ما هي خصائص الثنائي؟

ما هي خصائص الثنائي؟

تعريف الثنائي

نستخدم مواد شبه موصلات (Si, Ge) لتشكيل مجموعة متنوعة من الأجهزة الإلكترونية. أبسط جهاز هو الثنائي. الثنائي هو جهاز ثنائي الطرف يتكون من تقاطع PN. يتشكل التقاطع PN عن طريق إحضار مادة من نوع P في اتصال بمادة من نوع N. عندما يتم إحضار مادة من نوع P في اتصال بمادة من نوع N، تبدأ الإلكترونات والثقوب في إعادة التجميع بالقرب من التقاطع. هذا يؤدي إلى نقص في حاملات الشحنة عند التقاطع وبالتالي يسمى منطقة الاستنزاف. عندما نطبق فولتية عبر طرفي التقاطع PN، نسميه ثنائي. الصورة أدناه تظهر رمز الثنائي PN.

الثنائي هو جهاز أحادي الاتجاه يسمح بمرور التيار في اتجاه واحد فقط، اعتمادًا على كيفية تحيزه.

التحيز الأمامي

عندما يتم توصيل الطرف P مع نهاية البطارية الموجبة والطرف N مع النهاية السالبة، يكون الثنائي متحيزًا للأمام.

في التحيز الأمامي، تطرد النهاية الموجبة للبطارية الثقوب في المنطقة P والنهاية السالبة تطرد الإلكترونات في المنطقة N، مما يدفعها نحو التقاطع. هذا يزيد من تركيز حاملات الشحنة بالقرب من التقاطع، مما يؤدي إلى إعادة التجميع وتقليص عرض منطقة الاستنزاف. كلما زادت فولتية التحيز الأمامي، يقل عرض منطقة الاستنزاف بشكل أكبر، ويزداد التيار بشكل أساسي.

التحيز العكسي

في التحيز العكسي يتم توصيل الطرف P بالنهاية السالبة للبطارية والطرف N بالنهاية الموجبة للبطارية. وبالتالي يجعل الجهد المطبق الجانب N أكثر موجبية من الجانب P.

تنجذب حاملات الشحنة الرئيسية، الثقوب، في المنطقة P من قبل النهاية السالبة للبطارية والإلكترونات في المنطقة N من قبل النهاية الموجبة وتتم سحبها بعيدًا عن التقاطع. هذا يؤدي إلى انخفاض في تركيز حاملات الشحنة بالقرب من التقاطع وزيادة عرض منطقة الاستنزاف. يتدفق كمية صغيرة من التيار بسبب حاملات الشحنة الثانوية، والتي تسمى تيار التحيز العكسي أو التيار المسرب. كلما زادت فولتية التحيز العكسي، يستمر عرض منطقة الاستنزاف في الزيادة ولا يتدفق أي تيار. يمكن الخلاصة أن الثنائي يعمل فقط عند التحيز الأمامي. يمكن تلخيص عملية عمل الثنائي في شكل رسم بياني لخصائص I-V للثنائي.

مع زيادة فولتية التحيز العكسي، يزداد عرض منطقة الاستنزاف ويأتي وقت يكون فيه التقاطع ينهار. هذا يؤدي إلى تدفق كبير للتيار. الانهيار هو الركبة في منحنى خصائص الثنائي. يحدث انهيار التقاطع نتيجة لظاهرتين.

انهيار الأفلاج

عند الجهد العالي العكسي، يحدث انهيار الأفلاج عندما تحصل حاملات الشحنة الثانوية على طاقة كافية لكسر الروابط وإطلاق الإلكترونات، مما يؤدي إلى تدفق كبير للتيار.

تأثير زينر

يحدث تأثير زينر عند الجهد العكسي المنخفض، حيث يكسر المجال الكهربائي العالي الروابط الكوفالنتية، مما يؤدي إلى زيادة مفاجئة في التيار وأنهيار التقاطع.