Диод P-n перехода и его характеристики
В главе 1 – понимание P-n перехода, мы видели, что P-n переход сформирован из p-типа и полупроводника n-типа. Мы также узнали о диффузионном токе, области истощения, токе дрейфа и потенциале барьера.
Если Вы читаете первый раз, просто прочитайте главу о “понимании p-n перехода” еще раз. Как используется P-n переход? Почему ученые создали устройство p-n перехода? Какую проблему это решает? Изучение чего-либо является действительно непредсказуемым, когда мы подвергаем его сомнению .
Попытаемся понять характеристики P-n перехода. Мы знаем, что у p-n перехода есть “потенциал барьера”. Только если мы преодолеваем этот “потенциал барьера”, применяя внешнее напряжение к p-n переходу, мы были бы в состоянии сделать его проведением. Это означает, что ток пройдет через p-n переход, только если мы применяем внешнее напряжение выше, чем “потенциал барьера” p-n перехода. Сетевой ток в p-n переходе — нуль. Чтобы преодолеть барьер p-n перехода, мы должны подать внешнее напряжение по диапазону ( от 5 вольт до 10 вольт), и затем мы узнаем, как ток проходящий через p-n переход, меняется в зависимости от увеличения уровней напряжения. Чтобы подать внешнее напряжение, мы соединяем 2 металлических контакта в двух концах p-n перехода (известный как терминалы); один на p-стороне и другой на n-стороне. P-n переход с двумя металлическими контактами по сути является диодом p-n перехода или полупроводниковый диод.
Диод p-n перехода представлен в рисунке 1. Направление стрелки — направление потока номинального тока (при прямом смещении). Теперь предположим, что подаем внешнее напряжение к диоду p-n перехода. Процесс подачи внешнего напряжения вызывают «смещение». Есть два пути, по которым мы можем сместить диод p-n перехода.
1) Прямое смещение и 2) Обратное смещение
Основное различие между прямым смещением и обратным смещением в направлении подачи внешнего напряжения. Направление внешнего напряжения в обратном смещении противоположно внешнему напряжению в прямом смещении.
Прямое смещение диода PN перехода
Прямое смещение диода р-п перехода очень простое. Вам просто нужно разобрать батарею, значения которых могут изменяться в пределах от (O к V вольт), подключите его положительным выводом к р-области диода р-п перехода, а затем подключите отрицательную клемму аккумулятора к N-стороне PN перехода диода. На этом схема прямого смещения диода p-n перехода завершена.
Теперь все, что нужно сделать, это понять, как диод р-п перехода ведет себя при увеличении уровня напряжения от 0 до, скажем, 10 вольт или 100 вольт. Мы узнали, что если подать внешнее напряжение выше, чем барьер потенциал диода р-п перехода, он начнет проводить ток. Итак, как мы будем изучать поведение PN перехода диода при прямосмещенном состоянии?
Простая коммутационная схема показана ниже, у которого есть диод p-n перехода, батарея (в изображении, которое она не показана как переменная, имеется в виду, что мы говорим о переменном источнике питании), амперметр (в милли ампер-диапазона) и вольтметр.
Примечание: Предположите, что диод p-n перехода сделан из Кремния. Причина — различие в потенциале барьера для диода, сделанного из Германия и Кремния. (Для кремниевого диода – потенциал барьера составляет 0.7 вольта, что же касается Германиевого диода потенциал барьера составляет порядка ~ 0.3 вольта).
Как построить характеристики р-п перехода?
То, что мы собираемся сделать, это, изменять напряжение на диоде, регулируя батарею. Начнем с 0 вольт, затем медленно повышаем 0,1 вольт, 0,2 вольт и так далее до 10 вольт. Записываем показания вольтметра и амперметра каждый раз мы регулируем аккумулятор (с шагом 0,1 В). Наконец после снятия показаний, построим график с значениями напряжения на оси Х и соответствующие показания амперметра на оси Y. Соединив все точки на миллиметровой бумаге, и мы увидим графическое представление, называемое «характеристики диода р-п перехода» или «поведение диода при прямом смещение»
Анализ характеристики диода.
Мы только что нарисовали«график характеристики «, теперь сделаем выводы о поведении p-n перехода диода.
Первое, на что мы должны обратить внимание, это на «потенциальный барьер» — его значение. Из графика мы видим, что диод вообще не проводит ток в начальной стадии. От 0 вольт до 0,7 вольт, мы видим амперметра показывает ноль! Это означает, что диод не проводит через него ток. От 0,7 вольт и выше, диод начал проводить через себя ток, он линейно возрастает с увеличением напряжения батареи. Исходя из этих данных, мы можем сделать вывод:
-барьер потенциала кремниевого диода составляет 0,7 вольта
-диод начинает проводить на 0,7 вольт, а ток через диод линейно возрастает с увеличением напряжения.
Таким образом, это — характеристики прямого смещения диода p-n перехода. Он проводит ток линейно с увеличением напряжения, приложенного к клеммам 2 (при условии, что приложенное напряжение превышает барьер потенциал).
Что происходит внутри диода р-п перехода, при подаче прямого смещения?
Мы видели характеристику диода p-n перехода (его график). Что на самом деле происходит внутри диода при прямом смещении? Мы знаем, что у диода есть область истощения с постоянным потенциалом барьера. У этой области истощения есть определенная ширина, скажем W. Эта ширина будет разной для кремниевого и германиевого диодов. Ширина зависит от типа полупроводника, используемого для создания p-n перехода. Когда мы подаем напряжение на клеммы диода, ширина области истощения начинает уменьшаться. Причина этого в прямом смещении, мы применяем напряжение в направлении противоположном потенциалу барьера. Известно, р-сторона диода соединена с положительным и n-сторона диода подключена к отрицательному полюсу батареи. Таким образом, электроны n получают толчок к соединению (силой отталкивания) и дырки р получают толчок к переходу. Когда приложенное напряжение увеличивается от 0 вольт до 0.7 вольт, ширина области истощения уменьшает значение‘W’ и обнуляется. Это означает, что область истощения исчезает при напряжении в 0.7 вольт.