Κατανόηση για τη Θεωρία και τη Λειτουργία Δίοδων Σύνδεσης P-N

ΠΡΟΣ ΤΗΝ Δίοδος Σύνδεσης P-N σχηματίζεται με νάρκωση από τη μία πλευρά ενός κομματιού πυριτίου με προσμίξεις τύπου Ρ (Boran) και από την άλλη πλευρά με προσθήκη τύπου Ν (φωσφόρου). Μπορεί να χρησιμοποιηθεί αντί για Πυρίτιο. Η δίοδος σύνδεσης P-N είναι μια συσκευή δύο τερματικών. Αυτή είναι η βασική κατασκευή της διόδου σύνδεσης P-N. Είναι μια από τις απλούστερες συσκευές ημιαγωγών καθώς επιτρέπει στο ρεύμα να ρέει μόνο σε μία κατεύθυνση. Η δίοδος δεν συμπεριφέρεται γραμμικά σε σχέση με την εφαρμοζόμενη τάση και έχει εκθετική σχέση V-I.

Τι είναι η δίοδος διακλάδωσης P-N;

Η δίοδος σύνδεσης P-N είναι ένα κομμάτι πυριτίου που έχει δύο ακροδέκτες. Ο ένας από τους ακροδέκτες έχει νάρκωση με υλικό τύπου Ρ και το άλλο με υλικό τύπου Ν. Η σύνδεση P-N είναι το βασικό στοιχείο για διόδους ημιαγωγών. Μια δίοδος ημιαγωγού διευκολύνει τη ροή ηλεκτρονίων εντελώς προς μία κατεύθυνση - η οποία είναι η κύρια λειτουργία της διόδου ημιαγωγών. Μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί ως ανορθωτής.

Διασταύρωση P-N

Θεωρία PN Junction Diode

Υπάρχουν δύο περιοχές λειτουργίας: τύπος P και τύπος Ν. Και με βάση την εφαρμοζόμενη τάση, υπάρχουν τρεις πιθανές συνθήκες «πόλωσης» για τη δίοδο διακλάδωσης P-N, οι οποίες είναι οι εξής:

Μηδενική προκατάληψη - Δεν εφαρμόζεται εξωτερική τάση στη δίοδο σύνδεσης PN.
Προώθηση προκατάληψης - Το δυναμικό τάσης συνδέεται θετικά στον ακροδέκτη τύπου Ρ και αρνητικά στον ακροδέκτη τύπου Ν της διόδου.
Αντίστροφη προκατάληψη - Το δυναμικό τάσης συνδέεται αρνητικά στον ακροδέκτη τύπου Ρ και θετικά στον ακροδέκτη τύπου Ν της διόδου.

Μηδενική κατάσταση

Σε αυτήν την περίπτωση, δεν εφαρμόζεται εξωτερική τάση στη δίοδο διακλάδωσης Ρ-Ν και επομένως, τα ηλεκτρόνια διαχέονται στην πλευρά Ρ και ταυτόχρονα οι οπές διαχέονται προς την πλευρά Ν μέσω της διασταύρωσης και στη συνέχεια συνδυάζονται μεταξύ τους. Λόγω αυτού δημιουργείται ένα ηλεκτρικό πεδίο από αυτούς τους φορείς φόρτισης. Το ηλεκτρικό πεδίο αντιτίθεται στην περαιτέρω διάχυση φορτισμένων φορέων έτσι ώστε να μην υπάρχει κίνηση στη μεσαία περιοχή. Αυτή η περιοχή είναι γνωστή ως πλάτος εξάντλησης ή φόρτιση χώρου.

Αμερόληπτη κατάσταση

Προώθηση προκατάληψης

Στην κατάσταση μεροληψίας προς τα εμπρός, ο αρνητικός ακροδέκτης της μπαταρίας συνδέεται με το υλικό τύπου Ν και ο θετικός ακροδέκτης του η μπαταρία συνδέεται με το υλικό τύπου P. Αυτή η σύνδεση ονομάζεται επίσης ως παροχή θετικής τάσης. Τα ηλεκτρόνια από την περιοχή Ν διασχίζουν τη διασταύρωση και εισέρχονται στην περιοχή Ρ. Λόγω της ελκυστικής δύναμης που παράγεται στην περιοχή Ρ τα ηλεκτρόνια έλκονται και κινούνται προς το θετικό τερματικό. Ταυτόχρονα οι τρύπες προσελκύονται στον αρνητικό ακροδέκτη της μπαταρίας. Με την κίνηση ηλεκτρονίων και οπών ρέει ρεύμα. Σε αυτήν την κατάσταση, το πλάτος της περιοχής εξάντλησης μειώνεται λόγω της μείωσης του αριθμού των θετικών και αρνητικών ιόντων.

