TO Dióda prepojenia P-N sa tvorí dopovaním jednej strany kúska kremíka dopantom typu P (Boran) a na druhej strane dopantom typu N (fosfor). Namiesto kremíka sa môže použiť ge. Spojovacia dióda P-N je dvojkoncové zariadenie. Toto je základná konštrukcia spojovacej diódy P-N. Je to jedno z najjednoduchších polovodičových zariadení, pretože umožňuje prúdenie iba v jednom smere. Dióda sa nechová lineárne vzhľadom na použité napätie a má exponenciálny vzťah V-I.

Čo je dióda P-N križovatka?

Spojovacia dióda P-N je kúsok kremíka, ktorý má dva vývody. Jeden z terminálov je dotovaný materiálom typu P a druhý materiálom typu N. Križovatka P-N je základným prvkom pre polovodičové diódy. Polovodičová dióda uľahčuje tok elektrónov úplne iba v jednom smere - čo je hlavná funkcia polovodičovej diódy. Môže sa tiež použiť ako usmerňovač.

Križovatka P-N

Teória diódy PN Junction

Existujú dva operačné regióny: typ P a typ N. A na základe použitého napätia existujú tri možné „predpínacie“ podmienky diódy P-N Junction, ktoré sú nasledujúce:

Zero Bias - Na prechodovú diódu PN nie je pripojené žiadne vonkajšie napätie.
Forward Bias - Napäťový potenciál je kladne spojený so svorkou typu P a záporne so svorkou typu N diódy.
Reverzné skreslenie - Napäťový potenciál je pripojený záporne na svorku typu P a kladne na svorku typu N diódy.

Stav s nulovým skreslením

V tomto prípade nie je na diódu spojenia P-N privedené žiadne vonkajšie napätie, a preto elektróny difundujú na stranu P a otvory súčasne difundujú cez spoj na stranu N a potom sa navzájom kombinujú. Z tohto dôvodu tieto nosiče náboja vytvárajú elektrické pole. Elektrické pole je proti ďalšej difúzii nabitých nosičov, takže v strednej oblasti nedochádza k žiadnemu pohybu. Táto oblasť je známa ako šírka vyčerpania alebo vesmírny náboj.

Nestranný stav

Forward Bias

V stave predpätia je záporný pól batérie pripojený k materiálu typu N a kladný pól batérie batériu je pripojený k materiálu typu P. Toto spojenie sa tiež nazýva kladné napätie. Elektróny z N-regiónu prechádzajú križovatkou a vstupujú do P-regiónu. Vďaka príťažlivej sile, ktorá sa generuje v P-oblasti, sú elektróny priťahované a pohybujú sa smerom ku kladnému pólu. Otvory sú súčasne priťahované k zápornému pólu batérie. Pohybom elektrónov a dier prúdi prúd. V tomto stave sa šírka oblasti vyčerpania zmenšuje v dôsledku zníženia počtu pozitívnych a negatívnych iónov.

Stav skreslenia vpred

Charakteristiky V-I

Dodávaním kladného napätia získavajú elektróny dostatok energie na to, aby prekonali potenciálnu bariéru (vyčerpanú vrstvu) a prešli križovatkou a to isté sa stalo aj s otvormi. Množstvo energie požadovanej elektrónmi a otvormi na prechod križovatkou sa rovná bariérovému potenciálu 0,3 V pre Ge a 0,7 V pre Si, 1,2 V pre GaAs. Toto sa tiež nazýva pokles napätia. Pokles napätia na dióde nastáva v dôsledku vnútorného odporu. Toto je možné pozorovať na nasledujúcom grafe.

Charakteristika predpätia V-I

Reverzné skreslenie

V stave predpätia je záporný pól batérie pripojený k materiálu typu N a kladný pól batérie je pripojený k materiálu typu P. Toto spojenie je tiež známe ako vytváranie kladného napätia. Preto je elektrické pole v dôsledku vrstvy napätia aj vyčerpania v rovnakom smere. Vďaka tomu je elektrické pole silnejšie ako predtým. Vďaka tomuto silnému elektrickému poľu chcú elektróny a otvory viac energie, aby prešli križovatkou, takže nemôžu difundovať do opačnej oblasti. Z tohto dôvodu nedochádza k prúdeniu kvôli nedostatku pohybu elektrónov a dier.

