Χαρακτηριστικά I – V
Η σχέση μεταξύ του ρεύματος που διαρρέει τη δίοδο και της τάσης λόγω της εφαρμοζόμενης τάσης σε πόλωση προς τα εμπρός και αντίστροφη πόλωση φαίνεται με ένα γράφημα. Έτσι, η εμφάνιση της τάσης και του ρεύματος της διόδου μέσω του γραφήματος ονομάζεται χαρακτηριστικά VI της διόδου.
Η δίοδος σύνδεσης PN κατασκευάζεται συνδυάζοντας p και έναν ημιαγωγό τύπου n με δύναμη αποκλεισμού μεταξύ των δύο ημιαγωγών. Η τιμή του μπροστινού ρεύματος εξαρτάται από την ποσότητα της μπροστινής τάσης που έχει άμεση σχέση μεταξύ των δύο. Αυτή η σχέση ονομάζεται I-V Χαρακτηριστικά του PN Junction.
Συνθήκες πόλωσης για τη δίοδο σύνδεσης p-n
Σε μια δίοδο σύνδεσης p-n, υπάρχουν δύο ενεργές περιοχές:
Τύπος P
Τύπος N
Η τάση που εφαρμόζεται καθορίζει μία από τις τρεις συνθήκες πόλωσης για διόδους σύνδεσης p-n:
Προώθηση προς τα εμπρός:Η διασταύρωση p-n λέγεται ότι είναι πολωμένη προς τα εμπρός όταν ο τύπος p συνδέεται στον θετικό πόλο της μπαταρίας και ο τύπος n στον αρνητικό πόλο .
Αντίστροφη πόλωση:Η διασταύρωση p-n είναι αντίστροφη πόλωση όταν ο τύπος p συνδέεται στον αρνητικό πόλο της μπαταρίας και ο τύπος n συνδέεται στη θετική πλευρά .
Μηδενική προκατάληψη:Η δίοδος σύνδεσης p-n δεν εκτίθεται σε καμία εξωτερική τάση.
Χαρακτηριστικά V-I της διόδου σύνδεσης p-n
Μια καμπύλη μεταξύ της τάσης και του ρεύματος μέσω του κυκλώματος καθορίζει τις ιδιότητες V-I των διόδων σύνδεσης P-N. Ο άξονας x αντιπροσωπεύει την τάση, ενώ ο άξονας y αντιπροσωπεύει το ρεύμα. Ας υποθέσουμε ότι τα χαρακτηριστικά V-I της διόδου σύνδεσης p-n απεικονίζονται σε ένα γράφημα. μπορούμε να δούμε ότι η δίοδος λειτουργεί σε τρεις διαφορετικές ζώνες, οι οποίες είναι:
1. Μηδενική προκατάληψη
Δεν παρέχεται εξωτερική τάση στη διασταύρωση p-n σε κατάσταση μηδενικής πόλωσης,
Σαν αποτέλεσμα, το φράγμα δυναμικού στη διασταύρωση εμποδίζει τη ροή ρεύματος.
Σαν αποτέλεσμα, όταν V =0, το ρεύμα του κυκλώματος είναι μηδέν.
2. Προώθηση μεροληψίας
Ο τύπος p της μπροστινής πόλωσης σύνδεσης p-n συνδέεται με τον θετικό ακροδέκτη της εξωτερικής τάσης, ενώ ο τύπος n συνδέεται στον αρνητικό ακροδέκτη.
Ως αποτέλεσμα, το πιθανό εμπόδιο ελαχιστοποιείται.
Το μπροστινό χαρακτηριστικό V-I της διόδου σύνδεσης P-N δείχνει ότι το ρεύμα αυξάνεται εξαιρετικά αργά στην αρχή. Η καμπύλη είναι μη γραμμική επειδή η εξωτερική τάση που παρέχεται στη διασταύρωση p-n χρησιμοποιείται για να ξεπεραστεί το φράγμα δυναμικού σε αυτήν την περιοχή.
Το φράγμα δυναμικού αφαιρείται μόλις η εξωτερική τάση ξεπεράσει την πιθανή τάση φραγμού και η διασταύρωση p-n λειτουργεί όπως ένας συνηθισμένος αγωγός. Ως αποτέλεσμα, η καμπύλη ΑΒ ανεβαίνει σημαντικά καθώς αυξάνεται η εξωτερική τάση, η οποία είναι σχεδόν γραμμική.
3. Αντίστροφη προκατάληψη
Ο τύπος p της διασταύρωσης p-n συνδέεται στον αρνητικό ακροδέκτη της εξωτερικής τάσης, ενώ ο τύπος n συνδέεται στον θετικό ακροδέκτη.
Ως αποτέλεσμα, το δυνητικό εμπόδιο στη διασταύρωση ενισχύεται.
Η αντίσταση της διασταύρωσης αυξάνεται σε εξαιρετικά υψηλό επίπεδο και ουσιαστικά δεν ρέει ρεύμα μέσω του κυκλώματος.
Στην πράξη, ωστόσο, ένα πολύ μέτριο ρεύμα της τάξης των μικρο-αμπέρ διασχίζει το κύκλωμα. Λόγω των μειοψηφικών φορέων στη διασταύρωση, αυτό είναι γνωστό ως ρεύμα αντίστροφου κορεσμού.
Ανάλυση Zener
Όταν εφαρμόζεται η τάση αντίστροφης πόλωσης στους ακροδέκτες pn, η περιοχή εξάντλησης αρχίζει να αυξάνεται. Ως αποτέλεσμα, δημιουργούνται περισσότερα ηλεκτρόνια και οπές.
Αυτά τα ηλεκτρόνια και οι οπές παράγουν ένα πολύ ισχυρό ηλεκτρικό πεδίο κατά μήκος της διασταύρωσης της διόδου. Το μέγεθος του ηλεκτρικού πεδίου θα εξαρτηθεί από το μέγεθος της εφαρμοζόμενης αντίστροφης τάσης.
Το ηλεκτρικό πεδίο ασκεί μια δύναμη ηλεκτρονίων που υπάρχει στη ζώνη σθένους. Αυτό θα εισέλθει στη ζώνη αγωγιμότητας και θα ξεκινήσει η διαδικασία αγωγής.
Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται καταστροφή Zener.
Βλάβη χιονοστιβάδας
Τα ελεύθερα ηλεκτρόνια κινούνται κατά μήκος της περιοχής εξάντλησης της διόδου. Έχουν ταχύτητα και τα ηλεκτρόνια αποκτούν κινητική ενέργεια. Λόγω της παρουσίας της ταχύτητας, οι φορείς μειοψηφίας κινούνται τυχαία μέσα στη δίοδο. Συγκρούεται με ακίνητα ηλεκτρόνια που συγκρατούνται στο άτομο μέσω ομοιοπολικού δεσμού.
Ο ομοιοπολικός δεσμός σπάει από δεσμευμένα ηλεκτρόνια και ξεκινά η διαδικασία αγωγής. Τα ηλεκτρόνια μεταφέρουν την κινητική ενέργεια σε ακίνητα ηλεκτρόνια που τα κάνει να κινούνται. Καθώς το μέγεθος της αντίστροφης τάσης πόλωσης αυξάνεται, η ενέργεια αυξάνεται. Η προκύπτουσα σύγκρουση παράγει ένα ρεύμα, το οποίο προκαλεί τη διάσπαση της διόδου.
Αυτή η ανάλυση ονομάζεται ανάλυση χιονοστιβάδας.
Προώθηση ρεύματος στη διασταύρωση PN
Όταν η τάση της μπαταρίας εφαρμόζεται εκεί στον μπροστινό κόμβο πόλωσης, θα ρέει σταθερό ρεύμα μέσω αυτής της διασταύρωσης.
Αντίστροφο ρεύμα στη διασταύρωση pn
Όταν μια διασταύρωση pn βρίσκεται ταυτόχρονα σε μια μπαταρία, καθώς η περιοχή τύπου n της συνδέεται με τη θετική ισχύ της μπαταρίας και η περιοχή τύπου p συνδέεται με την αρνητική ισχύ της μπαταρίας, τότε η Η διασταύρωση pn λέγεται ότι βρίσκεται σε κατάσταση αντίστροφης πόλωσης. Στην ιδανική περίπτωση, δεν ρέει ρεύμα μέσω της διασταύρωσης.
Συμπέρασμα
Η ικανότητα της διόδου να λειτουργεί ως δύο ξεχωριστές αλλά εξίσου αποτελεσματικές συσκευές την καθιστά ένα πολύ ευέλικτο εξάρτημα. Τα διάφορα είδη εφέ πόλωσης διόδου σάς παρέχουν πλήρη επιλογή σχετικά με τη λειτουργία που θα εκτελέσει η δίοδος στο σχεδιασμό του κυκλώματος σας. Η χρήση της πόλωσης προς τα εμπρός και προς τα πίσω δίνει στον σχεδιαστή του κυκλώματος πλήρη έλεγχο της λειτουργίας της διόδου.
Σημειώσεις υλικού μελέτης σχετικά με τα χαρακτηριστικά 1-V σε πόλωση προς τα εμπρός και προς τα πίσω, μπορούμε να καταλάβουμε ότι μια δίοδος σύνδεσης PN οδηγεί το ρεύμα μόνο προς μία κατεύθυνση - δηλαδή κατά τη διάρκεια της πόλωσης προς τα εμπρός. Κατά τη διάρκεια της πόλωσης προς τα εμπρός, η δίοδος μεταφέρει ρεύμα με αύξηση της τάσης. Κατά τη διάρκεια της αντίστροφης πόλωσης, η δίοδος δεν φέρεται με αύξηση της τάσης.
