PN Junctions

The PN Junction. How Diodes Work? (English version) (Jun 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

PN Junctions

Peranti dan Litar Semikonduktor Diskret


soalan 1

Jangan hanya duduk di sana! Bina sesuatu !!

Belajar menganalisis litar memerlukan banyak kajian dan amalan. Lazimnya, pelajar mengamalkan dengan bekerja melalui banyak masalah sampel dan menyemak jawapan mereka terhadap yang disediakan oleh buku teks atau pengajar. Walaupun ini bagus, ada cara yang lebih baik.

Anda akan belajar lebih banyak dengan sebenarnya membina dan menganalisis litar sebenar, membiarkan peralatan ujian anda memberikan "jawaban" daripada buku atau orang lain. Untuk latihan pembinaan litar yang berjaya, ikuti langkah berikut:

  1. Berhati-hati mengukur dan merekod semua nilai komponen sebelum pembinaan litar, memilih nilai resistor yang cukup tinggi untuk merosakkan komponen aktif.
  2. Lukis gambarajah skematik untuk litar untuk dianalisis.
  3. Berhati-hati membina litar ini pada papan roti atau medium mudah lain.
  4. Periksa ketepatan pembinaan litar, mengikuti setiap wayar ke setiap titik sambungan, dan mengesahkan unsur-unsur ini satu demi satu pada rajah.
  5. Matematik menganalisis litar, menyelesaikan semua voltan dan nilai semasa.
  6. Berhati-hati mengukur semua voltan dan arus, untuk mengesahkan ketepatan analisis anda.
  7. Sekiranya terdapat sebarang kesilapan besar (lebih daripada beberapa peratus), semak dengan teliti memeriksa pembinaan litar anda terhadap gambarajah, kemudian berhati-hati mengira semula nilai-nilai dan mengukur semula.

Apabila pelajar pertama kali belajar tentang peranti semikonduktor, dan kemungkinan besar akan merosakkannya dengan membuat sambungan yang tidak betul dalam litar mereka, saya cadangkan mereka bereksperimen dengan komponen watt besar yang besar (1N4001 dioda membetulkan, TO-220 atau TO-3 transistor kuasa kes, dan sebagainya), dan menggunakan sumber kuasa bateri sel kering dan bukannya bekalan kuasa benchtop. Ini mengurangkan kemungkinan kerosakan komponen.

Seperti biasa, elakkan nilai resistor yang sangat tinggi dan sangat rendah, untuk mengelakkan kesilapan pengukuran yang disebabkan oleh "beban" meter (di hujung tinggi) dan untuk mengelakkan burnout burnout (pada akhir rendah). Saya cadangkan perintang antara 1 kΩ dan 100 kΩ.

Salah satu cara anda boleh menjimatkan masa dan mengurangkan kemungkinan kesilapan adalah dengan memulakan litar yang sangat mudah dan menambahkan secara tambahan komponen untuk meningkatkan kerumitannya selepas setiap analisis, dan bukannya membina litar baru untuk setiap masalah amalan. Satu lagi teknik penjimatan masa adalah untuk menggunakan semula komponen yang sama dalam pelbagai konfigurasi litar yang berbeza. Dengan cara ini, anda tidak perlu mengukur sebarang nilai komponen lebih daripada satu kali.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Biarkan elektron itu sendiri memberi anda jawapan kepada "masalah praktik" anda sendiri!

Nota:

Telah menjadi pengalaman saya bahawa pelajar memerlukan banyak latihan dengan analisis litar untuk menjadi mahir. Untuk tujuan ini, para pengajar biasanya memberikan pelajar mereka dengan banyak masalah amalan untuk bekerja, dan memberi jawapan kepada pelajar untuk memeriksa kerja mereka. Walaupun pendekatan ini menjadikan pelajar mahir dalam teori litar, ia gagal mendidik mereka sepenuhnya.

Pelajar tidak hanya memerlukan amalan matematik. Mereka juga memerlukan litar bangunan amalan sebenar dan menggunakan peralatan ujian. Oleh itu, saya cadangkan pendekatan alternatif berikut: pelajar perlu membina "masalah amalan" mereka sendiri dengan komponen sebenar, dan cuba meramal secara matematik pelbagai nilai voltan dan semasa. Dengan cara ini, teori matematik "menjadi hidup, " dan pelajar memperoleh kecekapan praktikal yang tidak mereka dapat semata-mata dengan menyelesaikan persamaan.

Satu lagi sebab untuk mengikuti kaedah amalan ini adalah untuk mengajar pelajar kaedah saintifik : proses menguji hipotesis (dalam kes ini, ramalan matematik) dengan melakukan eksperimen yang sebenar. Pelajar juga akan membangunkan kemahiran penyelesaian masalah yang sebenar kerana mereka kadang-kadang membuat kesalahan pembinaan litar.

Luangkan sedikit masa bersama kelas anda untuk mengkaji semula beberapa "peraturan" untuk membina litar sebelum mereka mula. Bincangkan isu-isu ini dengan pelajar anda dengan cara Socratic yang sama yang anda biasanya akan membincangkan soalan-soalan lembaran kerja, dan bukan sekadar memberitahu mereka apa yang patut dan tidak patut dilakukan. Saya tidak pernah terkejut melihat betapa lemahnya pelajar memahami arahan apabila dibentangkan dalam format kuliah tipikal (instruktur monolog)!

Nota kepada pengajar yang mungkin mengadu tentang masa "sia-sia" yang diperlukan untuk membolehkan pelajar membina litar sebenar dan bukan hanya menganalisis litar teori secara matematik:

Apakah maksud pelajar mengambil kursus "panel kerja panel panel lalai" anda?

Soalan 2

Hubungan antara voltan dan arus persimpangan PN dijelaskan oleh persamaan ini, kadang-kadang disebut sebagai "persamaan diod, " atau "persamaan dioda Shockley" selepas penemuannya:

I D = I S (e ((qV D ) / NkT) - 1)

Di mana,

I D = Semasa melalui PN simpang, di amp

I S = PN tepu persimpangan semasa, di amp (biasanya 1 picoamp)

e = nombor Euler ≈ 2.718281828

q = Kuasa unit elektron, 1.6 × 10 -19 coulombs

V D = Voltan di persimpangan PN, dalam volt

N = Pekali nonideality, atau pekali pelepasan (biasanya antara 1 dan 2)

k = Boltzmann tetap, 1.38 × 10 -23

T = suhu persimpangan, darjah Kelvin

Pada mulanya persamaan ini mungkin kelihatan sangat menakutkan, sehingga anda menyadari bahawa hanya terdapat tiga pembolehubah di dalamnya: I D, V D, dan T. Semua istilah lain adalah pemalar. Oleh kerana dalam kebanyakan kes kita menganggap suhu adalah agak malar juga, kita sebenarnya hanya berurusan dengan dua pemboleh ubah: diod arus dan voltan diod. Berdasarkan kesedaran ini, tulis semula persamaan sebagai proporsional daripada persamaan, menunjukkan bagaimana dua pemboleh ubah dioda dan arus dioda berkaitan:

I D α. . .

Berdasarkan persamaan mudah ini, apakah graf I / V untuk persimpangan PN seperti? Bagaimanakah graf ini dibandingkan dengan graf I / V untuk perintang?

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Perkadaran mudah:

I D α e V D

Grafik yang diterangkan oleh "formula diod" adalah lengkung eksponen standard, meningkat dengan mendadak sebagai pembolehubah bebas (V D, dalam kes ini) meningkat. Grafik yang sepadan untuk perintang, tentu saja, adalah linear.

Nota:

Tanyakan kepada pelajar anda untuk melukis renditions mereka sendiri keluk eksponen di papan putih untuk semua untuk melihat. Jangan biarkan mereka lari dengan menegaskan jawapannya: "Ia adalah lengkung eksponen."

Soalan 3

Cahaya berwarna bersifat khas dari cahaya elektrik pelepasan gas adalah hasil daripada tenaga yang dipancarkan oleh elektron dalam atom gas kerana ia jatuh dari keadaan "bersemangat" tahap tinggi kembali ke keadaan semula jadi mereka ("tanah"). Sebagai peraturan am kelakuan elektron, mereka mesti menyerap tenaga daripada sumber luaran untuk melompat ke tahap yang lebih tinggi, dan mereka melepaskan tenaga tersebut apabila kembali ke peringkat asal mereka.

Memandangkan kewujudan fenomena ini, apa yang anda mengesyaki mungkin berlaku di dalam simpang PN kerana ia menjalankan arus elektrik "# 3"> Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Simpang PN memancarkan tenaga panjang gelombang ciri semasa mengendalikan arus. Untuk sesetengah jenis persimpangan PN, panjang gelombang berada dalam jarak cahaya yang kelihatan.

Soalan susulan: apakah aplikasi praktikal yang boleh anda fikirkan untuk fenomena ini?

Nota:

Penggunaan praktikal fenomena ini harus jelas, dan ia sangat biasa dalam peralatan elektronik moden. Bincangkan dengan pelajar anda kecekapan tenaga pelepasan cahaya ini berbanding dengan lampu pijar.

Soalan 4

Apabila kepingan semikonduktor jenis "P" dan "N" dibawa ke dalam hubungan rapat, elektron bebas dari sekeping "N" akan tergesa-gesa untuk mengisi lubang di bahagian "P", mewujudkan zon di kedua-dua belah kawasan hubungan tanpa pembawa caj. Apakah zon ini dipanggil, dan apakah ciri-ciri elektriknya?

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Ini dipanggil rantau kekurangan, dan pada asasnya penebat pada suhu bilik.

Nota:

Pelajar perlu tahu bahawa kedua-dua jenis semikonduktor "N" dan "P" adalah konduktif elektrik. Oleh itu, apabila rantau kekurangan membentuk zon hubungan antara dua jenis semikonduktor yang berlainan, kekonduksian dari hujung ke hujung mestilah terjejas. Tanya pelajar anda apa kesannya, dan faktor-faktor yang mempengaruhinya.

Soalan 5

Apakah yang berlaku kepada ketebalan kawasan kekurangan dalam persimpangan PN apabila voltan luar dikenakan kepadanya?

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Jawapan untuk soalan ini bergantung sepenuhnya kepada polariti voltan yang digunakan! Satu kekutuban cenderung untuk mengembangkan kawasan kekurangan, manakala polariti bertentangan cenderung untuk memampatkannya. Saya akan membiarkan anda menentukan polariti yang melakukan tindakan yang berdasarkan penyelidikan anda.

Nota:

Tanya pelajar anda apa kesan perubahan ini dalam ketebalan lapisan kekurangan mempunyai kekonduksian keseluruhan melalui simpang PN. Di bawah keadaan apa konduktiviti akan menjadi lebih besar, dan di bawah keadaan apa kekonduksian akan menjadi kurang?

Soalan 6

Di sini terdapat dua gambar rajah tenaga: satu untuk bahan semikonduktor jenis "P" dan satu lagi untuk jenis "N".

Seterusnya ialah gambarajah tenaga yang menunjukkan keadaan permulaan apabila kedua-dua kepingan bahan semikonduktor itu dapat dihubungkan dengan satu sama lain. Ini dikenali sebagai gambar rajah rata :

Negeri yang diwakili oleh gambarajah "jalur lebar" adalah yang paling pasti sementara. Dua tahap Fermi berbeza tidak serasi dengan satu sama lain jika tiada medan elektrik luaran.

Lukis rajah tenaga baru yang mewakili negara tenaga akhir selepas kedua tahap Fermi menyamakan kedudukan.

Nota: E f mewakili tahap tenaga Fermi, dan bukan voltan. Dalam fizik, E selalu bermaksud tenaga dan V untuk potensi elektrik (voltan).

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Elektron dari bahagian N bergegas untuk mengisi lubang di bahagian P untuk mencapai keadaan tenaga yang lebih rendah dan menyamakan dua tahap Fermi. Anjakan pengangkut caj ini mewujudkan medan elektrik yang menyumbang kepada jalur tenaga yang miring di rantau tengah.

Soalan susulan: apakah kawasan tengah ini yang disebut "nota tersembunyi"> Nota:

Ini adalah salah satu konsep yang saya tidak faham ketika saya tidak memahami sifat kuantum elektron. Dalam model atomik "planet", tidak ada alasan untuk elektron bergerak dari N-sekeping ke bahagian P kecuali terdapat medan elektrik yang menolaknya ke arah itu. Dan sebaliknya, sebaik sahaja medan elektrik dibuat oleh ketidakseimbangan elektron, teori planet berputar bebas akan meramalkan bahawa elektron bergerak kembali ke tempat asalnya untuk meneutralkan medan.

