بحث عمیق و خصوصیات عملی دیودهای نیمه هادی اتصال PN
به عنوان یک مؤلفه اساسی ضروری در فناوری الکترونیکی ، عملکرد و ساختار دیودهای اتصال PN برای درک کل میدان نیمه هادی بسیار مهم است.این مقاله با هدف توضیح در اصطلاحات ساده ساخت و ساز ، اصل کار و اهمیت این دستگاه نیمه هادی در کاربردهای عملی ، به ویژه اثر اصلاح آن.ساختار و اصل کار دیودهای اتصال PN نه تنها برای آن دسته از تکنسین هایی که در کار الکترونیکی تخصص دارند ، بلکه برای دانشمندان و علاقه مندان که می خواهند اصول الکترونیک را به عمق درک کنند ، از اهمیت زیادی برخوردار نیستند.
جزئیات ساخت و ساز دیود اتصال PN
یک دیود اتصال PN از نیمه هادی نوع N و نیمه هادی از نوع P تشکیل شده است.ترکیبی از این دو ماده نیمه هادی یک اتصال PN را تشکیل می دهد.برای ساده سازی درک ، ما معمولاً دیودهای اتصال PN را با استناد به ساختار دو بعدی شکل (A) توصیف می کنیم.در این ساختار ، نیمه هادی نوع N به عنوان پایه عمل می کند ، و نیمه هادی نوع P در آن کاشته می شود.علاوه بر این ، ساختار یک بعدی نشان داده شده در شکل (b) یک نمایش خاص از بخش AA در شکل (A) است.علاوه بر این ، شکل (c) نماد و جهت جریان جریان یک دیود اتصال PN را نشان می دهد ، که پایه ای برای درک خصوصیات الکتریکی آن را فراهم می کند.
هنگام کاوش در مورد خصوصیات الکتریکی آن ، منحنی مشخصه IV (ولتاژ جریان) یک دیود اتصال PN ، تعصب بی نظیر رو به جلو و خصوصیات تعصب معکوس را نشان می دهد.در تعصب رو به جلو ، هنگامی که یک ولتاژ مثبت به دیود اعمال می شود ، جریان به صورت نمایی با ولتاژ افزایش می یابد.تحت تعصب معکوس ، یعنی هنگامی که ولتاژ منفی اعمال می شود ، جریان تقریباً صفر است ، که نشان دهنده ویژگی های هدایت یک طرفه دیود اتصال PN است.با این حال ، اگر ولتاژ منفی در حال افزایش باشد ، ممکن است دیود تجزیه شود و باعث افزایش شدید جریان شود که این یک مورد خاص در خصوصیات الکتریکی آن است.
تصحیح اثر دیود اتصال PN
یکی از قابل توجه ترین کاربردهای دیودهای اتصال PN ، عملکرد اصلاح آنهاست که توانایی آنها در تبدیل جریان متناوب (AC) به جریان مستقیم (DC) است.از طریق مدار یکسو کننده نشان داده شده در شکل (a) ، می توانیم اصل کار اصلاح نیمه موج را رعایت کنیم: هنگامی که ولتاژ ورودی مثبت است ، جریان از طریق دیود به مقاومت بار جریان می یابد و در نتیجه افت ولتاژ می شود ، در حالیولتاژ منفی است ، جریان جریان جریان نخواهد داشت.اثر این اصلاح نیمه موج را می توان با خازن های موازی و سایر اجزای دیگر صاف کرد و در نهایت به یک خروجی DC با ثبات تر رسید.
تفسیر و اهمیت نمودارهای باند انرژی
در فرآیند درک عمیق اصل کار دیودهای اتصال PN ، نمودارهای باند انرژی روشی بصری برای مشاهده و درک رفتار الکترون ها در نیمه هادی ها ارائه می دهند.به عنوان مثال ، هنگامی که یک نیمه هادی در حالت زمینی قرار دارد ، با استفاده از ولتاژ -0.5 ولت در سمت راست ، یک میدان الکتریکی ایجاد می کند و باعث می شود که نمودار باند انرژی کج شود.در این حالت ، الگوهای حرکتی الکترون ها و سوراخ ها نقش مهمی در خصوصیات الکتریکی محل اتصال PN دارند.الکترون ها به سمت سطح انرژی پایین تر حرکت می کنند ، در حالی که سوراخ ها برعکس عمل می کنند.روند حرکت و نوترکیبی آنها به طور مستقیم بر هدایت دیود اتصال PN تأثیر می گذارد.
هنگام بحث در مورد نمودارهای باند انرژی قبل و بعد از پیوند ، می توانیم بهتر درک کنیم که چگونه منطقه N و منطقه P یک کل را تشکیل می دهند ، و چگونه لایه تخلیه از طریق انتشار و نوترکیب الکترون ها و سوراخ ها شکل می گیرد.وجود لایه کاهش برای خصوصیات الکتریکی محل اتصال PN بسیار مهم است.این نه تنها بر هدایت دیود تأثیر می گذارد بلکه بر عملکرد آن در ولتاژهای مختلف نیز تأثیر می گذارد.
با تجزیه و تحلیل عمیق از ساختار ، خصوصیات الکتریکی و کاربرد دیودهای اتصال PN در مدارهای الکترونیکی ، ما می توانیم بهتر از اصل کار و کاربرد این دستگاه نیمه هادی مهم بهتر را درک کنیم.مطالعه و کاربرد دیودهای اتصال PN نه تنها دانش اساسی برای مهندسان و تکنسین های الکترونیکی بلکه یک منبع ارزشمند برای هر کسی است که مایل به درک عمیق تر از فناوری الکترونیکی مدرن است.