PN-junctie Bias

Definitie van PN-junctiediode

Een PN-junctiediode is gedefinieerd als een halfgeleiderapparaat dat stroom in één richting toelaat bij voorwaartse polarisatie en stroom blokkeert bij achterwaartse polarisatie.

Voorwaartse polarisatie

Bij voorwaartse polarisatie wordt de p-type regio verbonden met de positieve pool en de n-type met de negatieve pool, waardoor de afbraaklaag vermindert en stroomtoevoer mogelijk wordt.

Achterwaartse polarisatie

Bij achterwaartse polarisatie wordt de p-type regio verbonden met de negatieve pool en de n-type met de positieve pool, waardoor de afbraaklaag vergroot wordt en stroomtoevoer voorkomen wordt.

Stroomgedrag

Bij voorwaartse polarisatie stroomt de stroom gemakkelijk zodra de afbraaklaag verminderd is. Bij achterwaartse polarisatie stroomt slechts een minimale stroom door minderheidsdragers.

Instortingscondities

Een hoge achterwaartse spanning kan leiden tot instorting (Zener of Avalance), wat resulteert in een scherpe toename van de stroom, wat cruciaal is om de werkingssgrenzen van de diode te begrijpen.

V-I-kenmerken van een PN-junctie

Bij voorwaartse polarisatie ligt het werkingsgebied in het eerste kwadrant. De drempelspanning voor Germanium is 0,3 V en voor Silicium 0,7 V. Boven deze drempelspanning gaat de grafiek op een niet-lineaire manier omhoog. Deze grafiek geeft de dynamische weerstand van de junctie bij voorwaartse polarisatie weer.

Bij achterwaartse polarisatie neemt de spanning in tegengestelde richting over de p-n-junctie toe, maar er stroomt geen stroom door de meeste dragers, slechts een minimale lekstroom. Maar bij een bepaalde achterwaartse spanning breekt de p-n-junctie in geleiding.

Dit is alleen te wijten aan de minderheidsdragers. Dit hoeveelheid spanning is voldoende om de afbraakregio te breken. In deze situatie zal er een scherpe stroom door deze junctie stromen. Deze instorting van de spanning komt in twee types voor.

Avalanche-instorting: het is geen scherpe grafiek, maar eerder een lineaire grafiek, d.w.z. na de instorting veroorzaakt een kleine toename van de achterwaartse spanning geleidelijk meer scherpe stroom.

Zener-instorting: Deze instorting is scherp en er is geen noodzaak om de achterwaartse polarisatiespanning te verhogen om meer stroom te krijgen, omdat de stroom scherp stroomt.

Weerstanden van p-n-junctie

Dynamische weerstand van p-n-junctie

Uit de V-I-kenmerken van een p-n-junctie is duidelijk dat de grafiek niet lineair is. De weerstand van de voorwaartse gepolariseerde p-n-junctie is rd ohm; dit wordt AC-weerstand of dynamische weerstand genoemd. Het is equivalent aan de helling van de spanning-stroomgrafiek van de PN-junctie.

Gemiddelde AC-weerstand van p-n-junctie

De gemiddelde AC-weerstand wordt bepaald door de rechte lijn die de kruising van de minimum- en maximumwaarden van de externe ingangsspanning verbindt. Sommige belangrijke termen die betrekking hebben op de p-n-junctie