Electromagnetic theory | Higher education » A pn átmenet viselkedése külső feszültség hatására, nyitó és záróirányú áramok

A pn átmenet viselkedése külső feszültség hatására. Nyitó- és záróirányú áramok Diódaegyenlet. A PN átmenet egy félvezető diódaként viselkedik. A félvezető egy olyan eszköz, mely fém-, üveg- vagy műanyagtokba zárt kivezetésekkel ellátott PN átmenetet tartalmaz. P N Anód Katód A rajzjel háromszógrésze mutatja az anódot, vagyis a P tartományt, míg a függőleges vonalrésze a katódot, azaz az N tartományt. A gyárak a dióda N tartományát (katód) szokták megjelölni. A háromszög csúcsa a nyitó irányú polarizálás esetén érvényes áramirányt adja meg. A PN átmenet a rákapcsolt feszültség polaritásától függően nyitó vagy záróirányban működtethető. Ha a dióda nyitóirányú polaritással van bekötve, akkor az ellenállása igen kis értékű. Ha záróirányú a bekötés, akkor az ellenállása igen nagy Tehát nyitó irányban a dióda átengedi az áramot, záróirányban pedig lezárja. Ezek a tulajdonságok

mutatják azt, hogy a diódának egyenirányító hatása van. Nyitóirányú előfeszítés + P N Anód A tértöltési tartományban a térerősség gyengül, a potenciálgát értéke csökken. Ez csökkenti a diffúziós feszültséget, ami a többségi töltéshordozók vándorlását gátolja. - Katód U A diffúziós áram növekszik. I = Diffúziós − Drift IF T2 T1 I = I0 ⋅ e U UT exponenciálisan − I0 U T = 26mV U UT I ≈ I 0e ahol UT a termikus feszültség 0,7 0,6 A nyitóirányú áram értéke függ a hőmérséklettől, mivel a hőmérséklet növekedésével a termikus töltéshordozók UD1 száma exponenciálisan nő. Kis nyitóirányú feszültség esetén csak kis erősségű áram folyik, vagyis a PN átmenet nagy ellenállású. Ameddig az UD diffúziós feszültséget nem éri el az UF feszültség, addig T2>T1 UF exponenciálisan növekszik az áram. Ezután nagy áramnövekedés észlelhető, a dióda ellenállásként viselkedik,

és lineáris jellegű az U/I karakterisztika. A hőmérséklet növekedésével a dióda nyitóirányú karakterisztikája balra tolódik. Záróirányú előfeszítés - P N Anód Katód U U T2 + A tértöltési tartományban, a kezdetben kialakult E0 térerősség E0+E szintre erősödik, a potenciálgát, pedig U0+U értékre nő. A tértöltési zóna kiszélesedik A villamos tér, csak a kristályban igen kicsi koncentrációban jelenlévő kisebbségi töltéshordozókat szállíthatja. Ilyenkor igen kis áram halad át, ez a záróirányú áram (ez mindössze nA nagyságú) mely értéke független a rákapcsolt zárófeszültségtől. Ezt az áramot záróirányú áramnak nevezzük. UZ – letörési feszültség Az U feszültséget növelve elérjük a letörési feszültséget, ahol az áram rohamosan növekszik. A nagy áram nagy felmelegedést okoz, amely miatt a dióda tönkremehet. A félvezető diódák általában nem működnek a letörési tartományban,

kivéve a feszültségstabilizálásra kifejlesztett Zenerdióda. UZ1 T1 U I I = I 0 e UT − I 0  I ≈ I 0