DO Dioda złącza P-N powstaje przez domieszkowanie jednej strony kawałka krzemu domieszką typu P (boran), a drugiej strony domieszką typu N (fosfor). Zamiast krzemu można zastosować ge. Dioda złączowa P-N jest urządzeniem z dwoma zaciskami. To podstawowa konstrukcja diody złączowej P-N. Jest jednym z najprostszych przyrządów półprzewodnikowych, ponieważ umożliwia przepływ prądu tylko w jednym kierunku, dioda nie zachowuje się liniowo w stosunku do przyłożonego napięcia i ma wykładniczą zależność V-I.

Co to jest dioda złączowa P-N?

Dioda złączowa P-N to kawałek krzemu, który ma dwa zaciski. Jeden z zacisków jest domieszkowany materiałem typu P, a drugi materiałem typu N. Złącze P-N jest podstawowym elementem diod półprzewodnikowych. Dioda półprzewodnikowa ułatwia przepływ elektronów tylko w jednym kierunku - co jest główną funkcją diody półprzewodnikowej. Może być również używany jako prostownik.

P-N Junction

Teoria diod złączowych PN

Istnieją dwa obszary operacyjne: typ P i typ N. W oparciu o przyłożone napięcie istnieją trzy możliwe warunki „polaryzacji” diody złączowej P-N, które są następujące:

Zero odchylenia - Do diody połączeniowej PN nie jest podawane żadne napięcie zewnętrzne.
Forward Bias - Potencjał napięcia jest podłączony dodatnio do zacisku typu P i ujemnie do zacisku typu N diody.
Reverse Bias - Potencjał napięcia jest podłączony ujemnie do zacisku typu P i dodatnio do zacisku typu N diody.

Warunek zerowy

W tym przypadku do diody złączowej P-N nie jest przyłożone żadne zewnętrzne napięcie, a zatem elektrony dyfundują na stronę P i jednocześnie otwory dyfundują w kierunku strony N przez złącze, a następnie łączą się ze sobą. Z tego powodu te nośniki ładunku wytwarzają pole elektryczne. Pole elektryczne przeciwdziała dalszej dyfuzji naładowanych nośników, tak że w środkowym obszarze nie ma ruchu. Ten region jest znany jako szerokość zubożenia lub ładunek kosmiczny.

Bezstronny stan

Forward Bias

W stanie polaryzacji do przodu ujemny zacisk akumulatora jest połączony z materiałem typu N, a dodatni zacisk bateria jest połączony z materiałem typu P. To połączenie jest również nazywane jako zapewniające napięcie dodatnie. Elektrony z regionu N przecinają złącze i wchodzą do regionu P. Ze względu na siłę przyciągania, która jest generowana w regionie P, elektrony są przyciągane i poruszają się w kierunku dodatniego bieguna. Jednocześnie otwory są przyciągane do ujemnego bieguna akumulatora. Poprzez ruch elektronów i dziur płynie prąd. W tym stanie szerokość obszaru zubożenia zmniejsza się ze względu na zmniejszenie liczby jonów dodatnich i ujemnych.

Warunek odchylenia do przodu

Charakterystyka V-I

Dostarczając dodatnie napięcie, elektrony uzyskują wystarczającą ilość energii, aby pokonać barierę potencjału (warstwę zubożenia) i przejść przez złącze. To samo dzieje się również z dziurami. Ilość energii potrzebnej elektronom i dziurom do przejścia przez złącze jest równa potencjałowi bariery 0,3 V dla Ge i 0,7 V dla Si, 1,2 V dla GaAs. Jest to również znane jako spadek napięcia. Spadek napięcia na diodzie występuje z powodu rezystancji wewnętrznej. Można to zaobserwować na poniższym wykresie.

Charakterystyka odchylenia w przód V-I

Reverse Bias

W stanie polaryzacji do przodu ujemny zacisk akumulatora jest połączony z materiałem typu N, a biegun dodatni akumulatora jest połączony z materiałem typu P. To połączenie jest również znane jako podawanie dodatniego napięcia. W związku z tym pole elektryczne spowodowane zarówno napięciem, jak i warstwą zubożenia przebiega w tym samym kierunku. To sprawia, że pole elektryczne jest silniejsze niż wcześniej. Z powodu tego silnego pola elektrycznego elektrony i dziury chcą więcej energii, aby przejść przez złącze, więc nie mogą dyfundować do przeciwległego regionu. W związku z tym nie ma przepływu prądu z powodu braku ruchu elektronów i dziur.

Warstwa zubożona w stanie odwróconego odchylenia

Elektrony z półprzewodnika typu N są przyciągane do zacisku dodatniego, a dziury z półprzewodnika typu P są przyciągane do zacisku ujemnego. Prowadzi to do zmniejszenia liczby elektronów w typie N i dziur w typie P. Ponadto jony dodatnie powstają w regionie typu N, a jony ujemne w regionie typu P.

Schemat obwodu dla odwrotnego odchylenia

Dlatego szerokość warstwy zubożonej zwiększa się z powodu rosnącej liczby jonów dodatnich i ujemnych.

Charakterystyka V-I

Ze względu na energię cieplną w nośnikach mniejszości krystalicznej powstają. Nośniki mniejszościowe oznaczają dziurę w materiale typu N i elektrony w materiale typu P. Te mniejszościowe nośniki to elektrony i dziury popychane w kierunku złącza P-N odpowiednio przez biegun ujemny i biegun dodatni. Ze względu na ruch nośników mniejszościowych przepływa bardzo mały prąd, który mieści się w zakresie nanoamperów (dla krzemu). Ten prąd nazywany jest odwrotnym prądem nasycenia. Nasycenie oznacza, że po osiągnięciu wartości maksymalnej osiągany jest stan ustalony, w którym wartość prądu pozostaje taka sama wraz ze wzrostem napięcia.

Wielkość prądu wstecznego jest rzędu nanamperów dla urządzeń krzemowych. Gdy napięcie wsteczne wzrośnie poza limit, prąd wsteczny drastycznie wzrośnie. To konkretne napięcie, które powoduje drastyczną zmianę prądu wstecznego, nazywa się odwrotnym napięciem przebicia. Rozpad diody zachodzi przez dwa mechanizmy: rozpad lawiny i rozpad Zenera.

I = IS [exp (qV / kT) -1]
K - Stała Boltzmanna
T - Temperatura złącza (K)
(kT / q) Temperatura w pomieszczeniu = 0,026 V.

Zwykle IS jest bardzo małym prądem w przybliżeniu 10-17… 10-13A

Dlatego można go zapisać jako

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

Wykres charakterystyk V-I dla odwrotnego odchylenia

Zastosowania diody złączowej PN

Dioda złączowa P-N ma wiele zastosowań.

Dioda złącza P-N w konfiguracji spolaryzowanej wstecznie jest wrażliwa na światło z zakresu od 400nm do 1000nm, które obejmuje światło WIDOCZNE. Dlatego może służyć jako fotodioda.
Może być również używany jako ogniwo słoneczne.
Warunek odchylenia w przód złącza P-N jest używany we wszystkich Zastosowania oświetleniowe LED .
Do wytworzenia wykorzystywane jest napięcie na złączu P-N spolaryzowanym Czujniki temperatury i napięcia odniesienia.
Jest używany w wielu obwodach ” prostowniki , varactors for oscylatory sterowane napięciem .

V-I Charakterystyka diody złączowej P-N

Wykres zostanie zmieniony na inny materiały półprzewodnikowe zastosowana w konstrukcji diody złączowej P-N. Poniższy diagram przedstawia zmiany.

Porównanie z arsynidem krzemu, germanu i galu

Porównanie z arsenkiem krzemu, germanu i galu

“buck boost dc konwerter dc ”

Chodzi o Teoria diody złączowej P-N , zasada działania i jej zastosowania. Uważamy, że informacje podane w tym artykule są pomocne w lepszym zrozumieniu tej koncepcji. Ponadto w przypadku jakichkolwiek pytań dotyczących tego artykułu lub jakiejkolwiek pomocy w implementacji projekty elektryczne i elektroniczne, możesz skontaktować się z nami, komentując w sekcji komentarzy poniżej. Oto pytanie do Ciebie - Jakie jest główne zastosowanie diody złączowej P-N?

Kredyty fotograficzne: