PCB Design & Analysis

sedan dagen min mamma överraskade mig med den första hemdator för jul tillbaka i, ja, låt oss bara säga för länge sedan, jag har varit fascinerad av tekniken. I alla fall, just då, jag var avundsjuka på varje kollega nörd, nörd, och lärare på min skola. Där var jag med en imponerande 64, vänta på det, kilobyte rå processorkraft.

nu, spola fram till idag, och min bärbara dator använder 100 000 gånger så mycket i RAM ensam. Så det är säkert att säga att datatekniken har utvecklats. Det finns dock en sak som inte har det och det är datortillverkarnas konkurrenskraft.

det finns tillfällen då ett val av en enhet eller metod handlar om ett behov eller en funktion. Dessutom är behovet av en viss funktionalitet den dominerande drivkraften när man väljer en enhet eller process inom elektronikområdet.

Vad är Diodförspänning eller förspänning?

innan vi jämför de två typerna av bias, kommer jag först att diskutera deras individuella egenskaper. I elektronik definierar vi förspänning eller förspänning som en metod för att upprätta en uppsättning strömmar eller spänningar vid olika punkter i en elektronisk krets för att fastställa korrekta driftsförhållanden inom en elektronisk komponent. Även om detta är en förenklad version av svaret är det fortfarande fundamentalt korrekt. Dessutom, med förspänning, ligger de två typerna av förspänning, framåtriktad förspänning och omvänd förspänning.

som jag är säker på att du är medveten, fungerar en diod (PN-korsning) ungefär som en enkelriktad motorväg eftersom den tillåter strömflödet lättare i en riktning än den andra. Sammanfattningsvis leder en diod typiskt ström i en riktning, och spänningen de tillämpar följer en beskriven framåtriktad orientering. Men när spänningen rör sig i omvänd riktning hänvisar vi till denna orientering som omvänd bias. Också, när i omvänd förspänning, en standard PN-korsningsdiod kommer vanligtvis att hämma eller blockera strömflödet, nästan som en elektronisk version av en backventil.

Forward Bias vs. Reverse Bias

i en standarddiod sker forward biasing när spänningen över en diod tillåter det naturliga flödet av ström, medan reverse biasing betecknar en spänning över dioden i motsatt riktning.

spänningen som finns över en diod under omvänd förspänning ger emellertid inget signifikant flöde av ström. Dessutom är denna speciella egenskap fördelaktig för att ändra växelström (AC) till likström (DC).

det finns en mängd andra användningsområden för denna egenskap, inklusive elektronisk signalstyrning.

Zener diod placering kunskap kan göra eller bryta en design.

driften av en diod

tidigare gav jag en mer förenklad förklaring av standarddioddrift. Den detaljerade processen för en diod kan vara något utmanande att förstå eftersom det innebär en förståelse för kvantmekanik. Dioddrift gäller flödet av negativa laddningar (elektroner) och positiva laddningar (hål). Tekniskt sett hänvisar vi till en halvledardiod som en p-n-korsning. P – n-korsningar är också en väsentlig del av en fotovoltaisk celloperation.

i allmänhet kräver korrekt drift av en diod ett annat väsentligt element eller en process som kallas dopning. Du kan dopa en halvledare med material för att underlätta ett överskott av lättförskjutna elektroner, som vi kallar en N-typ eller negativ region. Dessutom är det också möjligt att dopa en halvledare för att främja ett överskott av hål för att enkelt absorbera dessa elektroner också, och vi hänvisar till detta som p-typ eller positiv region. Dessutom kallas de positiva och negativa regionerna hos dioden också dess anod (P) och katod (N).

Sammantaget är det variationerna mellan de två materialen och deras efterföljande synergi över extremt korta avstånd (< millimeter) som underlättar dioddrift. Diodfunktionalitet är dock endast möjlig, naturligtvis, när vi sammanfogar de två typerna (P, N) av material. Sammanslagningen av dessa två typer av material bildar också det vi kallar en pn-korsning. Dessutom kallas området som finns mellan de två elementen utarmningsregionen.

notera: Tänk på att för korrekt funktionalitet kräver en diod en minimitröskelspänning för att övervinna utarmningsområdet. Dessutom är minimitröskelspänningen i de flesta fall för dioder ungefär 0,7 volt. Dessutom kommer den omvända förspänningen att producera en liten mängd ström genom dioden, och den kallas Läckström, men vanligtvis är den försumbar. Slutligen, om du tillämpar en signifikant omvänd spänning, kommer det att orsaka en omfattande elektronisk nedbrytning av dioden, vilket gör att strömmen kan strömma i motsatt riktning genom dioden.

Diodfunktionalitet och drift fortsatte

i allmänhet, när diffusion underlättar efterföljande rörelse av elektroner från N-typregionen, börjar de fylla hålen inom P-typregionen. Resultatet av denna åtgärd bildar negativa joner inom P-typregionen och lämnar därmed positiva joner i n-typregionen. Sammantaget ligger den styrande kontrollen av denna åtgärd i riktning mot det elektriska fältet. Som du kan föreställa dig resulterar detta i fördelaktigt elektriskt beteende beroende på hur du applicerar spänningen, dvs förspänning.

dessutom, när det gäller en standard PN-kopplingsdiod, finns det tre förspänningsförhållanden och två driftsregioner. De tre möjliga typerna av förspänningsförhållanden är följande:

• Forward Bias: detta förspänningsvillkor innefattar anslutning av en positiv spänningspotential till P-typmaterialet och ett negativt till N-typmaterialet över dioden, vilket minskar diodens bredd.

• omvänd Bias: Däremot innebär detta förspänningsförhållande anslutningen av en negativ spänningspotential till P-typmaterialet och ett positivt till N-typmaterialet över dioden, vilket ökar diodens bredd.

• noll Bias: Detta är ett bias-tillstånd där det inte finns någon extern spänningspotential som appliceras på dioden.

framåtriktad förspänning kontra omvänd förspänning och deras avvikelser

en omvänd förspänning förstärker den potentiella barriären och hindrar flödet av laddningsbärare. Däremot försvagar en framåtriktad förspänning den potentiella barriären, vilket gör att strömmen lättare kan strömma över korsningen.

vid förspänning kopplar vi den positiva terminalen på spänningsförsörjningen till anoden och den negativa terminalen till katoden. Däremot kopplar vi i omvänd förspänning den positiva terminalen på spänningsförsörjningen till katoden och den negativa terminalen till anoden.

• en framåtriktad förspänning minskar styrkan hos det elektriska fältets potentiella barriär över potentialen, medan en omvänd förspänning stärker den potentiella barriären.

• en framåtriktad förspänning har en anodspänning som är större än katodspänningen. Däremot har en omvänd förspänning en katodspänning som är större än anodspänningen.

• en framåtriktad förspänning har en betydande framåtström, medan en omvänd förspänning har en minimal framåtström.

• utarmningsskiktet på en diod är väsentligt tunnare medan den är framåtriktad och mycket tjockare när den är i omvänd förspänning.

• Forward bias minskar en diods motstånd och omvänd bias ökar en diods motstånd.

• strömmen flyter utan problem medan den är framåtriktad, men omvänd förspänning tillåter inte ström att strömma genom dioden.

• nivån på strömmen beror på framspänningen medan den är framåtriktad, men mängden ström är minimal eller försumbar i omvänd förspänning.

• i framåtriktad bias fungerar en enhet som en ledare och som en isolator om den är i omvänd bias.

planera din krets baserat på biaspotentialer är märket för smart analys.

en diods förmåga att fungera som två separata men lika effektiva enheter gör den till en verkligt adaptiv komponent. Effekterna av förspänning på en diods funktionalitet ger optimal kontroll över vilken funktion en diod kommer att spela i din kretsdesign. Användningen av förspänning framåt och bakåt ger en kretsdesigner optimal kontroll över en diods funktionalitet.tack och lov, med Cadence svit av design och analysverktyg, kommer du vara säker på att ha dina designers och produktionsteam som arbetar tillsammans för att genomföra användningen av framåt och bakåt förspänningstekniker i alla dina PCB mönster. Allegro PCB Designer är layout lösning du har letat efter, och det kan utan tvekan underlätta genomförandet av framåt eller bakåt förspänning designstrategier i din nuvarande och framtida PCB mönster.

om du vill veta mer om hur Cadence har lösningen för dig, prata med vårt team av experter och oss.

om författaren

Cadence PCB solutions är ett komplett designverktyg fram och bak för att möjliggöra snabb och effektiv produktskapande. Cadence gör det möjligt för användare att exakt förkorta designcykler för att lämna till tillverkning genom modern, IPC-2581 industristandard.

Följ på Linkedin Besök hemsida Mer innehåll av Cadence PCB Solutions