LA Diodă de joncțiune P-N este format prin doparea unei fețe a unei bucăți de siliciu cu un dopant de tip P (Boran) și pe cealaltă parte cu un dopant de tip N (fosfor). Poate fi folosit Ge în locul siliconului. Dioda de joncțiune P-N este un dispozitiv cu două terminale. Aceasta este construcția de bază a diodei de joncțiune P-N. Este unul dintre cele mai simple dispozitive semiconductoare, deoarece permite curentului să curgă într-o singură direcție.Dioda nu se comportă liniar față de tensiunea aplicată și are o relație exponențială V-I.

Ce este o diodă de joncțiune P-N?

O diodă de joncțiune P-N este o bucată de siliciu care are două terminale. Unul dintre terminale este dopat cu material de tip P, iar celălalt cu material de tip N. Joncțiunea P-N este elementul de bază pentru diodele semiconductoare. O diodă semiconductoare facilitează fluxul de electroni complet într-o singură direcție - care este funcția principală a diodei semiconductoare. Poate fi folosit și ca redresor.

P-N Junction

Teoria diodei de joncțiune PN

Există două regiuni de operare: tip P și tip N. Și pe baza tensiunii aplicate, există trei condiții posibile de „polarizare” pentru dioda de joncțiune P-N, care sunt după cum urmează:

Zero Bias - Nu se aplică tensiune externă diodei de joncțiune PN.
Înainte părtinire - Potențialul de tensiune este conectat pozitiv la terminalul de tip P și negativ la terminalul de tip N al diodei.
Bias invers - Potențialul de tensiune este conectat negativ la terminalul de tip P și pozitiv la terminalul de tip N al diodei.

Stare zero părtinitoare

În acest caz, nu se aplică tensiune externă diodei de joncțiune P-N și, prin urmare, electronii se difuzează către partea P și simultan găurile se difuzează spre partea N prin joncțiune și apoi se combină între ele. Datorită acestui fapt, un câmp electric este generat de acești purtători de sarcină. Câmpul electric se opune difuzării în continuare a purtătorilor încărcați, astfel încât să nu existe mișcare în regiunea mijlocie. Această regiune este cunoscută sub numele de lățime de epuizare sau încărcare spațială.

Stare imparțială

Înainte părtinire

În condiția de polarizare directă, borna negativă a bateriei este conectată la materialul de tip N și borna pozitivă a bateria este conectat la materialul de tip P. Această conexiune este, de asemenea, numită ca dând tensiune pozitivă. Electronii din regiunea N traversează joncțiunea și intră în regiunea P. Datorită forței de atracție care este generată în regiunea P, electronii sunt atrași și se deplasează spre terminalul pozitiv. Simultan, găurile sunt atrase de borna negativă a bateriei. Prin mișcarea electronilor și a găurilor curge curent. În această condiție, lățimea regiunii de epuizare scade datorită reducerii numărului de ioni pozitivi și negativi.

Condiție de prejudecată înainte

Caracteristici V-I

Prin furnizarea de tensiune pozitivă, electronii obțin suficientă energie pentru a depăși bariera potențială (stratul de epuizare) și traversează joncțiunea și același lucru se întâmplă și cu găurile. Cantitatea de energie necesară de către electroni și găuri pentru traversarea joncțiunii este egală cu potențialul de barieră 0,3 V pentru Ge și 0,7 V pentru Si, 1,2 V pentru GaAs. Acest lucru este, de asemenea, cunoscut sub numele de cădere de tensiune. Căderea de tensiune pe diodă apare din cauza rezistenței interne. Acest lucru poate fi observat în graficul de mai jos.

Particularitate directă V-I Caracteristici

Bias invers

În condiția de polarizare directă, terminalul negativ al bateriei este conectat la materialul de tip N, iar terminalul pozitiv al bateriei este conectat la materialul de tip P. Această conexiune este cunoscută și sub denumirea de tensiune pozitivă. Prin urmare, câmpul electric datorat atât straturii de tensiune cât și de epuizare se află în aceeași direcție. Acest lucru face ca câmpul electric să fie mai puternic decât înainte. Datorită acestui câmp electric puternic, electronii și găurile doresc mai multă energie pentru a traversa joncțiunea, astfel încât să nu poată difuza în regiunea opusă. Prin urmare, nu există curent de curent din cauza lipsei de mișcare a electronilor și a găurilor.

