PN sankryža keičia savo elgesį priklausomai nuo taikomo šališkumo. Priekinis poslinkis leidžia srovei tekėti sumažindamas sankryžos barjerą, o atvirkštinis poslinkis blokuoja srovę, išplėsdamas išeikvojimo sritį. Šis poveikis turi įtakos nešiklio judėjimui, įtampos atsakui, temperatūros elgesiui ir gedimui. Šiame straipsnyje pateikiama informacija apie poslinkį pirmyn ir atgal nuo struktūros iki realaus grandinės elgesio.
PN sankryžos barjeras pirmyn ir atgal
PN sankryža sukuriama sujungiant P tipo sritį, kurioje daugiausia yra skylių, su N tipo sritimi, kurioje daugiausia yra elektronų. Kai šie du regionai susitinka, elektronai ir skylės išsisklaido per ribą ir rekombinuojasi, palikdami fiksuotus krūvio jonus. Šis procesas sudaro išeikvojimo sritį, kurioje yra labai mažai mobiliųjų krūvių ir vidinis elektrinis laukas. Elektrinis laukas sukuria įmontuotą potencialą arba vidinę įtampą, kuri veikia kaip kliūtis krūvio judėjimui.
Kai sankryža yra nukreipta į priekį, taikoma įtampa priešinasi šiam barjerui ir leidžia krūviams lengviau kirsti sankryžą. Kai sankryža yra atvirkštinė, taikoma įtampa padidina barjerą, išplečia išeikvojimo sritį ir riboja srovės srautą.
Pirmyn ir atgal poslinkis PN sankryžoje
Pirmyn šališkumas
Esant poslinkiui į priekį, teigiamas akumuliatoriaus gnybtas yra prijungtas prie P pusės (anodo), o neigiamas - prie N pusės (katodo). Taikoma įtampa stumia prieš įmontuotą potencialą ir plonina išeikvojimo sritį. Tai leidžia krūvio nešėjams lengviau kirsti sankryžą, todėl srovė gali tekėti.
Atvirkštinis šališkumas
Esant atvirkštiniam poslinkiui, teigiamas gnybtas yra prijungtas prie N pusės (katodo), o neigiamas - prie P pusės (anodo). Taikoma įtampa padidina vidinį potencialą ir padidina išeikvojimo sritį. Tai blokuoja daugumą krūvio nešiklių, todėl srovės srautas tampa labai mažas.
Išeikvojimo sritis pirmyn ir atvirkštinis šališkumas
| Šališkumo sąlyga | Išeikvojimo plotis | Elektrinis laukas | Poveikis srovei |
|---|---|---|---|
| Jokio šališkumo | Vidutinis | Iš N pusės į P pusę | Teka tik nedidelė srovė |
| Pirmyn poslinkis | Plonėja | Grynasis laukas tampa silpnesnis | Krūviai lengviau kerta sankryžą, todėl teka srovė |
| Atvirkštinis poslinkis | Tampa platesnis | Grynasis laukas sustiprėja | Dauguma įkrovimų yra užblokuoti, todėl teka tik maža nuotėkio srovė |
Esant priekiniam poslinkiui, plonesnė išeikvojimo sritis reiškia, kad barjeras yra žemesnis, todėl krūviai gali judėti per PN sankryžą ir srovė gali tekėti. Esant atvirkštiniam poslinkiui, platesnė išeikvojimo sritis daro barjerą stipresnį, todėl sankryža blokuoja didžiąją dalį srovės ir elgiasi beveik kaip atviras nuolatinės srovės jungiklis.
Energijos juostos pirmyn ir atvirkštiniu poslinkiu
Pirmyn šališkumas
Esant poslinkiui į priekį, energijos juostos P ir N pusėse pakreipiamos, todėl barjeras tarp jų tampa žemesnis. Elektronams N pusėje ir skylėms P pusėje reikia mažiau energijos, kad kirstų sankryžą. Kai taikoma įtampa artėja prie diodo priekinės įtampos, daugelis nešiklių gali judėti, todėl srovė greitai auga.
