دیودها
• برای استفاده از دیود چه کنیم؟
محافظت از مدار توسط محدود کردن ولتاژ (قطع و بستن)
تبدیل AC به DC (ولتاژ رکتیفایر)
ضریب ولتاژ (به عنوان مثال ولتاژ ورودی دوگانه)
اختلاط غیر خطی دو ولتاژ (به عنوان مثال مدولاسیون دامنه)
• نماد برای دیود:
کاتد آند
جريان مثبت جريان دارد
دیود زمانی انجام می شود
Vanode> Vcathode
• دیودها (و ترانزیستورها) دستگاه غیر خطی هستند: V ≠ IR!
0.5 V
mA
mA
10 V
0.5 V
mA
-0.5 V
mA
جریان مستقیم
جریان معکوس
ولتاژ معکوس
ولتاژ رو به جلو
– + + –
هنگامی که Vanode> Vcathode است، دیود رو به جلو است.
دیود جریان را به شدت جریان می دهد
افت ولتاژ در دیود (تقریبا) مستقل از جریان دیود است
مقاومت مؤثر (امپدانس) دیود کوچک است
هنگامی که Vanode <Vcathode.
دیود جریان بسیار ضعیف (به طور معمول <mA)
جریان دیود (تقریبا) مستقل از ولتاژ است، تا زمانی که شکست
مقاومت مؤثر (امپدانس) دیود بسیار بزرگ است
رابطه جریان ولتاژ برای یک دیود می تواند بیان شود:
I = Is (e
eV / kT -1)
معروف به “دیود”، “رکتیفایر” یا “Ebers-Moll” معروف است
Is = جریان اشباع معکوس (معمولا <mA) k = ثابت Boltzmann، e = الکترون شارژ، T = دما در دمای اتاق، kT / e = 25.3 mV، من = ایزد 3 V اگر V> 0 و I = -Is اگر V <0. مقاومت مؤثر دیود تعویض دیود (V> 0) دیود: dV / dI = (kT / e) / I ª 25 W / I، I در mA
P517 / 617 Lec 5، P2
• دیود از چه ساخته شده است؟ نیمه هادی ها!
سطح انرژی یک نیمه هادی می تواند اصلاح شود به طوری که یک ماده (به عنوان مثال سیلیکون یا ژرمانیم) باشد
به طور معمول یک مقره برق را انجام می دهد. ساختار سطح انرژی یک نیمه هادی بسیار پیچیده است
نیاز به درمان مکانیکی کوانتومی دارد.
سطح فارمی
گروه ولنتاین
باند هدایت
0
نیمه هادی
سطح فارمی
گروه ولنتاین
باند هدایت
0
فلز
سطح فارمی
گروه ولنتاین
باند هدایت
0
عایق بلوری
EF
Egap
E E E
Egap
Egap
E
EF
F
خصوصیات مواد (W-cm)
مس مخروط 1.56×10-6
نیمه هادی سیلیکون 103-106
سرامیک عایق 1011-1014
• چگونه نیمه هادی را به یک هادی تبدیل کنیم؟ آن را انجام دهید
دوپینگ فرایندی است که ناخالصی ها به نیمه هادی افزوده می شود تا مقاومت آن را کاهش دهد
سیلیکون دارای 4 الکترون در سطح ولنتاین است
ما اتم هایی اضافه می کنیم که دارای تعداد دیگری از الکترون های شبه ولنز هستند
3 یا 5 به یک تکه سیلیکون.
فسفر، آرسنیک، آنتیموان دارای 5 الکترون الکترون است
بور، آلومینیوم، هندیم دارای 3 الکترون ولنتاکس هستند
• سیلیکون نوع N:
اضافه کردن اتم هایی که دارای 5 الکترون الکترون است، سیلیکن را منفی تر می کند.
حاملان اکثریت الکترون های اضافی هستند.
• P نوع سیلیکون
افزودن اتم هایی که دارای 3 الکترون الکترون است، سیلیسون را مثبت تر می کند.
حامل های اکثریت “حفره” هستند. یک حفره فقدان الکترون در پوسته valence است.
+4 +4
سی
سیلیکون معمولی Silicon P نوع
+4 +3
سی ب
+4 +5
Si As
نوع سیلیکون نوع
سی
P517 / 617 Lec 5، P3
• چگونه دیود را می سازیم؟
یک قطعه سیلیکون نوع N را در کنار یک قطعه از سیلیکون P قرار دهید.
• دیود بی طرف
P N
تخلیه
منطقه
سیلیکون + بوریک سیلیکون + آرسنیک
جریان نشت بسیار کوچک
Ed <-
+ سوراخ تلفن همراه
الکترون الکترونیک
+
–
اتم دونر یونیزه ثابت
اتم پذیرنده یونیزه ثابت
• دیود تعویض به جلو
P N
تخلیه
منطقه
خیلی کوچک
مانع ناشی از تخریب
منطقه بسیار کوچک است
جریان بزرگ می تواند جریان یابد
فی
جریان مستقیم
• دیود تعویض شده معکوس
P N
تخلیه
منطقه
بسیار بزرگ است
مانع ناشی از تخریب
منطقه بسیار بزرگ است
جریان نشت کوچک
P517 / 617 Lec 5، P4
• مشخصات دیود
ولتاژ معکوس و جریان
حداکثر جریان و ولتاژ
ظرفیت
زمان بازیابی
حساسیت به درجه حرارت
• انواع دیودها
دیود اتصال (نوع معمولی)
تابش نور (LED)
فتوالدئید (نور جذب می کند، جریان می دهد)
Schottky (سوئیچ سرعت بالا، ولتاژ پایین، Al. در سیلیکون)
تونل (من در مقابل V کمی متفاوت از JD، مقاومت منفی!)
veractor (سرپوش اتصال با ولتاژ متغیر است)
زونر (دیود سوئیچ مخصوص، استفاده از متناوب باطل)
نمونه هایی از مدارهای دیود
• ساده ترین مدار: ولتاژ پایین در دیود چیست؟
در مدارهای دیود ما هنوز از قانون کرچوف استفاده میکنیم:
Vin = Vd + IdR
Id = Vin / R – Vd / R
برای این شناسه مدار در مقابل Vd یک خط مستقیم با محدودیت های زیر است:
Vd = 0 fi Id = Vin / R = 10 mA
Vd = 1 V فی Id = 0
خط راست (خط بار) برای مدار امکان پذیر است (Vd، I). منحنی دیود همه ممکن است (Vd، I) برای
دیود جایی که این دو خط تقاطع به ما می دهد جریان و ولتاژ واقعی برای این مدار