INHALT
In diesem Artikel lernen wir die PN-Sperrschichtdiode und ihre Eigenschaften wie folgt kennen:
- Was ist eine PN-Sperrschichtdiode?
- Definition der PN-Sperrschichtdiode:
- Funktionsprinzip der PN-Sperrschichtdiode
- Eigenschaften der PN-Sperrschichtdiode
- Schaltung und Symbol der PN-Sperrschichtdiode
- Ersatzschaltung der PN-Sperrschichtdiode:
- PN-Übergang Strom fließt
- Ideales Strom-Spannungs-Verhältnis
- PN-Übergangseigenschaften
- Dioden-Quasi-Fermi-Pegel
- Anwendungen der PN-Sperrschichtdiode
Was ist eine PN-Sperrschichtdiode?
Definition der PN-Sperrschichtdiode:
"Eine pn-Sperrschichtdiode ist eine Halbleitervorrichtung mit zwei Anschlüssen oder zwei Elektroden."
„Eine Diode wird als PN-Sperrschichtdiode bezeichnet, wenn sie auf einer Seite vom P-Typ und auf der zusätzlichen vom N-Typ gebildet wird oder umgekehrte Richtung. "
"Die Diode muss in Durchlassrichtung vorgespannt sein, um den elektrischen Stromfluss zu ermöglichen. durch."
- Wenn eine positive Spannung an die P-Anschlüsse angeschlossen wird, fließt der Strom dann vom P- zum N-Bereich, da die positive Spannung hilft, den Verarmungsbereich zu durchqueren. Wenn wir a verwenden negative Spannung an den p-Typ angelegt wird, vergrößert sich die Verarmungszone und verhindert, dass der Strom fließt.
Wie funktioniert eine PN-Sperrschichtdiode?
Funktionsprinzip der PN-Sperrschichtdiode:
In einer PN-Übergangsdiode betrachten wir den pn-Übergang mit einer verwendeten Vorwärtsvorspannung. Wir können die Strom-Spannungs-Eigenschaften bestimmen. Die Potentialbarriere dieses pn-Übergangs wird verringert, wenn eine Vorwärtsvorspannung an ihn angelegt wird. Dadurch können E- und Loch durch den Raumladungsbereich austreten.
Wenn Löcher beginnen, den p-Bereich durch den Raumladungsbereich zu passieren, erhalten sie einen überschüssigen Minoritätsträger, nämlich ein Loch und einen zusätzlichen Minoritätsträger, durch Drift-, Rekombinations- und Diffusionsprozess.
Ebenso erhalten Elektronen in der Region, die durch die Raumladungsregion nach P fließen, überschüssige Minoritätsträgerelektronen.
Beim Einsatz von Halbleitervorrichtungen mit pn-Übergängen beispielsweise in Linearverstärkern werden den Gleichströmen und -spannungen zeitveränderliche Vorzeichen überlagert. Eine winzige sinusförmige Spannung, die an eine Gleichspannung angelegt wird, die über einen pn-Übergang angelegt wird, löst einen Kleinsignalstrom aus.
Das Verhältnis von Strom zu Spannung erzeugt die Kleinsignaladmittanz dieses pn-Schnitts. Die Admittanz eines in Vorwärtsrichtung vorgespannten pn-Schnitts umfasst sowohl die Konduktanz- als auch die Kapazitätsparameter.
Was ist der PN-Sperrschichtstrom?
Wenn eine in Vorwärtsrichtung vorgespannte Spannung an einen pn-Übergang angelegt wird, wird in der Vorrichtung ein Strom erzeugt. Das ist als PN-Sperrschichtstrom bekannt.
Definieren Sie die ideale Strom-Spannungs-Beziehung:
Idealer PN-Sperrschichtstrom:
Der ideale Strom an einem pn-Schnittpunkt beruht auf den wichtigen Komponenten des vierten Prinzips, das im vorherigen Abschnitt erwähnt wurde. Der Gesamtstrom am Schnittpunkt ist die Summe dieser Elektronen und Lochströme, die durch den Verarmungsbereich konstant bleiben.
Die Gradienten aus den Minoritätsträgerkonzentrationen erzeugen Diffusionsströme, und da wir davon ausgehen, dass das elektrische Feld an der Raumladungskante '0' ist, können wir bei diesem Ansatz den Driftstrom für die Minderheit ignorieren.
Ersatzschaltung der PN-Sperrschichtdiode:
Das Kleinsignal-Ersatzschaltbild des in Vorwärtsrichtung vorgespannten pn-Übergangs wird aus einer Gleichung abgeleitet.
Y = gd+ Jωcd
Es ist erforderlich, die Sperrschichtkapazität parallel zum Diffusionswiderstand (r) zu addierend) und Diffusionskapazität. Das letzte Element für das Ersatzschaltbild ist eine Reihe von Widerständen. Die neutralen n- und p-Bereiche haben eine 'C'-Zahl von Widerständen, so dass der tatsächliche pn-Übergang einen Serienwiderstand enthält, dessen vollständige Ersatzschaltung in der obigen Abbildung dargestellt ist.
Das Spannung durch den tatsächlichen Übergang ist – Tatsächliche Spannung (Va) und die an die pn-Diode angelegte Gesamtspannung ist spezifiziert durch (Vapp) Also der Ausdruck für den idealen Zustand wie folgt:
V.App = Va+ Irs
Die obige Abbildung ist eine VI-Charakteristik, die den Einfluss des Serienwiderstands zeigt. Eine Spannung, die im Allgemeinen größer sein kann, wird benötigt, um den exakt gleichen aktuellen Wert zu finden, wenn ein Immunitätsstreifen enthalten ist. Bei den meisten Dioden wird der Anzeigewiderstand wahrscheinlich vernachlässigbar sein.
In bestimmten Halbleitergeräten mit pn-Übergängen gehört der Serienwiderstand jedoch in eine Rückkopplungsschleife.
In Sperrrichtung vorgespannter Rekombinationsstrom:
Wenn eine Diode mit PN-Übergang in Sperrrichtung vorgespannt ist, wurde festgestellt, dass bewegliche Löcher und Elektronen aus dem Raumladungsabschnitt gelöscht wurden. Das negative Signal erklärt eine negative Rekombinationsrate; Daher erzeugen wir tatsächlich Elektron-Loch-Paare innerhalb der in Sperrichtung vorgespannten Raumladungszone.
Die Rekombination von überschüssigen Löchern und Elektronen beim Verfahren während des Versuchs, das thermische Gleichgewicht wiederherzustellen. Wenn man bedenkt, dass die Konzentration von Löchern und Elektronen im Sperrvorspannungsbereich im Wesentlichen Null ist, werden Löcher und Elektronen durch die Fallenebene erzeugt, was auch versucht, das thermische Gleichgewicht wiederzubeleben.
Da die Löcher und Elektronen erzeugt werden, werden sie durch das elektrische Feld aus dem Raumladungsbereich eingefangen. Der Ladungsfluss erfolgt in der aktuellen Richtung einer Sperrvorspannung. Dieser in Sperrrichtung vorgespannte Produktionsstrom, der hauptsächlich auf die Erzeugung von Löchern und Elektronen im Raumladungsbereich zurückzuführen ist, wird zum idealen Sättigungsstrom in Sperrrichtung addiert.
Vorwärts vorgespannter Rekombinationsstrom:
Bei einem in Sperrichtung vorgespannten PN-Übergang werden Elektronen und Löcher hauptsächlich aus der Raumladungszone entfernt. Unter Vorwärtsspannung werden jedoch Elektronen und Löcher über die Raumladungszone injiziert; währenddessen können einige zusätzliche Trägerladungen in der Raumladungsregion sein.
Es besteht eine gewisse Möglichkeit, dass einige dieser Elektronen und Löcher auch während dieser Zeit rekombinieren.
Dioden-Quasi-Fermi-Pegel
Bild-Kredit: Braut ohare, Dioden-Quasi-Fermi-Pegel, CC BY-SA 3.0
Was sind die Verwendungen von PN-Übergang, Diode?
Wichtige Anwendungen der PN-Sperrschichtdiode:
Die kritischen Anwendungen von PN-Sperrschichtdioden sind:
- PN-Sperrschichtdioden können als Fotodioden verwendet werden.
- PN-Sperrschichtdioden können als Solarzellen verwendet werden.
- Die in Vorwärtsrichtung vorgespannte PN-Sperrschichtdiode wird als LED verwendet.
- PN-Sperrschichtdiode, die als Gleichrichter in spannungsgesteuerten Geräten in Varaktoren verwendet wird.
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