تسرب (الكترونيات)
في الإلكترونيات ، التسرب هو النقل التدريجي للطاقة الكهربائية عبر حدود يُنظر إليها عادةً على أنها عازلة ، مثل التفريغ التلقائي لمكثف مشحون ، أو الاقتران المغناطيسي لمحول مع مكونات أخرى، أو تدفق التيار عبر ترانزستور في حالة "إيقاف التشغيل" أو الصمام الثنائي ذو الاستقطاب العكسي .
في المكثفات
إن الفقدان التدريجي للطاقة من المكثف المشحون يحدث في المقام الأول بسبب الأجهزة الإلكترونية المتصلة بالمكثفات، مثل الترانزستورات أو الثنائيات، والتي توصل كمية صغيرة من التيار حتى عندما تكون متوقفة عن التشغيل. وعلى الرغم من أن هذا التيار المتوقف أقل بمقدار مرتبة من التيار عبر الجهاز عندما يكون قيد التشغيل، إلا أن التيار لا يزال يفرغ المكثف ببطء. وهناك سبب آخر للتسرب من المكثف وهو العيب غير المرغوب فيه في بعض المواد العازلة المستخدمة في المكثفات، والمعروف أيضًا باسم التسرب العازل . وهو نتيجة لعدم كون المادة العازلة عازلًا مثاليًا وامتلاكها لبعض الموصلية غير الصفرية، مما يسمح بتدفق تيار التسرب ، مما يؤدي إلى تفريغ المكثف ببطء. [1]
يحدث نوع آخر من التسرب عندما يتسرب التيار من الدائرة المقصودة، بدلاً من التدفق عبر مسار بديل. هذا النوع من التسرب غير مرغوب فيه لأن التيار المتدفق عبر المسار البديل يمكن أن يسبب الضرر أو الحرائق أو ضوضاء التردد اللاسلكي أو الصعق الكهربائي. [2] يمكن قياس تسرب هذا النوع من خلال ملاحظة أن تدفق التيار في نقطة ما في الدائرة لا يتطابق مع التدفق في نقطة أخرى. يمكن أن يكون التسرب في نظام الجهد العالي قاتلاً للإنسان الذي يتلامس مع التسرب، كما هو الحال عندما يقوم شخص ما عن طريق الخطأ بتأريض خط طاقة عالي الجهد. [3]
بين التجمعات والدوائر الإلكترونية
قد يعني التسرب أيضًا نقلًا غير مرغوب فيه للطاقة من دائرة إلى أخرى. على سبيل المثال، لن تكون خطوط التدفق المغناطيسي محصورة بالكامل داخل قلب محول الطاقة ؛ فقد تتصل دائرة أخرى بالمحول وتستقبل بعض الطاقة المتسربة بتردد التيار الكهربائي الرئيسي، مما يتسبب في حدوث همهمة مسموعة في تطبيق صوتي. [4]
يُعَد تيار التسرب أيضًا أي تيار يتدفق عندما يكون التيار المثالي صفرًا. وهذه هي الحال في التجميعات الإلكترونية عندما تكون في وضع الاستعداد أو التعطيل أو "النوم" ( طاقة الاستعداد ). يمكن لهذه الأجهزة أن تستهلك ميكرو أمبير أو اثنين أثناء حالتها الهادئة مقارنة بمئات أو آلاف الملي أمبير أثناء التشغيل الكامل. أصبحت تيارات التسرب هذه عاملاً مهمًا لمصنعي الأجهزة المحمولة بسبب تأثيرها غير المرغوب فيه على وقت تشغيل البطارية للمستهلك. [5]
عندما تُستخدم مرشحات التيار الرئيسي في دوائر الطاقة التي تزود مجموعة كهربائية أو إلكترونية، مثل محرك تردد متغير أو محول طاقة تيار متردد/تيار مستمر، فإن تيارات التسرب ستتدفق عبر مكثفات "Y" المتصلة بين الموصلات الحية والمحايدة بموصل التأريض أو موصل التوصيل الأرضي. يرجع التيار الذي يتدفق عبر هذه المكثفات إلى معاوقة المكثفات عند ترددات خطوط الطاقة. [6] [7] يُعتبر قدر معين من تيار التسرب مقبولًا بشكل عام، ومع ذلك فإن تيار التسرب المفرط، الذي يتجاوز 30 مللي أمبير، يمكن أن يشكل خطرًا على مستخدمي المعدات. في بعض التطبيقات، مثل الأجهزة الطبية التي تلامس المرضى، يمكن أن يكون مقدار تيار التسرب المقبول منخفضًا جدًا، أقل من 10 مللي أمبير.
في أشباه الموصلات
في أجهزة أشباه الموصلات ، التسرب هو ظاهرة كمية حيث تتدفق حاملات الشحنة المتنقلة (الإلكترونات أو الثقوب ) عبر منطقة عازلة. يزداد التسرب بشكل كبير مع انخفاض سمك المنطقة العازلة. يمكن أن يحدث تسرب النفق أيضًا عبر الوصلات شبه الموصلة بين أشباه الموصلات من النوع P والنوع N المشوبة بشدة . بخلاف النفق عبر عازل البوابة أو الوصلات، يمكن أن تتسرب الناقلات أيضًا بين أطراف المصدر والصرف في ترانزستور أشباه الموصلات المصنوعة من أكسيد المعدن (MOS) . يُطلق على هذا التوصيل دون العتبة . يحدث المصدر الأساسي للتسرب داخل الترانزستورات ، ولكن يمكن للإلكترونات أيضًا أن تتسرب بين الوصلات المترابطة. يزيد التسرب من استهلاك الطاقة وإذا كان كبيرًا بدرجة كافية فقد يتسبب في فشل الدائرة بالكامل.
يعد التسرب حاليًا أحد العوامل الرئيسية التي تحد من زيادة أداء معالج الكمبيوتر. تشمل الجهود المبذولة لتقليل التسرب استخدام السيليكون المجهد ، والمواد العازلة ذات κ العالية ، و/أو مستويات الشوائب الأقوى في أشباه الموصلات. إن تقليل التسرب لمواصلة قانون مور لن يتطلب حلولًا مادية جديدة فحسب، بل يتطلب أيضًا تصميمًا مناسبًا للنظام.
تظهر أنواع معينة من عيوب تصنيع أشباه الموصلات على هيئة تسرب متزايد. وبالتالي فإن قياس التسرب، أو اختبار Iddq ، هو طريقة سريعة وغير مكلفة للعثور على الرقائق المعيبة.
التسرب المتزايد هو نمط فشل شائع ناتج عن إجهاد زائد غير كارثي لجهاز أشباه الموصلات، عندما يتعرض الوصلة أو أكسيد البوابة لتلف دائم غير كافٍ للتسبب في فشل كارثي . يمكن أن يؤدي الإجهاد الزائد لأكسيد البوابة إلى تيار تسرب ناتج عن الإجهاد .
في الترانزستورات ثنائية القطب ، يكون تيار الباعث هو مجموع تياري المجمع والقاعدة. I e = I c + I b . يتكون تيار المجمع من مكونين: ناقلات أقلية وناقلات أغلبية. يسمى تيار الأقلية تيار التسرب [ يحتاج إلى توضيح ] .
في الترانزستورات ذات التأثير الميداني غير المتجانسة (HFETs)، عادة ما يُعزى تسرب البوابة إلى الكثافة العالية للفخاخ الموجودة داخل الحاجز. وقد لوحظ حتى الآن أن تسرب البوابة في الترانزستورات ذات التأثير الميداني غير المتجانسة المصنوعة من نتريد الغاليوم يظل عند مستويات أعلى مقارنة بنظيراتها الأخرى مثل GaAs. [8]
يتم قياس تيار التسرب عمومًا بالميكروأمبير. بالنسبة للديود ذي التحيز العكسي، يكون حساسًا لدرجة الحرارة. يجب فحص تيار التسرب بعناية للتطبيقات التي تعمل في نطاقات درجات حرارة واسعة لمعرفة خصائص الصمام الثنائي.
انظر أيضا
مراجع
- ^ تم أرشفة معلومات تقنية الأبحاث المرتبطة بتاريخ 2006-10-16 على موقع Wayback Machine
- ^ مشاكل التسرب
- ^ "Glossary from System Connection". مؤرشف من الأصل في 2008-12-01 . تم الاسترجاع في 2009-09-09 .
{{cite web}}:CS1 maint: bot: حالة عنوان URL الأصلي غير معروفة ( الرابط ) - ^ المصطلحات من Electric Fence Archived 2011-10-08 at the Wayback Machine
- ^ ملاحظة تطبيق Keysight Technologies: زيادة إنتاجية اختبار محول البطارية المدخلة بالتيار المستمر بعدة أضعاف
- ^ شافنر - تيارات التسرب في مرشحات خطوط الطاقة
- ^ دوائر قياس تيار التسرب
- ^ Rahbardar Mojaver, Hassan; Valizadeh, Pouya (أبريل 2016). "تيار البوابة العكسي لـ AlGaN/GaN HFETs: دليل على التسرب عند الجدران الجانبية لميسا". معاملات معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات للأجهزة الإلكترونية . 63 (4): 1444–1449. doi :10.1109/TED.2016.2529301. ISSN 0018-9383. S2CID 43162250.
