NAAR P-N verbindingsdiode wordt gevormd door de ene kant van een stuk silicium te doteren met een P-type doteermiddel (Boran) en de andere kant met een N-type doteermiddel (fosfor). Ge kan worden gebruikt in plaats van Silicium. De P-N-junctiediode is een apparaat met twee aansluitingen. Dit is de basisconstructie van de P-N junctiediode. Het is een van de eenvoudigste halfgeleiderapparaten omdat het de stroom in slechts één richting laat stromen. De diode gedraagt zich niet lineair ten opzichte van de aangelegde spanning en heeft een exponentiële V-I-relatie.

Wat is een PN-junctiediode?

Een PN-junctiediode is een stuk silicium dat twee aansluitingen heeft. Een van de terminals is gedoteerd met P-type materiaal en de andere met N-type materiaal. De P-N-overgang is het basiselement voor halfgeleiderdiodes. Een halfgeleiderdiode vergemakkelijkt de stroom van elektronen volledig in slechts één richting - wat de hoofdfunctie is van een halfgeleiderdiode. Het kan ook als gelijkrichter worden gebruikt.

P-N-kruising

PN Junction Diode Theory

Er zijn twee operationele regio's: P-type en N-type. En op basis van de toegepaste spanning zijn er drie mogelijke 'voorspanning' -voorwaarden voor de P-N Junction Diode, die als volgt zijn:

Geen bias - Er wordt geen externe spanning aangelegd op de PN-junctiediode.
Voorwaartse bias - Het spanningspotentiaal is positief verbonden met de P-type aansluiting en negatief met de N-type aansluiting van de diode.
Omgekeerde bias - Het spanningspotentiaal is negatief verbonden met de P-type klem en positief met de N-type klem van de diode.

Nul vooringenomen toestand

In dit geval wordt er geen externe spanning aangelegd op de P-N-junctiediode en daarom diffunderen de elektronen naar de P-zijde en tegelijkertijd diffunderen gaten naar de N-zijde door de junctie, en combineren ze dan met elkaar. Hierdoor wordt door deze ladingsdragers een elektrisch veld opgewekt. Het elektrische veld gaat verdere diffusie van geladen dragers tegen zodat er geen beweging in het middengebied is. Dit gebied staat bekend als uitputtingbreedte of ruimtelading.

Onbevooroordeelde toestand

Voorwaartse bias

In de toestand met voorwaartse voorspanning is de negatieve pool van de batterij verbonden met het N-type materiaal en de positieve pool van de batterij is verbonden met het P-Type materiaal. Deze verbinding wordt ook wel positieve spanning genoemd. Elektronen uit het N-gebied kruisen de kruising en komen het P-gebied binnen. Door de aantrekkingskracht die wordt opgewekt in het P-gebied worden de elektronen aangetrokken en bewegen ze naar de positieve pool. Tegelijkertijd worden de gaten naar de minpool van de batterij getrokken. Door de beweging van elektronen en gaten vloeit stroom. In deze toestand neemt de breedte van het uitputtingsgebied af als gevolg van de vermindering van het aantal positieve en negatieve ionen.

Voorwaartse bias conditie

V-I-kenmerken

Door positieve spanning te leveren, krijgen de elektronen genoeg energie om de potentiaalbarrière (depletielaag) te overwinnen en de kruising over te steken en hetzelfde gebeurt ook met de gaten. De hoeveelheid energie die de elektronen en gaten nodig hebben om de kruising te kruisen, is gelijk aan de barrièrepotentiaal 0,3 V voor Ge en 0,7 V voor Si, 1,2 V voor GaAs. Dit wordt ook wel spanningsval genoemd. De spanningsval over de diode treedt op als gevolg van interne weerstand. Dit is te zien in de onderstaande grafiek.

Forward bias V-I Kenmerken

Omgekeerde bias

In de toestand voor voorwaartse voorspanning is de negatieve pool van de batterij verbonden met het N-type materiaal en is de positieve pool van de batterij verbonden met het P-type materiaal. Deze verbinding wordt ook wel het geven van positieve spanning genoemd. Daarom is het elektrische veld als gevolg van zowel de spanning- als de uitputtingslaag in dezelfde richting. Dit maakt het elektrische veld sterker dan voorheen. Vanwege dit sterke elektrische veld willen elektronen en gaten meer energie om de kruising te passeren, zodat ze niet kunnen diffunderen naar het tegenoverliggende gebied. Daarom is er geen stroom vanwege het gebrek aan beweging van elektronen en gaten.

Uitputtingslaag in toestand met omgekeerde voorspanning

De elektronen van de N-type halfgeleider worden naar de positieve pool aangetrokken en de gaten van de P-type halfgeleider worden naar de negatieve pool aangetrokken. Dit leidt tot een vermindering van het aantal elektronen in het N-type en gaten in het P-type. Bovendien worden positieve ionen gecreëerd in het N-type gebied en worden negatieve ionen gecreëerd in het P-type gebied.

Schakelschema voor Reverse bias

Daarom wordt de breedte van de depletielaag vergroot door het toenemende aantal positieve en negatieve ionen.

V-I-kenmerken

Door thermische energie in het kristal worden minderheidsdragers geproduceerd. Minderheidsdragers betekenen een gat in N-type materiaal en elektronen in P-type materiaal. Deze minderheidsdragers zijn de elektronen en gaten die respectievelijk naar de P-N-overgang worden geduwd door de negatieve pool en de positieve pool. Door de beweging van minderheidsdragers vloeit er heel weinig stroom, die zich in het bereik van nano Ampère (voor silicium) bevindt. Deze stroom wordt omgekeerde verzadigingsstroom genoemd. Verzadiging betekent dat na het bereiken van de maximale waarde een stabiele toestand wordt bereikt waarin de stroomwaarde hetzelfde blijft bij toenemende spanning.

De omvang van tegenstroom is in de orde van grootte van nano-ampère voor siliciumapparaten. Wanneer de sperspanning boven de limiet wordt verhoogd, neemt de sperstroom drastisch toe. Deze specifieke spanning die de drastische verandering in tegenstroom veroorzaakt, wordt omgekeerde doorslagspanning genoemd. Diode-uitval vindt plaats door twee mechanismen: lawinedoorslag en zener-uitval.

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

Gewoonlijk is IS een zeer kleine stroom van ongeveer 10-17 …… 10-13A

Daarom kan het worden geschreven als

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

V-I karakteristieke grafiek voor omgekeerde bias

Toepassingen van PN-junctiediode

De P-N junctiediode kent vele toepassingen.

P-N junctiediode in de tegengestelde configuratie is gevoelig voor licht van een bereik tussen 400 nm tot 1000 nm, inclusief ZICHTBAAR licht. Daarom kan het worden gebruikt als fotodiode.
Hij kan ook als zonnecel worden gebruikt.
P-N-overgang voorwaartse voorspanning wordt in alle gevallen gebruikt LED-verlichtingstoepassingen
De spanning over de vooringenomen P-N-overgang wordt gebruikt om te creëren Temperatuursensoren en referentiespanningen.
Het wordt in veel circuits gebruikt ' gelijkrichters , varactors voor spanningsgestuurde oscillatoren

V-I Kenmerken van P-N-junctiediode

De grafiek wordt gewijzigd voor verschillende halfgeleidermaterialen gebruikt bij de constructie van een PN-junctiediode. Het onderstaande diagram geeft de veranderingen weer.

Vergelijking met silicium, germanium en galliumarsinide

Vergelijking met silicium, germanium en galliumarsenide

“waar worden reostaten voor gebruikt? ”

Dit gaat allemaal over de De theorie van de P-N Junction diode , werkingsprincipe en zijn toepassingen. Wij zijn van mening dat de informatie in dit artikel nuttig voor u is om dit concept beter te begrijpen. Verder, voor vragen over dit artikel of voor hulp bij de implementatie elektrische en elektronische projecten, u kunt ons benaderen door in de commentaarsectie hieronder te reageren. Hier is een vraag voor u - Wat is de belangrijkste toepassing van P-N junctiediode?

Fotocredits: