Динамическое сопротивление диодов и зона обеднения

введите описание изображения здесь

Согласно «Основам физики» Резника, Уокера и Холлидея (10-е издание),

На рис. 41.15 показано, почему p-n-переход работает как выпрямитель. На рис. 41.15а батарея подключена к переходу с положительным полюсом, подключенным к p-стороне. В этом соединении с прямым смещением сторона p становится более положительной, а сторона n становится более отрицательной, что уменьшает высоту потенциального барьера. В 0 рис. 41-12с. Теперь этот меньший барьер может преодолеть больше большинства операторов связи; следовательно, диффузионный ток я г я ф ф заметно увеличивается.

Однако неосновные носители, формирующие дрейфовый ток, не ощущают барьера; поэтому дрейфовый ток я г р я ф т не зависит от внешней батареи. Хороший баланс токов, существовавший при нулевом смещении (см. рис. 41-12d), таким образом, нарушается, и, как показано на рис. 41-15a, в цепи появляется большой чистый прямой ток IF.

Другим эффектом прямого смещения является сужение зоны истощения, как показывает сравнение рис. 41-12b и рис. 41-15a. Зона истощения сужается, потому что уменьшенный потенциальный барьер, связанный с прямым смещением, должен быть связан с меньшим объемным зарядом. Поскольку ионы, создающие объемный заряд, закреплены в своих узлах решетки, уменьшение их количества может происходить только за счет уменьшения ширины зоны обеднения.

Поскольку зона истощения обычно содержит очень мало носителей заряда, это обычно область с высоким удельным сопротивлением. Однако, когда его ширина существенно уменьшается за счет прямого смещения, его сопротивление также существенно уменьшается, что согласуется с большим прямым током.

Мои вопросы заключаются в следующем:

  1. По мнению авторов, при включении диода в прямом направлении зона обеднения сужается, поскольку высота потенциального барьера В 0 , уменьшается. Высота В 0 уменьшается, потому что p-сторона соединена с положительной клеммой В е Икс т и сторона n соединена с отрицательной клеммой В е Икс т , по мнению авторов. Может кто-нибудь объяснить более просто и ясно, почему высота потенциального барьера, В 0 , уменьшается, когда диод подключен в прямом направлении?
  2. Если В е Икс т увеличивается, станет ли зона истощения уже? Может В е Икс т увеличиться настолько, что зона истощения перестанет существовать? Этот вопрос является хорошим переходом к моему третьему вопросу.
  3. Является ли напряжение прямого смещения причиной динамического сопротивления диода? Если источник переменного тока, В е Икс т а с , добавляется с источником постоянного тока, В е Икс т , изменится ли сопротивление диода со временем? Это сопротивление диода называется динамическим сопротивлением?
Знакомы ли вы с ленточной диаграммой? Вы видели диаграмму диапазонов для диода с p-n переходом? Как вы думаете, что может произойти, кроме уменьшения высоты энергетического барьера при прямом смещении?
Я не знаком с диаграммами диапазонов для диодов с p-n переходом. Почему зона истощения/высота энергетического барьера не остается постоянной?

Ответы (1)

Блок полупроводника имеет некоторую концентрацию подвижных носителей заряда (электронов и дырок), и их заряд точно компенсируется фиксированными зарядами в виде ионизированных примесей (донорные и акцепторные ионы).

Неудивительно, что область обеднения обеднена подвижными носителями заряда (электронами и дырками). При истощении остаются фиксированные ионизированные примеси. Эти заряды создают электрическое поле в области истощения, что приводит к «встроенному напряжению» диода. Это разница напряжений между сторонами p и n диода. Это напряжение является потенциальным барьером в диоде. Когда вы прикладываете внешнее напряжение к диоду, вы изменяете эту разность напряжений и, следовательно, изменяете барьер.

Если В е Икс т увеличивается, станет ли зона истощения уже?

Да. Электрическое поле есть интеграл от заряда в обедненной области, а электрический потенциал есть интеграл от поля. Чтобы напряжение уменьшилось, вы значительно уменьшаете общий заряд в области истощения. При этом область истощения сужается.

Может В е Икс т увеличиться настолько, что зона истощения перестанет существовать?

Да в теории, но на практике нет. Если бы вы приложили достаточное напряжение, чтобы фактически полностью удалить область обеднения, вы бы получили огромное количество тока. Количество, которое ни один физический диод не смог бы выдержать без того, чтобы не сгореть, не расплавиться или иным образом не разрушиться.

Является ли напряжение прямого смещения причиной динамического сопротивления диода?

Обычно вы думаете о динамическом сопротивлении в ситуациях, когда у вас есть небольшой сигнал переменного тока поверх точки смещения постоянного тока. Динамическое сопротивление диода является производной кривой ВАХ в вашей рабочей точке. При этом ваше смещение постоянного тока выбирает эффективное сопротивление, которое видит ваш сигнал переменного тока. Это предполагает, что ваш сигнал переменного тока достаточно мал, чтобы удерживать вас в приблизительно линейной области ВАХ диода. Если у вас есть только сигнал переменного тока или это сильный сигнал, я бы не стал говорить об изменении динамического сопротивления в течение периода сигнала, но некоторые люди могут.

Прежде всего, я очень благодарен вам за ответ. У меня еще есть вопрос. Если В е Икс т меньше барьерного потенциала, будет ли область истощения по-прежнему сужаться?
@user545735 user545735 Да, любое внешнее смещение изменяет ширину области истощения. Обратное смещение заставляет его становиться шире, прямое смещение заставляет его становиться меньше. Кроме того, внешнее прямое смещение всегда меньше внутреннего потенциала реальных диодов. Они бы сгорели, если бы вы сместили их вперед настолько, чтобы превысить встроенный потенциал.
Таким образом, хотя внешнее напряжение прямого смещения изначально меньше встроенного напряжения, после подключения встроенное напряжение уменьшается и становится меньше внешнего напряжения. Таким образом, ток течет. Я правильно понял?
@ user545735 Встроенное напряжение является постоянным. Внешнее смещение изменяет высоту барьера. Высота барьера равна встроенному напряжению, когда внешнее смещение равно 0. Ток течет при прямом смещении, даже когда есть барьер, потому что электроны существуют в распределении энергии, и некоторые из них имеют достаточную энергию, чтобы преодолеть барьер.
Так, чем больше увеличивается внешнее напряжение смещения, тем больше уменьшается высота барьера, а чем больше уменьшается высота барьера, тем больше вероятность того, что свободный электрон сможет преодолеть высоту барьера и войти в полупроводник p-типа из полупроводник n-типа. Таким образом, ток увеличивается с увеличением напряжения смещения. Я понял это прямо сейчас?
@ user545735 Да. Это именно то, что происходит. По этой же причине кривая ВАХ диода является экспоненциальной с напряжением. Электронная популяция представляет собой (приблизительно) убывающую экспоненту по мере увеличения энергии выше края зоны проводимости. (то же самое для дырок по мере увеличения энергии ниже края валентной зоны). Уменьшение барьера позволяет экспоненциально растущему числу носителей преодолевать барьер.
Потрясающий! Но чтобы ток установился от отрицательного к положительному выводу внешнего напряжения смещения, электроны, поступающие от внешнего напряжения смещения, должны иметь достаточную кинетическую энергию для преодоления высоты барьера, верно? Если это так, то как может быть установлен ток любой величины от отрицательного к положительному выводу внешнего напряжения смещения, когда его напряжение меньше высоты барьера?
Ничего, получил ответ. electronics.stackexchange.com/a/570902/287085
Динамическое сопротивление диодов и зона обеднения
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 1v