إلى صمام تقاطع P-N يتشكل عن طريق تعاطي أحد جانبي قطعة من السيليكون مع نوع P-dopant (Boran) والجانب الآخر مع dopant من النوع N (الفوسفور). يمكن استخدام Ge بدلاً من السيليكون. الصمام الثنائي PN هو جهاز ذو طرفين. هذا هو البناء الأساسي لصمام ثنائي التوصيل PN. إنها واحدة من أبسط أجهزة أشباه الموصلات لأنها تسمح للتيار بالتدفق في اتجاه واحد فقط ، ولا يتصرف الصمام الثنائي بشكل خطي فيما يتعلق بالجهد المطبق ، وله علاقة أسية V-I.

ما هو صمام تقاطع PN؟

الصمام الثنائي للوصلة PN هو قطعة من السيليكون لها طرفان. أحد المحطات مخدر بمواد من النوع P والآخر بمواد من النوع N. تقاطع PN هو العنصر الأساسي لثنائيات أشباه الموصلات. يسهل الصمام الثنائي أشباه الموصلات تدفق الإلكترونات تمامًا في اتجاه واحد فقط - وهي الوظيفة الرئيسية لصمام ثنائي أشباه الموصلات. يمكن استخدامه أيضًا كمقوم.

السندات الإذنية تقاطع

نظرية ديود مفرق PN

هناك منطقتان للتشغيل: النوع P و النوع N. واستنادًا إلى الجهد المطبق ، هناك ثلاثة شروط 'انحياز' محتملة لثنائي تقاطع P-N ، وهي كالتالي:

تحيز صفري - لا يتم تطبيق أي جهد خارجي على الصمام الثنائي الوصلة PN.
التحيز إلى الأمام - يتم توصيل جهد الجهد بشكل إيجابي إلى الطرف من النوع P وسلبيًا إلى الطرف N من النوع في الصمام الثنائي.
عكس التحيز - يتم توصيل جهد الجهد سلبًا بالمحطة من النوع P وإيجابيًا إلى الطرف N من النوع في الصمام الثنائي.

حالة منحازة صفرية

في هذه الحالة ، لا يتم تطبيق أي جهد خارجي على الصمام الثنائي الوصلة PN ، وبالتالي تنتشر الإلكترونات إلى الجانب P وتنتشر الثقوب في نفس الوقت باتجاه الجانب N من خلال التقاطع ، ثم تتحد مع بعضها البعض. ونتيجة لذلك ، يتم إنشاء مجال كهربائي بواسطة حاملات الشحنة هذه. يعارض المجال الكهربائي المزيد من الانتشار للحاملات المشحونة بحيث لا توجد حركة في المنطقة الوسطى. تُعرف هذه المنطقة باسم عرض النضوب أو شحنة الفضاء.

شرط غير متحيز

التحيز إلى الأمام

في حالة التحيز الأمامي ، يتم توصيل الطرف السالب للبطارية بمادة N-type والطرف الموجب لـ البطارية متصل بمادة P-Type. يسمى هذا الاتصال أيضًا بإعطاء جهد إيجابي. تعبر الإلكترونات من المنطقة N التقاطع وتدخل المنطقة P. نظرًا للقوة الجذابة التي يتم إنشاؤها في المنطقة P ، فإن الإلكترونات تنجذب وتتحرك نحو الطرف الموجب. في نفس الوقت تنجذب الثقوب إلى الطرف السالب للبطارية. بواسطة حركة الإلكترونات والثقوب يتدفق التيار. في هذه الحالة ، يقل عرض منطقة النضوب بسبب انخفاض عدد الأيونات الموجبة والسالبة.

شرط التحيز إلى الأمام

خصائص V-I

من خلال توفير الجهد الموجب ، تحصل الإلكترونات على طاقة كافية للتغلب على الحاجز المحتمل (طبقة النضوب) وعبور التقاطع ويحدث نفس الشيء مع الثقوب أيضًا. كمية الطاقة التي تتطلبها الإلكترونات والثقوب لعبور التقاطع تساوي الحاجز المحتمل 0.3 فولت لـ Ge و 0.7 فولت لـ Si ، 1.2 فولت لـ GaAs. يُعرف هذا أيضًا باسم انخفاض الجهد. يحدث انخفاض الجهد عبر الصمام الثنائي بسبب المقاومة الداخلية. يمكن ملاحظة ذلك في الرسم البياني أدناه.

خصائص التحيز إلى الأمام V-I

عكس التحيز

في حالة التحيز الأمامي ، يتم توصيل الطرف السالب للبطارية بمادة من النوع N ويتم توصيل الطرف الموجب للبطارية بمادة النوع P. يُعرف هذا الاتصال أيضًا بإعطاء جهد إيجابي. ومن ثم ، فإن المجال الكهربائي الناتج عن طبقة الجهد والنضوب في نفس الاتجاه. هذا يجعل المجال الكهربائي أقوى من ذي قبل. بسبب هذا المجال الكهربائي القوي ، تريد الإلكترونات والثقوب المزيد من الطاقة لعبور التقاطع حتى لا تنتشر إلى المنطقة المقابلة. وبالتالي ، لا يوجد تدفق للتيار بسبب قلة حركة الإلكترونات والثقوب.

طبقة النضوب في حالة انحياز عكسي

تنجذب الإلكترونات من أشباه الموصلات من النوع N نحو الطرف الموجب وتنجذب الثقوب من أشباه الموصلات من النوع P إلى الطرف السالب. هذا يؤدي إلى تقليل عدد الإلكترونات في النوع N والثقوب في النوع P. بالإضافة إلى ذلك ، يتم إنشاء الأيونات الموجبة في منطقة النوع N ويتم إنشاء الأيونات السالبة في منطقة النوع P.

مخطط الدائرة للتحيز العكسي

لذلك ، يزداد عرض طبقة النضوب بسبب زيادة عدد الأيونات الموجبة والسالبة.

خصائص V-I

بسبب الطاقة الحرارية في ناقلات الأقلية البلورية يتم إنتاجها. ناقلات الأقلية تعني ثقبًا في مادة من النوع N والإلكترونات في مادة من النوع P. حاملات الأقلية هذه هي الإلكترونات والثقوب التي يتم دفعها باتجاه تقاطع PN بواسطة الطرف السالب والطرف الموجب ، على التوالي. بسبب حركة ناقلات الأقلية ، يتدفق تيار قليل جدًا ، وهو في نطاق نانو أمبير (للسيليكون). هذا التيار يسمى تيار التشبع العكسي. يعني التشبع ، بعد الوصول إلى قيمته القصوى ، الوصول إلى حالة ثابتة حيث تظل القيمة الحالية كما هي مع زيادة الجهد.

حجم التيار العكسي هو من أجل nano-amperes لأجهزة السيليكون. عندما يتم زيادة الجهد العكسي إلى ما بعد الحد ، فإن التيار العكسي يزيد بشكل كبير. هذا الجهد المعين الذي يسبب التغيير الجذري في التيار العكسي يسمى جهد الانهيار العكسي. يحدث انهيار الصمام الثنائي بواسطة آليتين: انهيار الانهيار الجليدي وانهيار زينر.

I = IS [exp (qV / kT) -1]
ك - ثابت بولتزمان
T - درجة حرارة التقاطع (K)
(kT / q) درجة حرارة الغرفة = 0.026 فولت

عادة ما يكون هو تيار صغير جدًا تقريبًا في 10-17 …… 10-13A

لذلك ، يمكن كتابتها كـ

أنا = هو [exp (V / 0.026) -1]

مخطط خصائص V-I للتحيز العكسي

تطبيقات ديود تقاطع PN

يحتوي الصمام الثنائي للوصلة PN على العديد من التطبيقات.

الصمام الثنائي الوصلة P-N في التكوين المنحاز عكسيًا حساس للضوء من نطاق يتراوح بين 400 نانومتر إلى 1000 نانومتر ، والذي يتضمن الضوء المرئي. لذلك ، يمكن استخدامه كديود ضوئي.
يمكن استخدامه أيضًا كخلية شمسية.
يتم استخدام حالة الانحياز الأمامي للوصلة PN في الكل تطبيقات إضاءة LED .
يتم استخدام الجهد عبر تقاطع PN المنحاز لإنشاء مجسات درجة الحرارة و الفولتية المرجعية.
يتم استخدامه في العديد من الدوائر مقومات ، varactors مذبذبات الجهد التي تسيطر عليها .

خصائص V-I لصمام ثنائي تقاطع PN

سيتم تغيير الرسم البياني لاختلاف مواد أشباه الموصلات يستخدم في بناء صمام ثنائي تقاطع PN. الرسم البياني أدناه يصور التغييرات.

مقارنة مع السيليكون والجرمانيوم والجاليوم أرسينيد

مقارنة مع السيليكون والجرمانيوم وأرسينيد الغاليوم

“كيفية اختبار مكثف التيار المتردد بمقياس متعدد ”

هذا كل شيء عن نظرية الصمام الثنائي PN Junction مبدأ العمل وتطبيقاته. نعتقد أن المعلومات الواردة في هذه المقالة مفيدة لك لفهم هذا المفهوم بشكل أفضل. علاوة على ذلك ، لأية استفسارات بخصوص هذه المقالة أو أي مساعدة في التنفيذ مشاريع كهربائية وإلكترونية ، يمكنك التواصل معنا من خلال التعليق في قسم التعليقات أدناه. هنا سؤال لك - ما هو التطبيق الرئيسي لصمام ثنائي التوصيل PN؟

اعتمادات الصورة: