نظرية الصمام الثنائي للتقاطع PN وخصائص الصمام الثنائي PN Junction

جرب أداة القضاء على المشاكل





ظهر الصمام الثنائي للوصلة P-N في عام 1950 وهو اللبنة الأساسية والأكثر أهمية للجهاز الإلكتروني. الصمام الثنائي للوصل PN هو جهاز ذو طرفين ، يتم تشكيله عندما يكون جانب واحد من الصمام الثنائي للوصلة PN مصنوعًا من النوع p ومخدر بمواد من النوع N. تقاطع PN هو جذر الثنائيات شبه الموصلة. ال مكونات إلكترونية مختلفة مثل BJTs و JFETs MOSFETs (أكسيد المعادن–FET أشباه الموصلات) ، المصابيح و التناظرية أو الرقمية المرحلية كل يدعم تكنولوجيا أشباه الموصلات. تتمثل الوظيفة الرئيسية للديود شبه الموصّل في أنه يسهل تدفق الإلكترونات بالكامل في اتجاه واحد عبره. أخيرًا ، يعمل بمثابة مقوم. تقدم هذه المقالة معلومات موجزة حول الصمام الثنائي للوصلة PN وصمام التوصيل PN في تحيز التوجيه وعكس التحيز وخصائص VI لصمام تقاطع PN

ما هو PN Junction Diode؟

هناك ثلاثة شروط انحياز محتملة ومنطقتان تشغيل للنموذجي PN-Junction Diode ، فهي صفرية التحيز والتحيز إلى الأمام والتحيز العكسي.




عندما لا يتم تطبيق أي جهد عبر الصمام الثنائي للوصلة PN ، فإن الإلكترونات ستنتشر إلى الجانب P وستنتشر الثقوب إلى الجانب N من خلال التقاطع وتتحد. لذلك ، تُترك ذرة المستقبل القريبة من النوع P والذرة المانحة بالقرب من الجانب N بدون استخدام. يتم إنشاء مجال إلكتروني بواسطة ناقلات الشحن هذه. هذا يتعارض مع مزيد من انتشار ناقلات الشحنة. وبالتالي ، لا تُعرف أي حركة في المنطقة باسم منطقة النضوب أو الشحنة الفضائية.

ديود مفرق PN

ديود مفرق PN



إذا طبقنا تحيزًا أماميًا على الصمام الثنائي PN-junction ، فهذا يعني أن الطرف السالب متصل بمادة من النوع N وأن الطرف الموجب متصل بالمواد من النوع P عبر الصمام الثنائي الذي له تأثير على تقليل عرض الصمام صمام تقاطع PN.

إذا طبقنا تحيزًا عكسيًا على الصمام الثنائي PN-junction ، فهذا يعني أن الطرف الموجب متصل بمادة من النوع N والطرف السالب متصل بالمواد من النوع P عبر الصمام الثنائي الذي له تأثير على زيادة عرض الصمام الثنائي للتقاطع PN ولا يمكن أن تتدفق أي شحنة عبر التقاطع

خصائص الصمام الثنائي للتقاطع PN

خصائص الصمام الثنائي للتقاطع PN

صمام تقاطع PN متحيز صفري

في تقاطع التحيز الصفري ، يحتمل أن يوفر طاقة كامنة أعلى للفتحات الموجودة على المحطات الجانبية P و N. عندما يتم قصر أطراف الصمام الثنائي للتقاطع ، فإن عددًا قليلاً من حاملات الشحنة ذات الأغلبية في الجانب P مع الكثير من الطاقة للتغلب على الحاجز المحتمل للسفر عبر منطقة النضوب. لذلك ، بمساعدة ناقلات الشحنة ذات الأغلبية ، يبدأ التيار في التدفق في الصمام الثنائي ويُشار إليه على أنه تيار إعادة توجيه. بنفس الطريقة ، تتحرك حاملات شحن الأقلية في الجانب N عبر منطقة النضوب في الاتجاه العكسي ويشار إليها بالتيار العكسي.


صمام تقاطع PN متحيز صفري

صمام تقاطع PN متحيز صفري

يعارض الحاجز المحتمل حركة الإلكترونات والثقوب عبر التقاطع ويسمح لحاملات الشحن الأقلية بالانجراف عبر تقاطع PN. ومع ذلك ، فإن الحاجز المحتمل يساعد ناقلات شحن الأقلية في النوع P و N على الانجراف عبر تقاطع PN ، ثم يتم إنشاء التوازن عندما تكون ناقلات الشحنة الأغلبية متساوية ويتحرك كلاهما في اتجاهات عكسية بحيث تكون النتيجة الصافية صفر التيار المتدفق في الدائرة. يقال إن هذا المفترق في حالة توازن ديناميكي.

عندما يتم زيادة درجة حرارة أشباه الموصلات ، يتم إنشاء ناقلات شحن الأقلية إلى ما لا نهاية ، وبالتالي يبدأ تيار التسرب في الارتفاع. ولكن ، لا يمكن أن يتدفق التيار الكهربائي نظرًا لعدم توصيل أي مصدر خارجي بموصل PN.

صمام تقاطع PN في تحيز التوجيه

عندما يتم توصيل الصمام الثنائي PN-junction في تحيز أمامي عن طريق إعطاء جهد موجب للمادة من النوع P والجهد السالب للمحطة من النوع N. إذا أصبح الجهد الخارجي أكثر من قيمة الحاجز المحتمل (تقدير 0.7 فولت لـ Si و 0.3 فولت لـ Ge ، فسيتم التغلب على معارضة الحواجز المحتملة وسيبدأ تدفق التيار. لأن الجهد السالب يصد الإلكترونات القريبة من من خلال منحهم الطاقة للجمع والتقاطع مع الثقوب التي يتم دفعها في الاتجاه المعاكس للتقاطع بواسطة الجهد الموجب.

صمام تقاطع PN في التحيز الأمامي

صمام تقاطع PN في التحيز الأمامي

نتيجة ذلك في منحنى مميز لتيار صفري يتدفق إلى جهد داخلي يسمى 'تيار الركبة' على المنحنيات الثابتة ثم تدفق تيار مرتفع عبر الصمام الثنائي مع زيادة طفيفة في الجهد الخارجي كما هو موضح أدناه.

خصائص الصمام الثنائي للتقاطع PN في تحيز التوجيه

خصائص VI للوصلة الثنائية PN في تحيز إعادة التوجيه غير خطية ، أي ليست خطًا مستقيمًا. توضح هذه الخاصية غير الخطية أنه أثناء تشغيل التقاطع N ، لا تكون المقاومة ثابتة. يوضح منحدر الصمام الثنائي للوصل PN في تحيز إعادة التوجيه أن المقاومة منخفضة جدًا. عندما يتم تطبيق انحياز أمامي على الصمام الثنائي ، فإنه يتسبب في مسار مقاومة منخفض ويسمح بإجراء قدر كبير من التيار المعروف باسم التيار اللانهائي. يبدأ هذا التيار في التدفق فوق نقطة الركبة بكمية صغيرة من الجهد الخارجي.

خصائص PN Junction Diode VI في التحيز إلى الأمام

خصائص PN Junction Diode VI في توجيه التحيز

يتم الحفاظ على فرق الجهد عبر تقاطع PN ثابتًا من خلال عمل طبقة النضوب. يتم الاحتفاظ بالحد الأقصى للتيار المراد إجراؤه غير مكتمل بواسطة المقاوم للحمل لأنه عندما يقوم الصمام الثنائي الوصلة PN بإجراء تيار أكثر من المواصفات العادية للديود ، فإن التيار الإضافي ينتج عنه تبديد الحرارة ويؤدي أيضًا إلى تلف الجهاز.

صمام تقاطع PN في التحيز العكسي

عندما يتم توصيل الصمام الثنائي للوصل PN في حالة انحياز عكسي ، يتم توصيل جهد موجب (+ Ve) بمادة من النوع N والجهد السالب (-Ve) متصل بالمواد من النوع P.

عندما يتم تطبيق الجهد + V على مادة من النوع N ، فإنه يجذب الإلكترونات بالقرب من القطب الموجب ويبتعد عن التقاطع ، بينما تنجذب الثقوب الموجودة في الطرف من النوع P أيضًا بعيدًا عن التقاطع بالقرب من القطب السالب .

صمام تقاطع PN في التحيز العكسي

صمام تقاطع PN في التحيز العكسي

في هذا النوع من التحيز ، يكون تدفق التيار عبر الصمام الثنائي الوصلة PN هو صفر. على الرغم من أن التسرب الحالي بسبب ناقلات الشحنة الأقلية يتدفق في الصمام الثنائي الذي يمكن قياسه في UA (الأمبيرات الدقيقة). نظرًا لأن إمكانية التحيز العكسي لصمام تقاطع PN تزداد في النهاية وتؤدي إلى انهيار الجهد العكسي للوصلة PN ويتم التحكم في تيار الصمام الثنائي للوصلة PN بواسطة دائرة خارجية. يعتمد الانهيار العكسي على مستويات المنشطات في مناطق P & N. علاوة على ذلك ، مع زيادة التحيز العكسي ، سيصبح الصمام الثنائي قصير الدائرة بسبب ارتفاع درجة الحرارة في الدائرة وتدفقات تيار الدائرة القصوى في صمام تقاطع PN.

خصائص الصمام الثنائي للتقاطع PN في التحيز العكسي

في هذا النوع من التحيز ، يظهر المنحنى المميز للديود في الربع الرابع من الشكل أدناه. يكون التيار في هذا التحيز منخفضًا حتى يتم الوصول إلى الانهيار ومن ثم يبدو الصمام الثنائي كدائرة مفتوحة. عندما يصل جهد الدخل للانحياز العكسي إلى جهد الانهيار ، يزداد التيار العكسي بشكل كبير.

خصائص PN Junction Diode VI في التحيز العكسي

خصائص PN Junction Diode VI في التحيز العكسي

لذلك ، هذا هو كل شيء عن الصمام الثنائي الوصلة PN في التحيز الصفري ، والانحياز الأمامي وظروف التحيز العكسي وخصائص VI لصمام تقاطع PN. نأمل أن يكون لديك فهم أفضل لهذا المفهوم. علاوة على ذلك ، فإن أي شكوك بخصوص هذه المادة ، أو مشاريع الإلكترونيات يرجى تقديم ملاحظاتك من خلال التعليق في قسم التعليقات أدناه. إليك سؤال لك ، ما الصمام الثنائي المستخدم في الترانزستور الضوئي؟

اعتمادات الصورة:

  • خصائص الصمام الثنائي PN تقاطع بواسطة المعلم
  • ديود تقاطع PN متحيز صفري بواسطة الخبراء