Sebaik sahaja anda memahami kepentingan tenaga kuantitatif, dan prinsip bahawa zarah tidak "berpegang" kepada tenaga yang tidak perlu dan oleh itu kekal di negeri-negeri yang tinggi apabila mereka boleh bergerak ke tahap yang lebih rendah, konsep menjadi lebih jelas.

Soalan 7

Lukis rajah tenaga untuk simpang semikonduktor PN di bawah pengaruh voltan luaran yang terbalik .

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Nota: E f mewakili tahap tenaga Fermi, dan bukan voltan. Dalam fizik, E selalu bermaksud tenaga dan V untuk potensi elektrik (voltan).

Nota:

Di sini adalah sangat penting bahawa pelajar memahami kesan medan elektrik pada jalur tenaga.

Soalan 8

Lukis rajah tenaga untuk simpang semikonduktor PN di bawah pengaruh voltan luaran ke hadapan .

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Nota: E f mewakili tahap tenaga Fermi, dan bukan voltan. Dalam fizik, E selalu bermaksud tenaga dan V untuk potensi (voltan).

Nota:

Di sini adalah sangat penting bahawa pelajar memahami kesan medan elektrik pada jalur tenaga.

Soalan 9

Lukis rajah tenaga untuk persimpangan semikonduktor PN yang menunjukkan usul elektron dan lubang yang menjalankan arus elektrik.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Demi jelas melihat tindakan pembawa caj (elektron dan lubang mudah alih), elektron yang tidak bergerak di band valensi tidak ditunjukkan:

Tanda-tanda "+" dan "-" menunjukkan lokasi atom penerima dan atom penderma terionisasi, masing-masing dikenakan caj elektrik untuk membuat lubang-lubang valensi dan elektron band pengaliran.

Nota: E f mewakili tahap tenaga Fermi, dan bukan voltan. Dalam fizik, E selalu bermaksud tenaga dan V untuk potensi (voltan).

Nota:

Pelajar mungkin akan bertanya mengapa terdapat beberapa lubang yang ditunjukkan dalam kumpulan valence N-jenis, dan mengapa ada beberapa elektron dalam kumpulan pengalir P-jenis. Biarkan mereka tahu bahawa hanya kerana bahan N-jenis direka bentuk khusus untuk mempunyai elektron band penghantar tidak bermakna mereka tidak mempunyai lubang-lubang valensi, dan sebaliknya. Apa yang dilihat oleh pelajar anda di sini adalah pembawa minoriti .

Soalan 10

Adakah inod ini bersifat bias atau berbalik terbalik "//www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/02299x01.png">

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Diod ini bersifat terbalik.

Nota:

Tiada apa-apa untuk dikomentari di sini!

Soalan 11

Masukkan diod ke dalam litar skematik ini ke arah yang betul untuk menjadikannya bersikap bias dengan voltan bateri:

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Nota:

Tiada apa-apa untuk dikomentari di sini!

Soalan 12

Kebanyakan buku teks pengenalan akan memberitahu anda bahawa simpang PN silikon menurun 0.7 volt apabila memihak ke hadapan, dan simpang PN germanium jatuh 0.3 volt apabila memihak ke hadapan. Reka bentuk litar yang menguji "voltan ke hadapan" (V F ) dioda simpang PN, supaya anda boleh mengukur voltan itu sendiri, tanpa menggunakan meter ujian diod khas.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Nota:

Tanya pelajar anda bagaimana mereka akan menentukan saiz perintang yang digunakan untuk litar "ujian diod" ini. Akan dibenarkan untuk menggunakan sebarang nilai perintang sewenang-wenang, atau apakah perkara penting dengan ketara "worksheetpanel panel panel-default" itemscope>

Soalan 13

Sekiranya persimpangan PN semikonduktor bersifat terbalik, pastinya tiada arus berterusan akan melaluinya. Walau bagaimanapun, dalam kehidupan sebenar akan terdapat sejumlah kecil arus bias terbalik yang melalui persimpangan. Bagaimana mungkin ini? Apa yang membolehkan arus terbalik ini mengalir?

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Pembawa minoriti membenarkan aliran balik melalui persimpangan PN.

Nota:

Tinjau dengan pelajar anda apa yang "pembawa minoriti" adalah, dan gunakan konsep ini untuk simpang PN. Jejak gerakan pembawa minoriti ini, dan membandingkannya dengan usul pembawa majoriti dalam persimpangan PN bias ke depan.

Soalan 14

Persamaan dioda Shockley dalam bentuk standard agak panjang, tetapi ia boleh dipermudahkan dengan syarat suhu suhu bilik. Perhatikan bahawa jika suhu (T) diandaikan sebagai suhu bilik (25 o C), terdapat tiga pemalar dalam persamaan yang sama untuk semua simpang PN: T, k, dan q.

I D = I S (e ((qV D ) / NkT) - 1)

Kuantiti (kT / q) dikenali sebagai voltan terma simpang. Kirakan nilai voltan terma ini, diberi suhu bilik 25 ° C. Kemudian, gantikan kuantiti ini ke dalam "formula diod" asal supaya memudahkan penampilannya.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Jika anda mendapat jawapan daripada 2.16 mV untuk "voltan terma, " anda mempunyai angka suhu dalam unit yang salah!

I D = I S (e (( D D ) /0.0257 N) - 1)

Nota:

Sudah tentu pelajar perlu membuat penyelidikan perbezaan antara darjah Kelvin dan darjah Celsius untuk berjaya mengira voltan terma untuk persimpangan. Mereka juga perlu memikirkan bagaimana untuk menggantikan angka ini di tempat q, k, dan T dalam persamaan asal. Langkah kedua akan menjadi sukar untuk pelajar tidak kuat dalam kemahiran algebra.

Bagi mereka pelajar, saya akan mencadangkan untuk menimbulkan persoalan berikut untuk membuat mereka berfikir dengan betul tentang penggantian algebra. Katakan kita mempunyai formula y = x (ab / cd), dan kita tahu bahawa (b / c) boleh ditulis sebagai m. Bagaimana kita akan menggantikan persamaan asal? Jawab: y = x (am / d) .

Soalan 15

Seorang pelajar menubuhkan sebuah litar yang kelihatan seperti ini, untuk mengumpul data untuk mencirikan suatu diode:

Mengukur voltan diod dan arus diod dalam litar ini, pelajar menjana jadual data berikut:


V diodeSaya diod


0.600 V1.68 mA


0.625 V2.88 mA


0.650 V5.00 mA


0.675 V8.68 mA


0.700 V14.75 mA


0.725 V27.25 mA


0.750 V48.2 mA


Pelajar ini tahu bahawa tingkah laku simpang PN mengikut persamaan diod Shockley, dan persamaan itu boleh dipermudahkan kepada bentuk berikut:

Saya diode = I S (e ((V diode ) / K) - 1)

Di mana,

K = suatu pemalar yang merangkumi kedua-dua voltan terma dan pekali nonideality

Matlamat eksperimen ini adalah untuk mengira K dan I S, supaya arus diod dapat diramalkan untuk apa-apa nilai sewenang-wenangnya penurunan voltan. Walau bagaimanapun, persamaan itu mesti dipermudahkan sedikit sebelum pelajar boleh meneruskan.

Pada tahap arus yang besar, istilah eksponen adalah jauh lebih besar daripada perpaduan (e (( diode V) / K) >> 1), maka persamaan dapat dipermudah seperti itu:

Saya diode ≈ I S (e (( diod V) / K) )

Dari persamaan ini, tentukan bagaimana pelajar akan menghitung K dan I S dari data yang ditunjukkan dalam jadual. Juga, jelaskan bagaimana pelajar ini boleh mengesahkan ketepatan nilai-nilai tersebut.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

K ≈ 0.04516

I S ≈ 2.869 nA

Petunjuk: ini mungkin menjadi masalah yang sukar untuk diselesaikan jika anda tidak mengetahui teknik algebra yang membahagikan satu persamaan dengan yang lain. Inilah teknik yang ditunjukkan secara umum:

Diberikan: y 1 = kapak 1 y 2 = kapak 2

y 1


y 2

= kapak 1


kapak 2

Dari sini, mungkin untuk melakukan penyempurnaan yang mustahil sebelum ini. Saya cadangkan menggunakan teknik ini untuk menyelesaikan untuk K terlebih dahulu.

Soalan susulan: terangkan bagaimana pelajar ini tahu ia adalah "selamat" untuk memudahkan persamaan dioda Shockley dengan menghapuskan istilah "- 1". Adakah penghapusan seperti ini sentiasa dibenarkan "nota disembunyikan"> Nota:

Teknik algebra yang digunakan untuk menyelesaikan K sangat berguna untuk jenis masalah tertentu.

Bincangkan soalan susulan dengan pelajar anda. Adalah penting dalam bidang matematik teknikal untuk mempunyai pengertian yang baik tentang nilai relatif istilah persamaan, supaya seseorang boleh "selamat" menghapuskan istilah sebagai teknik memudahkan tanpa menimbulkan kesilapan besar. Dalam persamaan dioda Shockley, mudah untuk menunjukkan bahawa istilah eksponen adalah sangat besar berbanding 1 untuk nilai-nilai diod V yang ditunjukkan dalam jadual (dengan mengandaikan nilai tipikal untuk voltan terma), dan sebagainya bahagian "- 1" sangat selamat untuk menyingkirkan.

Juga membincangkan idea untuk mengesahkan nilai-nilai yang dikira K dan I S dengan pelajar anda, untuk membantu mereka memupuk pandangan pandang saintifik dalam kajian elektronik mereka.

Secara kebetulan, data dalam jadual ini datang dari eksperimen sebenar, ditubuhkan sama seperti yang ditunjukkan oleh gambarajah skematik dalam soalan. Penjagaan telah diambil untuk mengelakkan pemanasan diod dengan mengubah potensiometer kepada rintangan maksimum antara pembacaan.

Soalan 16

Untuk memudahkan analisis litar yang mengandungi persimpangan PN, satu drop voltan hadapan "standard" diandaikan untuk sebarang persimpangan yang mengendalikan, angka tepat bergantung kepada jenis bahan semikonduktor simpang yang dibuat.

Berapakah voltan yang diandaikan jatuh ke arah persimpangan PN silikon yang menjalankan? Berapa banyak voltan yang diandaikan untuk persimpangan PN germanium ke depan yang berat sebelah? Kenal pasti beberapa faktor yang menyebabkan kejatuhan voltan sebenar sesebuah persimpangan PN untuk menyimpang dari angka "piawai "nya.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Silikon = 0.7 volt; Germanium = 0.3 volt.

Kepekatan suhu, semasa, dan doping semuanya menjejaskan kejatuhan voltan hadapan persimpangan PN.

Nota:

Saya telah melihat terlalu ramai pelajar mendapat gambaran palsu bahawa sumbu PN silikon sentiasa turun 0.7 volt, tidak kira apa keadaannya. "Fakta" ini ditekankan begitu kuat dalam banyak buku teks yang biasanya tidak difikirkan pelajar untuk bertanya apabila mereka mengukur drop voltan diod ke hadapan dan mendapati ia jauh berbeza daripada 0.7 volt! Adalah sangat penting bahawa pelajar menyedari angka ini adalah satu penghampiran sahaja, digunakan demi (sangat) mempermudahkan persimpangan litar semikonduktor litar.

Soalan 17


∫f (x) dx Kalkulus isyarat!


Persimpangan semikonduktor PN yang bias ke hadapan tidak mempunyai "rintangan" dalam cara yang sama seperti perintang atau panjang wayar. Sebarang percubaan memohon Undang-undang Ohm untuk diod, maka, akan ditakdirkan dari awal.

Ini bukan untuk mengatakan bahawa kita tidak dapat memberikan nilai rintangan yang dinamik ke persimpangan PN, walaupun. Definisi asas rintangan berasal dari Hukum Ohm, dan ia dinyatakan dalam bentuk terbitan seperti itu:

R = dV


dI

Persamaan asas yang berkaitan dengan arus dan voltan bersama untuk simpang PN adalah persamaan diod Shockley:

I = I S (e (qV / NkT) - 1)

Pada suhu bilik (kira-kira 21 darjah C, atau 294 darjah K), voltan terma simpang PN adalah kira-kira 25 millivolt. Penggantian 1 untuk pekali nonideality, kita mungkin hanya persamaan diod seperti berikut:

I = I S (e (V / 0.025) - 1) atau I = I S (e 40 V - 1)

Perbezaan persamaan ini dengan V, untuk menentukan (dI / dV), dan kemudian balas untuk mencari definisi matematik untuk rintangan dinamik ((dV / dI)) simpang PN. Petunjuk: arus tepu (I S ) adalah pemalar yang sangat kecil untuk kebanyakan dioda, dan persamaan akhir harus menyatakan rintangan dinamik dari segi voltan terma (25 mV) dan arus diod (I).

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

r ≈ 25 mV


Saya

Nota:

Hasil dari derivasi ini adalah penting dalam analisis penguat transistor tertentu, di mana rintangan dinamik dari persimpangan PN-pemancar pangkal adalah penting untuk bias dan mendapatkan perkiraan. Saya memperlihatkan langkah-langkah penyelesaian untuk anda di sini kerana ia adalah aplikasi yang kemas untuk pembezaan (dan penggantian) untuk menyelesaikan masalah dunia nyata:

I = I S (e 40 V - 1)

dI


dV

= I S (40e 40 V - 0)

dI


dV

= 40 I S e 40 V

Sekarang, kita memanipulasi persamaan asal untuk mendapatkan takrif untuk I S e 40 V dari segi semasa, demi penggantian:

I = I S (e 40 V - 1)

I = I S e 40 V - I S

I + I S = I S e 40 V

Substitusi ungkapan ini ke dalam terbitan:

dI


dV

= 40 (I + I S )

Reciprocating untuk mendapatkan voltan berbanding semasa (bentuk yang sesuai untuk rintangan):

dV


dI

= 0.025


I + I S

Sekarang kita boleh menyingkirkan istilah semasa tepu, kerana ia adalah sangat kecil:

dV


dI

0.025


Saya

r ≈ 25 mV


Saya

Pemalar 25 millivolt tidak ditetapkan dalam batu, dengan cara apapun. Nilainya bervariasi dengan suhu, dan kadang-kadang diberikan sebagai 26 millivolt atau bahkan 30 millivolt.

Soalan 18

Ukur drop voltan ke hadapan dioda membetulkan silikon, seperti model 1N4001. Berapakah jarak voltan diukur ke hadapan untuk "ideal" angka yang biasanya diandaikan untuk persimpangan PN silikon? Apa yang berlaku apabila anda meningkatkan suhu dioda dengan memegangnya dengan jari anda? Apa yang berlaku apabila anda mengurangkan suhu diod dengan menyentuh kiub ais?

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Adakah anda benar-benar berfikir saya akan memberikan jawapan di sini, dan merosakkan keseronokan menubuhkan percubaan?

Nota:

Diod adalah sangat sensitif terhadap suhu, jadi percubaan ini akan sangat mudah dilakukan. Anda mungkin tidak mempunyai ais yang terdapat di bilik darjah anda, tetapi tidak mengapa. Pelajar anda sedar bahawa eksperimen seperti ini sangat adil untuk dilakukan di rumah, di mana mereka mungkin mempunyai akses kepada ais.

Soalan 19

Kawasan pemusnahan tanpa kabel di persimpangan PN membentuk kapasitansi parasit di antara kawasan semikonduktor P dan N. Adakah peningkatan atau penurunan kapasitans sebagai voltan terbalik bias yang lebih besar digunakan pada persimpangan PN? Terangkan jawapan anda.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Kapasiti persimpangan akan berkurangan apabila voltan terbalik bias di persimpangan meningkat.

Soalan cabaran: adakah anda boleh memikirkan sebarang aplikasi praktikal untuk kesan pembolehubah ini?

Nota:

Persoalan ini adalah tinjauan yang baik teori kapasitor, dan juga peluang untuk memperkenalkan jenis khas diod: varactor .

  • ← Lembaran Kerja Sebelumnya

  • Indeks Lembaran Kerja

  • Lembaran kerja seterusnya →