Разбиране за теорията и работата на диодните връзки P-N

Разбиране за теорията и работата на диодните връзки P-N

ДА СЕ Диод за свързване P-N се образува чрез допиране на едната страна на парче силиций с добавка тип P (Boran), а другата страна с добавка тип N (фосфор). Ge може да се използва вместо силиций. Диодът за свързване P-N е двутерминално устройство. Това е основната конструкция на диода за свързване P-N. Това е едно от най-простите полупроводникови устройства, тъй като позволява на тока да тече само в една посока. Диодът не се държи линейно по отношение на приложеното напрежение и има експоненциална V-I връзка.



Какво е диод за свързване P-N?

Диодът за свързване P-N е парче силиций, което има два извода. Единият терминал е легиран с P-тип материал, а другият с N-тип материал. Преходът P-N е основният елемент за полупроводниковите диоди. Полупроводниковият диод улеснява потока на електрони изцяло само в една посока - което е основната функция на полупроводниковия диод. Може да се използва и като токоизправител.


P-N кръстовище

P-N кръстовище





Теория на диодните съединения на PN

Има два операционни региона: P-тип и N-тип. И въз основа на приложеното напрежение, има три възможни условия на „отклонение“ за диода за свързване P-N, които са както следва:

Нулево пристрастие - Не се подава външно напрежение към PN диода за свързване.
Пристрастие напред - Потенциалът на напрежението е свързан положително към клемата P-тип и отрицателно към клемата N-тип на диода.
Обратно пристрастие - Потенциалът на напрежението е свързан отрицателно към клемата P-тип и положително към клемата N-тип на диода.



Нулево предразположено състояние

В този случай не се прилага външно напрежение към диода за свързване P-N и следователно електроните дифузират към страната на P и едновременно дупки дифузират към N-страната през кръстовището и след това се комбинират помежду си. Поради това от тези носители на заряд се генерира електрическо поле. Електрическото поле се противопоставя на по-нататъшната дифузия на заредени носители, така че да няма движение в средната област. Този регион е известен като ширина на изчерпване или космически заряд.

Безпристрастно състояние

Безпристрастно състояние

Пристрастие напред

В условието на пристрастие напред отрицателният извод на батерията е свързан към материала от типа N и положителният извод на батерията е свързан с P-Type материал. Тази връзка също се нарича подаване на положително напрежение. Електроните от N-региона пресичат кръстовището и навлизат в P-региона. Поради привлекателната сила, която се генерира в Р-областта, електроните се привличат и се придвижват към положителния край. Едновременно с това дупките се привличат към отрицателния извод на акумулатора. Чрез движението на електрони и дупки протича ток. В това състояние ширината на областта на изчерпване намалява поради намаляването на броя на положителните и отрицателните йони.


Условие на пристрастие напред

Условие на пристрастие напред

V-I характеристики

Доставяйки положително напрежение, електроните получават достатъчно енергия, за да преодолеят потенциалната бариера (изчерпващ слой) и да пресекат кръстовището и същото се случва и с дупките. Количеството енергия, необходимо на електроните и дупките за пресичане на кръстовището, е равно на бариерния потенциал 0,3 V за Ge и 0,7 V за Si, 1,2 V за GaAs. Това е известно и като спад на напрежението. Спадът на напрежението на диода възниква поради вътрешно съпротивление. Това може да се наблюдава на графиката по-долу.

Предни пристрастия V-I Характеристики

Предни пристрастия V-I Характеристики

Обратно пристрастие

В условието на пристрастие напред отрицателният извод на акумулатора е свързан към материала от тип N, а положителният извод на акумулатора е свързан към материала от типа P. Тази връзка е известна още като подаване на положително напрежение. Следователно електрическото поле, дължащо се както на напрежението, така и на изчерпващия слой, е в една и съща посока. Това прави електрическото поле по-силно от преди. Поради това силно електрическо поле, електроните и дупките искат повече енергия, за да преминат кръстовището, така че да не могат да дифузират в противоположната област. Следователно няма токов поток поради липсата на движение на електрони и дупки.

Изчерпващ слой в състояние на обратна предубеденост

Изчерпващ слой в състояние на обратна предубеденост

Електроните от полупроводника от N-тип се привличат към положителния извод, а дупките от полупроводника от тип P се привличат към отрицателния извод. Това води до намаляване на броя на електроните в N-тип и дупки в P-тип. В допълнение, положителните йони се създават в областта на N-тип, а отрицателните йони се създават в P-типа.

Схема за обратното пристрастие

Схема за обратното пристрастие

Следователно, ширината на изчерпващия слой се увеличава поради нарастващия брой положителни и отрицателни йони.

V-I характеристики

Поради топлинната енергия в кристала се произвеждат малцинствени носители. Малцинствените носители означават дупка в N-тип материал и електрони в P-тип материал. Тези малцинствени носители са електроните и дупките, изтласкани към P-N прехода, съответно от отрицателния и положителния терминал. Поради движението на малцинствени превозвачи протича много малко ток, който е в обхвата на нано ампера (за силиций). Този ток се нарича обратен ток на насищане. Наситеността означава, че след достигане на максималната си стойност се достига стабилно състояние, при което текущата стойност остава същата с нарастващо напрежение.

Величината на обратния ток е от порядъка на наноампери за силициеви устройства. Когато обратното напрежение се увеличи над границата, тогава обратният ток се увеличава драстично. Това конкретно напрежение, което причинява драстичната промяна в обратния ток, се нарича обратно напрежение на пробив. Разрушаването на диоди се осъществява по два механизма: разрушаване на лавина и разпадане на ценерови.

I = IS [опит (qV / kT) -1]
K - константа на Boltzmann
T - Температура на свързване (K)
(kT / q) Стайна температура = 0,026V

Обикновено IS е много малък ток приблизително в 10-17 ...... 10-13A

Следователно може да се запише като

I = IS [опит (V / 0,026) -1]

Графика на характеристиките V-I за обратното пристрастие

Графика на характеристиките V-I за обратното пристрастие

Приложения на PN съединителен диод

Диодът за свързване P-N има много приложения.

  • Диодът за свързване P-N в конфигурацията с обратна пристрастност е чувствителен към светлина от диапазон между 400nm и 1000nm, което включва ВИДИМА светлина. Следователно, той може да се използва като фотодиод.
  • Може да се използва и като слънчева клетка.
  • Във всички се използва условие за отклонение напред на P-N преход Приложения за LED осветление .
  • За създаване се използва напрежението в пристрастния преход P-N Сензори за температура , и Референтни напрежения.
  • Използва се в много вериги токоизправители , варактори за осцилатори с контролирано напрежение .

V-I характеристики на диода за свързване P-N

V-I характеристики на диода за свързване P-N

V-I характеристики на диода за свързване P-N

Графиката ще бъде променена за различна полупроводникови материали използва се в конструкцията на диод за свързване P-N. Диаграмата по-долу изобразява промените.

Сравнение със силиций, германий и галиев арсинид

Сравнение със силиций, германий и галиев арсенид

Това е всичко за Теория на P-N Junction diode , принцип на работа и неговите приложения. Вярваме, че информацията, дадена в тази статия, е полезна за вас за по-добро разбиране на тази концепция. Освен това, за всякакви въпроси относно тази статия или помощ при прилагането проекти за електричество и електроника, можете да се обърнете към нас, като коментирате в раздела за коментари по-долу. Ето един въпрос към вас - Какво е основното приложение на P-N свързващ диод?

Кредити за снимки: