Wat zijn de Kenmerken van een Diode?

Wat zijn de kenmerken van een diode?

Definitie van een diode

We gebruiken halfgeleidermaterialen (Si, Ge) om verschillende elektronische apparaten te vormen. Het meest basale apparaat is de diode. Een diode is een twee-eindige PN-junctie-apparatuur. Een PN-junctie wordt gevormd door P-type materiaal in contact te brengen met N-type materiaal. Wanneer P-type materiaal in contact komt met N-type materiaal, beginnen elektronen en gaten zich bij de juntie te recombineren. Dit resulteert in een gebrek aan ladingdragers bij de juntie, waardoor deze de uitputtingszone wordt genoemd. Wanneer we spanning aanbrengen over de eindpunten van de PN-junctie, noemen we dit een diode. De afbeelding hieronder toont het symbool van de PN-junctiediode.

Een diode is een unidirectioneel apparaat dat stroom slechts in één richting laat stromen, afhankelijk van hoe het gepolariseerd is.

Voorwaartse polarisatie

Wanneer de P-termijn verbonden is met de positieve kant van de batterij en de N-termijn met de negatieve, is de diode voorwaarts gepolariseerd.

Bij voorwaartse polarisatie stuwt de positieve batterijtermijn de gaten in de P-zone weg en stuwt de negatieve termijn de elektronen in de N-zone weg, waardoor ze naar de juntie worden geduwd. Dit verhoogt de concentratie van ladingdragers bij de juntie, veroorzaakt recombinatie en vermindert de breedte van de uitputtingszone. Naarmate de voorwaartse polarisatiespanning toeneemt, wordt de uitputtingszone verder smaller en stijgt de stroom exponentieel.

Achterwaartse polarisatie

Bij achterwaartse polarisatie is de P-termijn verbonden met de negatieve termijn van de batterij en de N-termijn met de positieve termijn van de batterij. Zo maakt de aangebrachte spanning de N-kant meer positief dan de P-kant.

De negatieve termijn van de batterij trekt de meerderheidsdragers, gaten, in de P-zone aan en de positieve termijn trekt de elektronen in de N-zone aan en trekt ze weg van de juntie. Dit resulteert in een afname van de concentratie van ladingdragers bij de juntie en een toename van de breedte van de uitputtingszone. Een kleine hoeveelheid stroom stroomt door minderheidsdragers, die bekend staan als achterwaartse polarisatiestroom of lekstroom. Naarmate de achterwaartse polarisatiespanning toeneemt, blijft de breedte van de uitputtingszone toenemen en stroomt er geen stroom. Het kan worden geconcludeerd dat de diode alleen werkt wanneer hij voorwaarts gepolariseerd is. De werking van de diode kan worden samengevat in de vorm van een I-V-diode karakteristieke grafiek.

Naarmate de achterwaartse polarisatiespanning verder toeneemt, neemt de breedte van de uitputtingszone toe en komt er een punt waarop de juntie breekt. Dit resulteert in een grote stroomstroom. De breakdown is de knie van de diode karakteristieke curve. De juntie breekt op door twee verschijnselen.

Lawinebreakdown

Bij hoge achterwaartse spanningen vindt lawinebreakdown plaats wanneer minderheidsdragers genoeg energie krijgen om elektronen uit bindingen te slaan, wat leidt tot een grote stroomstroom.

Zener-effect

Het Zener-effect treedt op bij lagere achterwaartse spanningen, waarbij een hoog elektrisch veld covalente bindingen breekt, wat leidt tot een plotselinge toename van de stroom en de juntie breekt.