PN spoj menja svoje ponašanje u zavisnosti od pristrasnosti primenjene. Napred pristrasnost omogućava struju da teče smanjenjem barijere spoja, dok obrnuta pristrasnost blokira struju širenjem osiromašenja regiona. Ovi efekti utiču na kretanje nosača, naponski odziv, ponašanje temperature i kvar. Ovaj članak pruža informacije o napred i nazad pristrasnosti od strukture do stvarnog ponašanja kola.
PN Junction barijera u napred i nazad pristrasnosti
PN spoj se stvara spajanjem regiona P-tipa, koji sadrži uglavnom rupe, sa regionom N-tipa, koji sadrži uglavnom elektrone. Kada se ova dva regiona sretnu, elektroni i rupe difundiraju preko granice i rekombinuju, ostavljajući za sobom fiksne naelektrisane jone. Ovaj proces formira osiromašeni region sa vrlo malo mobilnih naboja i unutrašnjeg električnog polja. Električno polje proizvodi ugrađeni potencijal ili unutrašnji napon koji deluje kao barijera za kretanje punjenja.
Kada je raskrsnica napred-pristrasna, primenjeni napon se suprotstavlja ovoj barijeri i omogućava optužbe da lakše pređu raskrsnicu. Kada je spoj obrnuto pristrasan, primenjeni napon dodaje na barijeru, proširuje osiromašenje region i ograničava protok struje.
Napred i nazad pristrasnost u PN raskrsnici
Pristrasnost napred
U naprednoj pristrasnosti, pozitivni terminal baterije je povezan sa P stranom (anoda), a negativni terminal je povezan sa N stranom (katoda). Primenjeni napon gura protiv ugrađenog potencijala i čini iscrpljivanje region tanji. Ovo omogućava nosačima punjenja lakše prelaze raskrsnicu, tako da struja može da teče.
Obrnuta pristrasnost
U obrnutom pristrasnosti, pozitivni terminal je povezan sa N stranom (katoda), a negativni terminal je povezan sa P stranom (anoda). Primenjeni napon dodaje ugrađenom potencijalu i čini region iscrpljivanja širim. Ovo blokira većinu nosača naboja, tako da protok struje postaje veoma mali.
Iscrpljivanje Region u Forvard pristrasnosti vs obrnute pristrasnosti
| Uslov pristrasnosti | Širina osiromašenja | Električno polje | Uticaj na struju |
|---|---|---|---|
| Bez pristrasnosti | Srednji | Od N strane do P strane | Samo mala struja teče |
| Pristrasnost napred | Postaje tanji | Neto polje postaje slabije | Optužbe lakše prelaze raskrsnicu, tako da struja teče |
| Obrnuta pristrasnost | Postaje širi | Neto polje postaje jače | Većina optužbi je blokirana, tako da teče samo mala struja curenja |
U predrasuđu pristrasnosti, tanji osiromašeni region znači da je barijera niža, tako da se naboji mogu kretati preko PN spoja i struja može teći. U obrnutom pristrasnosti, širi osiromašeni region čini barijeru jačim, tako da je spoj blokira najviše struje i ponaša se skoro kao otvoreni prekidač za DC.
KSNUMKS. Energetski bendovi u Forvard Bias vs Reverse Bias
Pristrasnost napred
U napred pristrasnosti, energetski pojasevi na P i N strane naginju tako da barijera između njih postaje niža. Elektroni na N strani i rupe na P strani treba manje energije da pređu raskrsnicu. Kako se primenjeni napon približava naprednom naponu diode, mnogi nosioci mogu da se kreću preko, tako da struja brzo raste.
Obrnuta pristrasnost
U obrnutoj pristrasnosti, bendovi se naginju u suprotnom smeru, a barijera postaje veća za većinske nosioce. Samo mali broj manjinskih prevoznika ima dovoljno energije da pređe. Ovo omogućava samo malu obrnutu struju da teče, i ostaje gotovo konstantna dok dioda ne dostigne svoj region sloma.
I–V ponašanje u naprednoj pristrasnosti u odnosu na obrnutu pristrasnost
PN spojna dioda ima različito ponašanje struje-napona (I-V) u naprednoj pristrasnosti i obrnutoj pristrasnosti. U napred pristrasnosti, barijera se spušta, tako da struja može brzo rasti kada je napon dovoljno visok. U obrnutoj pristrasnosti, barijera je podignuta, tako da samo mala struja teče dok obrnuti napon ne postane dovoljno velik da izazove kvar.
| Regija | Znak napona | Trenutni nivo | Glavno ponašanje |
|---|---|---|---|
| Napred (pre kolena) | #CALC! | Mali | Barijera i dalje ograničava struju |
| Napred (posle kolena) | + veći | Veliki, raste brzo | Dioda se ponaša kao put niskog otpora |
| Obrnuto (normalno) | − umeren | Vrlo malo curenje | Samo manjinski prevoznici se kreću |
| Obrnuti slom | − veliki | Veoma velika (ako ne i ograničena) | Zener ili lavina slom |
Protok nosača punjenja u Forvard Bias vs Reverse Bias
U PN raskrsnici, ponašanje nosača punjenja u velikoj meri zavisi od primenjene pristrasnosti.
Pod pristrasnošću napred, većinski nosioci dominiraju provođenjem. Elektroni se kreću iz N regiona u P region, dok se rupe kreću iz P regiona u N region. Iscrpljivanje regija postaje tanak, otpor spoj je nizak, a struja se brzo povećava sa naponom.
