مشخصه های دیود چیست؟
ما از مواد نیمه هادی مانند سیلیسیوم و ژرمانیوم (Si، Ge) برای ساخت انواع المان های الکترونیکی استفاده می کنیم. اساسی ترین المان دیود است. دیود یک المان پیوند PN دو ترمیناله است. اتصال PN از تماس یک ماده از نوع P با مواد نوع N تشکیل می شود. هنگامی که یک ماده از نوع P در تماس با ماده نوع N قرار می گیرد، الکترون ها و حفره ها شروع به باز ترکیب در نزدیکی محل پیوند می کنند. این منجر به کمبود حامل های بار در محل پیوند می شود و بنابراین محل پیوند منطقه تخلیه نامیده می شود. هنگامی که ما ولتاژ را در ترمینال های اتصال PN اعمال می کنیم، آن را دیود می نامیم. تصویر زیر نماد دیود پیوند PN را نشان می دهد.
دیود وسیله ای یک طرفه است که تنها بسته به بایاس، جریان را در یک جهت می دهد.
مشخصه بایاس مستقیم دیود
هنگامی که ترمینال P در مقایسه با ترمینال N مثبت تر می شود، یعنی ترمینال P متصل به ترمینال مثبت منبع و ترمینال N متصل به ترمینال منفی منبع است، گفته می شود که بایاس مستقیم است.
ترمینال مثبت منبع اکثر حامل ها، حفره ها را در ناحیه P و ترمینال منفی الکترون ها را در ناحیه N دفع می کند و آن ها را به سمت اتصال هدایت می کند. این موضوع منجر به افزایش غلظت حامل های بار در نزدیکی محل اتصال، نوترکیبی می شود و عرض ناحیه تخلیه کاهش می یابد. همانطور که ولتاژ بایاس مستقیم افزایش می یابد، منطقه تخلیه همچنان در عرض کاهش می یابد، و حامل های بیشتر و بیشتری باز ترکیب می شوند. این امر منجر به افزایش تصاعدی جریان می شود.
مشخصه بایاس معکوس دیود
در بایاس معکوس، ترمینال P به قطب منفی منبع و ترمینال N به قطب مثبت منبع متصل می شود. بنابراین ولتاژ اعمال شده، سمت N را مثبت تر از سمت P می کند.
ترمینال منفی منبع اکثر حامل ها، حفره ها را در ناحیه P و ترمینال مثبت الکترون ها را در ناحیه N جذب می کند و آنها را از محل پیوند دور می کند. این موضوع منجر به کاهش غلظت حامل های بار در نزدیکی محل پیوند و افزایش عرض ناحیه تخلیه می شود. مقدار کمی جریان ناشی از حامل های اقلیت که به عنوان جریان بایاس معکوس یا جریان نشتی نامیده می شود نیز ایجاد می شود. همانطور که ولتاژ بایاس معکوس افزایش می یابد، ناحیه تخلیه همچنان در عرض افزایش می یابد و جریانی ایجاد نمی شود. می توان نتیجه گرفت که دیود تنها زمانی عمل می کند که بایاس مستقیم باشد. عملکرد دیود را می توان به شکل نمودار مشخصه دیود I-V خلاصه کرد.
برای بایاس معکوس دیود:
که، V = ولتاژ منبع تغذیه
ID = جریان دیود
IS = جریان اشباع معکوس
در بایاس مستقیم:
که VT ولتاژ معادل دما = KT/Q = T/11600
Q = شارژ الکترونیکی =
K = ثابت بولتزمن =
N = 1 برای ژرمانیوم و 2 برای سیلیسیوم است.
همچنان که ولتاژ بایاس معکوس بیشتر می شود، عرض منطقه تخلیه افزایش می یابد و به نقطه ای می رسد که پیوند شکسته می شود. این امر منجر به جریان بالایی می شود. شکست، زانوی منحنی مشخصه دیود است. شکست پیوند به دلیل دو پدیده رخ می دهد.
شکست بهمنی (برای V > 5)
تحت ولتاژ بایاس معکوس بسیار بالا، انرژی جنبشی حامل های اقلیت به قدری زیاد می شود که الکترون ها را از پیوندهای کووالانسی خارج می کنند، که به نوبه خود الکترون های بیشتری را آزاد می کند و این چرخه تا زمانی که پیوندها شکسته نشود ادامه می یابد. این پدیده به عنوان شکست بهمنی شناخته می شود، پدیده ای که برای دیودهای بهمنی اهمیت دارد.
اثر زنری (برای V < 5)
مانع پیوند ولتاژ بایاس معکوس با افزایش ولتاژ بایاس افزایش می یابد. این پدیده منجر به ایجاد میدان الکتریکی ساکن بسیار بالا در محل پیوند می شود. این میدان الکتریکی ساکن پیوند کووالانسی را می شکند و حامل های اقلیت را آزاد می کند که به افزایش جریان معکوس کمک می کند. جریان به طور ناگهانی افزایش می یابد و پیوند شکسته می شود. این امر به عنوان شکست زنری شناخته می شود، و پدیده ای است که در دیودهای زنر دارای اهمیت است.
