Avantajlar ve dezavantajlar
Çığ fotodiyotunun ana faydası, çok hassas olması ve düşük seviyeli sinyalleri alabilmesidir.
APD, diğer yarı iletken fotodiyotlardan daha hassastır ve diğer fotodiyotların aynı hassasiyet seviyesine ulaşamayacağı yerlerde kullanılabilir.
Diğer fotodiyot türleri ile karşılaştırıldığında, APD ayrıca daha hızlı yanıt verir ve kullanılmadığında daha az akım akışına sahiptir.
Yine de APD'lerin bazı sorunları var.
- Bir APD ile ilgili ana sorunlardan biri, diğer fotodiyotlarla karşılaştırıldığında çalışması için daha yüksek bir voltaja ihtiyaç duymasıdır.
- Taşıyıcı çoğaltma nedeniyle, APD'ler de olması gerekenden daha fazla gürültü çıkarır.
- Doğru tasarım tekniklerini ve çalışma koşullarını kullanmak gürültüyü azaltabilir.
- Son olarak, bir APD'nin doğrusal bir çıkışı yoktur, bu da bazı durumlarda kullanımı zorlaştırabilir.
Kullanım örnekleri
| Kullanılan: | Tanım: |
|---|---|
| Voltaj Regülatörleri | Çığ diyotları, kararlı bir referans voltajı sağlayarak elektronik devrelerdeki voltajı kontrol etmek için kullanılabilir. Devre boyunca gerilimi sabit tutmak için şönt regülatör veya gelen gerilim değişse bile çıkış gerilimini sabit tutmak için seri regülatör olarak kullanılabilirler. |
| Darbe Jeneratörleri | Çığ diyotları, darbe üreteçlerinde kısa yüksek voltaj patlamaları yapmak için kullanılabilir. Bir voltaj yükselmesi meydana geldiğinde, diyot çığ arızasına girer ve hızlı bir yükselme süresi ile keskin bir darbe yapar. Bu, yüksek frekanslı darbelere ihtiyaç duyan radar gibi şeyler için kullanışlıdır. |
| Mikrodalga Cihazları | IMPATT (IMPact ionization Avalanche Transit-Time) ve TRAPATT (TRApped Plasma Avalanche Triggered Transit) diyotlarında çığ diyotları kullanılır. Bu diyotlar, mikrodalga aralığında yüksek frekanslı sinyaller gönderir. Bu sinyaller, radar sistemlerinde, uydu iletişim sistemlerinde ve diğer yüksek frekanslı uygulamalarda kullanılır. |
| Dalgalanma koruması | Çığ diyotları, elektronik cihazları voltaj yükselmelerinden ve geçici aşırı voltajlardan korumak için aşırı gerilim koruyucularda kullanılabilir. Gerilimi belirli bir seviyede kıstırabilir ve cihazın yüksek gerilimden zarar görmesini engelleyebilirler. |
| RF Amplifikatörleri | Radyo frekansı (RF) amplifikatörleri, yüksek güçlü RF sinyalleri yapmak için çığ diyotları kullanabilir. Bu durumda diyot çığ kırılma bölgesine girerek akımın hızla yükselmesine ve güçlü bir RF sinyali oluşturmasına neden olur. |
| X-ray ve Gama Ray Dedektörleri | Çığ diyotları, tıbbi görüntülemede ve diğer yerlerde X-ışını ve gama ışını dedektörleri olarak kullanılabilir. Çok fazla enerjiye sahip fotonlar, radyasyonun enerjisini ölçmek için kullanılabilecek bir akım darbesi gönderen diyot tarafından toplanır. |
Diğer kullanımlar:
https://en.wikipedia.org/wiki/Avalanche_diode
Çözüm
Bu makalenin sonuna geldiğimizde, çığ diyotlarının birçok elektronik sistemin önemli parçaları olduğu açıktır.
Nasıl yapıldıkları ve neler yapabildikleri nedeniyle, her mühendis için yararlı araçlardır.
Ancak, diğer tüm teknolojilerde olduğu gibi, çığ diyotlarını kullanmanın hem artıları hem de eksileri vardır ve herhangi bir uygulamada bunları dikkatlice tartmak önemlidir.
Mühendisler olarak, daha iyi sistemler tasarlamamıza yardımcı olması için her zaman en yeni ve en iyi teknolojiyi arıyoruz.
Ama tutmak da önemli Elektroniğin temellerinin uzun süredir var olduğunu ve bugün de o zamanlar olduğu kadar önemli olduğunu unutmayın.
Bu nedenle, ister deneyimli bir mühendis olun, ister yeni başlıyor olun, çığ diyotlarının modern elektronikte nasıl çalıştığını bilmek önemlidir.
Bunu yaparak, uygulamalarınız için iyi çalışan ve güvenilir sistemler tasarlayabileceksiniz.
Teknoloji değişse de elektroniğin temel kuralları aynı kalıyor.
Paylaş…
