Δίοδος ημιαγωγών

Εισαγωγή στη δίοδο ημιαγωγών

Οι ημιαγωγοί είναι κρίσιμα στοιχεία των σύγχρονων ηλεκτρονικών gadget, που χρησιμεύουν ως δομικά στοιχεία αυτών των συσκευών. Μπορούν να λειτουργήσουν τόσο ως μονωτές όσο και ως αγωγοί. Οι ημιαγωγοί είναι ζωτικής σημασίας για την αποτελεσματικότητα των ηλεκτρονικών συσκευών. Η προσαρμοστικότητά τους επιτρέπει την ανάπτυξη ενός ευρέος φάσματος ηλεκτρονικών συσκευών για την κάλυψη ενός ευρέος φάσματος αναγκών και την παροχή εξειδικευμένων δεξιοτήτων.

Τι είναι η δίοδος ημιαγωγών;

Μια δίοδος ημιαγωγών είναι μια σύνδεση p-n με μεταλλικές επαφές και στα δύο άκρα που επιτρέπει την εφαρμογή εξωτερικής τάσης. Είναι ικανό να μεταφέρει ηλεκτρισμό μόνο προς μία κατεύθυνση.

Τύποι Δίοδος διασταύρωσης P-n

Προωθημένη δίοδος σύνδεσης P-n

Μια δίοδος λέγεται ότι πολώνεται προς τα εμπρός όταν χρησιμοποιείται η εξωτερική τάση που εφαρμόζεται στη δίοδο ημιαγωγού έτσι ώστε η πλευρά p να συνδέεται με τον θετικό ακροδέκτη της μπαταρίας και η πλευρά n να συνδέεται με τον αρνητικό ακροδέκτη.

Το συνολικό φορτίο που σχηματίζεται στη διασταύρωση p-n ονομάζεται τάση φραγμού, δυναμικό φραγμού ή φράγμα διασταύρωσης. Το ύψος του φραγμού μειώνεται καθώς η ενσωματωμένη τάση της διόδου και το πλάτος της περιοχής εξάντλησης μειώνονται σε αυτήν την περίπτωση. Η συνολική τάση του φραγμού προσδιορίζεται σε αυτή την περίπτωση ως V0-V.

V0=Αρχική τάση 

V =Τελική τάση 

Το σύμβολο V0-V δείχνει τη διαφορά μεταξύ του ενσωματωμένου και του εφαρμοζόμενου δυναμικού. Όταν εφαρμόζεται χαμηλή τάση, μόνο ένας περιορισμένος αριθμός φορέων ρεύματος μπορεί να περάσει από τη διασταύρωση. Η αύξηση του εφαρμοζόμενου δυναμικού κατά ένα σημαντικό ποσό θα έχει ως αποτέλεσμα μεγαλύτερη μείωση του ύψους του φράγματος και, κατά συνέπεια, αύξηση του αριθμού των φορέων ρεύματος που διασχίζουν τη διασταύρωση. Στην περίπτωση της πόλωσης προς τα εμπρός, όταν εφαρμόζεται τάση από p έως n, το μήκος της εξάντλησης αρχίζει να μειώνεται, λόγω του ηλεκτρικού δυναμικού της μπαταρίας.

Δίοδος σύνδεσης P-n με αντίστροφη πόλωση

Η αντίστροφη πόλωση συμβαίνει όταν ο θετικός ακροδέκτης της μπαταρίας είναι συνδεδεμένος στην πλευρά n της διόδου. Ο αρνητικός ακροδέκτης συνδέεται με την πλευρά p της διόδου. Δηλαδή, εφαρμόζεται μια εξωτερική τάση κατά μήκος της διόδου ημιαγωγών σε αντίστροφη κατεύθυνση

Όταν τοποθετείται εξωτερική τάση κατά μήκος της διόδου, το συνολικό φράγμα τάσης αυξάνεται (V0+V).

V0 =Αρχική τάση 

V =Τελική τάση 

Η ζώνη εξάντλησης έχει επίσης γίνει πιο ολοκληρωμένη. Κατά συνέπεια, η κίνηση των φορέων από τη μια πλευρά της διόδου στην άλλη μειώνεται σημαντικά. Όλα τα ηλεκτρόνια που αναδύονται από τη Ν πλευρά του ημιαγωγού θα οδηγηθούν προς την κατεύθυνση του θετικού ακροδέκτη της μπαταρίας. Οι οπές θα απομακρυνθούν από τη διασταύρωση με τον αρνητικό ακροδέκτη συνδεδεμένο.

Χαρακτηριστικά V-I της διόδου σύνδεσης P-n

Η σχέση μεταξύ της τάσης στη διασταύρωση και του ρεύματος μέσω του κυκλώματος καθορίζει τα χαρακτηριστικά Volt-Ampere (V-I) μιας διόδου σύνδεσης P-n.

Η τάση μετριέται συνήθως κατά μήκος του άξονα x, ενώ το ρεύμα μετράται κατά μήκος του άξονα y.

