NA Dioda P-N Junction je tvořen dopováním jedné strany kusu křemíku dopantem typu P (Boran) a druhé strany dopantem typu N (fosfor). Místo křemíku lze použít ge. Spojovací dioda P-N je zařízení se dvěma konci. Toto je základní konstrukce spojovací diody P-N. Jedná se o jedno z nejjednodušších polovodičových součástek, protože umožňuje proud proudit pouze jedním směrem. Dioda se nechová lineárně vzhledem k použitému napětí a má exponenciální vztah V-I.

Co je dioda spojující P-N?

Spojovací dioda P-N je kousek křemíku, který má dvě svorky. Jeden z terminálů je dotován materiálem typu P a druhý materiálem typu N. Spojení P-N je základním prvkem pro polovodičové diody. Polovodičová dioda usnadňuje tok elektronů pouze v jednom směru - což je hlavní funkce polovodičové diody. Může být také použit jako usměrňovač.

P-N Junction

Teorie diody PN Junction

Existují dva operační regiony: typ P a typ N. A na základě aplikovaného napětí existují tři možné „předpínací“ podmínky pro P-N Junction Diode, které jsou následující:

Zero Bias - Na spojovací diodu PN není přivedeno žádné externí napětí.
Předpětí - Napěťový potenciál je kladně připojen ke svorce typu P a záporně ke svorce typu D diody.
Reverzní zkreslení - Napěťový potenciál je připojený záporně ke svorce typu P a kladně ke svorce typu D diody.

Stav s nulovým předpětím

V tomto případě není na diodu přechodu P-N přivedeno žádné vnější napětí, a proto elektrony difundují na stranu P a současně difundují otvory skrz spojení směrem k straně N a poté se navzájem kombinují. Díky tomu je těmito nosiči náboje generováno elektrické pole. Elektrické pole je proti další difúzi nabitých nosičů, takže ve střední oblasti nedochází k žádnému pohybu. Tato oblast je známá jako šířka vyčerpání nebo prostorový náboj.

Nestranný stav

Předpětí

Ve stavu předpětí je záporný pól baterie připojen k materiálu typu N a kladný pól baterie baterie je připojen k materiálu typu P. Toto spojení se také nazývá kladné napětí. Elektrony z N-regionu procházejí křižovatkou a vstupují do P-regionu. Díky atraktivní síle, která je generována v P-oblasti, jsou elektrony přitahovány a pohybují se směrem ke kladnému konci. Současně jsou otvory přitahovány k zápornému pólu baterie. Pohybem elektronů a děr proudí proud. V tomto stavu se šířka oblasti vyčerpání zmenšuje v důsledku snížení počtu pozitivních a negativních iontů.

Podmínka zkreslení vpřed

Charakteristiky VI

Dodáváním kladného napětí dostávají elektrony dostatek energie k překonání potenciální bariéry (depleční vrstvy) a překročení křižovatky a totéž se děje také s otvory. Množství energie požadované elektrony a otvory pro překročení spojení se rovná bariérovému potenciálu 0,3 V pro Ge a 0,7 V pro Si, 1,2 V pro GaAs. Toto se také nazývá pokles napětí. K poklesu napětí na diodě dochází v důsledku vnitřního odporu. To lze pozorovat na níže uvedeném grafu.

Předpětí V-I Charakteristiky

Reverzní zkreslení

Ve stavu předpětí je záporný pól baterie připojen k materiálu typu N a kladný pól baterie je připojen k materiálu typu P. Toto připojení je také známé jako poskytování kladného napětí. Elektrické pole způsobené jak napěťovou, tak vyčerpávající vrstvou je tedy ve stejném směru. Díky tomu je elektrické pole silnější než dříve. Kvůli tomuto silnému elektrickému poli chtějí elektrony a díry více energie, aby procházely spojem, takže nemohou difundovat do opačné oblasti. Proto nedochází k žádnému toku proudu z důvodu nedostatku pohybu elektronů a děr.

Vyčerpací vrstva ve stavu obráceného předpětí

Elektrony z polovodiče typu N jsou přitahovány směrem ke kladné svorce a otvory z polovodiče typu P jsou přitahovány k záporné svorce. To vede ke snížení počtu elektronů v typu N a děr v typu P. Kromě toho se v oblasti typu N vytvářejí kladné ionty a v oblasti typu P se vytvářejí záporné ionty.

Schéma zapojení pro reverzní předpětí

Šířka depleční vrstvy se proto zvyšuje v důsledku zvyšujícího se počtu kladných a záporných iontů.

Charakteristiky VI

Díky tepelné energii v krystalu se vyrábějí menšinové nosiče. Menšinové nosiče znamenají díru v materiálu typu N a elektrony v materiálu typu P. Těmito menšinovými nosiči jsou elektrony a otvory tlačené směrem k P-N spojení záporným terminálem, respektive kladným terminálem. Kvůli pohybu menšinových nosičů teče velmi málo proudu, který je v rozsahu nano Ampérů (pro křemík). Tento proud se nazývá reverzní saturační proud. Sytost znamená, že po dosažení maximální hodnoty je dosaženo ustáleného stavu, kdy aktuální hodnota zůstává stejná s rostoucím napětím.

Velikost zpětného proudu je řádově nano-ampér pro křemíková zařízení. Když se reverzní napětí zvýší nad limit, pak se reverzní proud drasticky zvýší. Toto konkrétní napětí, které způsobuje drastickou změnu zpětného proudu, se nazývá zpětné průrazné napětí. K poruše diody dochází dvěma mechanismy: Lavinová a Zenerova.

I = IS [exp (qV / kT) -1]
K - Boltzmannova konstanta
T - teplota spojení (K)
(kT / q) Teplota v místnosti = 0,026V

Obvykle IS je velmi malý proud přibližně v 10-17 …… 10-13A

Proto jej lze zapsat jako

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

Graf charakteristik VI pro reverzní zkreslení

Aplikace diodové křižovatky PN

Spojovací dioda P-N má mnoho aplikací.

Přechodová dioda P-N v konfiguraci s obráceným předpětím je citlivá na světlo v rozsahu od 400 nm do 1000 nm, což zahrnuje VIDITELNÉ světlo. Proto jej lze použít jako fotodiodu.
Může být také použit jako solární článek.
Podmínka zkreslení dopředného spojení P-N se používá ve všech LED osvětlení .
K vytvoření se používá napětí na předpjatém přechodu P-N Teplotní senzory a Referenční napětí.
Používá se v mnoha obvodech usměrňovače , varaktory pro napěťově řízené oscilátory .

Charakteristiky V-I diody přechodu P-N

Graf se bude měnit pro různé polovodičové materiály používá se při konstrukci přechodové diody P-N. Níže uvedený diagram znázorňuje změny.

Srovnání s křemíkem, germániem a gallium arsinidem

Srovnání s křemíkem, germániem a gallium arsenidem

“jak fungují zesílené transformátory ”

To je všechno o Teorie diody P-N Junction , pracovní princip a jeho aplikace. Věříme, že informace uvedené v tomto článku jsou užitečné pro lepší pochopení tohoto konceptu. Dále v případě jakýchkoli dotazů týkajících se tohoto článku nebo jakékoli pomoci s implementací elektrické a elektronické projekty, můžete nás kontaktovat komentováním v sekci komentářů níže. Je tu pro vás otázka - Jaké je hlavní použití přechodové diody P-N?

Fotografické kredity: