PN átmenet kivitele. (B, Al, Ga, In) (P, As, Sb) A=anód, K=katód

Átírás

1 PN átmenet kivitele A pn átmenet: Olyan egykristályos félvezető tartomány, amelyben egymással érintkezik egy p és egy n típusú övezet. Egy pn átmenetből álló eszköz a dióda. (B, Al, Ga, n) (P, As, Sb) A=anód, K=katód

2 A pn átmenet töltésviszonyai => (P, As, Sb) (B, Al, Ga, n) A többségi töltéshordozók az átmenet környezetében átdiffundálnak a túloldalra töltéshordozóktól kiürített réteg v. tértöltésréteg jön létre az átmenetnél. Egyensúly: A többségi töltéshordozók diffúziós árama egyensúlyban van a kisebbségi töltéshordozók sodródási áramával, =0.

3 A pn átmenet töltésviszonyai Mindkét oldal többségi hordozói diffúzióval áramolnak a túloldal felé. A mozgóképes töltések diffúziója után helyhez kötött, ellensúlyozatlan töltések maradnak az átmenet két oldalán. Ezért megszűnik a semlegesség. Így elektromos erőtér jön létre. A kialakult elektromos erőtér hatására a pn átmeneten egyensúlyban létrejön egy beépített feszültség (diffúziós potenciál)

4 Az ideális pn átmenet (dióda) jelleggörbe egyenlete U U e T 0 0 Az ideális dióda egyenlete, ahol o: a pn átmenet telítési- (saturation), vagy záróáram állandója, a kisebbségi töltéshordozó-sűrűséggel arányos o A U T =kt/q=26 mv, a termikus feszültség szobahőmérsékleten, k=8,62x10-5 ev/k, a Boltzmann állandó T a hőmérséklet Kelvinben q=1,602x10-19 Coulomb az elektron töltése előjel nélkül

5 A dióda legfőbb tulajdonságai Pozitív feszültségekre (p típusú anyag pozitívabb potenciálon, nyitófeszültség), a szerkezeten a feszültségtől exponenciálisan függő áram folyik. Negatív feszültségekre (p oldal negatívabb, zárófeszültség) a szerkezeten nagyon kis, szinte feszültségfüggetlen áram. A szokásos nyitófeszültség értéke: U F 0,7V. Záró (reverse) tartomány ~ A/mm 2 Nyitó (forward) tartomány ~ exp(u/u T )

6 A dióda jelleggörbe egyszerűsített alakjai Az ideális kapcsoló: Törtvonalas közelítésű jelleggörbe A dióda valóságos és törtvonalas közelítésű jelleggörbéje: U BD D [ma] U F 0,7V U D [V] Letörési szakasz

7 A Letörés Egy adott kritikus zárófeszültségnél, az ún. letörési feszültségnél a dióda záróárama hirtelen megnő és viszonylag nagy áramok folynak a diódán, nagyon kis további feszültségemelkedéssel. Ha kívülről korlátozzuk az átfolyó áramot, akkor a letörésben való működés nem teszi tönkre a diódát. A letörés okai: Zener átütés (alagúthatás) Lavina sokszorozódás (ütközési ionizáció).

8 A Zener letörés felhasználása A Zener-dióda A Zener-dióda áramköri alkalmazása: Feszültség-referencia; Feszültség-szabályozás (stabilizálás, kis fogyasztásnál).

9 A dióda munkapontja A dióda karakterisztika egyenlete a dióda működése során lehetséges, összetartozó áram és feszültségértékeket adja meg. A tényleges működés során a dióda, ill. tetszőleges nemlineáris karakterisztikájú elem a karakterisztika egy pontjában, az un. munkapontban működik. Ezt a pontot az áramkörben a vizsgált nemlineáris elemet körülvevő elemek határozzák meg.

10 A dióda munkapontja =(U) =(Ut-U)/Rt Az áramkörre felírt huroktörvényből -Ut+R+U=0 egy egyenes, az un. munkaegyenes egyenlete adódik, mely az áramkörben a diódán kívül előforduló elem karakterisztikája a dióda feszültségének függvényében. Az áramkörben kialakuló munkapontot a két függvény metszéspontja adja.

11 A dióda kisjelű működése r d u i 1 1 U Az r d differenciális ellenállás munkapontfüggő!

12 A dióda differenciális ellenállása 1 ln 0 U U T U U U r T T d 0 Nyitó tartomány, >> 0 : U r T d Ha a soros ellenállással is számolunk: s T d r U r

13 A dióda kapacitásai Minden pn átmenethez két kapacitás értéket rendelhetünk A kiürített réteg egy síkkapacitás A kiürített réteg által képviselt síkkondenzátor kapacitása a C T tértöltéskapacitás (más néven diódakapacitás) Az injektált kisebbségi töltéshordozók által képviselt Q töltés felépítéséhez időre van szükség kapacitív hatás Az injektált kisebbségi töltéshordozók által képviselt diffúziós töltés létrehozásának időigénye kis frekvenciákon a C D diffúziós (más néven tárolási) kapacitással modellezhető Tértöltéskapacitás (C T ) a záró tartományban uralkodó Diffúziós kapacitás (C D ) csak a nyitó tartományban alakul ki

14

15

16 A LED-ek jellemzői

17 A kapacitásdiódák feszültség-kapacitás karakterisztikája

18 Az alagút- (Tunnel) dióda nyitóirányú karakterisztikája