Από το γράφημα, φαίνεται ότι η δίοδος έχει τρεις διακριτούς τρόπους λειτουργίας, οι οποίοι είναι οι εξής:

• Μηδενική προκατάληψη
• Προκατάληψη προς τα εμπρός
• Αντίστροφη προκατάληψη
• Επειδή δεν παρέχεται εξωτερική τάση ενώ η δίοδος διασταύρωσης p-n λειτουργεί με μηδενική πόλωση. Το φράγμα δυναμικού στη διασταύρωση θεωρείται ότι είναι κλειστό, εμποδίζοντας το ρεύμα να ρέει μέσω της συσκευής.
• Κατά τη λειτουργία προώθησης πόλωσης της διόδου σύνδεσης p-n, ο θετικός ακροδέκτης της εξωτερικής τάσης συνδέεται με τον τύπο p και ο αρνητικός ακροδέκτης συνδέεται με τον τύπο n η συσκευή. Μια μείωση του φραγμού δυναμικού συμβαίνει όταν η δίοδος τοποθετείται με αυτόν τον τρόπο. Όταν η τάση που εφαρμόζεται στις διόδους πυριτίου είναι 0,7 V και η τάση που εφαρμόζεται στις διόδους γερμανίου είναι 0,3 V, τα εμπόδια δυναμικού καταρρέουν και ρέει ρεύμα.
• Όταν η δίοδος βρίσκεται σε πόλωση προώθησης, το ρεύμα προχωρά αργά και η καμπύλη που εμφανίζεται όταν η τάση που παρέχεται στη δίοδο υπερβαίνει το φράγμα δυναμικού είναι μη γραμμική. Όταν η δίοδος βρίσκεται σε αντίστροφη πόλωση, το ρεύμα αυξάνεται γρήγορα. Μόλις η δίοδος περάσει πάνω από το φράγμα του δυναμικού, συνήθως συμπεριφέρεται. Η καμπύλη ανεβαίνει γρήγορα καθώς αυξάνεται η εξωτερική τάση, με αποτέλεσμα μια γραμμική καμπύλη στην τάση εξόδου.
• Όσο η δίοδος σύνδεσης PN είναι υπό αρνητική πόλωση, ο τύπος p συνδέεται με τον αρνητικό ακροδέκτη της εξωτερικής τάσης και ο τύπος n συνδέεται στον θετικό ακροδέκτη της εξωτερικής τάσης. Ως αποτέλεσμα, η πιθανότητα να συναντήσετε ένα μπλοκ έχει αυξηθεί. Για σύντομο χρονικό διάστημα, εμφανίζεται αντίστροφο ρεύμα κορεσμού λόγω μειοψηφίας στη διεπαφή.

Δίοδος ημιαγωγών σε μια ποικιλία εφαρμογών

Ακολουθούν μερικά παραδείγματα για το πώς χρησιμοποιούνται οι δίοδοι ημιαγωγών:

• Η δίοδος ανορθωτή είναι μια συσκευή ημιαγωγών που χρησιμοποιείται για την ανόρθωση εναλλασσόμενου ρεύματος.
• Η δίοδος Zener είναι μια ηλεκτρική συσκευή που χρησιμοποιείται για τη σταθεροποίηση του ρεύματος και της τάσης σε ηλεκτρονικά κυκλώματα.
• Η φωτοδίοδος εκτελεί τη λειτουργία ενός φωτοανιχνευτή.
• Η δίοδος μεταγωγής είναι μια συσκευή που χρησιμοποιείται για τη γρήγορη μετάβαση μεταξύ δύο διαφορετικών καταστάσεων.
• Το φάσμα του υπέρυθρου φωτός εκπέμπεται από LED, που είναι ηλεκτρονικές συσκευές.
• Η χρήση διόδου μεταβλητής χωρητικότητας κατά την εφαρμογή τάσης σε αντίστροφη πόλωση είναι μια εξαιρετική επιλογή.

Συμπέρασμα

Η δίοδος σύνδεσης P-n, η οποία κατατάσσεται τρίτη σε δημοτικότητα μετά από αντιστάσεις και πυκνωτές, είναι ένα από τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα ηλεκτρικά εξαρτήματα. Η δίοδος σύνδεσης P-n είναι το πιο θεμελιώδες είδος διόδου ημιαγωγών. Χρησιμοποιείται σε διάφορες εφαρμογές ανόρθωσης για επίπεδα ρεύματος, μεγάλα και μικρά, καθώς και για επίπεδα υψηλής και χαμηλής τάσης. Αυτή η συσκευή ημιαγωγών έχει ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών σε όλους τους τύπους σχεδίων ηλεκτρονικών κυκλωμάτων, συμπεριλαμβανομένων των τροφοδοτικών.

Η διασταύρωση P-n έχει το βασικό χαρακτηριστικό ότι επιτρέπει στα ηλεκτρόνια να ταξιδεύουν μόνο προς μία κατεύθυνση, κάτι που είναι πολύτιμο. Επειδή το ρεύμα αποτελείται από μια ροή ηλεκτρονίων, το ρεύμα επιτρέπεται να ταξιδεύει μόνο με έναν τρόπο κατά μήκος της δομής και εμποδίζεται να ρέει προς την άλλη κατεύθυνση κατά μήκος της διασταύρωσης.