TILL P-N-kopplingsdiod bildas genom att dopa ena sidan av en kiselbit med ett P-typ dopmedel (Boran) och den andra sidan med ett N-typ dopmedel (fosfor) .Ge kan användas istället för kisel. P-N-korsningsdioden är en tvåterminalenhet. Detta är grundkonstruktionen för P-N-korsningsdioden. Det är en av de enklaste halvledaranordningarna eftersom den tillåter ström att flyta bara i en riktning. Dioden beter sig inte linjärt med avseende på den applicerade spänningen och den har ett exponentiellt V-I-förhållande.

Vad är en P-N-korsningsdiod?

En P-N-korsningsdiod är en kiselbit som har två terminaler. En av terminalerna är dopad med material av P-typ och den andra med material av N-typ. P-N-korsningen är grundelementet för halvledardioder. En halvledardiod underlättar flödet av elektroner helt i en riktning - vilket är huvudfunktionen för halvledardioden. Den kan också användas som en likriktare.

P-N korsning

PN-kopplingsdiodsteori

Det finns två driftsregioner: P-typ och N-typ. Och baserat på den applicerade spänningen finns det tre möjliga 'förspänningsförhållanden' för P-N-kopplingsdioden, som är följande:

Zero Bias - Ingen extern spänning appliceras på PN-kopplingsdioden.
Framåt Bias - Spänningspotentialen är positiv ansluten till P-typanslutningen och negativt till N-typanslutningen på dioden.
Omvänd fördom - Spänningspotentialen är negativt ansluten till P-typanslutningen och positivt till N-typanslutningen på dioden.

Noll förspänd tillstånd

I detta fall appliceras ingen extern spänning på P-N-korsningsdioden och därför diffunderar elektronerna till P-sidan och samtidigt hål diffunderar mot N-sidan genom korsningen och kombineras sedan med varandra. På grund av detta genereras ett elektriskt fält av dessa laddningsbärare. Det elektriska fältet motsätter sig ytterligare diffusion av laddade bärare så att det inte finns någon rörelse i mittregionen. Denna region är känd som uttömningsbredd eller rymdladdning.

Ofördelat tillstånd

Framåt Bias

I det främre förspänningsförhållandet är batteriets minuspol ansluten till N-typmaterialet och den positiva polen på batteriet är ansluten till P-typmaterialet. Denna anslutning kallas också för att ge positiv spänning. Elektroner från N-regionen korsar korsningen och går in i P-regionen. På grund av den attraktiva kraften som genereras i P-regionen dras elektronerna till och rör sig mot den positiva terminalen. Samtidigt lockas hålen till batteriets minuspol. Genom rörelse av elektroner och hål strömmar strömmen. I detta tillstånd minskar utarmningsregionens bredd på grund av minskningen av antalet positiva och negativa joner.

Framåt Bias-tillstånd

V-I-egenskaper

Genom att leverera positiv spänning får elektronerna tillräckligt med energi för att övervinna den potentiella barriären (utarmningsskiktet) och korsa korsningen och samma sak händer också med hålen. Mängden energi som krävs av elektronerna och hålen för att korsa korsningen är lika med barriärpotentialen 0,3 V för Ge och 0,7 V för Si, 1,2 V för GaAs. Detta kallas också spänningsfall. Spänningsfallet över dioden uppstår på grund av internt motstånd. Detta kan observeras i nedanstående diagram.

Framåtstyrka V-I-egenskaper

Omvänd fördom

I det främre förspänningsförhållandet är batteriets minuspol ansluten till N-typmaterialet och den positiva polen på batteriet är ansluten till P-typmaterialet. Denna anslutning är också känd som att ge positiv spänning. Därför är det elektriska fältet på grund av både spännings- och utarmningsskiktet i samma riktning. Detta gör det elektriska fältet starkare än tidigare. På grund av detta starka elektriska fält vill elektroner och hål att mer energi ska korsa korsningen så att de inte kan spridas till motsatt region. Därför finns det inget strömflöde på grund av brist på rörelse hos elektroner och hål.

Utarmningsskikt i omvänd förspänt tillstånd

Elektronerna från halvledaren av N-typ dras till den positiva terminalen och hålen från halvledaren av P-typ dras till den negativa terminalen. Detta leder till minskning av antalet elektroner i N-typ och hål i P-typ. Dessutom skapas positiva joner i N-typregionen och negativa joner skapas i P-typregionen.

Kretsschema för omvänd förspänning

Därför ökar utarmningsskiktets bredd på grund av det ökande antalet positiva och negativa joner.

V-I-egenskaper

På grund av termisk energi i kristall produceras minoritetsbärare. Minoritetsbärare betyder ett hål i N-typmaterial och elektroner i P-typmaterial. Dessa minoritetsbärare är elektronerna och hålen som skjuts mot P-N-korsningen av den negativa terminalen respektive den positiva terminalen. På grund av minoritetsbärarnas rörelse flyter en mycket liten ström, som ligger i nano Ampere-intervallet (för kisel). Denna ström kallas omvänd mättnadsström. Mättnad betyder, efter att ha nått sitt maximala värde, uppnås ett stabilt tillstånd där strömvärdet förblir detsamma med ökande spänning.

Omvändströmens storlek är i storleksordningen nano-ampere för kiselanordningar. När backspänningen ökar över gränsen ökar backströmmen drastiskt. Denna speciella spänning som orsakar den drastiska förändringen i omvänd ström kallas omvänd nedbrytningsspänning. Diodfördelning sker genom två mekanismer: Avalanche breakdown och Zener breakdown.

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

Vanligtvis är IS en mycket liten ström ungefär 10-17 …… 10-13A

Därför kan det skrivas som

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

V-I-karaktärsdiagram för omvänd förspänning

Tillämpningar av PN-korsningsdiod

P-N-korsningsdioden har många applikationer.

P-N-korsningsdiod i omvänd förspänd konfiguration är känslig för ljus från ett område mellan 400 nm och 1000 nm, vilket inkluderar SYNLIGT ljus. Därför kan den användas som en fotodiod.
Den kan också användas som solcell.
P-N-korsningens förspänningsförhållande används i alla LED-belysningstillämpningar .
Spänningen över den förspända korsningen används för att skapa Temperatursensorer och referensspänningar.
Det används i många kretsar likriktare , varaktorer för spänningsstyrda oscillatorer .

V-I-egenskaper för P-N-korsningsdiod

Grafen kommer att ändras för olika halvledarmaterial används vid konstruktionen av en P-N-korsningsdiod. Nedanstående diagram visar förändringarna.

Jämförelse med kisel, Germanium och Gallium Arsinide

Jämförelse med kisel, Germanium och Gallium Arsenid

“elektriska intervjufrågor och svar ”

Det här handlar om P-N Junction-diodens teori , arbetsprincip och dess tillämpningar. Vi tror att informationen i den här artikeln är till hjälp för dig för en bättre förståelse av detta koncept. Vidare för frågor angående den här artikeln eller någon hjälp med att implementera el- och elektronikprojekt, Du kan kontakta oss genom att kommentera i kommentarfältet nedan. Här är en fråga till dig - Vad är den huvudsakliga tillämpningen av P-N-korsningsdiod?

Fotokrediter: