Ποιες είναι οι Χαρακτηριστικές του Διόδου;

Ποιες είναι οι ιδιότητες του διόδου;

Ορισμός Διόδου

Χρησιμοποιούμε υλικά περιστροφής (Si, Ge) για να σχηματίσουμε διάφορα ηλεκτρονικά συστήματα. Το πιο βασικό σύστημα είναι η διόδος. Η διόδος είναι ένα δίπολο σύστημα PN junction. Το PN junction σχηματίζεται με την επαφή ενός υλικού P-type με ένα υλικό N-type. Όταν ένα υλικό P-type φέρεται σε επαφή με ένα υλικό N-type, τα ηλεκτρόνια και τα τρύπια αρχίζουν να επανενωνούνται κοντά στο junction. Αυτό οδηγεί σε έλλειψη φορέων φορτίου στο junction και, ως εκ τούτου, το junction ονομάζεται depletion region. Όταν εφαρμόζουμε τάση στα άκρα του PN junction, το λέμε διόδο. Το παρακάτω σχήμα δείχνει το σύμβολο της διόδου PN junction.

Η διόδος είναι ένα μονοκατευθυντικό σύστημα που επιτρέπει τη ροή ρεύματος μόνο σε μία κατεύθυνση, εξαρτώμενη από το πώς είναι biased.

Forward Biasing

Όταν το P-terminal συνδέεται με το θετικό άκρο της μπαταρίας και το N-terminal με το αρνητικό, η διόδος είναι forward biased.

Σε forward bias, το θετικό άκρο της μπαταρίας απωθεί τα τρύπια στην περιοχή P και το αρνητικό άκρο απωθεί τα ηλεκτρόνια στην περιοχή N, που τα προωθεί προς το junction. Αυτό αυξάνει τη συγκέντρωση των φορέων φορτίου κοντά στο junction, προκαλώντας επανένωση και μειώνοντας το πλάτος της depletion region. Όσο αυξάνεται η τάση forward bias, το πλάτος της depletion region μειώνεται περαιτέρω και το ρεύμα αυξάνεται εκθετικά.

Reverse Biasing

Σε reverse biasing, το P-terminal συνδέεται με το αρνητικό άκρο της μπαταρίας και το N-terminal με το θετικό άκρο της μπαταρίας. Οπότε η εφαρμοσμένη τάση κάνει την πλευρά N πιο θετική από την πλευρά P.

Το αρνητικό άκρο της μπαταρίας ελκύει τους περισσότερους φορείς, τα τρύπια, στην περιοχή P και το θετικό άκρο ελκύει τα ηλεκτρόνια στην περιοχή N, τα απομακρύνοντας από το junction. Αυτό οδηγεί σε μείωση της συγκέντρωσης των φορέων φορτίου κοντά στο junction και αύξηση του πλάτους της depletion region. Μια μικρή ποσότητα ρεύματος ρέει λόγω των μειονεκτικών φορέων, που ονομάζεται reverse bias current ή leakage current. Όσο αυξάνεται η τάση reverse bias, το πλάτος της depletion region συνεχίζει να αυξάνεται και δεν ρέει ρεύμα. Μπορεί να συμπεραχθεί ότι η διόδος λειτουργεί μόνο όταν είναι forward biased. Η λειτουργία της διόδου μπορεί να συνοψιστεί με τη μορφή γραφήματος I-V characteristics.

Όσο αυξάνεται περαιτέρω η τάση reverse bias, το πλάτος της depletion region αυξάνεται και έρχεται ένα σημείο όπου το junction καταρρέει. Αυτό οδηγεί σε μεγάλη ροή ρεύματος. Το breakdown είναι το γόνατο του γραφήματος characteristics της διόδου. Το junction breakdown συμβαίνει λόγω δύο φαινομένων.

Avalanche Breakdown

Σε υψηλές τάσεις reverse, συμβαίνει avalanche breakdown όταν οι μειονεκτικοί φορείς αποκτούν αρκετή ενέργεια για να ξεκολλήσουν ηλεκτρόνια από δεσμούς, οδηγώντας σε μεγάλη ροή ρεύματος.

Zener Effect

Το Zener effect συμβαίνει σε χαμηλότερες τάσεις reverse, όπου ένα υψηλό ηλεκτρικό πεδίο σπάει covalent bonds, προκαλώντας ξαφνική αύξηση του ρεύματος και κατάρρευση του junction.