Каковы характеристики диода?

Каковы характеристики диода?

Определение диода

Мы используем полупроводниковые материалы (Si, Ge) для создания различных электронных устройств. Самым базовым устройством является диод. Диод — это двухвыводное устройство с PN-переходом. PN-переход образуется при контакте материала P-типа с материалом N-типа. Когда материал P-типа приводится в контакт с материалом N-типа, электроны и дырки начинают рекомбинировать вблизи перехода. Это приводит к недостатку носителей заряда в переходе, и поэтому этот участок называется областью обеднения. Когда мы подаем напряжение на выводы PN-перехода, мы называем его диодом. На рисунке ниже показан символ диода с PN-переходом.

Диод — это одностороннее устройство, которое позволяет току течь только в одном направлении, в зависимости от того, как он смещается.

Прямое смещение

Когда вывод P соединен с положительным полюсом батареи, а вывод N — с отрицательным, диод находится в состоянии прямого смещения.

При прямом смещении положительный полюс батареи отталкивает дырки в области P, а отрицательный полюс отталкивает электроны в области N, перемещая их к переходу. Это увеличивает концентрацию носителей заряда вблизи перехода, вызывая рекомбинацию и уменьшая ширину области обеднения. По мере увеличения прямого смещения ширина области обеднения уменьшается, а ток возрастает экспоненциально.

Обратное смещение

При обратном смещении вывод P соединен с отрицательным полюсом батареи, а вывод N — с положительным. Таким образом, приложенное напряжение делает сторону N более положительной, чем сторону P.

Отрицательный полюс батареи притягивает основные носители заряда, дырки, в области P, а положительный полюс притягивает электроны в области N, удаляя их от перехода. Это приводит к уменьшению концентрации носителей заряда вблизи перехода и увеличению ширины области обеднения. Небольшой ток, вызванный незначительными носителями заряда, называется обратным током или током утечки. По мере увеличения обратного смещения ширина области обеднения продолжает увеличиваться, и ток не течет. Можно сделать вывод, что диод работает только при прямом смещении. Работа диода может быть суммирована в виде графика характеристик I-V диода.

По мере дальнейшего увеличения обратного смещения ширина области обеднения увеличивается, и наступает момент, когда переход разрушается. Это приводит к большому потоку тока. Разрушение является коленом кривой характеристик диода. Разрушение перехода происходит по двум причинам.

Аваланшевый пробой

При высоких обратных напряжениях происходит аваланшевый пробой, когда незначительные носители заряда получают достаточно энергии, чтобы выбить электроны из связей, вызывая большой поток тока.

Эффект Зенера

Эффект Зенера происходит при меньших обратных напряжениях, когда сильное электрическое поле разрушает ковалентные связи, вызывая резкий рост тока и разрушение перехода.