Προσανατολισμός PN Junction

Ορισμός Διόδου PN Junction

Η διόδος PN junction είναι ένα υπολεκτρονικό συστήμα που επιτρέπει τη ροή ρεύματος σε μία κατεύθυνση όταν είναι σε θετικό bias (forward bias) και αποκλείει τη ροή ρεύματος σε αντίθετη κατεύθυνση (reverse bias).

Θετικό Bias (Forward Bias)

Σε θετικό bias, η περιοχή p-type συνδέεται με το θετικό πόλο και η n-type με τον αρνητικό πόλο, μειώνοντας το layer της εξάντλησης (depletion layer) και επιτρέποντας τη ροή ρεύματος.

Αρνητικό Bias (Reverse Bias)

Σε αρνητικό bias, η περιοχή p-type συνδέεται με τον αρνητικό πόλο και η n-type με το θετικό πόλο, αυξάνοντας το layer της εξάντλησης (depletion layer) και εμποδίζοντας τη ροή ρεύματος.

Καταστάσεις Ροής Ρεύματος

Σε θετικό bias, το ρεύμα ρέει εύκολα μόλις μειωθεί το layer της εξάντλησης. Σε αρνητικό bias, μόνο ένα ελάχιστο ρεύμα ρέει λόγω των μειοψηφικών φορέων.

Συνθήκες Κατάρρευσης

Υψηλή αρνητική τάση μπορεί να προκαλέσει κατάρρευση (Zener ή Avalanche), οδηγώντας σε απότομη αύξηση του ρεύματος, το οποίο είναι βασικό για την κατανόηση των ορίων λειτουργίας της διόδου.

Χαρακτηριστικά V-I του PN Junction

Σε θετικό bias, η λειτουργική περιοχή βρίσκεται στο πρώτο τεταρτημόριο. Η θετική τάση για το Γερμανίουμ είναι 0.3 V και για το Σίλικον 0.7 V. Πέρα από αυτή τη θετική τάση, ο γράφος αυξάνεται μη γραμμικά. Αυτός ο γράφος αντιπροσωπεύει την άμεση αντίσταση του συνδέσμου σε θετικό bias.

Σε αρνητικό bias, η τάση αυξάνεται σε αντίθετη κατεύθυνση στο p-n junction, αλλά δεν ρέει ρεύμα λόγω των πλειοψηφικών φορέων, μόνο ένα ελάχιστο ρεύμα διαρροής. Ωστόσο, σε συγκεκριμένη αρνητική τάση, το p-n junction καταρρέει σε ροή.

Είναι μόνο λόγω των μειοψηφικών φορέων. Αυτή η ποσότητα τάσης είναι αρκετή για αυτούς τους μειοψηφικούς φορείς να διαλύσουν το layer της εξάντλησης. Σε αυτή την κατάσταση, θα ρέει ένα απότομο ρεύμα μέσω αυτού του συνδέσμου. Αυτή η κατάρρευση τάσης είναι δύο ειδών.

Κατάρρευση Avalanche: δεν είναι ένας απότομος γράφος, αλλά γραμμικός, δηλαδή μετά την κατάρρευση, μια μικρή αύξηση της αρνητικής τάσης προκαλεί απότομη αύξηση του ρεύματος.

Κατάρρευση Zener: αυτή η κατάρρευση είναι απότομη και δεν χρειάζεται αύξηση της αρνητικής τάσης για περισσότερο ρεύμα, καθώς το ρεύμα ρέει απότομα.

Αντίσταση του p-n Junction

Άμεση Αντίσταση του p-n Junction

Από τα χαρακτηριστικά V-I ενός p-n junction, είναι σαφές ότι ο γράφος δεν είναι γραμμικός. Η αντίσταση του p-n junction σε θετικό bias είναι rd Ω; ονομάζεται AC αντίσταση ή άμεση αντίσταση. Είναι ισοδύναμη με την κλίση της τάσης-ρεύματος του PN junction.

Μέση AC Αντίσταση του p-n Junction

Η μέση AC αντίσταση καθορίζεται από την ευθεία γραμμή που συνδέει την τομή των ελάχιστων και μέγιστων τιμών της εξωτερικής εισαγόμενης τάσης. Μερικοί σημαντικοί όροι σχετικά με το p-n junction