Содержание
Свойства p-n-перехода. Полупроводниковый диод. Принцип действия транзистора.
Основные ссылки
CSS adjustments for Marinelli theme
Объединение учителей Санкт-Петербурга
Форма поиска
Поиск
Вы здесь
Главная » Свойства p-n-перехода. Полупроводниковый диод….
Свойства p—n-перехода. |
|
Примесные полупроводники |
|
Донорная примесь: основные носители заряда — свободные электроны. Остается положительный ион примеси. Акцепторная примесь: основные носители заряда—дырки. Остается отрицательный ион примеси. В месте контактадонорного и акцепторного полупроводников возникает электронно-дырочный переход (p-n-переход). |
|
Свойства р-п-перехода 1. Образуется запирающий слой, образованный зарядами ионов примеси: d=10-7 м, Dj = 0.4—0,8 В.
|
|
2. Направление внешнего поля (источника) совпадает с направлением контактного поля. Тока основных носителей заряда нет. Существует слабый токнеосновных носителей заряда. Такое включение называется обратным. |
|
3. Прямое включение. Существует ток основных носителей заряда. p-n-переход пропускает электрический ток только в одном направлении (свойство односторонней проводимости). |
|
Полупроводниковый диод Схематическое изображение. |
|
Устройство диода. |
|
Вольтамперная характеристика полупроводникового диода. /, 2 — участок приближенно прямолинеен -экспонента; 3 — пробой диода 0,3— обратный ток; 0,1— ток меняется нелинейно. Обратный ток обусловлен наличием неосновных носителей заряда. |
|
Применение полупроводникового диода Выпрямитель тока |
|
Принцип действия транзистора |
|
Условное обозначение Направление стрелки — направление тока На всех рисунках — p-n-p— транзисторы. |
|
Устройство биполярного транзистора. Основные применения: элемент усилетеля тока, напряжения или мощности; электронный ключ (например, в генераторе электромагнитных колебаний). |
|
Переход эмиттер — база включается в прямом направлении, а база — коллектор — в обратном. Через эмиттерный переход идет большое количество основных носителей заряда. База очень тонкая. Концентрация основных носителей заряда в базе небольная. Поэтому рекомбинация электронов и дырок небольшая. Ток базы маленький. Заряды, пришедшие из эмиттера, по отношению к базе являютсянеосновными, поэтому они свободно проходят через коллекторный переход. До 95% дырок, попадающих из эмиттера в базу, проходят в коллектор. Т.е. Iэ ≈ Iб. При изменении Iэ с помощью источника переменного напряжения одновременно почти во столько же раз изменяется Iк. |
|
Теги:
конспект
Факультативный курс физики. 9 кл.
Факультативный курс физики. 9 кл.
Оглавление
|
График, Принцип работы, Свойства, Использование
Полупроводниковое устройство с двумя контактами или двумя электродами, которое позволяет электрическому току течь только в одном направлении, блокируя электрический ток в противоположном или обратном направлении, известно как PN-переход. диод. Это устройство имеет прямое смещение, позволяющее протекать электрическому току. С другой стороны, в условиях обратного смещения он блокирует прохождение электрического тока.
Диод представляет собой полупроводниковое устройство, которое работает как «токовый односторонний переключатель». Он позволяет току свободно течь в одном направлении, но значительно ограничивает ток в другом. Диоды могут преобразовывать переменный ток (ac) в пульсирующий постоянный ток (dc). Следовательно, они также известны как выпрямители (постоянного тока). Диоды классифицируются по типу, напряжению и способности пропускать ток по-своему. Каждый тип имеет различное применение в зависимости от его функционирования.
В этой статье мы узнаем об определении, графике, символе, принципе работы, условиях смещения, свойствах и применении PN-переходного диода, а также о разнице между стабилитроном и PN-переходными диодами
PN-переходный диод
Интерфейс или граница внутри полупроводникового устройства между полупроводниковым материалом P-типа и N-типа называется PN-переходом. P-сторона или положительная сторона полупроводника содержит больше дырок, чем N-сторона или отрицательная сторона, на которой больше электронов. PN-переход в полупроводнике создается в процессе легирования. Диод с PN-переходом представляет собой полупроводниковое устройство, которое формируется с помощью этого метода и используется для обеспечения протекания электрического тока в одном направлении и блокировки в противоположном.
Символ
Символ диода PN-перехода изображается в виде треугольника, направленного к прямой или проходящего через одну вершину. Такое расположение показывает направление протекания тока в цепи от положительного вывода анода к отрицательному выводу катода.
Давайте сначала обсудим процесс легирования, чтобы лучше понять принцип работы диода с PN-переходом.