Atvirkštinis šališkumas
Esant atvirkštiniam poslinkiui, juostos pakreipiamos priešinga kryptimi, o daugumos vežėjų barjeras tampa didesnis. Tik nedidelis skaičius mažumos vežėjų turi pakankamai energijos kirsti. Tai leidžia tekėti tik nedidelei atvirkštinei srovei ir išlieka beveik pastovi, kol diodas pasiekia gedimo sritį.
I–V elgesys pirmyn ir atvirkštiniu šališkumu
PN jungties diodas turi skirtingą srovės ir įtampos (I–V) elgseną priekiniame ir atvirkštiniame poslinkyje. Esant priekiniam poslinkiui, barjeras yra nuleistas, todėl srovė gali greitai augti, kai įtampa yra pakankamai aukšta. Esant atvirkštiniam poslinkiui, barjeras pakeliamas, todėl teka tik maža srovė, kol atvirkštinė įtampa tampa pakankamai didelė, kad sukeltų gedimą.
| Regionas | Įtampos ženklas | Dabartinis lygis | Pagrindinis elgesys |
|---|---|---|---|
| Į priekį (prieš kelius) | #CALC! | Mažas | Kliūtis vis dar riboja srovę |
| Į priekį (po kelio) | + didesnis | Didelis, sparčiai kylantis | Diodas veikia kaip mažo pasipriešinimo kelias |
| Atbulinė eiga (įprasta) | − vidutinio sunkumo | Labai mažas nuotėkis | Tik mažumos vežėjai juda |
| Atvirkštinis suskirstymas | − didelis | Labai didelis (jei neribojamas) | Zenerio ar lavinos gedimas |
Įkrovimo nešiklio srautas į priekį ir atvirkštinis poslinkis
PN sankryžoje krūvio nešiklio elgesys labai priklauso nuo taikomo šališkumo.
Esant priekiniam poslinkiui, daugumos nešėjai dominuoja laidumu. Elektronai juda iš N srities į P sritį, o skylės juda iš P srities į N sritį. Išeikvojimo sritis tampa plona, sankryžos varža yra maža, o srovė greitai didėja su įtampa.
Esant atvirkštiniam šališkumui, dauguma vežėjų atitraukiami nuo sankryžos, išplečiant išeikvojimo sritį. Srovė daugiausia atsiranda dėl mažumos nešiklių, kuriuos elektrinis laukas nušluoja per sankryžą. Ši atvirkštinė srovė išlieka labai maža ir beveik pastovi, kol įvyksta gedimas.
Kontrastas tarp daugumos nešiklio laidumo priekiniame poslinkyje ir mažumos nešiklio laidumo atvirkštiniame poslinkyje apibrėžia pagrindinį PN jungties įtaisų perjungimo elgesį.
Atvirkštinis ir išankstinis šališkumo suskirstymas
Esant atvirkštiniam poslinkiui, jei atvirkštinė įtampa tampa pakankamai didelė, PN sankryža gali patekti į atvirkštinį gedimą. Taip neatsitinka įprastai veikiant į priekį. Sugedus srovė greitai kyla ir gali atsirasti du pagrindiniai mechanizmai: Zenerio gedimas ir lavinos gedimas.
| Mechanizmas | Sankryžos tipas | Tipinė gedimo įtampa | Pagrindinė gedimo priežastis |
|---|---|---|---|
| "Zener" suskirstymas | Stipriai dopingas, siaura sankryža | Žemesnė įtampa (keli V) | Stiprus elektrinis laukas leidžia elektronams tuneliuoti per tarpą |
| Lavinų gedimas | Lengvai dopingas, platesnė sankryža | Aukštesnė įtampa | Greitieji nešėjai pataiko į atomus ir atlaisvina daugiau nešiklių |
Temperatūros elgesys pirmyn ir atvirkštiniu poslinkiu
Pirmyn šališkumas
Kylant temperatūrai, priekinės įtampos kritimas per diodą mažėja. Silicio diodui šis sumažėjimas keičiasi maždaug -2 mV / °C aplink normalų srovės lygį. Esant tokiai pačiai taikomai įtampai, karštesnis diodas leis tekėti daugiau srovės į priekį.
Atvirkštinis šališkumas
Esant atvirkštiniam poslinkiui, nuotėkio srovė didėja kartu su temperatūra, nes puslaidininkio viduje šiluma sukuria daugiau mažumos nešiklių. Atvirkštinio gedimo įtampa taip pat gali keistis priklausomai nuo temperatūros: "Zener" tipo gedimas dažnai mažėja su karščiu, o lavinos tipo gedimas dažnai kyla.
Perėjimas nuo pirminio šališkumo prie atvirkštinio poslinkio
Atvirkštinis atkūrimo elgesys
• Pagal priekinį šališkumą, mažumos vežėjai yra stumiami giliai į P ir N regionus.
• Kai įtampa yra atvirkštinė, šie nešikliai trumpam palaiko srovę.
• Atvirkštinė atkūrimo srovė teka tol, kol sukauptas krūvis bus išvalytas ir diodas gali visiškai užblokuoti atvirkštiniu poslinkiu.
Poveikis grandinės veikimui
• Riboja, kaip greitai diodas gali persijungti maitinimo grandinėse.
• Prideda papildomų nuostolių dėl atvirkštinės atkūrimo srovės.
• Gali sukelti skambėjimą ir triukšmą, kai greiti srovės pokyčiai sąveikauja su grandinės induktyvumu.
Atvirkštinio poslinkio naudojimas, palyginti su išankstiniu šališkumu
Persiuntimo šališkumo programos
Priekinis poslinkis naudojamas, kai reikalingas kontroliuojamas laidumas. Tipiški naudojimo būdai yra ištaisymas, įtampos nuoroda, temperatūros jutimas su PN sankryžomis ir signalo užspaudimas. Tokiais atvejais diodas praleidžia srovę ir palaiko nuspėjamą įtampos kritimą.
Atvirkštinio šališkumo programos
Atvirkštinis šališkumas naudojamas, kai reikia blokuoti, izoliuoti arba nuo įtampos priklausantį elgesį. Atvirkštinės jungtys atsiranda apsaugos nuo viršįtampio įtaisuose, varaktorių dioduose, fotodioduose ir didelės spartos signalo izoliacijoje. Srovė išlieka minimali, kol pasiekiama apibrėžta veikimo sąlyga ar gedimas.
Išvada
Priekinis poslinkis ir atvirkštinis poslinkis kontroliuoja, ar PN sankryža praleidžia ar blokuoja srovę. Pirmyn poslinkis sumažina barjerą ir palaiko krūvio srautą, o atvirkštinis poslinkis sustiprina barjerą ir riboja srovę iki gedimo. Išeikvojimo plotis, energijos juostos, temperatūros poveikis, perjungimo elgesys ir gedimo mechanizmai kartu apibrėžia diodų veikimą praktinėse elektroninėse grandinėse.
Dažnai užduodami klausimai [DUK]
Kaip dopingas veikia PN sankryžą esant šališkumui?
Sunkesnis dopingas susiaurina išeikvojimo sritį, sumažina priekinę įtampą ir sumažina atvirkštinio gedimo įtampą.
Kaip keičiasi diodų talpa su šališkumu?
Atvirkštinis poslinkis sumažina sankryžos talpą, o poslinkis į priekį padidina efektyvią talpą dėl sukaupto krūvio.
Kuo Schottky diodas skiriasi nuo PN diodo pagal šališkumą?
Schottky diodai persijungia greičiau ir turi mažesnę priekinę įtampą, bet didesnį nuotėkį ir mažesnes atvirkštinės įtampos ribas.
Kaip šališkumas veikia diodų triukšmą?
Priekinis poslinkis padidina šūvio triukšmą su srove; atvirkštinis šališkumas išlieka tylus, kol beveik sugenda.
Kaip netinkamas šališkumas gali sugadinti diodą?
Pernelyg didelis priekinis poslinkis sukelia perkaitimą, o per didelis atvirkštinis poslinkis sukelia gedimą ir nuotėkio gedimą.
Kaip BJT naudojamas pirmyn ir atgal šališkumas?
Pagrindo ir emiterio sankryža yra nukreipta į priekį, o pagrindo ir kolektoriaus sankryža yra atvirkštinė, kad būtų galima valdyti kolektoriaus srovę.
