TO P-N ühendusdiood moodustub ränitüki ühe külje dopinguga P-tüüpi lisandi (Boraan) ja teise külje N-tüüpi lisandi (fosfor) lisamisega. Räni asemel võib kasutada ge. Pöörddiood P-N on kahe terminaliga seade. See on ristmiku dioodi P-N põhikonstruktsioon. See on üks lihtsamaid pooljuhtseadmeid, kuna see võimaldab voolu voolata ainult ühes suunas. Diood ei käitu rakendatud pinge suhtes lineaarselt ja sellel on eksponentsiaalne V-I suhe.

Mis on P-N ristmiku diood?

P-N ristmikdiood on ränitükk, millel on kaks klemmi. Üks klemmidest on legeeritud P-tüüpi ja teine N-tüüpi materjaliga. P-N ristmik on pooljuhtdioodide põhielement. Pooljuhtdiood hõlbustab elektronide voogu täielikult ainult ühes suunas - see on pooljuhtdioodi peamine ülesanne. Seda saab kasutada ka alaldina.

P-N ristmik

PN-ühendusdioodi teooria

Toimimispiirkondi on kaks: P-tüüpi ja N-tüüpi. Ja rakendatud pinge põhjal on P-N ühendusdioodil kolm võimalikku 'kallutamise' tingimust, mis on järgmised:

Zero Bias - PN-dioodi välist pinget ei rakendata.
Edasi kallutatud - Pinge potentsiaal on positiivselt ühendatud P-tüüpi klemmiga ja negatiivselt dioodi N-tüüpi klemmiga.
Tagurpidi kallutamine - Pinge potentsiaal on ühendatud negatiivselt P-tüüpi klemmiga ja positiivselt N-tüüpi klemmiga.

Nulli kallutatud seisund

Sellisel juhul ei rakendata P-N ristmiku dioodile välist pinget ja seetõttu difundeeruvad elektronid P-poolele ja samaaegselt difundeeruvad augud ristmiku kaudu N-poole suunas ja ühenduvad seejärel omavahel. Seetõttu tekitavad need laengukandjad elektrivälja. Elektriväli on vastu laetud kandjate edasisele difusioonile, nii et keskpiirkonnas ei toimuks liikumist. Seda piirkonda tuntakse tühjenemise laiuse või ruumilaenguna.

Erapooletu seisund

Edasi kallutatud

Eelsuunalise seisundi korral on aku negatiivne klemm ühendatud N-tüüpi materjaliga ja positiivse klemmiga aku on ühendatud P-tüüpi materjaliga. Seda ühendust nimetatakse ka positiivset pinget andvaks. N-piirkonna elektronid ristuvad ristmikust ja sisenevad P-piirkonda. P-piirkonnas tekkiva atraktiivse jõu tõttu tõmbuvad elektronid ligi ja liiguvad positiivse klemmi suunas. Samal ajal tõmbavad augud aku negatiivse klemmi külge. Elektronide ja aukude liikumise kaudu voolab vool. Selles seisundis väheneb ammendumispiirkonna laius positiivsete ja negatiivsete ioonide arvu vähenemise tõttu.

Edasi kallutatud seisund

V-I omadused

Toites positiivset pinget, saavad elektronid piisavalt energiat potentsiaalse tõkke (ammendumiskihi) ületamiseks ja ristmiku ületamiseks ning sama juhtub ka aukudega. Ristmiku ületamiseks elektronide ja aukude jaoks vajalik energia hulk on võrdne barjääripotentsiaaliga 0,3 V Ge jaoks ja 0,7 V Si jaoks, 1,2 V GaAs jaoks. Seda tuntakse ka kui pingelangust. Pinge langus dioodil toimub sisemise takistuse tõttu. Seda võib jälgida alloleval graafikul.

Edasi kallutatud V-I omadused

Tagurpidi kallutamine

Ettepoole suunatud kallutamise korral on aku negatiivne klemm ühendatud N-tüüpi materjaliga ja aku positiivne klemm P-tüüpi materjaliga. Seda ühendust nimetatakse ka positiivse pinge andmiseks. Seega on nii pingest kui ka tühjenemiskihist tingitud elektriväli ühes suunas. See muudab elektrivälja senisest tugevamaks. Selle tugeva elektrivälja tõttu soovivad elektronid ja augud ristmiku ületamiseks rohkem energiat, nii et nad ei saaks difundeerida vastupidises piirkonnas. Seega puudub voolu vool elektronide ja aukude vähese liikumise tõttu.

Tühjenduskiht vastupidises kallutatud olekus

N-tüüpi pooljuhi elektronid tõmbuvad positiivse klemmi poole ja P-tüüpi pooljuhi augud negatiivsesse klemmi. See viib N-tüüpi ja aukude P-tüüpi elektronide arvu vähenemiseni. Lisaks sellele luuakse positiivsed ioonid N-tüüpi piirkonnas ja negatiivsed ioonid P-tüüpi piirkonnas.

Pöördbiaseeringu skeem

Seetõttu suureneb ammendumiskihi laius positiivsete ja negatiivsete ioonide arvu suurenemise tõttu.

V-I omadused

Seoses soojusenergiaga kristallides tekivad vähemuskandjad. Vähemusekandjad tähendavad auku N-tüüpi materjalis ja elektrone P-tüüpi materjalis. Need vähemuskandjad on elektronid ja augud, mille P-N ristmiku suunas suruvad vastavalt negatiivne klemm ja positiivne klemm. Vähemusekandjate liikumise tõttu voolab väga vähe voolu, mis on nanoamperite vahemikus (räni jaoks). Seda voolu nimetatakse vastupidiseks küllastusvooluks. Küllastus tähendab, et pärast maksimaalse väärtuse saavutamist saavutatakse püsiv seisund, kus praegune väärtus jääb pinge suurenemisel samaks.

Pöördvoolu suurus on räniseadmete nanoamprites. Kui vastupidist pinget suurendatakse üle piiri, suureneb vastupidine vool drastiliselt. Seda konkreetset pinget, mis põhjustab vastupidise voolu järsu muutuse, nimetatakse vastupidiseks purunemispingeks. Dioodide lagunemine toimub kahe mehhanismi abil: laviini ja Zeneri lagunemine.

I = IS [eksp (qV / kT) -1]
K - Boltzmanni konstant
T - ristmiku temperatuur (K)
(kT / q) Toatemperatuur = 0,026V

Tavaliselt on IS väga väike vool umbes 10–17… 10–13 A

Seetõttu võib selle kirjutada järgmiselt

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

V-I omaduste graafik vastupidise eelarvamuse jaoks

PN-ristmiku dioodi rakendused

Pöörddioodil P-N on palju rakendusi.

Tagurpidi kallutatud konfiguratsioonis P-N ristmikdiood on valgustundlik vahemikus 400–1000 nm, mis hõlmab ka NÄHTAVAT valgust. Seetõttu saab seda kasutada fotodioodina.
Seda saab kasutada ka päikesepatareina.
Kõigis kasutatakse P-N ristmiku ettepoole kallutamise tingimust LED-valgustuse rakendused .
Loomiseks kasutatakse pinget P-N ristmikul kallutatud Temperatuuriandurid ja võrdluspinged.
Seda kasutatakse paljudes vooluringides alaldid , varaktorid pingega juhitavad ostsillaatorid .

V-I ühenduskoha dioodi omadused

Graafikut muudetakse erinevate jaoks pooljuhtmaterjalid kasutatakse P-N ristmikdioodi ehitamisel. Alloleval skeemil on kujutatud muudatused.

Võrdlus räni, geraaniumi ja galliumarsiniidiga

Võrdlus räni, germaaniumi ja galliumarseniidiga

“sisse- ja väljalülitusskeem ”

See kõik on seotud P-N Junction dioodi teooria , tööpõhimõte ja selle rakendused. Usume, et selles artiklis toodud teave on teile selle kontseptsiooni paremaks mõistmiseks abiks. Lisaks sellele, kui teil on selle artikliga seotud küsimusi või abi rakendamisel elektri- ja elektroonikaprojektid, võite pöörduda meie poole, kommenteerides allolevas kommentaaride jaotises. Siin on teile küsimus - mis on P-N ristmikdioodi peamine rakendus?

Foto autorid: