A PN csatlakozás viselkedése a alkalmazott előítélettől függően változik. Az előreti előfeszítés lehetővé teszi az áram áramlását azáltal, hogy csökkenti az átmeneti akadályt, míg a fordított előterítés az áram kiszélesítésével blokkolja az áramot. Ezek a hatások befolyásolják a hordozó mozgását, a feszültségválaszt, a hőmérsékleti viselkedést és a lebontást. Ez a cikk információkat nyújt a szerkezettől a valós áramkör viselkedésétől előre és visszafelé történő elfogulásról.
PN csomóponti akadály előre és visszafordított előterítésben
A PN csatlakozást úgy hozzuk létre, hogy egy P-típusú régiót, amely főként lyukakat tartalmaz, összekapcsoljuk egy N-típusú régióval, amely főként elektronokat tartalmaz. Amikor ez a két régió találkozik, az elektronok és lyukak diffundálódnak a határon, és újra összeállnak, így rögzített töltött ionok maradnak. Ez a folyamat egy kimerülési területet hoz létre, ahol nagyon kevés a mobil töltés és belső elektromos tér van. Az elektromos tér beépített potenciált, vagyis belső feszültséget hoz létre, amely akadályként szolgál a töltés mozgásában.
Amikor az átkötés előre elhajol, a bejutott feszültség ellensúlyozza ezt a gát, és lehetővé teszi, hogy a töltések könnyebben áthaladjanak az érintésen. Amikor a csatlakozást fordítva előztetik, a bevezetett feszültség hozzáadódik a gáthoz, kiszélesítve a kimerülési területet és korlátozva az áramáramlást.
Előre- és hátra-elnyomás egy PN csomópontban
Előretolt torzítás
Előretológtatásban az akkumulátor pozitív csómája a P oldalhoz (anódhoz), a negatív csatlakozó pedig az N oldalhoz (katód) csatlakozik. A bejutott feszültség a beépített potenciál ellen nyomja a levegőt, és a kimerülési területet vékonyabbá teszi. Ez lehetővé teszi, hogy a töltéshordók könnyebben átkeljenek az átadáson, így áram áramolhat.
Fordított elfogolás
Fordított torzításban a pozitív vég az N oldalhoz (katódhoz), a negatív vég pedig a P oldalhoz (anód) csatlakozik. A bevezetett feszültség növeli a beépített potenciált, és szélesebbé teszi a kimerülési területet. Ez blokkolja a legtöbb töltéshordót, így az áramáramlás nagyon kicsi lesz.
Kimerülési régió előre-elfogultságban vs fordított torzításban
| Elfogultság feltétel | Kimerülési szélesség | Elektromos tér | Hatás az áramra |
|---|---|---|---|
| Nincs elfogultság | Közeg: | Északi oldalról P oldalra | Csak egy kis áram folyik |
| Előretolt elfogulás | Egyre vékonyabb lesz | A nettómező gyengül | A töltések könnyebben áthaladnak a csatlakozáson, így az áram áram áramlik |
| Fordított torzítás | Szélesebb leszel | A nettómező erősebbé válik | A legtöbb töltés el van zárva, így csak egy apró szivárgás áram folyik |
Előfeszült területen a vékonyabb kimerülési terület alacsonyabbra teszi a gát, így a töltések áthaladhatnak a PN csatlakozáson, és áram áramolhat. Fordított előítéletben a szélesebb elfogyási terület erősebbé teszi a gátlatot, így a csatlakozás blokkolja a legtöbb áramot, és szinte úgy viselkedik, mint egy nyitott kapcsoló az egyenáramra.
Energiasávok előretolt és fordított torzításban
Előrelépés
Előretolódás esetén a P és N oldal energiasávjai lejjebb kerülnek, így a köztük lévő gát alacsonyabbra csökken. Az N oldali elektronok és a P oldali lyukak kevesebb energiát igényelnek a csatlakozás áthaladásához. Ahogy a feszültség közel kerül a dióda előretológó feszültségéhez, sok vivő áthaladhat, így az áram gyorsan nő.
Fordított torzítás
Fordított torzításban a sávok ellentétes irányba billentenek, és a többségi hordozók számára a határ magasabbra emelkedik. Csak néhány kisebbségi hordozónak van elég energiája az átkeléshez. Ez csak egy apró visszafelé áramot enged le, és szinte állandó marad, amíg a dióda el nem éri a lerobbanós régióját.
I–V viselkedés előre-torzításban vs fordított torzításban
A PN csatlakozási dióda eltérő áram–feszültség (I–V) viselkedést mutat előre és fordított előterítésben. Előfeszítésnél a gátzárat lejjebb kerül, így az áram gyorsan nőhet, ha a feszültség elég magas. Fordított előterítésnél a gátzárat megemelik, így csak egy apró áram folyik, amíg a fordított feszültség elég nagy nem lesz a lerobbanáshoz.
| Régió | Feszültségjel | Jelenlegi szint | Fő viselkedés |
|---|---|---|---|
| Előre (térd előtt) | #CALC! | Kicsi | A korlát továbbra is korlátozza az áramot |
| Előre (térd után) | + nagyobb | Nagy, gyorsan emelkedik | A dióda úgy működik, mint egy alacsony ellenállású út |
| Fordított (normális) | − mérsékelt | Nagyon kis szivárgás | Csak kisebbségi szolgáltatók költöznek |
| Fordított lebontás | − nagy | Nagyon nagy (ha nem korlátozott) | Zener vagy lavina szétesés |
Töltéshordozó áramlás előrelátó előterítésben vs fordított előhajtásban
Egy PN csatlakozásban a töltéshordozó viselkedése erősen függ az alkalmazott elfogolástól.
Előretolt torzítás esetén a többségi hordozók dominálják a vezetést. Az elektronok az N régióból a P régióba mozognak, míg a lyukak a P régióból az N régióba. A kimerülési terület vékonyabbá válik, az átállás ellenállása alacsony, és az áram a feszültséggel gyorsan nő.
Fordított előterítés esetén a többségi hordozók elhúzódnak a csatlakozástól, kiszélesítve a kimerülési területet. Az áram főként az elektromos tér által átsöpörött kisebbségi vivők miatt történik a csatlakozáson. Ez a visszaáram nagyon kicsi és szinte állandó marad, amíg a lebontás nem történik.
A többségi vivővezetés előretoló-előterítés és a kisebbségi vivővezetés közötti kontraszt a fordított előhajtásban meghatározza a PN csatlakozó eszközök alapvető kapcsolási viselkedését.
Fordított lebontás a fordított torzítás vs előremutató torzítás
Fordított előfeszültség esetén, ha a fordított feszültség elég nagy lesz, a PN csatlakozás visszafelé történő lebontásba léphet. Ez nem fordul elő normál előrehajtás műveletben. A lebontás esetén az áram gyorsan emelkedik, és két fő mechanizmus jelentkezhet: a zener és lavina lebontás.
| Mechanizmus | Csomópont típus | Tipikus berobbanási feszültség | A felrobbanás fő oka |
|---|---|---|---|
| Zener bontás | Erősen drogozott, keskeny csomópont | Alacsonyabb feszültségek (néhány V) | Az erős elektromos tér lehetővé teszi, hogy az elektronok alagutat szúrjanak a résen |
| Lavina szétesés | Enyhén doppázott, szélesebb csomópont | Magasabb feszültségek | A gyors hordozók atomokat érnek és újabb vivőket szabadítanak |
Hőmérsékleti viselkedés előre-előre és fordított torzításban
Előretolt elfogultság
Ahogy a hőmérséklet emelkedik, a diódán átívelő feszültségcsökkenés csökken. Szilícium-dióda esetén ez a változások körülbelül −2 mV/°C-val csökken a normál áramszintek körül. Ugyanazon a feszültségen a forróbb dióda több előreáramot enged be.
Fordított torzítás
Fordított előterítésnél a szivárgás áram hőmérséklettel nő, mivel a félvezető belsejében lévő hő több kisebbségi hordozó keletkezik. A fordított lerobbanási feszültség hőmérséklettel is változhat: a zener-típusú lerobbanás gyakran csökken a hő hatására, míg a lavinaszerű lerobbanás gyakran nő.
Váltás az előretolta elfogultságról a fordított elfogultságra
Visszafordított helyreállítási viselkedés
• Előretolt elfogultság alatt a kisebbségi hordozók mélyen a P és N régiókba kerülnek.
• Ha a feszültséget fordítják, ezek a vivők rövid ideig még mindig támogatják az áramot.
• A visszafordított visszanyerő áram folyik, amíg a tárolt töltés el nem ürül, és a dióda teljesen blokkolni tudja a fordított előterelést.
Hatások az áramkör működésére
• Korlátozza, hogy a dióda milyen gyorsan tud kapcsolódni a tápáramkörökbe.
• További veszteségeket ad a visszafordított visszanyerő áram miatt.
• Gyors áramváltozások és az áram induktanciája kölcsönhatása esetén csengést és zajt okozhat.
A fordított elfogulás használata az előretolt elfogításhoz képest
Előretolt elfogítási alkalmazások
Az előrehajtást akkor használják, amikor kontrollált vezetésre van szükség. Tipikus felhasználási területek közé tartozik az egyenirányító, a feszültségreferenciál, a hőmérséklet-érzékelés PN csatlakozásokkal és a jelclampozás. Ezekben az esetekben a dióda áramot vezet, és fenntartja a kiszámítható feszültségesést.
Fordított torzítási alkalmazások
Fordított előfeszültséget alkalmaznak, amikor blokkolásra, elszigetelésre vagy feszültségfüggő viselkedésre van szükség. A fordított elfogolású csatlakozások túlfeszültség-védelmi eszközökben, varaktor diódákban, fotodiódákban és nagy sebességű jelizolációban jelennek meg. Az áram minimális marad, amíg el nem érik a meghatározott működési állapotot vagy a leállást.
Összegzés
Az előreti és visszafordított előítélet szabályozza, hogy a PN csatlakozás vezet-e vagy blokkolja-e az áramot. Az előretolás csökkenti a határt és támogatja a töltésáramlást, míg a fordított előítélet erősíti a korlátot és korlátozza az áramot egészen a lerobbanásig. A kimerülési szélesség, az energiasávok, a hőmérséklet-hatások, a kapcsolási viselkedés és a lebontási mechanizmusok együtt határozzák meg a dióda teljesítményét a gyakorlati elektronikus áramkörökben.
Gyakran Ismételt Kérdések [GYIK]
Hogyan hat a dopping egy PN csatlakozásra elfogultság esetén?
A nehezebb doppázás szűkíti a kimerülési területet, csökkenti az előretológó feszültséget, és csökkenti a fordított lerobbanási feszültséget.
Hogyan változik a dióda kapacitása az előbisztulás miatt?
A fordított előterítés csökkenti az átmenet kapacitását, míg az előretolt előterítés növeli a tárolt töltés miatt a hatékony kapacitást.
Miben különbözik a Schottky-dióda a PN diódától torzítás esetén?
A Schottky diódák gyorsabban kapcsolnak, alacsonyabb előfeszültséggel rendelkeznek, de nagyobb szivárgással és alacsonyabb visszafordított feszültséghatárokkal.
Hogyan befolyásolja a torzítás a dióda zajt?
Az előreti elnyomás árammal növeli a lövészajt; A fordított elfogultság szinte teljesen össze nem tör.
Hogyan károsíthatja a helytelen eltorzítás egy diódát?
A túlzott előrehajtás túlmelegedést okoz, míg a túlzott fordított elnyomás lerobbanáshoz és szivárgás meghibásodásához vezet.
Hogyan használják az előre- és hátrafelé elfogolódást egy BJT-ben?
Az alap–emitter csatlakozás előre elhajlított, míg az alap–gyűjtő csatlakozás fordítva elfogva szabályozza a gyűjtő áramot.
