PN-Schaltung Bias

Definition der PN-Schicht-Diode

Eine PN-Schicht-Diode ist ein Halbleiterbauteil, das den Strom in einer Richtung (Vorspannung) durchlässt und den Strom in der Gegenrichtung (Gegenspannung) blockiert.

Vorspannung

Bei Vorspannung wird die p-dotierte Region mit dem positiven Pol und die n-dotierte Region mit dem negativen Pol verbunden. Dies führt zur Verringerung der Sperrschicht und ermöglicht den Stromfluss.

Gegenspannung

Bei Gegenspannung wird die p-dotierte Region mit dem negativen Pol und die n-dotierte Region mit dem positiven Pol verbunden. Dies führt zur Vergrößerung der Sperrschicht und verhindert den Stromfluss.

Stromverhalten

Bei Vorspannung fließt der Strom leicht, sobald die Sperrschicht verringert wird. Bei Gegenspannung fließt nur ein minimaler Strom aufgrund von Minderheitsladungsträgern.

Zerstörungsbedingungen

Hohe Gegenpolspannungen können zu Zerstörungen (Zener- oder Lawinenzerfall) führen, was zu einem starken Anstieg des Stroms führt. Dies ist entscheidend für das Verständnis der Betriebsschranken von Dioden.

Spannungs-Strom-Kennlinien einer PN-Schicht

Bei Vorspannung liegt der Arbeitsbereich im ersten Quadranten. Die Schwellenspannung für Germanium beträgt 0,3 V und für Silizium 0,7 V. Über diese Schwellenspannung hinweg steigt die Kennlinie nichtlinear an. Diese Kennlinie zeigt den dynamischen Widerstand der PN-Schicht bei Vorspannung.

Bei Gegenspannung steigt die Spannung in der Gegenrichtung über der p-n-Schicht, aber es fließt kein Strom aufgrund der Mehrheitsladungsträger, sondern nur ein minimaler Leckstrom. Bei einer bestimmten Gegenpolspannung bricht die p-n-Schicht jedoch in Leitung ein.

Dies ist nur aufgrund der Minderheitsladungsträger. Diese Spannungsmenge reicht aus, um die Sperrschicht zu durchbrechen. In dieser Situation fließt ein scharfer Strom durch diese Schicht. Es gibt zwei Arten dieses Spannungszusammenbruchs.

Lawinenzerfall: Es handelt sich nicht um eine scharfe Kurve, sondern um eine geneigte lineare Kurve, d.h. nach dem Zusammenbruch führt eine kleine Erhöhung der Gegenpolspannung zu einem schärferen Stromanstieg.

Zener-Zerfall: Dieser Zusammenbruch ist scharf, und es ist nicht notwendig, die Gegenpolspannung zu erhöhen, um mehr Strom zu erhalten, da der Strom scharf fließt.

Widerstände der p-n-Schicht

Dynamischer Widerstand der p-n-Schicht

Aus den Spannungs-Strom-Kennlinien der p-n-Schicht geht hervor, dass die Kurve nicht linear ist. Der Widerstand der vorwärts polarisierten p-n-Schicht beträgt rd Ohm; er wird als Wechselstromwiderstand oder dynamischer Widerstand bezeichnet. Er entspricht der Steigung der Spannungs-Strom-Kennlinie der PN-Schicht.

Durchschnittlicher Wechselstromwiderstand der p-n-Schicht

Der durchschnittliche Wechselstromwiderstand wird durch die Gerade bestimmt, die die Schnittpunkte der minimalen und maximalen Werte der externen Eingangsspannung verbindet.Einige wichtige Begriffe im Zusammenhang mit der p-n-Schicht