Forståelse om P-N Junction Diode Theory and Working

Prøv Vores Instrument Til At Fjerne Problemer





TIL P-N-forbindelsesdiode er dannet ved at dope den ene side af et stykke silicium med et P-type dopemiddel (Boran) og den anden side med et N-type dopemiddel (phosphor) .Ge kan bruges i stedet for Silicon. P-N-forbindelsesdioden er en to-terminal enhed. Dette er den grundlæggende konstruktion af P-N-krydsdioden. Det er en af ​​de enkleste halvlederanordninger, da det kun tillader strøm at strømme i en retning. Dioden opfører sig ikke lineært med hensyn til den påførte spænding, og den har et eksponentielt V-I-forhold.

Hvad er en P-N-krydsdiode?

En P-krydsdiode er et stykke silicium, der har to terminaler. En af terminalerne er doteret med P-type materiale og den anden med N-type materiale. P-N-krydset er det grundlæggende element for halvlederdioder. En halvlederdiode letter strømmen af ​​elektroner kun i en retning - hvilket er den vigtigste funktion af halvlederdioden. Det kan også bruges som ensretter.




P-N Junction

P-N Junction

PN Junction Diode Theory

Der er to driftsområder: P-type og N-type. Og baseret på den anvendte spænding er der tre mulige 'forspændingsforhold' for P-N-forbindelsesdioden, som er som følger:



Nul bias - Der tilføres ingen ekstern spænding til PN-forbindelsesdioden.
Fremadspænding - Spændingspotentialet er forbundet positivt til P-type terminalen og negativt til N-type terminalen på dioden.
Omvendt bias - Spændingspotentialet er forbundet negativt til P-type terminalen og positivt til N-type terminalen på dioden.

Nul forudindtaget tilstand

I dette tilfælde påføres ingen ekstern spænding på P-N-forbindelsesdioden, og derfor diffunderer elektronerne til P-siden, og huller diffunderer samtidig mod N-siden gennem krydset og kombineres derefter med hinanden. På grund af dette genereres et elektrisk felt af disse ladebærere. Det elektriske felt modsætter sig yderligere diffusion af ladede bærere, så der ikke er nogen bevægelse i det midterste område. Denne region er kendt som udtømningsbredde eller pladsopladning.

Upartisk tilstand

Upartisk tilstand

Fremadspænding

I den forreste forspændingstilstand er den negative terminal på batteriet forbundet til N-typen materiale og den positive terminal på batteriet er tilsluttet P-Type materiale. Denne forbindelse kaldes også for at give positiv spænding. Elektroner fra N-regionen krydser krydset og går ind i P-regionen. På grund af den attraktive kraft, der genereres i P-regionen, tiltrækkes elektronerne og bevæger sig mod den positive terminal. Samtidig tiltrækkes hullerne til batteriets negative terminal. Ved bevægelse af elektroner og huller strømmer strømmen. I denne tilstand aftager bredden af ​​udtømningsområdet på grund af reduktionen i antallet af positive og negative ioner.


Fremad Bias-tilstand

Fremad Bias-tilstand

V-I egenskaber

Ved at levere positiv spænding får elektronerne nok energi til at overvinde den potentielle barriere (udtømningslag) og krydse krydset, og det samme sker også med hullerne. Mængden af ​​energi, der kræves af elektronerne og hullerne til krydsning af krydset, er lig med barrierepotentialet 0,3 V for Ge og 0,7 V for Si, 1,2 V for GaAs. Dette er også kendt som spændingsfald. Spændingsfaldet over dioden opstår på grund af intern modstand. Dette kan observeres i nedenstående graf.

Fremadgående bias V-I Characheristics

Fremadgående bias V-I-egenskaber

Omvendt bias

I fremadrettet tilstand er den negative terminal på batteriet forbundet til N-typen materiale, og den positive terminal på batteriet er forbundet til P-typen materiale. Denne forbindelse er også kendt som at give positiv spænding. Derfor er det elektriske felt på grund af både spændings- og udtømningslaget i samme retning. Dette gør det elektriske felt stærkere end før. På grund af dette stærke elektriske felt vil elektroner og huller have mere energi til at krydse krydset, så de ikke kan diffundere til det modsatte område. Derfor er der ingen strømflow på grund af manglende bevægelse af elektroner og huller.

Udtømningslag i omvendt forspændt tilstand

Udtømningslag i omvendt forspændt tilstand

Elektronerne fra N-typen halvleder tiltrækkes mod den positive terminal, og hullerne fra P-typen halvleder tiltrækkes af den negative terminal. Dette fører til reduktion af antallet af elektroner i N-typen og huller i P-typen. Derudover oprettes positive ioner i regionen N-typen, og negative ioner oprettes i regionen P-typen.

Kredsløbsdiagram for omvendt bias

Kredsløbsdiagram for omvendt bias

Derfor øges udtømningslagbredden på grund af det stigende antal positive og negative ioner.

V-I egenskaber

På grund af termisk energi i krystal produceres mindretalsbærere. Minoritetsbærere betyder et hul i N-type materiale og elektroner i P-type materiale. Disse minoritetsbærere er elektroner og huller, der skubbes mod P-N-krydset af henholdsvis den negative terminal og den positive terminal. På grund af bevægelse af mindretalsbærere strømmer en meget lille strøm, som er i nano Ampere-området (for silicium). Denne strøm kaldes omvendt mætningsstrøm. Mætning betyder, at når den maksimale værdi er nået, nås en stabil tilstand, hvor den aktuelle værdi forbliver den samme med stigende spænding.

Størrelsen af ​​omvendt strøm er i størrelsesordenen nano-ampere for silicium-enheder. Når omvendt spænding øges ud over grænsen, stiger omvendt strøm drastisk. Denne særlige spænding, der forårsager den drastiske ændring i omvendt strøm, kaldes omvendt nedbrydningsspænding. Diodeopdelingen sker ved to mekanismer: Lavineopdeling og Zeneropdeling.

I = IS [exp (qV / kT) -1]
K - Boltzmann Constant
T - Koblingstemperatur (K)
(kT / q) Rumtemperatur = 0,026V

Normalt er IS en meget lille strøm ca. i 10-17 …… 10-13A

Derfor kan det skrives som

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

V-I-karakteristikgraf for omvendt bias

V-I-karakteristikgraf for omvendt bias

Anvendelser af PN-krydsdiode

P-N-forbindelsesdioden har mange anvendelser.

  • P-N-forbindelsesdiode i den omvendte forspændte konfiguration er følsom over for lys fra et område mellem 400 nm og 1000 nm, hvilket inkluderer SYNLIG lys. Derfor kan den bruges som en fotodiode.
  • Det kan også bruges som solcelle.
  • P-N-krydset fremadspændingsbetingelse anvendes i alle LED-belysning applikationer .
  • Spændingen over den forspændte P-N-krydsning bruges til at skabe Temperatursensorer og reference spændinger.
  • Det bruges i mange kredsløb ' ensrettere , varaktorer til spændingsstyrede oscillatorer .

VI-karakteristika for P-N-forbindelsesdiode

VI-karakteristika for P-N-forbindelsesdiode

VI-karakteristika for P-N-forbindelsesdiode

Grafen ændres for forskellige halvledermaterialer anvendt til konstruktionen af ​​en P-krydsdiode. Nedenstående diagram viser ændringerne.

Sammenligning med silicium, Germanium og Gallium Arsinide

Sammenligning med silicium, Germanium og Galliumarsenid

Dette handler om P-N Junction-diodens teori , arbejdsprincippet og dets anvendelser. Vi mener, at oplysningerne i denne artikel er nyttige for dig til en bedre forståelse af dette koncept. Desuden til spørgsmål vedrørende denne artikel eller hjælp til implementering elektriske og elektroniske projekter, du kan henvende dig til os ved at kommentere i kommentarfeltet nedenfor. Her er et spørgsmål til dig - Hvad er hovedanvendelsen af ​​P-N-krydsdiode?

Fotokreditter: