Χαρακτηριστικά I-V στο Forward Bias και Reverse Bias

Εισαγωγή:

Η σχέση μεταξύ του ρεύματος που διαρρέει τη δίοδο και της τάσης λόγω της εφαρμοζόμενης τάσης σε πόλωση προς τα εμπρός και αντίστροφη πόλωση φαίνεται με ένα γράφημα. Έτσι, η εμφάνιση της τάσης και του ρεύματος της διόδου μέσω του γραφήματος ονομάζεται χαρακτηριστικά VI της διόδου.

Αν =ρεύμα πόλωσης προς τα εμπρός

Vf =τάση πόλωσης προς τα εμπρός

VR=αντίστροφη τάση πόλωσης

Η δίοδος σύνδεσης PN κατασκευάζεται συνδυάζοντας ημιαγωγούς τύπου p και n με δύναμη αποκλεισμού μεταξύ των δύο ημιαγωγών. Η τιμή του μπροστινού ρεύματος εξαρτάται από την ποσότητα της μπροστινής τάσης που έχει άμεση σχέση μεταξύ των δύο. Αυτή η σχέση ονομάζεται IV Χαρακτηριστικά του PN Junction.

Σώμα : 

Συνθήκες πόλωσης για τη δίοδο σύνδεσης p-n

Σε μια δίοδο σύνδεσης p-n, υπάρχουν δύο ενεργές περιοχές:

P-type

N-type

Η εφαρμοζόμενη τάση καθορίζει μία από τις τρεις συνθήκες πόλωσης για διόδους σύνδεσης p-n:

• Προώθηση προς τα εμπρός:Η διασταύρωση p-n λέγεται ότι είναι πολωμένη προς τα εμπρός όταν ο τύπος p συνδέεται στον θετικό πόλο της μπαταρίας και ο τύπος n στον αρνητικό πόλο.

• Αντίστροφη πόλωση:Η διασταύρωση p-n είναι αντίστροφη πόλωση όταν ο τύπος p συνδέεται στον αρνητικό πόλο της μπαταρίας και ο τύπος n συνδέεται στη θετική πλευρά.

• Μηδενική προκατάληψη:Η δίοδος σύνδεσης p-n δεν εκτίθεται σε καμία εξωτερική τάση.

Χαρακτηριστικά V-I της διόδου σύνδεσης p-n

Μια καμπύλη μεταξύ της τάσης και του ρεύματος μέσω του κυκλώματος καθορίζει τις ιδιότητες V-I των διόδων σύνδεσης P-N. Ο άξονας x αντιπροσωπεύει την τάση, ενώ ο άξονας y αντιπροσωπεύει το ρεύμα. Ας υποθέσουμε ότι τα χαρακτηριστικά V-I της διόδου σύνδεσης p-n απεικονίζονται σε ένα γράφημα. μπορούμε να δούμε ότι η δίοδος λειτουργεί σε τρεις διαφορετικές ζώνες, οι οποίες είναι:

1. Μηδενική προκατάληψη: 

Δεν παρέχεται εξωτερική τάση στη διασταύρωση p-n σε κατάσταση μηδενικής πόλωσης,

Ως αποτέλεσμα, το φράγμα δυναμικού στη διασταύρωση εμποδίζει τη ροή ρεύματος.

Ως αποτέλεσμα, όταν V =0, το ρεύμα του κυκλώματος είναι μηδέν.

2. Προκαταλήψεις: 

Ο τύπος p της μπροστινής πόλωσης σύνδεσης p-n συνδέεται στον θετικό ακροδέκτη της εξωτερικής τάσης, ενώ ο τύπος n συνδέεται στον αρνητικό ακροδέκτη.

Ως αποτέλεσμα, το πιθανό εμπόδιο ελαχιστοποιείται.

Το πρόσθιο χαρακτηριστικό V-I της διόδου σύνδεσης P-N δείχνει ότι το ρεύμα αυξάνεται εξαιρετικά αργά στην αρχή. Η καμπύλη είναι μη γραμμική επειδή η εξωτερική τάση που παρέχεται στη διασταύρωση p-n χρησιμοποιείται για να ξεπεραστεί το φράγμα δυναμικού σε αυτήν την περιοχή.

