معادله جریان دیود (محاسبه جریان دیود ها)

در این مقاله میخواهیم معادله جریان دیود را بررسی کنیم تا بتوانیم جریان یک دیود را بدست آوریم.

معادله جریان دیود چیست؟

معادله جریان دیود رابطه بین جریان عبوری از دیود را به عنوان تابعی از ولتاژ اعمال شده در آن بیان می کند. از نظر ریاضی معادله جریان دیود را می توان به صورت زیر بیان کرد:

که:

• I جریانی است که از دیود می گذرد
• I₀ جریان اشباع تاریک است،
• q بار الکترون است،
• V ولتاژ اعمال شده در دیود است،
• η عامل ایده آل (نمایی) است.
• K = 1.38 * 10^-23 JK^-1 ثابت بولتزمن است.
• T دمای مطلق بر حسب کلوین است.

در این معادله نیاز است تا به دو متغیر به صورتی مفصل پرداخته شود.

این دو فاکتور I₀، جریان اشباع تاریک، و η، عامل ایده آل (نمایی) هستند.

جریان اشباع تاریک (I₀) چگالی جریان نشتی را نشان می دهد که در غیاب نور از دیود عبور می کند (از این رو، «تاریک» گفته می شود).

جریان اشباع تاریک (I₀)

این پارامتر مشخصه دیود مورد بررسی است و میزان نوترکیبی را که در آن رخ می دهد را نشان می دهد.

یعنی I₀ برای دیودی که نرخ نوترکیبی در آن بیشتر است بزرگتر خواهد بود و بالعکس. علاوه بر این، مقدار آن نیز به طور مستقیم با دمای مطلق و با کیفیت مواد نسبت معکوس دارد.

η، عامل ایده آل (نمایی)

فاکتور ایده آل (η) نشان دهنده نزدیکی رفتار دیود در نظر گرفته شده نسبت به دیود ایده آل است.

یعنی، اگر دیود مورد بررسی دقیقاً مانند دیود ایده ‌آل رفتار کند، η  برابر 1 خواهد بود. با افزایش تفاوت بین رفتارهای دیود ایده‌ آل و دیود مورد بررسی، مقدار آن از 1 بیشتر می شود و افزایش می ‌یابد: انحراف بیشتر یعنی مقدار η بیشتر است.

مقدار η معمولاً برای دیودهای ژرمانیوم 1 و برای دیودهای سیلیکونی 2 در نظر گرفته می شود.

با این حال، مقدار دقیق آن برای دیود داده شده به عوامل مختلفی مانند رانش الکترون، انتشار، نوترکیبی (Recombination) حامل که در منطقه تخلیه رخ می دهد، سطح دوپینگ آن، تکنیک ساخت و خلوص مواد آن بستگی دارد.

علاوه بر این، مقدار آن نیز با مقدار جریان و سطوح ولتاژ متفاوت است. با این وجود، در بیشتر موارد، مقدار آن در محدوده 1 تا 2 است.

در شرایط بایاس مستقیم، جریان زیادی از دیود عبور می کند. بنابراین معادله جریان دیود به (معادله 1) تبدیل می شود:

از سوی دیگر، اگر دیود بایاس معکوس باشد، آنگاه عبارت نمایی در معادله (1) ناچیز می شود. بدین ترتیب داریم:

حال بیایید حالتی را بررسی کنیم که معادله جریان دیود زمانی که در دمای اتاق کار می کند شکل می گیرد. در این مورد، T = 300 K، همچنین،

و

بنابراین:

به صورت رفت و برگشت، 87/25 میلی ولت به دست می آید که به آن ولتاژ حرارتی می گویند. بنابراین معادله دیود در دمای اتاق به صورت زیر می شود: