Unsa ang PN Junction Diode?

Ano ang PN Junction Diode?

PN Junction Diode

Ang PN junction diode usa ka basic nga komponente sa elektronika. Sa kini nga tipo sa diode, ang usa ka bahin sa semiconductor gitikloan og acceptor impurities (P-type) ug ang ubang bahin og donor impurities (N-type). Kini nga diode mahimong maklase isip 'step graded' o 'linearly graded' junction.

Sa step graded PN junction diode, ang concentration sa dopant uniforme sa duha ka bahin hangtod sa junction. Sa linearly graded junction, ang concentration sa doping nag-usab almost linearly sa distance gikan sa junction. Tan-awon pa wala'y voltage naaplikar, ang mga libre nga electrons mogalap sa P-side ug ang mga holes mogalap sa N-side, asa sila mag-combine.

Ang mga acceptor atoms near the junction sa P-side naging negative ions, ug ang mga donor atoms near the junction sa N-side naging positive ions. Kini nagbuhat og electric field nga mokontra sa pag-galap sa electrons ug holes. Kini nga rehiyon nga may uncovered ions gitawag og depletion region.

Kon apil-on nato forward bias voltage sa p-n junction diode. Kasagaran kon ang positive side sa battery giconnect sa P-side, ang width sa depletion region magbaba ug ang mga carriers (holes ug free electrons) mogalap across the junction. Kon apil-on nato reverse bias voltage sa diode, ang width sa depletion region magtaas ug wala gyud mag-galap ang charge across the junction.

P-N Junction Diode Characteristics

Pagsabot usab ta ang pn junction adunay donor concentration ND ug acceptor concentration NA. Pagsabot usab ta tanang donor atoms mi-donate og free electrons ug naging positive donor ions ug tanang acceptor atoms mi-accept og electrons ug naging corresponding holes ug naging negative acceptor ions. Busa, mahimo nato ihatag ang concentration sa free electrons (n) ug donor ions ND sama ug similarly, ang concentration sa holes (p) ug acceptor ions (NA) sama. Ania, gi-ignore nato ang mga holes ug free electrons nga nabuo sa semiconductors tungod sa unintentional impurities ug defects.

Across the pn junction, ang mga libre nga electrons gihatag sa donor atoms sa n-type side mogalap sa p-type side ug mag-recombine sa holes. Similarmente, ang mga holes gihatag sa acceptor atoms sa p-type side mogalap sa n-type side ug mag-recombine sa free electrons. Human sa recombination process, adunay lack o depletion sa charge carriers (free electrons ug holes) across the junction. Ang rehiyon across the junction diin ang libre nga charge carriers ma-deplete gitawag og depletion region.

Tungod sa absence sa libre nga charge carriers (free electrons ug holes), ang mga donor ions sa n-type side ug acceptor ions sa p-type side across the junction naging uncovered. Kini nga positive uncovered donor ions sa n-type side adjacent to the junction ug negative uncovered acceptors ions sa p-type side adjacent to the junction nagbuhat og space charge across the pn junction. Ang potential nga nabuo across the junction tungod niini gitawag og diffusion voltage. Ang diffusion voltage across a pn junction diode mahimong ipahayag isip The diffusion potential creates a potential barrier for further migration of free electrons from n-type side to p-type side and holes from p-type side to n-type side. Busa, ang diffusion potential nag-prevent sa charge carriers sa pag-cross sa junction.

 Kini nga rehiyon dako kaayo ang resistance tungod sa depletion sa libre nga charge carriers niini. Ang width sa depletion region depende sa applied bias voltage. Ang relasyon sa width sa depletion region ug bias voltage mahimong ipahayag isip equation nga gitawag og Poisson Equation. Ania, ε ang permittivity sa semiconductor ug V ang biasing voltage. Busa, sa application sa forward bias voltage ang width sa depletion region, o pn junction barrier, magbaba ug ultimately disappear.

Busa, wala gyud potential barrier across the junction sa forward bias condition ang mga libre nga electrons mogalap sa p-type region ug ang mga holes mogalap sa n-type region, diin sila mag-recombine ug release a photon sa bawg recombination. Tuman-an, adunay forward current nga mogalap sa diode. Ang current through the PN junction mahimong ipahayag isip Here, voltage V is applied across the pn junction and total current I, flows through the pn junction.

I s is reverse saturation current, e = charge of electron, k is Boltzmann constant and T is temperature in Kelvin scale.

Ang graph sa ubos nagpakita sa current-voltage characteristic sa PN junction diode. Kon ang V positive, ang junction forward biased, ug kon ang V negative, ang junction reverse biased. Kon ang V negative ug mas gamay sa VTH, ang current minimal. Apan kon ang V exceed sa VTH, ang current suddently magtaas kaayo. Ang voltage VTH gitawag og threshold or cut in voltage. Para sa Silicon diode VTH = 0.6 V. Sa reverse voltage kasagaran sa point P, adunay abrupt increment sa reverse current. Kini nga bahin sa characteristics gitawag og breakdown region.

Step Graded Junction

Sa step graded junction, ang concentration sa dopants uniforme hangtod sa junction sa duha ka bahin.

Depletion Region

Ang depletion region nabuo sa junction diin ang free electrons ug holes mag-recombine, creating an area with no free charge carriers.

Forward Bias

Ang pag-apil sa forward bias magbaba sa width sa depletion region, allowing current to flow.

Reverse Bias

Ang pag-apil sa reverse bias magtaas sa width sa depletion region, blocking current flow until breakdown voltage is reached.