Το φράγμα δυναμικού αφαιρείται μόλις η εξωτερική τάση ξεπεράσει την πιθανή τάση φραγμού και η διασταύρωση p-n λειτουργεί σαν ένας συνηθισμένος αγωγός. Ως αποτέλεσμα, η καμπύλη ΑΒ ανεβαίνει σημαντικά καθώς αυξάνεται η εξωτερική τάση, η οποία είναι σχεδόν γραμμική.

3. Αντίστροφη προκατάληψη: 

Ο τύπος p της σύνδεσης p-n συνδέεται στον αρνητικό ακροδέκτη της εξωτερικής τάσης, ενώ ο τύπος n συνδέεται στον θετικό ακροδέκτη.

Ως αποτέλεσμα, το φράγμα δυναμικού στη διασταύρωση ενισχύεται.

Η αντίσταση της διασταύρωσης αυξάνεται σε εξαιρετικά υψηλό επίπεδο και ουσιαστικά δεν ρέει ρεύμα μέσω του κυκλώματος.

Στην πράξη, ωστόσο, ένα πολύ μέτριο ρεύμα της τάξης των μικρο-αμπέρ διασχίζει το κύκλωμα. Λόγω των μειοψηφικών φορέων στη διασταύρωση, αυτό είναι γνωστό ως ρεύμα αντίστροφου κορεσμού.

Προώθηση ρεύματος στη διασταύρωση PN

Όταν εφαρμόζεται τάση μπαταρίας στον μπροστινό σύνδεσμο πόλωσης, θα ρέει σταθερό ρεύμα μέσω αυτής της διασταύρωσης.

Το IS είναι η ροή του ρεύματος κορεσμού (10-9 έως 10-18 A)

Το VT είναι η θερμοκρασία ισοδύναμη με βολτ (26 mV σε θερμοκρασία δωματίου)

n είναι η σύγκρουση εκπομπής

Στην πραγματικότητα, αυτή η έκφραση είναι ακριβής.

Αντίστροφο ρεύμα στη διασταύρωση pn

Όταν μια διασταύρωση pn συνδέεται σε μια μπαταρία, καθώς η περιοχή τύπου n της συνδέεται με τη θετική ισχύ της μπαταρίας και η περιοχή τύπου p συνδέεται με την αρνητική ισχύ της μπαταρίας, τότε η σύνδεση pn λέγεται ότι είναι αντίστροφη προκατειλημμένη κατάσταση. Στην ιδανική περίπτωση, δεν ρέει ρεύμα μέσω της διασταύρωσης. Αλλά στην πραγματικότητα, θα υπάρχει ένα μικρό ρεύμα αντίστροφης πόλωσης που εκφράζεται ως iD.

Το iD πέφτει σε μηδενική τιμή ή ελάχιστη τιμή. Το iD μπορεί να γραφτεί ως i0.

Το IS είναι η ροή του ρεύματος κορεσμού (10-9 έως 10-18 A)

Το VT είναι η θερμοκρασία ισοδύναμη με βολτ (26 mV σε θερμοκρασία δωματίου)

n είναι η σύγκρουση εκπομπών 

Στην πραγματικότητα, αυτή η έκφραση είναι κατά προσέγγιση.

Συμπέρασμα :

Η ικανότητα της διόδου να λειτουργεί ως δύο ξεχωριστές αλλά εξίσου αποτελεσματικές συσκευές την καθιστά ένα πολύ ευέλικτο εξάρτημα. Το διαφορετικοί τύποι πόλωσης Τα εφέ σάς παρέχουν πλήρη επιλογή για τη λειτουργία που θα εκτελέσει η δίοδος στο σχεδιασμό του κυκλώματος σας. Η χρήση της πόλωσης προς τα εμπρός και της αντίστροφης πόλωσης δίνει στον σχεδιαστή του κυκλώματος πλήρη έλεγχο της λειτουργίας της διόδου.

Το υλικό μελέτης σημειώνει σχετικά με τα χαρακτηριστικά 1-V σε πόλωση προς τα εμπρός και αντίστροφη πόλωση, μπορούμε να καταλήξουμε σε ένα γεγονός - μια δίοδος σύνδεσης PN άγει ρεύμα μόνο προς μία κατεύθυνση - δηλαδή κατά τη διάρκεια της πόλωσης προς τα εμπρός. Κατά τη διάρκεια της πόλωσης προς τα εμπρός, η δίοδος μεταφέρει ρεύμα με αύξηση της τάσης. Κατά τη διάρκεια της αντίστροφης πόλωσης, η δίοδος δεν φέρεται με αύξηση της τάσης.