Метод, используемый для увеличения или уменьшения количества дырок и электронов в полупроводнике, известен как легирование
Для изготовления полупроводникового материала N-типа используются атомы с одним дополнительным валентным электроном, чем у кремния. Для этого используются элементы из V группы таблицы Менделеева. Эти элементы имеют 5 валентных электронов, из которых 4 участвуют в образовании ковалентной связи с кремнием, а дополнительный валентный электрон остается несвязанным. В результате в зону проводимости вводится больше электронов, что увеличивает общее количество электронов в системе.
Элементы из 3-й группы периодической таблицы смешиваются для создания полупроводника P-типа. В результате материалы P-типа имеют только три валентных электрона для взаимодействия с атомами кремния. Общий эффект представляет собой дыру, поскольку электронов недостаточно для создания четырех ковалентных связей, окружающих атомы и ядра. Количество электронов, захваченных связями, больше в материалах P-типа, что увеличивает количество дырок. В легированном материале всегда больше одного типа носителя, чем другого, и носитель с большей концентрацией называется «основным носителем», а носитель с меньшей концентрацией называется «неосновным носителем». Когда эти два типа полупроводников соединяются вместе, образуется диод с PN-переходом.
Принцип работы диода с PN-переходом
В диоде с PN-переходом ионизированный донор остается на N-стороне, когда электрон диффундирует с N-стороны на P-сторону, и на его стороне образуется слой положительного заряда. N-сторона перекрестка. Когда дырка перемещается со стороны P на сторону N, ионизированный акцептор остается на стороне P, вызывая накопление слоя отрицательных зарядов на стороне P перехода. Зона истощения определяется как область положительного и отрицательного заряда на каждой стороне соединения. По обе стороны от перехода возникает электрическое поле с направлением от положительного заряда к отрицательному.
Электрический потенциал между P- и N-областями изменяется при подаче внешнего потенциала на клеммы PN-перехода. В результате поток большинства носителей изменяется, позволяя электронам и дыркам диффундировать через PN-переход.
Считается, что диод находится в состоянии прямого смещения, если приложенное напряжение уменьшает ширину обедненного слоя, и обратного смещения, если приложенное напряжение увеличивает ширину обедненного слоя. Говорят, что диод находится в состоянии нулевого смещения или в несмещенном состоянии, если ширина обедненного слоя остается неизменной.
Условия прямого и обратного смещения PN-перехода Диод
Давайте подробно разберем принцип работы условий прямого и обратного смещения PN-перехода.
Прямое смещение
PN-переход смещен в прямом направлении, когда P-тип подключен к положительной клемме батареи, а N-тип подключен к отрицательной клемме. В этом состоянии приложенное электрическое поле и встроенное электрическое поле в PN-переходе имеют противоположные направления.
Сложение обоих электрических полей дает результирующее электрическое поле, поэтому результирующее электрическое поле оказывается меньше, чем встроенное электрическое поле. В результате зона истощения становится тоньше и менее устойчивой. При высоком приложенном напряжении сопротивление области обеднения становится незначительным. При 0,6 В сопротивление зоны обеднения в кремнии становится совершенно незначительным, позволяя току свободно течь по ней.
Обратное смещение
PN-переход имеет обратное смещение, когда P-тип подключен к отрицательной клемме батареи, а N-тип подключен к положительной стороне. В этом состоянии приложенное электрическое поле и встроенное электрическое поле имеют одинаковое направление. Результирующее электрическое поле и встроенное электрическое поле также имеют одинаковое направление, что приводит к более резистивной и более толстой области истощения. Увеличение приложенного напряжения приводит к образованию более толстой и устойчивой области истощения.
V-I Характеристики PN-перехода
Соотношение между напряжением на переходе и током в цепи известно как вольт-амперная (V-I) характеристика PN-перехода или полупроводникового диода. Обычно напряжение измеряется по оси x, тогда как ток измеряется по оси y.
V-I характеристики PN перехода можно объяснить в трех случаях:
- Нулевое смещение или несмещенное
- Прямое смещение
- Обратное смещение
В состоянии нулевого смещения не происходит движения дырок или электронов, так как внешний потенциал не приложен, что препятствует прохождению электрического тока через диод.
Когда диод PN-перехода находится в прямом смещении, P-тип подключается к положительной клемме внешнего напряжения, а N-тип подключается к отрицательной клемме. Такое расположение диодов снижает потенциальный барьер. При напряжении 0,7 В для кремниевых диодов и 0,3 В для германиевых диодов потенциальные барьеры уменьшаются и протекает ток.
Ток медленно растет, пока диод находится в прямом смещении, а формируемая кривая нелинейна, поскольку напряжение, подаваемое на диод, превышает потенциальный барьер. Как только диод преодолевает потенциальный барьер, он работает нормально, и кривая резко возрастает по мере увеличения внешнего напряжения, что дает линейную кривую.
Когда диод PN-перехода находится в отрицательном смещении, P-тип подключается к отрицательной клемме внешнего напряжения, а N-тип подключается к положительной клемме, что приводит к более высокому потенциальному барьеру. Поскольку в переходе присутствуют неосновные носители, сначала возникает обратный ток насыщения.
Разница между PN-диодом и стабилитроном
Различия между PN-переходным диодом и стабилитроном следующие:
PN-переходной диод 91 | |
Ток течет в только в одном направлении | Ток может течь в обоих направлениях |
Обедненный слой PN-перехода полностью повреждается при обратном смещении | В стабилитроне ток течет в обоих направлениях даже в состоянии обратного смещения |
Область PN слегка легирована в диоде с PN-переходом, что делает обедненную область шире. | Область обеднения в стабилитроне уже, поскольку PN-переход сильно легирован. |
Основное применение диода с PN-переходом — процесс выпрямления. | Стабилитроны в основном используются для регулирования напряжения. |
Свойства диода с PN-переходом
Ниже приведены некоторые общие свойства диода с PN-переходом:
- Диод с PN-переходом способен выпрямлять электрический ток
- Он может создавать потенциальный барьер и использовать свои емкостные свойства
- PN-переход создает различные нелинейные вольт-амперные характеристики в полупроводниковом диоде
- Наиболее важным свойством является преобразование световой энергии в электрическую
- Диод с PN-переходом излучает, когда через него протекает ток.
Применение PN-диода
Ниже приведены некоторые из наиболее интересных применений PN-диодов.
- PN-диод используется в качестве тройного, удвоителя напряжения и учетверения в схемах умножителя напряжения, а также в качестве переключателя в различных электрических цепях.
- Они используются в многочисленных выпрямителях и варикапах для генераторов, управляемых напряжением.
- В то время как диод с PN-переходом излучает свет при смещении тока, поэтому он используется в светоизлучающих диодах (LED) и фотодиодах.
- Диоды с PN-переходом также можно использовать для другого диода, называемого излучением, стимулируемым усилением света.
- В силовой электронике может использоваться в солнечных батареях.
- Применяется как в детекторе, так и в схеме демодулятора, поэтому его можно использовать в качестве детектора для схемы демодуляции.
- Используются в качестве зажимов для регулировки опорного напряжения.
- Напряжение на диоде PN-перехода используется для создания датчиков температуры и опорных напряжений.
Вы можете найти больше таких замечательных учебных материалов и по другим темам физики. Получите помощь от экспертов в подготовке к экзаменам с помощью избранных учебных материалов, пробных тестов и ценных советов, которые помогут вам получить более высокие оценки на экзамене. Загрузите бесплатное приложение Testbook, чтобы получить эксклюзивные предложения прямо сейчас.
Часто задаваемые вопросы о переходном диоде PN
В.1 Какова основная функция диода PN?
Ans.1 Основная функция диода PN-перехода в электрической цепи – пропускать электрический ток только в одном направлении и ограничивать его в другом.
Q.2 Как формируется диод с PN-переходом?
Ans.2 Диод с PN-переходом образуется путем соединения полупроводников P-типа и N-типа, где область P-типа содержит больше дырок, а область N-типа содержит большее количество электронов.
В.3 Каковы характеристики диода с P-N переходом?
Ans. 3 Диод с PN-переходом пропускает ток только в одном направлении. Его характеристики также могут быть описаны в виде кривой V-I в условиях нулевого, прямого и обратного смещения.
В.4 Сколько существует типов диодов с PN-переходом?
Ans.4 В основном существует четыре типа диодов с PN-переходом: светоизлучающие диоды, стабилитроны, фотодиоды и солнечные элементы
?
Ans.5 Соотношение между напряжением на переходе и током в цепи известно как вольт-амперная (ВА) характеристика PN-перехода или полупроводникового диода. Здесь напряжение измеряется по оси x, тогда как ток измеряется по оси y. Считается, что диод находится в состоянии прямого смещения, если приложенное напряжение уменьшает ширину обедненного слоя, и обратного смещения, если приложенное напряжение увеличивает ширину обедненного слоя. Он находится в состоянии нулевого смещения, если ширина обедненного слоя не меняется.
Скачать публикацию в формате PDF
Заземление: определение, типы, схемы и значение Схемы |
Химические эффекты электрического тока: определение, применение и использование |
Типы двигателей постоянного тока: изучите различные типы двигателей постоянного тока и их применение |
Свойства PN-перехода при прямом смещении
Полупроводники — это материалы, проводимость которых находится между проводником (металлами) и непроводником или изолятором.
Полупроводники могут быть чистыми элементами, включая кремний или германий, или, может быть, некоторыми другими соединениями, включая сплавы, такие как арсенид галлия или селенид кадмия.
Полупроводники, у которых больше отрицательных носителей заряда, чем положительных, включают полупроводники N-типа. Полупроводники, имеющие большое количество носителей заряда в виде дырок, относятся к полупроводникам P-типа.
Есть две зоны — зона проводимости и валентная зона. В зонах проводимости на самой внутренней оболочке находятся электроны, которые могут принимать участие в процессе проводимости. В валентной зоне электроны присутствуют на самой внешней оболочке или присутствуют валентные электроны.
В собственных и полупроводниках (чистый кремний) небольшая часть валентных электронов способна достичь зоны проводимости. Достигнув зоны проводимости, эти небольшие количества валентных электронов могут резко изменить свойства проводимости полупроводника.
PN-переход означает
PN-переход — это граница между двумя типами полупроводниковых материалов (один — n-типа, а другой — p-типа). Сторона P представляет собой положительную сторону и имеет избыток дырок, тогда как сторона n представляет отрицательную сторону с избытком электронов.
Формирование PN-перехода
PN-переход — это основное полупроводниковое устройство. Когда сторона P-типа соприкасается со стороной N-типа, образуя единое целое, полученная сборка называется переходным диодом.
Разность потенциалов, возникающая на переходе из-за миграции большинства носителей заряда (положительных или отрицательных), называется потенциальным барьером.
PN-переход с прямым смещением
Когда внешний источник постоянного тока подключен к диоду-переходнику, секция P подключена к положительному полюсу, а секция N к отрицательному полюсу, говорят, что диод-переходник смещен в прямом направлении. .
PN-переход с обратным смещением
Говорят, что PN-переход имеет обратное смещение, когда положительная клемма внешней батареи в цепи подключена к секции N, а отрицательная клемма подключена к секции P.
Поток неосновных носителей через переход от обеих секций переходного диода отвечает за обратный ток.
Характеристики диода с PN-переходом при прямом смещении
- Когда положительная клемма или конец внешней батареи подключены к положительному полюсу или положительной стороне, а отрицательная клемма подключена к отрицательному полюсу или отрицательной стороне, тогда разность потенциалов противоположна барьерному потенциалу.
- Когда PN-переход смещен в прямом направлении, приложенный положительный потенциал отталкивает дырки в P-области или положительной области, а приложенный отрицательный потенциал отталкивает электрон в отрицательной области, поэтому заряд перемещается к соединению.
- Как только прямое смещение становится больше, чем потенциальный барьер перехода, прямой ток увеличивается линейно.
- При прямом смещении, когда ток увеличивается линейно и быстро по сравнению с напряжением колена, происходит изменение тока, при этом увеличение прямого смещения происходит чрезвычайно медленно ниже напряжения колена.
- При прямом смещении в PN-переходе обедненный слой становится тонким, поскольку полярность внешнего источника постоянного тока противоположна фиктивной батарее, создавшей переход.
- Это приводит к падению потенциала на переходе и делает слой обеднения тонким, что, в свою очередь, приводит к низкому сопротивлению переходного диода.
Действие PN-перехода
Диод с p-n-переходом смещен в прямом направлении, когда положительная и отрицательная стороны подключены к положительной и отрицательной клеммам батареи соответственно.
В диодах с PN-переходом, смещенным в прямом направлении, электроны перемещаются от отрицательной клеммы батареи внутрь диода, и он пересекает точку P, чтобы соединиться с отверстиями. Затем электроны испускаются с положительной клеммы P-стороны батареи. Это создает больше свободных дырок, которые могут перемещаться внутри, а затем объединяются с электронами. Таким образом, обедненный слой вместе с барьерным потенциалом перехода уменьшается, а затем и уменьшается общее сопротивление диода.
Заключение
В соединении PN, когда прямое смещение увеличивается даже немного выше безопасного предела, оно будет повреждено. Это связано с большим количеством носителей заряда в прямом токе. Хотя носители заряда приобретают очень небольшую кинетическую энергию и могут выделять очень небольшое количество тепла, общего количества тепла, выделяемого всеми носителями, достаточно, чтобы разорвать ковалентную связь. Согласно нашим заметкам о PN-переходе, когда PN-переход смещен в прямом направлении, ширина обедненного слоя уменьшается; в результате он обеспечивает низкое сопротивление при прямом смещении.
Добавить комментарий