Προώθηση προκατάληψης

Χαρακτηριστικά V-I

Παρέχοντας θετική τάση, τα ηλεκτρόνια παίρνουν αρκετή ενέργεια για να ξεπεράσουν το πιθανό φράγμα (στρώμα εξάντλησης) και να διασχίσουν τη διασταύρωση και το ίδιο συμβαίνει και με τις οπές. Η ποσότητα ενέργειας που απαιτείται από τα ηλεκτρόνια και τις οπές για τη διέλευση της διασταύρωσης είναι ίση με το δυναμικό φραγμού 0,3 V για Ge και 0,7 V για Si, 1,2V για GaAs. Αυτό είναι επίσης γνωστό ως πτώση τάσης. Η πτώση τάσης στη δίοδο συμβαίνει λόγω εσωτερικής αντίστασης. Αυτό μπορεί να παρατηρηθεί στο παρακάτω γράφημα.

Χαρακτηριστικά εμπρόσθιας προκατάληψης V-I

Αντίστροφη προκατάληψη

Στην κατάσταση μεροληψίας προς τα εμπρός, ο αρνητικός ακροδέκτης της μπαταρίας συνδέεται με το υλικό τύπου Ν και ο θετικός ακροδέκτης της μπαταρίας συνδέεται με το υλικό τύπου Ρ. Αυτή η σύνδεση είναι επίσης γνωστή ως παροχή θετικής τάσης. Ως εκ τούτου, το ηλεκτρικό πεδίο λόγω της τάσης και του στρώματος εξάντλησης είναι προς την ίδια κατεύθυνση. Αυτό καθιστά το ηλεκτρικό πεδίο δυνατότερο από πριν. Λόγω αυτού του ισχυρού ηλεκτρικού πεδίου, τα ηλεκτρόνια και οι οπές θέλουν περισσότερη ενέργεια για να διασχίσουν τη διασταύρωση, ώστε να μην μπορούν να διαχέονται στην αντίθετη περιοχή. Ως εκ τούτου, δεν υπάρχει ροή ρεύματος λόγω της έλλειψης κίνησης ηλεκτρονίων και οπών.

Επίπεδο εξάντλησης σε κατάσταση αντίστροφης μεροληψίας

Τα ηλεκτρόνια από τον ημιαγωγό τύπου Ν έλκονται προς το θετικό τερματικό και οι οπές από τον ημιαγωγό τύπου Ρ προσελκύονται στο αρνητικό τερματικό. Αυτό οδηγεί στη μείωση του αριθμού των ηλεκτρονίων σε τύπο Ν και των οπών σε τύπου Ρ. Επιπλέον, δημιουργούνται θετικά ιόντα στην περιοχή τύπου Ν και αρνητικά ιόντα δημιουργούνται στην περιοχή τύπου Ρ.

Διάγραμμα κυκλώματος για αντίστροφη προκατάληψη

Επομένως, το πλάτος του στρώματος εξάντλησης αυξάνεται λόγω του αυξανόμενου αριθμού θετικών και αρνητικών ιόντων.

Χαρακτηριστικά V-I

Λόγω της θερμικής ενέργειας σε κρυσταλλική μειονότητα παράγονται φορείς. Φορείς μειοψηφίας σημαίνουν μια οπή στο υλικό τύπου Ν και τα ηλεκτρόνια στο υλικό τύπου Ρ. Αυτοί οι μειονοτικοί φορείς είναι τα ηλεκτρόνια και οι οπές που ωθούνται προς τη σύνδεση P-N από τον αρνητικό ακροδέκτη και τον θετικό ακροδέκτη, αντίστοιχα. Λόγω της κίνησης των μειονοτικών μεταφορέων, ρέει πολύ λίγο ρεύμα, το οποίο βρίσκεται στην περιοχή νανοαμπέρ (για πυρίτιο). Αυτό το ρεύμα ονομάζεται αντίστροφο κορεσμό. Ο κορεσμός σημαίνει, αφού φτάσει στη μέγιστη τιμή του, επιτυγχάνεται μια σταθερή κατάσταση όπου η τρέχουσα τιμή παραμένει ίδια με την αύξηση της τάσης.

Το μέγεθος του αντίστροφου ρεύματος είναι της τάξης των νανο-αμπέρ για συσκευές πυριτίου. Όταν η αντίστροφη τάση αυξάνεται πέρα ​​από το όριο, τότε το αντίστροφο ρεύμα αυξάνεται δραστικά. Αυτή η συγκεκριμένη τάση που προκαλεί τη δραστική αλλαγή στο αντίστροφο ρεύμα ονομάζεται αντίστροφη τάση διακοπής. Η ανάλυση της διόδου συμβαίνει από δύο μηχανισμούς: την κατανομή της χιονοστιβάδας και την ανάλυση της Zener.

I = IS [exp (qV / kT) -1]
Κ - Σταθερά Boltzmann
T - Θερμοκρασία διασταύρωσης (K)
(kT / q) Θερμοκρασία δωματίου = 0,026V

Συνήθως το IS είναι ένα πολύ μικρό ρεύμα περίπου σε 10-17 …… 10-13A

Επομένως, μπορεί να γραφτεί ως

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

Γράφημα χαρακτηριστικών V-I για αντίστροφη προκατάληψη

Εφαρμογές της διόδου σύνδεσης PN

Η δίοδος σύνδεσης P-N έχει πολλές εφαρμογές.

• Η δίοδος διακλάδωσης P-N στην διαμόρφωση αντίστροφης μεροληψίας είναι ευαίσθητη στο φως από εύρος μεταξύ 400nm και 1000nm, το οποίο περιλαμβάνει ορατό φως. Επομένως, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως φωτοδίοδος.
• Μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί ως ηλιακό στοιχείο.
• Η συνθήκη μεροληψίας προς τα εμπρός P-N χρησιμοποιείται σε όλους Εφαρμογές φωτισμού LED .
• Η τάση κατά μήκος της διασταύρωσης P-N χρησιμοποιείται για τη δημιουργία Αισθητήρες θερμοκρασίας , και τάσεις αναφοράς.
• Χρησιμοποιείται σε πολλά κυκλώματα ανορθωτές , χαρακτήρες για ταλαντωτές ελεγχόμενες από τάση .

V-I Χαρακτηριστικά της διόδου σύνδεσης P-N

V-I Χαρακτηριστικά της διόδου σύνδεσης P-N

Το γράφημα θα αλλάξει για διαφορετικό υλικά ημιαγωγών χρησιμοποιείται στην κατασκευή μιας διόδου σύνδεσης P-N. Το παρακάτω διάγραμμα απεικονίζει τις αλλαγές.

Σύγκριση με Silicon, Germanium και Gallium Arsenide

Αυτό είναι όλο για το Η θεωρία της δίοδος P-N Junction , αρχή λειτουργίας και τις εφαρμογές της. Πιστεύουμε ότι οι πληροφορίες που δίνονται σε αυτό το άρθρο είναι χρήσιμες για εσάς για την καλύτερη κατανόηση αυτής της έννοιας. Επιπλέον, για οποιεσδήποτε ερωτήσεις σχετικά με αυτό το άρθρο ή οποιαδήποτε βοήθεια στην εφαρμογή ηλεκτρικά και ηλεκτρονικά έργα, μπορείτε να επικοινωνήσετε μαζί μας σχολιάζοντας την παρακάτω ενότητα σχολίων. Εδώ είναι μια ερώτηση για εσάς - Ποια είναι η κύρια εφαρμογή της διόδου σύνδεσης P-N;

Φωτογραφικές μονάδες:

• Προώθηση προκατάληψης ηλεκτρονικά μαθήματα
• V-I χαρακτηριστικά της δίοδος cmicrotek
• Αμερόληπτη ή μηδενική μεροληψία φυσική και ραδιοηλεκτρονική
• Διασταύρωση P-n allaboutcircuits