Диоды в ближний: Светодиодный ближний или дальний свет

Прямые характеристики PN-перехода:

Когда положительная клемма батареи подключена к P-типу, а отрицательная клемма подключена к N-типу, называется прямое смещение PN перехода показано на рисунке ниже.

Если это внешнее напряжение становится больше, чем значение потенциального барьера, приблизительно 0.7 В для кремния и 0,3 В для Ge, потенциальный барьер пересекается, и ток начинает течь из-за движения электронов через переход, то же самое для дырок.

Обратные характеристики P-N перехода:

Когда положительное напряжение подается на n-часть диода, а отрицательное напряжение на p-часть диода, считается, что он находится в состоянии обратного смещения.

Когда положительное напряжение подается на N-часть диода, электроны движутся к положительному электроду, а приложение отрицательного напряжения к p-части заставляет отверстия двигаться к отрицательному электроду.В результате электроны пересекают переход, чтобы объединиться с дырками на противоположной стороне перехода, и наоборот. В результате образуется обедненный слой, имеющий путь с высоким импедансом и высоким потенциальным барьером.

Применение диода P-N перехода:

Диод P-N перехода — это двухконтактное устройство, чувствительное к полярности, диод проводит при прямом смещении, а диод не проводит при обратном смещении. Благодаря этим характеристикам, диод с P-N переходом используется во многих приложениях, таких как

1. Выпрямители в источниках питания постоянного тока
2. Цепи демодуляции
3. Отсечные и фиксирующие сети

2.Фотодиод

Фотодиод — это своего рода диод, который генерирует ток, пропорциональный энергии падающего света. Это преобразователь света в напряжение / ток, который находит применение в системах безопасности, конвейерах, системах автоматического переключения и т. Д. Фотодиод похож на светодиод по конструкции, но его p-n переход очень чувствителен к свету. Переход p-n может быть открыт или упакован с окном для проникновения света в переход P-N. В состоянии прямого смещения ток проходит от анода к катоду, а в состоянии с обратным смещением фототок течет в обратном направлении.В большинстве случаев упаковка фотодиода аналогична упаковке светодиода с анодными и катодными выводами, выступающими из корпуса.

Существует два типа фотодиодов — фотодиоды PN и PIN. Разница в их производительности. ПИН-фотодиод имеет внутренний слой, поэтому он должен иметь обратное смещение. В результате обратного смещения ширина обедненной области увеличивается, а емкость p-n перехода уменьшается. Это позволяет генерировать больше электронов и дырок в обедненной области.Но одним из недостатков обратного смещения является то, что он генерирует ток шума, который может снизить отношение сигнал / шум. Поэтому обратное смещение подходит только в приложениях, требующих более высокой пропускной способности. Фотодиод PN идеален для приложений с низким освещением, поскольку работает без смещения.

Режим фотопроводимости возникает при обратном смещении фотодиода. В результате этого ширина обедненного слоя увеличивается и приводит к уменьшению емкости p-n перехода. Это увеличивает время отклика диода.Чувствительность — это отношение генерируемого фототока к энергии падающего света. В фотопроводящем режиме диод генерирует только небольшой ток, называемый током насыщения, или обратным током вдоль своего направления. В этом состоянии фототок остается прежним. Фототок всегда пропорционален люминесценции. Несмотря на то, что фотопроводящий режим быстрее, чем фотогальванический режим, электронный шум выше в фотопроводящем режиме. Фотодиоды на основе кремния генерируют меньше шума, чем фотодиоды на основе германия, поскольку кремниевые фотодиоды имеют большую ширину запрещенной зоны.

3. Стабилитрон

Стабилитрон использует свой p-n переход в режиме обратного смещения для создания эффекта Зенера. Во время эффекта Зенера или пробоя Зенера стабилитрон поддерживает напряжение, близкое к постоянному значению, известному как напряжение Зенера. Обычный диод также имеет свойство обратного смещения, но если напряжение обратного смещения будет превышено, на диод будет воздействовать большой ток и он будет поврежден.С другой стороны, стабилитрон специально разработан так, чтобы иметь пониженное напряжение пробоя, называемое напряжением Зенера. Стабилитрон также демонстрирует свойство управляемого пробоя и позволяет току поддерживать напряжение на стабилитроне, близкое к напряжению пробоя. Например, стабилитрон на 10 вольт будет падать на 10 вольт в широком диапазоне обратных токов.

Зенер = (VIn — V Out) / R Ом

Значение резистора R должно удовлетворять двум условиям.

1. Оно должно быть низким, чтобы пропускать достаточный ток через стабилитрон.
2. Номинальная мощность резистора должна быть достаточно высокой для защиты стабилитрона.

Фото предоставлено:

• Стабилитрон от wikimedia
• Функциональная схема P-N-переходного диода от Куэра

ВИ-характеристики PN-переходного диода в трех режимах смещения

P-N-переходной диод появился в 1950 году.Это самый важный и основной строительный блок электронного устройства. Диод с PN-переходом представляет собой устройство с двумя выводами, которое формируется, когда одна сторона диода с PN-переходом сделана из p-типа и легирована материалом N-типа. PN-переход — это основа для полупроводниковых диодов. Различные электронные компоненты, такие как BJT, JFET, MOSFET (полевые транзисторы металл-оксид-полупроводник), светодиоды, аналоговые или цифровые ИС, поддерживают полупроводниковую технологию. Основная функция полупроводникового диода заключается в том, что он позволяет электронам полностью проходить через него в одном направлении.Наконец, он действует как выпрямитель. В этой статье дается краткая информация о диоде с PN-переходом, диоде с PN-переходом в прямом смещении и обратном смещении, а также о характеристиках VI диода с PN-переходом

Что такое диод с PN-переходом?

Существует три возможных состояния смещения и две рабочие области для типичного диода с PN-переходом: нулевое смещение, прямое смещение и обратное смещение.

Когда на диод с PN-переходом не подается напряжение, электроны будут диффундировать на P-сторону, а дырки — на N-сторону через переход, и они объединятся.Следовательно, акцепторный атом, близкий к P-типу, и донорный атом, расположенный рядом с N-стороной, остается неиспользованным. Эти носители заряда создают электронное поле. Это препятствует дальнейшей диффузии носителей заряда. Таким образом, движение области не известно как область истощения или пространственный заряд.

Если мы применим прямое смещение к PN-переходному диоду, это означает, что отрицательная клемма подключена к материалу N-типа, а положительная клемма подключена к материалу P-типа через диод, который имеет эффект уменьшение ширины диода PN перехода.

Если мы применим обратное смещение к диоду с PN-переходом, это означает, что положительный вывод подключен к материалу N-типа, а отрицательный вывод подключен к материалу P-типа через диод, что приводит к увеличению ширина PN-переходного диода и отсутствие заряда может проходить через переход

PN-переходный диод с нулевым смещением

В переходе с нулевым смещением потенциально обеспечивает более высокую потенциальную энергию для отверстий на выводах сторон P и N. .Когда контакты переходного диода закорочены, несколько основных носителей заряда на стороне P с большим количеством энергии, чтобы преодолеть потенциальный барьер, чтобы пройти через область обеднения. Таким образом, с помощью основных носителей заряда в диоде начинает течь ток, который обозначается как прямой ток. Таким же образом неосновные носители заряда на N-стороне движутся через область обеднения в обратном направлении, и это называется обратным током.

Потенциальный барьер препятствует движению электронов и дырок через переход и позволяет неосновным носителям заряда дрейфовать через PN-переход.Однако потенциальный барьер помогает неосновным носителям заряда P-типа и N-типа дрейфовать через PN-переход, тогда равновесие будет установлено, когда основные носители заряда равны и оба движутся в обратных направлениях, так что конечный результат равен нулю. ток, протекающий в цепи. Говорят, что это соединение находится в состоянии динамического равновесия.

Когда температура полупроводника увеличивается, неосновные носители заряда бесконечно генерируются, и поэтому ток утечки начинает расти.Но электрический ток не может течь, так как к PN-переходу не подключен внешний источник.

PN-переходный диод в прямом смещении

Когда PN-переходный диод подключен в прямом смещении, подавая положительное напряжение на материал P-типа и отрицательное напряжение на клемму N-типа. Если внешнее напряжение становится больше, чем значение потенциального барьера (оценка 0,7 В для Si и 0,3 В для Ge, сопротивление потенциальных барьеров будет преодолено, и начнется протекание тока.Потому что отрицательное напряжение отталкивает электроны рядом с переходом, давая им энергию для объединения и пересечения с дырками, выталкиваемыми в направлении, противоположном переходу, положительным напряжением.

Результат этого на характеристической кривой нулевого тока, протекающего до встроенного потенциала, на статических кривых называется «током перегиба», а затем протекает большой ток через диод с небольшим увеличением. во внешнем напряжении, как показано ниже.

VI характеристики диода с PN переходом при прямом смещении

Характеристики VI диода с PN переходом при прямом смещении нелинейны, то есть не являются прямой линией. Эта нелинейная характеристика показывает, что во время работы N-перехода сопротивление не является постоянным. Наклон диода с PN-переходом при прямом смещении показывает, что сопротивление очень низкое. Когда к диоду прикладывается прямое смещение, это вызывает путь с низким импедансом и позволяет проводить большой ток, который известен как бесконечный ток.Этот ток начинает течь выше точки перегиба с небольшим внешним потенциалом.

Разность потенциалов на PN-переходе поддерживается постоянной за счет действия слоя обеднения. Максимальный ток, который должен проводиться, поддерживается нагрузочным резистором неполным, потому что, когда диод с PN-переходом проводит больше тока, чем нормальные характеристики диода, дополнительный ток приводит к рассеиванию тепла, а также к повреждению устройства.

PN переходной диод в обратном смещении

Когда PN переходный диод подключен в состоянии обратного смещения, положительное (+ Ve) напряжение подключается к материалу N-типа, а отрицательное (-Ve) напряжение подключается к Материал P-типа.

Когда к материалу N-типа прикладывается напряжение + Ve, оно притягивает электроны около положительного электрода и уходит от перехода, в то время как отверстия на конце P-типа также притягиваются от перехода рядом с переходом. отрицательный электрод.

При этом типе смещения ток через диод PN-перехода равен нулю. Тем не менее, утечка тока из-за неосновных носителей заряда течет в диоде, что может быть измерено в UA (микроампер). Поскольку потенциал обратного смещения к диоду с PN-переходом в конечном итоге увеличивается и приводит к пробою обратного напряжения на PN-переходе, током диода с PN-переходом управляет внешняя цепь. Обратный пробой зависит от уровней легирования областей P&N.Кроме того, с увеличением обратного смещения диод закорачивается из-за перегрева в цепи, и максимальный ток цепи течет в диоде с PN переходом.

VI Характеристики диода с PN переходом при обратном смещении

В этом типе смещения характеристическая кривая диода показана в четвертом квадранте рисунка ниже. Ток в этом смещении низкий до тех пор, пока не произойдет пробой, и поэтому диод выглядит как разомкнутая цепь. Когда входное напряжение обратного смещения достигает напряжения пробоя, обратный ток сильно возрастает.

Таким образом, речь идет о диоде с PN переходом в условиях нулевого смещения, прямого смещения и обратного смещения, а также о характеристиках VI диода с PN переходом. Мы надеемся, что вы лучше понимаете эту концепцию. Кроме того, любые сомнения относительно этой статьи или проектов в области электроники, пожалуйста, оставьте свой отзыв, оставив комментарий в разделе комментариев ниже. Вот вам вопрос, какой диод используется в фототранзисторе?

Фото:

Введение в диоды

• Раздел 2.0 Введение в диоды.
• • Обозначения диодных схем.
• • Ток через диоды.
• • Конструкция диода.
• • PN-переход.
• • Прямое и обратное смещение.
• • Характеристики диода.
• Раздел 2.1 Кремниевые выпрямители.
• • Маркировка полярности.
• • Параметры выпрямителя.
• Раздел 2.2 Диоды Шоттки.
• • Конструкция диода Шоттки.
• • Потенциал соединения Шоттки.
• • Высокоскоростное переключение.
• • Выпрямители мощности Шоттки.
• • Ограничения по току Шоттки.
• • Защита от перенапряжения.
• Раздел 2.3 Малосигнальные диоды.
• • Конструкция малосигнального диода.
• • Формирование волны.
• • Обрезка.
• • Зажим / восстановление постоянного тока.
• • Приложения HF.
• • Защитные диоды.
• Раздел 2.4 Стабилитроны.
• • Конструкция стабилитрона.
• • Обозначения схем Зенера.
• • Эффект Зенера.
• • Эффект лавины.
• • Практические стабилитроны.
• Раздел 2.5 Светодиоды.
• • Работа светодиода.
• • Световое излучение.
• • Цвета светодиодов.
• • Расчеты цепей светодиодов.
• • Светодиодные матрицы.
• • Тестирование светодиодов.
• Раздел 2.6 Лазерные диоды.
• • Лазерный луч.
• • Основы атома.
• • Конструкция лазерного диода.
• • Лазерная накачка.
• • Управление лазерным диодом.
• • Лазерные модули.
• • Лазерная оптика.
• • Классы лазерных диодов.
• Раздел 2.7 Фотодиоды.
• • Основы фотодиодов.
• • Приложения.
• • Конструкция лазерного диода.
• • Лазерная накачка.
• • Управление лазерным диодом.
• • Лазерные модули.
• • Лазерная оптика.
• • Классы лазерных диодов.
• Раздел 2.8 Проверка диодов.
• • Неисправности диодов.
• • Проверка диодов с помощью омметра.
• • Определение соединений диодов.
• • Выявление неисправных диодов.
• Раздел 2.9. Тест диодов.
• • Проверьте свои знания о диодах.