Stratul de epuizare în condiții de polarizare inversă

Electronii din semiconductorul de tip N sunt atrași către terminalul pozitiv, iar găurile din semiconductorul de tip P sunt atrase către terminalul negativ. Acest lucru duce la reducerea numărului de electroni de tip N și de găuri de tip P. În plus, se creează ioni pozitivi în regiunea de tip N, iar ioni negativi sunt creați în regiunea de tip P.

Diagrama circuitului pentru polarizarea inversă

Prin urmare, lățimea stratului de epuizare este crescută datorită numărului tot mai mare de ioni pozitivi și negativi.

Caracteristici V-I

Datorită energiei termice din cristal se produc purtători minoritari. Purtătorii minoritari înseamnă o gaură în materialul de tip N și electroni în materialul de tip P. Acești purtători minoritari sunt electronii și găurile împinse spre joncțiunea P-N de terminalul negativ și respectiv terminalul pozitiv. Datorită mișcării purtătorilor minoritari, curge foarte puțin curent, care se află în domeniul nano Ampere (pentru siliciu). Acest curent este numit curent invers de saturație. Saturația înseamnă, după atingerea valorii maxime, se atinge o stare stabilă în care valoarea curentului rămâne aceeași cu creșterea tensiunii.

Mărimea curentului invers este de ordinul nanoamperilor pentru dispozitivele din siliciu. Când tensiunea inversă este mărită dincolo de limită, atunci curentul invers crește drastic. Această tensiune specială care determină schimbarea drastică a curentului invers se numește tensiune de rupere inversă. Defalcarea diodelor are loc prin două mecanisme: defalcare avalanșă și defalcare Zener.

I = IS [exp (qV / kT) -1]
K - Boltzmann Constant
T - Temperatura de joncțiune (K)
(kT / q) Temperatura camerei = 0,026V

De obicei IS este un curent foarte mic aproximativ în 10-17 ... 10-13A

Prin urmare, poate fi scris ca

I = IS [exp (V / 0.026) -1]

Graficul caracteristicilor V-I pentru polarizarea inversă

Aplicații ale diodei de joncțiune PN

Dioda de joncțiune P-N are multe aplicații.

Dioda de joncțiune P-N în configurația inversată este sensibilă la lumină dintr-un interval cuprins între 400nm și 1000nm, care include lumină VISIBILĂ. Prin urmare, poate fi folosit ca fotodiodă.
Poate fi folosit și ca celulă solară.
Condiția de polarizare a joncțiunii P-N este utilizată în toate Aplicații de iluminat cu LED .
Tensiunea pe joncțiunea P-N polarizată este utilizată pentru a crea Senzori de temperatură și tensiunile de referință.
Este folosit în multe circuite redresoare , varactori pentru oscilatoare cu tensiune controlată .

Caracteristicile V-I ale diodei de joncțiune P-N

Graficul va fi modificat pentru diferite materiale semiconductoare utilizat în construcția unei diode de joncțiune P-N. Diagrama de mai jos prezintă modificările.

Comparație cu siliciu, germaniu și arsinidă de galiu

Comparație cu siliciu, germaniu și arsenidă de galiu

“comutator de lumină monopolar ”

Aici este vorba despre Teoria diodei P-N Junction , principiul de funcționare și aplicațiile sale. Credem că informațiile furnizate în acest articol vă sunt utile pentru o mai bună înțelegere a acestui concept. În plus, pentru orice întrebări referitoare la acest articol sau orice ajutor în implementare proiecte electrice și electronice, ne puteți aborda comentând în secțiunea de comentarii de mai jos. Iată o întrebare pentru dvs. - Care este aplicația principală a diodei de joncțiune P-N?

Credite foto: