Megértés a P-N csatlakozási dióda elméletről és a munkáról

NAK NEK P-N csatlakozási dióda a szilíciumdarab egyik oldalának P-típusú adalékanyaggal (Boran), a másik oldala pedig N-típusú adalékanyaggal (foszfor) történő doppingolásával jön létre. Szilícium helyett Ge alkalmazható. A P-N elágazási dióda két terminálos eszköz. Ez a P-N csomópont dióda felépítése. Ez az egyik legegyszerűbb félvezető eszköz, mivel lehetővé teszi, hogy az áram csak egy irányban áramoljon. A dióda nem viselkedik lineárisan az alkalmazott feszültséggel szemben, és exponenciális V-I kapcsolattal rendelkezik.

Mi az a P-N elágazási dióda?

A P-N elágazási dióda egy szilíciumdarab, amelynek két kivezetése van. Az egyik terminál P-típusú anyaggal, a másik pedig N-típusú anyaggal van adalékolva. A P-N csomópont a félvezető diódák alapeleme. A félvezető dióda csak egy irányban segíti az elektronok áramlását - ez a félvezető dióda fő feladata. Egyenirányítóként is használható.

P-N csomópont

PN csatlakozási dióda elmélet

Két működési régió létezik: P-típusú és N-típusú. Az alkalmazott feszültség alapján a P-N csatlakozási diódának három lehetséges „torzítási” feltétele van, amelyek a következők:

Zero Bias - A PN elágazási diódán nincs külső feszültség.
Előre Bias - A feszültségpotenciál pozitívan csatlakozik a P típusú kivezetéshez és negatívan a Dióda N típusú csatlakozójához.
Fordított elfogultság - A feszültségpotenciál negatívan csatlakozik a P típusú kivezetéshez és pozitívan a Dióda N típusú csatlakozójához.

Nulla elfogult állapot

Ebben az esetben a P-N elágazási diódára nem vezetnek külső feszültséget, ezért az elektronok diffundálnak a P-oldalra, és egyidejűleg a furatok az N-oldal felé diffundálnak a csomóponton keresztül, majd egyesülnek egymással. Emiatt ezek a töltéshordozók elektromos teret generálnak. Az elektromos tér ellenáll a töltött hordozók további diffúziójának, így a középső régióban nincs mozgás. Ez a régió kimerülési szélességnek vagy űrtöltésnek nevezhető.

Elfogulatlan állapot

Előre Bias

Elülső torzítás esetén az akkumulátor negatív pólusa az N típusú anyaghoz és a pozitív pólusához csatlakozik az akkumulátor a P-típusú anyaghoz van csatlakoztatva. Ezt a kapcsolatot pozitív feszültséget adónak is nevezik. Az N-régió elektronjai keresztezik a kereszteződést és belépnek a P-régióba. A P-régióban keletkező vonzó erő miatt az elektronok vonzódnak és a pozitív terminál felé mozognak. A furatokat egyidejűleg az akkumulátor negatív pólusa vonzza. Az elektronok és lyukak mozgása által áram áramlik. Ebben az állapotban a kimerülési régió szélessége csökken a pozitív és negatív ionok számának csökkenése miatt.

Előre elfogult állapot

V-I jellemzői

A pozitív feszültség biztosításával az elektronok elegendő energiát kapnak a potenciális akadály (kimerítő réteg) legyőzéséhez és a kereszteződés keresztezéséhez, és ugyanez történik a furatokkal is. Az elektronok és a furatok által a kereszteződés keresztezéséhez szükséges energiamennyiség megegyezik a 0,3 V-os gátpotenciál Ge-vel és 0,7 V-os Si-vel, 1,2 V a GaAs esetén. Ez más néven Feszültségesés. A dióda feszültségesése a belső ellenállás miatt következik be. Ez az alábbi grafikonon figyelhető meg.

Előre elfogult V-I jellemzők

Fordított elfogultság

Elülső torzítás esetén az akkumulátor negatív pólusa az N-típusú anyaghoz, az akkumulátor pozitív pólusa pedig a P-típusú anyaghoz van csatlakoztatva. Ez a kapcsolat pozitív feszültségként is ismert. Ennélfogva az elektromos tér mind a feszültség, mind a kimerítő réteg miatt azonos irányú. Ez erősebbé teszi az elektromos teret, mint korábban. Ennek az erős elektromos mezőnek köszönhetően az elektronok és a lyukak több energiát akarnak átjutni a kereszteződésen, így nem tudnak diffundálni az ellentétes régióba. Ezért nincs áram áram az elektronok és a lyukak mozgásának hiánya miatt.

Kiürítési réteg fordított előfeszített állapotban

Az N-típusú félvezető elektronjai a pozitív terminál felé vonzódnak, a P-típusú félvezető furatai pedig a negatív terminál felé vonzódnak. Ez az N-típusú elektronok és a P-típusú lyukak csökkenéséhez vezet. Ezenkívül pozitív ionok jönnek létre az N-típusú régióban és negatív ionok jönnek létre a P-típusú régióban.

Kapcsolási rajz a fordított torzításhoz

Ezért a kimerülő réteg szélessége megnő a növekvő számú pozitív és negatív ion miatt.

V-I jellemzői

A kristályban lévő hőenergia miatt kisebbségi hordozók keletkeznek. A kisebbségi hordozók lyukat jelentenek az N típusú anyagban és az elektronokat a P típusú anyagban. Ezek a kisebbségi hordozók azok az elektronok és furatok, amelyeket a negatív és a pozitív terminál a P-N csomópont felé tol. A kisebbségi hordozók mozgása miatt nagyon kevés áram folyik, ami nano Amper tartományban van (szilícium esetében). Ezt az áramot fordított telítési áramnak nevezzük. A telítettség azt jelenti, hogy a maximális érték elérése után stabil állapot érhető el, ahol az áramérték a feszültség növekedésével azonos marad.

A fordított áram nagysága nagyságrendű a szilíciumberendezések nano-ampereinek nagysága. Amikor a fordított feszültséget meghaladja a határ, akkor a fordított áram drasztikusan növekszik. Ezt a feszültséget, amely a fordított áram drasztikus változását okozza, fordított megszakítási feszültségnek hívjuk. A diódabontás két mechanizmus szerint történik: lavina bontás és Zener bontás.

I = IS [exp (qV / kT) -1]
K - Boltzmann állandó
T - csatlakozási hőmérséklet (K)
(kT / q) Szobahőmérséklet = 0,026 V

Általában az IS nagyon kicsi áram körülbelül 10-17 …… 10-13A

Ezért úgy írható

I = IS [exp (V / 0,026) -1]

V-I jellemző grafikon a fordított torzításhoz

A PN csatlakozási dióda alkalmazásai

A P-N elágazási diódának számos alkalmazása van.

• A fordított előfeszítésű P-N elágazási dióda érzékeny a fényre a 400–1000 nm közötti tartományban, ideértve a LÁTHATÓ fényt is. Ezért fotodiódaként használható.
• Napelemként is használható.
• A P-N csomópont előrehaladásának feltételét minden esetben alkalmazzák LED világítási alkalmazások .
• A P-N csomóponton elfoglalt feszültséget használják a létrehozáshoz Hőmérséklet-érzékelők és referenciafeszültségek.
• Sok áramkörben használják ” egyenirányítók , varaktorok a feszültségvezérelt oszcillátorok .

A P-N csomópont diódájának V-I jellemzői

A P-N csomópont diódájának V-I jellemzői

A grafikon különbözőre változik félvezető anyagok P-N elágazási dióda felépítésénél használják. Az alábbi ábra a változásokat ábrázolja.

Összehasonlítás szilíciummal, germániummal és gallium arzeniddel

Ez mind a P-N Junction dióda elmélete , működési elv és alkalmazásai. Úgy gondoljuk, hogy az ebben a cikkben megadott információk hasznosak lehetnek a koncepció jobb megértéséhez. Ezenkívül a cikkel kapcsolatos bármilyen kérdése, vagy bármilyen segítség a végrehajtáshoz elektromos és elektronikai projektek, akkor fordulhat hozzánk az alábbi megjegyzés részben kommentálva. Itt van egy kérdés az Ön számára - Mi a P-N csomópont dióda fő alkalmazási területe?

Fotók:

• Előre Bias elektronika-oktatóanyagok
• A dióda V-I jellemzői cmicrotek
• Elfogulatlan vagy a Zero elfogult fizika és rádió-elektronika
• P-n csomópont minden áramkörről