Рисунок 2.0.1. Диоды

Введение

Диоды — одни из самых простых, но наиболее полезных из всех полупроводниковых устройств. Многие типы диодов используются в широком диапазоне приложений.Выпрямительные диоды — жизненно важный компонент в источниках питания, где они используются для преобразования сетевого напряжения переменного тока в постоянное. Стабилитроны используются для стабилизации напряжения, предотвращения нежелательных изменений в подаче постоянного тока в цепи и для подачи точных опорных напряжений для многих схем. Диоды также можно использовать для предотвращения катастрофического повреждения оборудования с батарейным питанием, когда батареи подключены с неправильной полярностью.

Сигнальные диоды также широко используются при обработке сигналов в электронном оборудовании; они используются для получения аудио- и видеосигналов из передаваемых радиочастотных сигналов (демодуляция), а также могут использоваться для формирования и изменения форм сигналов переменного тока (ограничение, ограничение и восстановление постоянного тока).Диоды также встроены во многие цифровые интегральные схемы, чтобы защитить их от опасных скачков напряжения.

Рис. 2.0.2 Обозначения диодной цепи

излучают многоцветный свет в очень широком спектре оборудования от простых индикаторных ламп до огромных и сложных видеодисплеев. Фотодиоды также производят электрический ток из света.

Диоды изготавливаются из полупроводниковых материалов, в основном кремния, с добавлением различных соединений (комбинации более чем одного элемента) и металлов в зависимости от функции диода.Ранние типы полупроводниковых диодов были сделаны из селена и германия, но эти типы диодов были почти полностью заменены более современными конструкциями кремния.

На рис. 2.0.1 показаны следующие диоды с общим проводом на концах:

1. Три силовых выпрямителя (мостовой выпрямитель для использования с сетевым (линейным) напряжением и два выпрямительных диода сетевого напряжения).

2. Точечный диод (в стеклянной капсуле) и диод Шоттки.

3. Кремниевый малосигнальный диод.

4. Стабилитроны в корпусе из стекла или черной смолы.

5. Подборка светодиодов. Против часовой стрелки от красного: желтый и зеленый светодиоды, инфракрасный фотодиод, теплый белый светодиод 5 мм и синий светодиод высокой яркости 10 мм.

Обозначения диодных цепей

Диод — это односторонний провод. Он имеет два вывода: анод или положительный вывод и катод или отрицательный вывод. В идеале диод будет пропускать ток, когда его анод сделан более положительным, чем его катод, но предотвращать протекание тока, когда его анод более отрицательный, чем его катод.В условных обозначениях схем, показанных на рис. 2.0.2, катод показан в виде стержня, а анод — в виде треугольника. На некоторых принципиальных схемах анод диода может также обозначаться буквой «а», а катод — буквой «к».

В каком направлении течет диодный ток?

Обратите внимание на рис. 2.0.2, что обычный ток течет от положительной (анодной) клеммы к отрицательной (катодной) клемме, хотя движение электронов (электронный поток) происходит в противоположном направлении, от катода к аноду.

Конструкция кремниевого диода

Рис. 2.0.3 Кремниевый планарный диод

Современные кремниевые диоды обычно производятся с использованием одной из различных версий планарного процесса, который также используется для изготовления транзисторов и интегральных схем. Многослойная конструкция, используемая в методах Silicon Planar, дает ряд преимуществ, таких как предсказуемые характеристики и надежность, а также является преимуществом для массового производства.

Упрощенный планарный кремниевый диод показан на рис.2.0.3. Использование этого процесса для кремниевых диодов позволяет получить два слоя кремния с различным легированием, которые образуют «PN переход». Нелегированный или «собственный» кремний имеет решеточную структуру из атомов, каждый из которых имеет четыре валентных электрона, но кремний P-типа и кремний N-типа легируют путем добавления относительно очень небольшого количества материала, имеющего атомную структуру с тремя валентными электронами (например, бор или алюминий), чтобы получить P-тип, или пять валентных электронов (например, мышьяк или фосфор), чтобы получить кремний N-типа.Эти легированные версии кремния известны как «примесный» кремний. Кремний P-типа теперь имеет нехватку валентных электронов в своей структуре, что также можно рассматривать как избыток «дырок» или носителей положительного заряда, тогда как слой N-типа легирован атомами, имеющими пять электронов в его валентной оболочке и поэтому имеет избыток электронов, которые являются носителями отрицательного заряда.

Диод PN переход

Рис. 2.0.4 Слой истощения диода

Когда кремний P- и N-типа соединяются вместе во время производства, создается переход, где встречаются материалы P-типа и N-типа, и отверстия, расположенные рядом с переходом в кремнии P-типа, притягиваются к отрицательно заряженному материалу N-типа на другой стороне перехода.Кроме того, электроны, близкие к переходу в кремнии N-типа, притягиваются к положительно заряженному кремнию P-типа. Таким образом, вдоль перехода между кремнием P- и N-типа создается небольшой естественный потенциал между полупроводниковым материалом P и N с отрицательно заряженными электронами, теперь на стороне P-типа перехода, и положительно заряженными дырками на стороне N соединение. Этот слой носителей заряда противоположной полярности накапливается до тех пор, пока его не станет достаточно, чтобы предотвратить свободное движение любых дальнейших дырок или электронов.Из-за этого естественного электрического потенциала на переходе между слоями P и N в PN-переходе образовался очень тонкий слой, который теперь обеднен носителями заряда и поэтому называется обедненным слоем. Поэтому, когда диод подключен к цепи, ток не может течь между анодом и катодом, пока анод не станет более положительным, чем катод, с помощью прямого потенциала или напряжения (V _F ), по крайней мере, достаточного для преодоления естественного обратного потенциала соединение.Это значение зависит в основном от материалов, из которых сделаны слои P и N диода, и от количества используемого легирования. Различные типы диодов имеют естественный обратный потенциал в диапазоне примерно от 0,1 В до 2 или 3 В. Кремниевые диоды с PN переходом имеют потенциал перехода от 0,6 В до 0,7 В

Диод прямой проводимости

Рис. 2.0.5 Диод вперед
Проводимость

Когда напряжение, приложенное к аноду, становится более положительным, чем на катоде, на величину, превышающую потенциал обедненного слоя, начинается прямая проводимость от анода к обычному катоду, как показано на рис.2.0.5.

По мере увеличения напряжения, приложенного между анодом и катодом, прямой ток сначала медленно увеличивается, поскольку носители заряда начинают пересекать обедненный слой, а затем быстро возрастает примерно по экспоненте. Следовательно, сопротивление диода, когда он «включен» или проводит в режиме «прямого смещения», не равно нулю, а очень мало. Поскольку прямая проводимость увеличивается после преодоления потенциала истощения по примерно следующей экспоненциальной кривой, прямое сопротивление (V / I) незначительно изменяется в зависимости от приложенного напряжения.

Диод с обратным смещением

Рис. 2.0.6 Обратный диод
Смещенный

Когда диод смещен в обратном направлении (анод подключен к отрицательному напряжению, а катод — к положительному), как показано на рис. 2.0.6, положительные отверстия притягиваются к отрицательному напряжению на аноде и от перехода. Точно так же отрицательные электроны притягиваются от перехода к положительному напряжению, приложенному к катоду. Это действие оставляет большую площадь в переходе без каких-либо носителей заряда (положительных дырок или отрицательных электронов) по мере расширения обедненного слоя.Поскольку область перехода теперь обеднена носителями заряда, она действует как изолятор, и по мере того, как более высокие напряжения применяются с обратной полярностью, обедненный слой становится еще шире, чем больше носителей заряда удаляется от перехода. Диод не будет проводить при приложенном обратном напряжении (обратном смещении), за исключением очень небольшого «обратного тока утечки» (I _R ), который в кремниевых диодах обычно меньше 25 нА. Однако, если приложенное напряжение достигает значения, называемого «обратным напряжением пробоя» (V _RRM ), ток в обратном направлении резко возрастает до точки, где, если ток не ограничен каким-либо образом, диод будет разрушен.

I / V характеристики диода

Рис 2.0.7. Типичный диод I / V
Характеристика

Работа диодов, описанная выше, также может быть описана специальным графиком, называемым «характеристической кривой». Эти графики показывают взаимосвязь между фактическими токами и напряжениями, связанными с различными клеммами устройства. Понимание этих графиков помогает понять, как работает устройство.

Для диодов характеристическая кривая называется ВАХ, поскольку она показывает взаимосвязь между напряжением, приложенным между анодом и катодом, и результирующим током, протекающим через диод.Типичная ВАХ показана на рис. 2.0.7.

Оси графика показывают как положительные, так и отрицательные значения и поэтому пересекаются в центре. Пересечение имеет нулевое значение как для тока (ось Y), так и для напряжения (ось X). Оси + I и + V (верхняя правая область графика) показывают круто возрастающий ток после области начального нулевого тока. Это прямая проводимость диода, когда анод положительный, а катод отрицательный. Первоначально ток не течет, пока приложенное напряжение не превысит потенциал прямого перехода.После этого ток резко возрастает примерно по экспоненте.

Оси -V и -I показывают состояние обратного смещения (нижняя левая область графика). Здесь можно увидеть, что очень небольшой ток утечки увеличивается с увеличением обратного напряжения. Однако, как только достигается обратное напряжение пробоя, обратный ток (-I) резко возрастает.

Начало страницы

Полупроводниковые диоды Вопросы и ответы

Что такое диод с PN переходом?

Название PN-переход означает переход, называемый PN-переходом, образованный введением в одну сторону собственного полупроводникового кристалла примесей акцептора (образующих полупроводник p-типа) и донорных примесей с другой стороны (образующих n- типа полупроводник) с двумя активными выводами (di означает два), один вывод действует как анод (p-тип), а другой как катод (n-тип).

Что такое переходная емкость диода?

Увеличение или уменьшение непокрытого заряда на переходе в области обедненного слоя может рассматриваться как емкостной эффект и называется емкостью перехода. По обе стороны от области обеднения комбинация заряженных ионов (акцепторные атомы в p-области, принимая диффузные электроны из n-области, становятся положительно заряженными, а донорные атомы, принимая диффузные дырки из области p-типа, становятся положительно заряженными), действует как конденсатор с параллельными пластинами.Любое изменение приложенного напряжения вызывает соответствующее изменение заряда, накопленного в области истощения. Следовательно, емкость перехода задается как C j = dq j / dv j , где dq j — это изменение заряда, накопленного в области истощения, из-за изменения напряжения, приложенного к переходу dv j .

Что такое диффузионная емкость или емкость времени прохождения?

Скорость изменения инжектированного заряда, хранящегося рядом с переходом вне области истощения, с приложенным напряжением называется диффузией, или временем прохождения, или накопительной емкостью.

Cd = dQ / dV

dQ — это изменение введенного запаса неосновного заряда рядом с переходом вне области истощения. Для простоты предположим, что p материал сильно легирован по сравнению с n материалом. В таком случае инжектированный ток электронов на сторону p пренебрежимо мал по сравнению с током инжектированных дырок на сторону n через переход. Следовательно, дырочный ток в пересчете на общий инжектированный заряд равен

I = Q / t, где t — срок службы отверстий

Следовательно, диффузионная емкость диода равна

C d = dQ / dV = t * (dI / dV) = t / r d

C d = t * I / (η * V t )

Что такое статическое и динамическое сопротивление диода?

Статическое сопротивление диода — это отношение напряжения на диоде к току через диод.Он меняется в зависимости от точки смещения на характеристической кривой V-I диода.

Статическое сопротивление r с = V / I

Динамическое сопротивление диода в определенной точке смещения (V, I) определяется как величина, обратная крутизне характеристики V-I диода, соответствующей этому напряжению на диоде и току через диод.

Динамическое сопротивление r d = dV / dI

Статическое сопротивление диода зависит от точки смещения, тогда как динамическое сопротивление диода постоянно в широком диапазоне точек смещения.

p / t = ((p 0 -p) / t p ) — (1 / q) * 9p0003 х

Где W = ширина истощающего слоя.м)

, где k — постоянная величина, а Vj — встроенный потенциал, V — напряжение обратного смещения

Где m = 1/2 для крутого перехода

м = 1/3 для линейного перехода.

Как действует действие на проникновение в область истощения?

Повторное обеднение в диоде с PN-переходом больше проникает в слаболегированный полупроводник (P или N). Исходя из принципа нейтральности заряда, это можно понять следующим образом:

Рассмотрим полупроводниковый переход с материалом типа P с концентрацией легирования Na и материал типа N с концентрацией легирования Nd.Пусть Wp и Wn — ширина слоя истощения в материалах типа P и N. Тогда, согласно закону сохранения заряда, общий непокрытый заряд при повторном соединении истощения должен быть равен нулю. Соответственно

-Na * Wp * Ap + Nd * Wn * An = 0;

Если площадь поперечных сечений одинакова с обеих сторон

Na * Wp = Nd * Wn

Из приведенного выше уравнения, если Na >> Nd, то Wp << Wn, следовательно, обеднение проникает больше в слаболегированный материал типа N.

Что такое кусочно-линейные характеристики?

Нелинейные характеристики диода могут быть аппроксимированы кусочно-линейными характеристиками, то есть соотношение между напряжением и током определяется двумя выражениями, где каждое выражение является линейным для уникального интервала диапазона напряжений. Кусочные характеристики диода представлены ниже.

шт. Характеристики диода

I = 0 для V <0.7

I = V / Rd для V> 0,7

Каковы идеальные характеристики диода?

Вот идеальные характеристики диода:

a) Напряжение включения должно быть нулевым.

б) Динамическое сопротивление диода должно быть нулевым

c) Емкость диода должна быть равна нулю

d) Напряжение пробоя должно быть бесконечным и т. Д.

Работа диода — Energy Education

Принцип работы диода может быть трудным для понимания, поскольку он основан на довольно продвинутой квантовой механике. Однако на простейшем уровне работу диода можно понять, глядя на поток положительных зарядов (или «дырок») и отрицательных зарядов (электронов). Технически полупроводниковый диод упоминается как p-n переход .Эти p-n переходы также важны для работы фотоэлементов. Для правильной работы диода требуется процесс, известный как легирование. Полупроводники могут быть легированы материалами так, чтобы они имели избыток легко смещаемых электронов — обычно это называется областью отрицательной или n-типа . Кроме того, они могут быть легированы элементами, которые создают избыток дырок, которые легко поглощают эти электроны — обычно называемые положительной областью или p-типа . ^{[2] [3]} Отрицательная и положительная области диода также являются катодом и анодом компонента соответственно (см. Рисунок 1).

Различия между этими двумя материалами и их взаимодействие на очень коротких расстояниях (менее миллиметра) приводят к образованию диода при соединении двух типов. Соединение этих двух типов создает p-n-переход, а область между двумя сторонами называется обедненной областью, поскольку электроны из области n-типа диффундируют и заполняют некоторые дыры в области p-типа.Это создает отрицательные ионы в области p-типа и оставляет положительные ионы в области n-типа (см. Рисунок 2). ^[4] Он по-разному реагирует на электрические поля в зависимости от направления электрического поля. Это приводит к полезному поведению электроники в зависимости от того, каким образом приложено напряжение (или электрическое поле), это называется смещением.

Смещение

Диод (PN переход) в электрической цепи позволяет току легче течь в одном направлении, чем в другом.Прямое смещение означает подачу напряжения на диод, позволяющее легко протекать току, в то время как обратное смещение означает подачу напряжения на диод в противоположном направлении. Напряжение с обратным смещением не вызывает протекания заметного тока. Это полезно для изменения переменного тока на постоянный. У него есть и другие применения для управления электронными сигналами.

Обратное смещение

Рис. 2. Обратносмещенный p-n-переход с черными кружками, представляющими легко перемещаемые электроны, и белыми кружками, представляющими «электронно-дефицитные» дыры.«В таком соединении с обратным смещением, как этот, электроны покидают черные кружки и движутся к внешней цепи, оставляя больше положительных ионов, в то время как электроны из внешней цепи« заполняют дыры », создавая больше отрицательных ионов.

Если на диод подается напряжение таким образом, что половина диода n-типа была подключена к положительной клемме источника напряжения, а половина p-типа была подключена к отрицательной клемме, электроны из внешней цепи создаст больше отрицательных ионов в области p-типа, «заполняя дыры», и больше положительных ионов будет создано в области n-типа, поскольку электроны смещаются к положительному выводу источника напряжения (см. рисунок 2).Следовательно, область обеднения будет увеличиваться, и напряжение между областями p-типа и n-типа также будет увеличиваться, поскольку общий заряд на каждой стороне перехода увеличивается по величине до тех пор, пока напряжение на диоде не станет равным приложенному напряжению и не будет противодействовать ему и не будет отменено. его, прекратив ток через цепь. Этот процесс происходит почти мгновенно и практически не приводит к протеканию тока через цепь, когда напряжение подается в этом направлении через диод. Это известно как p-n-переход с обратным смещением. ^[5]

Прямое смещение

Рис. 3. Частично и полностью смещенный в прямом направлении p-n переход. Обратите внимание, что для сжатия обедненной области требуется минимальное напряжение.