Vyčerpávacia vrstva v stave obráteného predpätia

Elektróny z polovodiča typu N sú priťahované k kladnej svorke a otvory od polovodiča typu P sú priťahované k zápornej svorke. To vedie k zníženiu počtu elektrónov v N-type a otvorov v P-type. Okrem toho sa v oblasti typu N vytvárajú pozitívne ióny a v oblasti typu P sa vytvárajú záporné ióny.

Schéma zapojenia pre reverzné predpätie

Preto sa šírka deplečnej vrstvy zväčšuje v dôsledku zvyšujúceho sa počtu pozitívnych a negatívnych iónov.

Charakteristiky V-I

Vďaka tepelnej energii v kryštáloch sa vyrábajú menšinové nosiče. Menšinové nosiče znamenajú otvor v materiáli typu N a elektróny v materiáli typu P. Týmito menšinovými nosičmi sú elektróny a otvory tlačené smerom k spojeniu P-N zápornou svorkou, respektíve kladnou svorkou. Z dôvodu pohybu menšinových nosičov preteká veľmi malý prúd, ktorý je v rozsahu nano ampérov (pre kremík). Tento prúd sa nazýva reverzný saturačný prúd. Sýtosť znamená, že po dosiahnutí svojej maximálnej hodnoty sa dosiahne ustálený stav, pri ktorom súčasná hodnota zostáva rovnaká so zvyšujúcim sa napätím.

Veľkosť spätného prúdu je rádovo nanoampér pre kremíkové prístroje. Keď sa reverzné napätie zvýši za hranicu, potom sa reverzný prúd drasticky zvýši. Toto konkrétne napätie, ktoré spôsobuje drastickú zmenu spätného prúdu, sa nazýva reverzné rozkladné napätie. K poruche diódy dochádza dvoma mechanizmami: lavínovým a Zenerovým.

I = IS [exp (qV / kT) -1]
K - Boltzmann konštantný
T - teplota spoja (K)
(kT / q) Teplota v miestnosti = 0,026V

Zvyčajne je IS veľmi malý prúd približne v 10-17 …… 10-13A

Preto sa dá napísať ako

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

Graf charakteristík V-I pre spätné skreslenie

Aplikácia PN križovatkovej diódy

Spojovacia dióda P-N má veľa aplikácií.

Prechodová dióda P-N v konfigurácii s reverzným predpätím je citlivá na svetlo v rozmedzí od 400 nm do 1 000 nm, čo zahŕňa VIDITEĽNÉ svetlo. Preto sa dá použiť ako fotodióda.
Môže byť tiež použitý ako solárny článok.
Podmienka predpätia spojenia P-N sa používa vo všetkých Aplikácie LED osvetlenia .
Na vytvorenie sa použije napätie cez predpätie križovatky P-N Snímače teploty a referenčné napätie.
Používa sa v mnohých obvodoch “ usmerňovače , varaktory pre napäťovo riadené oscilátory .

V-I charakteristika prechodovej diódy P-N

Graf sa bude meniť pre rôzne polovodičové materiály použitý pri konštrukcii spojovacej diódy P-N. Na nasledujúcom diagrame sú zobrazené zmeny.

Porovnanie s kremíkom, germániom a gáliom arsinidom

Porovnanie s kremíkom, germániom a gáliom arzenidom

“a alebo nie logické brány ”

Toto je všetko o Teória diódy P-N Junction , pracovný princíp a jeho aplikácie. Veríme, že informácie uvedené v tomto článku sú užitočné pre lepšie pochopenie tohto konceptu. Ďalej v prípade akýchkoľvek otázok týkajúcich sa tohto článku alebo akejkoľvek pomoci pri implementácii elektrické a elektronické projekty, môžete nás kontaktovať komentovaním v sekcii komentárov nižšie. Je tu pre vás otázka - Aká je hlavná aplikácia prechodovej diódy P-N?

Fotografické úvery: