Neden bağlantısı kesilmiş bir diyotta potansiyel bir fark yok?

Bu sorunun aptalca bir ses çıkardığını biliyorum, sanki terminaller birbirine bağlandığında bir akım oluşacak potansiyel bir fark varmış ve bu enerjinin bir yerden geldiği anlamına geliyor.

Bunu sormamın nedeni, tükenme bölgesini anlama ve bir diyot potansiyeli üzerine inşa etmemden yola çıkarak, tüm diyot boyunca bir voltmetre bağlarsanız, yerleşik potansiyelin değerini göstereceği gibi görünüyor.

Bu, aşağıdaki resimde açıklanmıştır:

İlk önce, elektronlar n tipinden p tipine akar, çünkü n tipinde daha yüksek bir konsantrasyon vardır ve delikler bunun tersini yapar. Buna difüzyon akımı denir. Pn sınırını geçen ilk elektronlar ve delikler ona en yakın olanlardır; bu taşıyıcılar, bir araya geldiklerinde yeniden birleşirler ve artık bir taşıyıcı değildirler. Bu, pn sınırının yakınında taşıyıcı bulunmayan bir tükenme bölgesi olduğu anlamına gelir. elektronlar n tipi materyali terk ettiğinden ve delikler p tipi materyali terk ettiğinden, sırasıyla pn sınırının n ve p tarafında pozitif ve negatif yük fazlalığı vardır. Bu, difüzyon akımına karşı çıkan bir elektrik alanına neden olur ve bu nedenle sınırdan geçip bir araya gelmeden daha fazla elektron veya delik yoktur. Kısacası, sadece sınırın yakınındaki elektronlar ve delikler çünkü yaptıklarından sonra, daha fazla taşıyıcıyı geçmesini önleyen bir elektrik alan oluşmuştur. Bu elektrik alandan kaynaklanan akıma sürüklenme akımı denir ve denge sırasında bu difüzyon akımına eşit olacaktır. Sınırda bir elektrik alanı olduğu için (pozitif yükten negatif yüke işaret eden) ilişkili bir voltaj vardır. Buna yerleşik potansiyeli denir.

Diyot boyunca her noktadaki elektrik alanını soldan sağa örneklerseniz, p bölgesinde 0 ile başlarsınız çünkü eşit sayıda proton ve elektron vardır. Tükenme bölgesine yaklaştığınızda, şimdi ekstra bir elektrona sahip olan (rekombinasyon nedeniyle) ve dolayısıyla net bir negatif yüke sahip olan alıcı kirliliklerinin neden olduğu p bölgesine doğru geriye dönük küçük bir elektrik alanı göreceksiniz. Bu elektrik alan, sınıra yaklaştıkça güçlenecek ve sonra uzaklaştıkça öleceksiniz.

Bu elektrik alanı, grafikte (d) gösterildiği gibi bir voltaj olduğu anlamına gelir. P tarafı keyfi bir potansiyele sahiptir ve n tarafı bundan daha yüksek bir potansiyeldedir, çünkü aralarında bir elektrik alanı vardır. Bu, tükenme bölgesi arasında potansiyel bir fark olduğu anlamına gelir; Bu yerleşik potansiyel olarak bilinir.

Fakat neden tüm diyot boyunca bir voltmetre bağladığımda bunu potansiyel olarak inşa ettiğini görmeyeceğim?

Bence cevap oldukça basit. Yarı iletken-metal bağlantıya dayanan bir "Schottky diyot" un çalışma prensibini biliyor musunuz? Şimdi - diyot boyunca bir voltmetre (veya başka bir yük) bağlarsanız ne olur? Pn diyotun içindeki difüzyon voltajını tam olarak dengeleyen iki Schottky kavşağı yarattınız. Böylece hiçbir voltaj ölçülemez. Başka bir deyişle: Herhangi bir akımı harici bir yük üzerinden sürmek için difüzyon voltajını kullanamazsınız.

Err, cevapların geri kalanı biraz tehlikeli görünüyor ve ben sadece bu soruyu tökezledim, bu yüzden ona bir göz atacağım.

Fermi seviyesinin önyargı altında süreksiz hale gelmesinden dolayı bence. Voltmetrenin gerçekte ölçtüğü şeyin, elektronların ve deliklerin ne kadarlık bir kavşaktan geçmek istediğini gördüğünüze eminim. Termal dengede, elektronlar ve delikler bağlantı boyunca hareket etme niyetinde değildir, bu nedenle voltaj 0V olur. Başka bir deyişle, voltmetre gerçekten sadece 2 taraf arasındaki Fermi seviyelerindeki farkı ölçer.

Bunu neden yaptığını anlamak için bir voltmetrenin nasıl çalıştığını bilmek zorundasınız. Diyotun her iki ucunda (ki harika olurdu) bir elektronun enerji seviyesindeki farkı kelimenin tam anlamıyla ölçmek yerine, sadece yüksek direncinden geçen akımı ölçer. Termal dengedeki bir diyotta, herhangi bir şarj taşıyıcısının net bir hareketi yoktur ve bu nedenle akım yoktur. Akım yok, voltmetre okuma yok demektir.

DUT Serisi Direncinizden çok daha yüksek bir dirence sahip bir elektrostatik voltmetreniz varsa, mümkün olan ancak diyot sızıntısının Statik Potansiyelin boşalmasını önlemek için eşit derecede yüksek olması gerekir.

Bu çok güzel bir merak sorusu! İkinci yılımdayken da aynı soru bana geldi. Ancak, Transistörlerde Eşik gerilimi ve PN bağlantı gerilimi düşmeleriyle karşılaşana kadar, resim netleşmedi.

Kesinlikle haklısın (son paragraf), çünkü tükenme bölgesindeki elektrik alan nedeniyle potansiyelde bir değişiklik olduğundan, n tipi taraftan daha yüksek potansiyel var ve p tipi taraftan negatif potansiyel var, içsel potansiyel farkı oluşturuyor . Bu nedenle, akımın diyottan geçmesine izin vermek için (PN kavşağı) P-tipi ve n-Tipinden daha yüksek bir potansiyele ihtiyacınız olacak, böylece farklılıkları diyot boyunca uygulanan gerilime zıt yönde olan gerçek potansiyel farkından daha büyük olacak . Buna önyargılı diyot diyoruz! Bunun temellerini bildiğinize eminim. Şimdi asıl soruya gidelim ->

Sanal Dijital voltmetrenizi tam olarak iki tükenme sınırında ölçtüyseniz, voltaj farkını orada göreceğinizden eminim ama normal multimetre ile yapması imkansız. Yarı iletken firmaların bu voltaj farklarını algılamak için özel problara sahip olmaları gerektiğinden eminim. Fakat eğer kesilen diyodu normal multimetrenizden ölçtüyseniz (LTSPICE’te problamanın dahili olarak değil diyotun uçlarında yapıldığı benzetilirken bu aynı şekilde dikkate alınır). Temel olarak, Grafiğiniz (D) bu cevabı kendinden almıştır. Grafik, diyotun her iki ucunun da elektrik alanı olmadığını göstermektedir. Elektrik alanı koruyucu olduğundan ve iki diyot ucu (P ve N tipi malzemelerin uçları) şarj olmadığından ve uçlarındaki elektrik alanları difüzyon nedeniyle iptal edilir. sonuç olarak difüzyon bölgesinin sona ermesinden sonra mevcut hiçbir elektrik alanı yoktur, bu onların farkı da 0'dır ve ölçülen voltaj farkı da 0 V'dir. Bu yardımcı olur umarım!

Bu soruya bir şans vermek. PN kavşağında iki tip akım vardır. Difüzyon akımları, taşıyıcı yoğunluk derecesini aşağı doğru hareket ettiren taşıyıcılardan kaynaklanır. Kayma akımları, elektrik alandan aşağı hareket eden taşıyıcılardan kaynaklanır. Yalıtılmış bir pn bağlantısına hiçbir önyargı uygulanmadığı zaman, difüzyon akımı taşıyıcı bölgeyi hareket eden bölgeye doğru hareket ettirir, böylece tüketim bölgesinin her iki tarafında da yükler oluşturur. Biriken yükler, tükenme bölgesi boyunca bir elektrik alanı yaratır ve bu elektrik alanı ters yönde bir akımı indükler. İşlem doğal olarak, difüzyon akımının sürüklenme akımı tarafından tam olarak iptal edildiği bir dengeye doğru eğilim gösterir. Biri bunu anti-paralel tarzda bağlı iki eşit değerli akım kaynağı olarak modelleyebilir.

Cevap oldukça basit. Bariyer potansiyeli diyot boyunca tükenme bölgesi boyunca var, bu nedenle elektrik alanı hatlarının bulunduğu bölge sadece tükenme bölgesi ile sınırlıdır.

Kullanılan çoklu metre, diyotun terminallerine bağlanır. Ve multi-metre sondası ile tükenme bölgesi arasında n ve p bölgeleri vardır. N 'n ve p bölgesi, izolatör olarak işlev görür, böylece problarda hiçbir alan çizgisi alınmaz, bu yüzden çoklu metrede voltaj gösterilmez.

Cevap çok basit: Elektrostatik potansiyel ile elektrik potansiyelini karıştırıyorsunuz. Bir voltmetre ile ölçtüğünüz şey, elektrik potansiyelindeki bir farktır.

Bununla birlikte, elektrik potansiyeli, yük taşıyıcıların kimyasal potansiyelini içerir. Not: Kimyasal potansiyel µ veya daha kesin olarak kimyasal potansiyelin gradyan -grad ()) derecesi, difüzyonun arkasındaki "itici güçtür".

Bir PN bağlantısı durumunda, taşıyıcıların net difüzyonu, iki iletken arasındaki elektrostatik potansiyelin farkı, iki iletken arasındaki kimyasal potansiyelin büyüklüğüne eşit olana kadar gerçekleşir. Her iki potansiyel farklılığın da karşıt işaretleri olduğundan, toplamları sıfırdır -> elektrostatik potansiyeldeki kaybolmayan farklılığa rağmen ölçülecek elektriksel potansiyel farkı yoktur!

Pn kavşak noktası boyunca potansiyel bir bariyer olmasına rağmen, çıkış devresinde herhangi bir akım gönderilemiyor. Başka kaynak olmadığı için tel ısıtılmalı. harici bir kaynak olmadığından soğuk olun, böylece ısıl dengesizlik yaratılır. bu nedenle akım sıfır olmalıdır. Metal ve yarı iletkenlerin temas potansiyeli potansiyel engeli etkisiz hale getirir, böylece yukarıdaki durum ortaya çıkar.