Когда на диод подается напряжение в противоположном направлении, область обеднения начинает сокращаться (см. Рисунок 3). В диоде с обратным смещением электроны и дырки будут отводиться от перехода, но сценарий с прямым смещением гарантирует, что электроны и дырки движутся к переходу, поскольку они отталкиваются от положительных и отрицательных выводов источника напряжения соответственно. . ^{[1] [6]} При достаточно большом приложенном напряжении и дырки, и электроны преодолеют область истощения и встретятся рядом с переходом, где они могут объединиться в непрерывный процесс, замыкая цепь и позволяя течь току. .

Прямое напряжение и напряжение пробоя

Существует минимальное пороговое напряжение, необходимое для преодоления области истощения, которое для большинства кремниевых диодов составляет значительные 0,7 вольт. Кроме того, напряжение обратного смещения действительно индуцирует через диод небольшой ток, называемый током утечки, которым можно пренебречь для большинства целей.Наконец, достаточно большое обратное напряжение приведет к полному электрическому пробою диода и позволит току течь через диод в обратном направлении. ^[1]

Для получения дополнительной информации о диодах см. Все о схемах или гиперфизике.

Для дальнейшего чтения

Для получения дополнительной информации см. Соответствующие страницы ниже:

Список литературы

Электронно-дырочная рекомбинация | Статья о рекомбинации электронов и дырок в The Free Dictionary

Рекомбинация электронов и дырок

Процесс, в котором электрон, который был возбужден из валентной зоны в зону проводимости полупроводника, возвращается в пустое состояние в валентном состоянии. полоса, известная как дыра. См. Зонная теория твердых тел

Свет с энергией фотонов, превышающей ширину запрещенной зоны, может поглощаться кристаллом, возбуждая электроны из заполненной валентной зоны в пустую зону проводимости (рис. a ). Состояние, в котором электрон удаляется из заполненной валентной зоны, называется дыркой. Это аналог пузыря в жидкости. Отверстие можно рассматривать как мобильное и имеющее положительный заряд. Возбужденные электроны и дырки быстро теряют энергию (примерно за 10 ^-12 с) из-за возбуждения решеточных фононов (колебательных квантов).Возбужденные электроны падают почти до дна зоны проводимости, а дырки поднимаются до верха валентной зоны, а затем в гораздо более длительном временном масштабе (от 10 ^-9 до 10 ^-6 с) электрон падает через запрещенную зону в пустое состояние, представленное дыркой. Это известно как рекомбинация электронов и дырок. При этом выделяется энергия, примерно равная ширине запрещенной зоны. Электронно-дырочная рекомбинация является излучательной, если выделяемая энергия является светом, и безызлучательной, если это тепло. См. Phonon

Рекомбинация электронов и дырок, генерируемых оптическим поглощением ( a ) и ( b ) смещенным вперед pn переход

Для рекомбинации электрон-дырка требуется возбужденный полупроводник, в котором есть и электроны, и дырки занимают такой же объем кристалла. Это состояние может быть создано чисто электрическими средствами путем прямого смещения перехода pn . Ток, проходящий через диод pn в электронах в секунду, равен скорости электронно-дырочной рекомбинации (рис. б ). Основное применение этого явления — светодиоды. См. Светоизлучающий диод, Люминесценция, Полупроводниковый диод

Эффективная излучательная рекомбинация между свободными электронами и дырками имеет место только в полупроводниках с прямой запрещенной зоной. Во время оптического перехода импульс сохраняется, и поскольку фотон уносит ничтожно малый импульс, переходы происходят только между состояниями зоны проводимости и валентной зоны, имеющими одинаковый импульс.Это легко выполняется в полупроводниках с прямой запрещенной зоной, поскольку электроны и дырки собираются в зоне проводимости в минимуме и валентной зоне в максимуме, и оба экстремума имеют одинаковый импульс. Однако для полупроводников с непрямой запрещенной зоной минимум зоны проводимости и максимум валентной зоны имеют очень разные импульсы, и, следовательно, оптические переходы между свободными электронами и дырками запрещены. Излучательная электронно-дырочная рекомбинация возможна в полупроводниках с непрямой запрещенной зоной, когда переходу способствуют решеточные фононы и примеси. См. Кристалл

Помимо применения в светодиодах и в работе лазеров, излучательная рекомбинация, особенно при низких температурах (примерно 2 К или -456 ° F), была очень важным инструментом для изучения взаимодействия электронов и дырки в кристаллах полупроводников. См. Exciton

С излучательной рекомбинацией конкурируют процессы безызлучательной рекомбинации — многофононное излучение и оже-рекомбинация.