Pod obrnutom pristrasnošću, većinski nosači su povučeni od raskrsnice, proširujući region iscrpljivanja. Struja je uglavnom zbog manjinskih nosača koji su preplavljeni preko raskrsnice električnim poljem. Ova obrnuta struja ostaje veoma mala i skoro konstantna dok ne dođe do kvara.
Kontrast između provodljivosti većinskog nosača u predrasuđu pristrasnosti i provođenja manjinskog nosača u obrnutoj pristrasnosti definiše osnovno ponašanje prebacivanja PN spojnih uređaja.
KSNUMKS. Obrnuti slom u obrnutoj pristrasnosti u odnosu na pristrasnost napred
U obrnutom pristrasnosti, ako obrnuti napon postane dovoljno veliki, PN spoj može ući u obrnuti slom. To se ne dešava u normalnom napred pristrasnosti operacije. U kvaru, struja brzo raste, a mogu se pojaviti dva glavna mehanizma: Zener slom i lavina sloma.
| Mehanizam | Tip raskrsnice | Tipičan napon probijanja | Glavni uzrok kvara |
|---|---|---|---|
| Zener slom | Jako dopedirana, uska raskrsnica | Niži naponi (nekoliko V) | Snažno električno polje omogućava elektronima tunel preko jaza |
| Slom lavina | Lagano dopirano, šire raskrsnica | Viši naponi | Brzi nosači pogodili atome i oslobodili više nosača |
KSNUMKS. Ponašanje temperature u Forvard Bias vs Reverse Bias
Pristrasnost napred
Kako temperatura raste, pad napona preko diode se smanjuje. Za silikonsku diodu, ovo smanjuje promene za oko -2 mV po ° C oko normalnih nivoa struje. Na istom primenjenom naponu, toplija dioda će pustiti više protok struje napred.
Obrnuta pristrasnost
U obrnutom pristrasnosti, struja curenja raste sa temperaturom, jer više manjinskih nosača se stvara toplotom unutar poluprovodnika. Napon obrnutog probijanja takođe se može menjati sa temperaturom: Zener-tip slom često ide dole sa toplotom, dok lavina tipa slom često ide gore.
KSNUMKS. Prebacivanje sa napredne pristrasnosti na obrnutu pristrasnost
Obrnuto ponašanje oporavka
• Pod pristrasnošću napred, manjinski nosioci su gurnuti duboko u P i N regione.
• Kada je napon obrnut, ovi nosači i dalje podržavaju struju za kratko vreme.
• Obrnuta struja oporavka teče sve dok se uskladišteni naboj ne očisti i dioda može u potpunosti blokirati obrnutu pristrasnost.
Efekti na rad kola
• Ograničava koliko brzo dioda može da se prebaci u strujnim krugovima.
• Dodaje dodatne gubitke zbog obrnute struje oporavka.
• Može izazvati zvonjenje i buku kada brze promene struje stupaju u interakciju sa induktivnošću kola.
Upotreba obrnutog pristrasnosti u poređenju sa napred pristrasnosti
Prosleđivanje aplikacija za pristrasnost
Napred pristrasnost se koristi kada je potrebna kontrolisana provodljivost. Tipične upotrebe uključuju ispravljanje, referenciranje napona, senzor temperature sa PN spojevima, i stezanje signala. U ovim slučajevima, dioda sprovodi struju i održava predvidljiv pad napona.
Obrnute aplikacije za pristrasnost
Obrnuta pristrasnost se koristi kada je potrebno blokiranje, izolacija ili ponašanje zavisno od napona. Obrnuto-pristrasni spojevi se pojavljuju u uređajima za zaštitu od prenapona, varactor diodama, fotodiodama i izolacijom signala velike brzine. Struja ostaje minimalna dok se ne postigne definisan radni uslov ili kvar.
Zaključak
Napred pristrasnost i obrnuta pristrasnost kontrolišu da li PN spoj sprovodi ili blokira struju. Napred pristrasnost smanjuje barijeru i podržava protok naboja, dok obrnuta pristrasnost jača barijeru i ograničava struju do sloma. Širina osiromašenja, energetski opseg, temperaturni efekti, ponašanje prebacivanja i mehanizmi prekida zajedno definišu performanse dioda u praktičnim elektronskim kolima.
Često postavljana pitanja [FAK]
Kako doping utiče na PN raskrsnicu pod pristrasnošću?
Jači doping sužava područje iscrpljivanja, smanjuje napredni napon i smanjuje napon obrnutog probijanja.
Kako se kapacitet diode menja sa pristrasnošću?
Obrnuta pristrasnost smanjuje kapacitet spoja, dok napredna pristrasnost povećava efektivnu kapacitivnost zbog uskladištenog punjenja.
Kako se Schottki dioda razlikuje od PN diode pod pristrasnošću?
Schottki diode prebacuju brže i imaju niži napredni napon, ali veće curenje i niže granice obrnutog napona.
Kako pristrasnost utiče na buku diode?
Napred pristrasnost podiže buku sa strujom; obrnuta pristrasnost ostaje tiha do blizu sloma.
Kako nepravilna pristrasnost može oštetiti diodu?
Višak pristrasnosti napred uzrokuje pregrevanje, dok višak obrnute pristrasnosti dovodi do kvara i neuspeha curenja.
Kako se napred i nazad pristrasnost koriste u BJT?
Baza-emiter spoj je napred-pristrasan, a baza-kolektor spoj je obrnuto-pristrasan za kontrolu kolektorske struje.
