Ηκηαγσγνί-Δίνδνη. Ν. Πεηξέιιεο Επ. Καζ. ΣