Razumevanje o teoriji in delovanju spojnih diod P-N

Razumevanje o teoriji in delovanju spojnih diod P-N

TO P-N spojna dioda se tvori z dopiranjem ene strani kosa silicija z dopantom tipa P (Boran), drugo stran pa z dopantom tipa N (fosfor). Namesto silicija se lahko uporabi Ge. Spojna dioda P-N je dvokončna naprava. To je osnovna konstrukcija P-N spojne diode. Je ena najpreprostejših polprevodniških naprav, saj omogoča tok toka samo v eno smer.Dioda se ne obnaša linearno glede na uporabljeno napetost in ima eksponentno razmerje V-I.



Kaj je spojna dioda P-N?

Spojna dioda P-N je kos silicija, ki ima dva terminala. Eden od terminalov je dopiran z materialom tipa P, drugi pa z materialom tipa N. Spoj P-N je osnovni element za polprevodniške diode. Polprevodniška dioda olajša pretok elektronov v celoti samo v eno smer - kar je glavna funkcija polprevodniške diode. Uporablja se lahko tudi kot usmernik.


Križišče P-N

Križišče P-N





Teorija PN-spojnih diod

Obstajata dve operativni regiji: P-tip in N-tip. In glede na uporabljeno napetost obstajajo trije možni 'pristranski' pogoji za razdelilno diodo P-N, in sicer:

Ničelna pristranskost - Na spojno diodo PN ne deluje zunanja napetost.
Naprej pristranskost - Napetostni potencial je pozitivno povezan s priključkom tipa P in negativno s priključkom tipa N diode.
Povratne pristranskosti - Napetostni potencial je negativno povezan s priključkom tipa P in pozitivno s priključkom tipa N diode.



Zero pristransko stanje

V tem primeru na spojno diodo P-N ne deluje zunanja napetost, zato se elektroni difundirajo na P-stran in istočasno luknje difundirajo proti N-strani skozi križišče in se nato kombinirajo med seboj. Zaradi tega ti nosilci naboja ustvarjajo električno polje. Električno polje nasprotuje nadaljnji difuziji nabitih nosilcev, tako da v srednjem območju ni gibanja. Ta regija je znana kot širina izpraznitve ali prostorski naboj.

Nepristransko stanje

Nepristransko stanje

Naprej pristranskost

V stanju prednaklona je negativni priključek akumulatorja povezan z materialom tipa N in pozitivni priključek baterijo je povezan z materialom tipa P. Ta povezava se imenuje tudi pozitivna napetost. Elektroni iz N-regije prečkajo križišče in vstopijo v P-regijo. Zaradi privlačne sile, ki nastaja v P-območju, se elektroni privlačijo in premikajo proti pozitivnemu koncu. Istočasno se luknje privlečejo na negativni priključek akumulatorja. Z gibanjem elektronov in lukenj teče tok. V tem stanju se širina območja izčrpavanja zmanjša zaradi zmanjšanja števila pozitivnih in negativnih ionov.


Pogoj pristranskosti naprej

Pogoj pristranskosti naprej

V-I Značilnosti

Z dovajanjem pozitivne napetosti elektroni dobijo dovolj energije, da premagajo potencialno pregrado (izčrpajočo plast) in prečkajo križišče, enako pa se zgodi tudi z luknjami. Količina energije, ki jo potrebujejo elektroni in luknje za prehod križišča, je enaka pregradnemu potencialu 0,3 V za Ge in 0,7 V za Si, 1,2 V za GaAs. To je znano tudi kot padec napetosti. Padec napetosti na diodi se pojavi zaradi notranjega upora. To lahko opazimo na spodnjem grafu.

Karakteristike naprej-pristranskosti V-I

Karakteristike pristranskosti V-I naprej

Povratne pristranskosti

V stanju prednaklona je negativni priključek akumulatorja povezan z materialom tipa N, pozitivni priključek akumulatorja pa z materialom tipa P. Ta povezava je znana tudi kot pozitivna napetost. Zato je električno polje tako zaradi napetosti kot izpraznitvene plasti v isti smeri. Zaradi tega je električno polje močnejše kot prej. Zaradi tega močnega električnega polja elektroni in luknje želijo več energije, da prečkajo spoj, zato ne morejo difundirati v nasprotno območje. Torej ni toka toka zaradi pomanjkanja gibanja elektronov in lukenj.

Osiromašeni sloj v reverzno pristranskem stanju

Osiromašeni sloj v reverzno pristranskem stanju

Elektroni iz polprevodnika tipa N se privlačijo proti pozitivnemu priključku, luknje polprevodnika tipa P pa k negativnemu priključku. To vodi k zmanjšanju števila elektronov v N-tipu in lukenj v P-tipu. Poleg tega se v območju tipa N ustvarijo pozitivni ioni, v območju tipa P pa negativni ioni.

Shema vezja za povratno pristranskost

Shema vezja za povratno pristranskost

Zato se širina izčrpajoče plasti poveča zaradi vedno večjega števila pozitivnih in negativnih ionov.

V-I Značilnosti

Zaradi toplotne energije v kristalno nastajajo manjšinski nosilci. Manjšinski nosilci pomenijo luknjo v materialu tipa N in elektroni v materialu tipa P. Ti manjšinski nosilci so elektroni in luknje, ki jih proti spoju P-N potiska negativni terminal oziroma pozitivni terminal. Zaradi gibanja manjšinskih nosilcev teče zelo malo toka, ki je v območju nano amperov (za silicij). Ta tok se imenuje povratni nasičeni tok. Nasičenost pomeni, da po doseganju največje vrednosti doseže stabilno stanje, kjer trenutna vrednost ostane enaka z naraščajočo napetostjo.

Velikost povratnega toka je za silicijeve naprave reda nano amperov. Ko se obratna napetost poveča čez mejo, se obratni tok drastično poveča. Ta posebna napetost, ki povzroči drastično spremembo vzvratnega toka, se imenuje povratna napetost razbijanja. Razčlenitev diode poteka po dveh mehanizmih: plazov in Zener.

I = IS [exp (qV / kT) -1]
K - Boltzmannova konstanta
T - temperatura spoja (K)
(kT / q) Sobna temperatura = 0,026V

Običajno je IS zelo majhen tok približno v 10-17 …… 10-13A

Zato jo lahko zapišemo kot

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

V-I Grafikon značilnosti za obratno pristranskost

V-I Grafikon značilnosti za obratno pristranskost

Uporaba PN spojne diode

Spojna dioda P-N ima veliko aplikacij.

  • Spojna dioda P-N v obratno pristranski konfiguraciji je občutljiva na svetlobo v razponu med 400nm in 1000nm, kar vključuje VIDLJIVO svetlobo. Zato se lahko uporablja kot fotodioda.
  • Lahko se uporablja tudi kot sončna celica.
  • Pogoj pristranskosti stičišča P-N se uporablja pri vseh Aplikacije za LED osvetlitev .
  • Za ustvarjanje se uporablja napetost na pristranskem križišču P-N Temperaturni senzorji in referenčne napetosti.
  • Uporablja se v številnih vezjih usmerniki , varaktorji za napetostno krmiljeni oscilatorji .

V-I Značilnosti diode P-N spojnice

V-I Značilnosti diode P-N spojnice

V-I Značilnosti diode P-N spojnice

Grafikon bo spremenjen za drugačno polprevodniški materiali uporablja se pri izdelavi spojne diode P-N. Spodnji diagram prikazuje spremembe.

Primerjava s silicijevim, germanijevim in galijevim arsinidom

Primerjava s silicijevim, germanijevim in galijevim arzenidom

To je vse o Teorija diode P-N spojnice , načelo dela in njegove uporabe. Menimo, da so vam informacije v tem članku koristne za boljše razumevanje tega koncepta. Poleg tega za kakršna koli vprašanja v zvezi s tem člankom ali kakršno koli pomoč pri izvajanju električni in elektronski projekti, lahko se obrnete na nas s komentarjem v spodnjem oddelku za komentarje. Tukaj je vprašanje za vas - Kakšna je glavna uporaba spojne diode P-N?

Zasluge za fotografije: