การอคติของจุดประสาน PN

นิยามไดโอด PN จังชัน

ไดโอด PN จังชันถูกกำหนดให้เป็นอุปกรณ์กึ่งตัวนำที่อนุญาตให้กระแสไฟฟ้าไหลในทิศทางเดียวเมื่อมีการขับเคลื่อนแบบส่งกำลัง (forward bias) และป้องกันไม่ให้กระแสไฟฟ้าไหลเมื่อมีการขับเคลื่อนแบบย้อนกลับ (reverse bias)

การขับเคลื่อนแบบส่งกำลัง (Forward Bias)

ในการขับเคลื่อนแบบส่งกำลัง ภูมิภาค p-type จะเชื่อมต่อกับขั้วบวก และภูมิภาค n-type จะเชื่อมต่อกับขั้วลบ ทำให้ชั้นการขาดแคลนลดลงและอนุญาตให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่าน

การขับเคลื่อนแบบย้อนกลับ (Reverse Bias)

ในการขับเคลื่อนแบบย้อนกลับ ภูมิภาค p-type จะเชื่อมต่อกับขั้วลบ และภูมิภาค n-type จะเชื่อมต่อกับขั้วบวก ทำให้ชั้นการขาดแคลนเพิ่มขึ้นและป้องกันไม่ให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่าน

พฤติกรรมของกระแสไฟฟ้า

ในการขับเคลื่อนแบบส่งกำลัง กระแสไฟฟ้าจะไหลอย่างง่ายดายเมื่อชั้นการขาดแคลนลดลง ในขณะที่ในการขับเคลื่อนแบบย้อนกลับ กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านจะมีเพียงเล็กน้อยเนื่องจากพาหะประจุน้อย

เงื่อนไขการแตกตัว

แรงดันย้อนกลับสูงสามารถทำให้เกิดการแตกตัว (Zener หรือ Avalanche) ทำให้กระแสไฟฟ้าเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญในการเข้าใจข้อจำกัดของการทำงานของไดโอด

คุณสมบัติ V-I ของจังชัน PN

ในการขับเคลื่อนแบบส่งกำลัง บริเวณการทำงานจะอยู่ในควอดแรนต์แรก แรงดันเกณฑ์สำหรับ Germanium คือ 0.3 V และสำหรับ Silicon คือ 0.7 V เมื่อเกินแรงดันเกณฑ์ กราฟจะขึ้นไปในรูปแบบไม่เชิงเส้น นี่คือกราฟสำหรับความต้านทานพลวัตของจังชันในการขับเคลื่อนแบบส่งกำลัง

ในการขับเคลื่อนแบบย้อนกลับ แรงดันจะเพิ่มขึ้นในทิศทางตรงกันข้ามของจังชัน p-n แต่ไม่มีกระแสไฟฟ้าจากพาหะประจุหลัก เนื่องจากมีเพียงกระแสไฟฟ้ารั่วไหลเล็กน้อยเท่านั้น แต่ที่แรงดันย้อนกลับบางค่า จังชัน p-n จะแตกตัวและมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน

แรงดันนี้เพียงพอสำหรับพาหะประจุน้อยในการทำลายชั้นการขาดแคลน ในสถานการณ์นี้ กระแสไฟฟ้าที่คมชัดจะไหลผ่านจังชัน การแตกตัวของแรงดันมีสองประเภท

การแตกตัวแบบ Avalanche: ไม่ใช่กราฟที่คมชัด แต่เป็นกราฟเชิงเส้นที่เอียง กล่าวคือ หลังจากการแตกตัว แรงดันย้อนกลับเพิ่มขึ้นเล็กน้อยจะทำให้กระแสไฟฟ้าเพิ่มขึ้นอย่างค่อยเป็นค่อยไป

การแตกตัวแบบ Zener: การแตกตัวนี้คมชัดและไม่จำเป็นต้องเพิ่มแรงดันย้อนกลับเพื่อให้ได้กระแสไฟฟ้าเพิ่มขึ้น เพราะกระแสไฟฟ้าจะไหลอย่างรวดเร็ว

ความต้านทานของจังชัน p-n

ความต้านทานพลวัตของจังชัน p-n

จากคุณสมบัติ V-I ของจังชัน p-n แสดงให้เห็นว่ากราฟไม่เป็นเชิงเส้น ความต้านทานของจังชัน p-n ที่ขับเคลื่อนแบบส่งกำลังคือ rd โอห์ม ซึ่งเรียกว่าความต้านทาน AC หรือความต้านทานพลวัต ซึ่งเทียบเท่ากับความชันของแรงดัน-กระแสของจังชัน PN

ความต้านทาน AC เฉลี่ยของจังชัน p-n

ความต้านทาน AC เฉลี่ยถูกกำหนดโดยเส้นตรงที่ลากเชื่อมระหว่างจุดตัดของค่าแรงดันภายนอกสูงสุดและต่ำสุดคำศัพท์ที่เกี่ยวข้องกับจังชัน p-n บางคำ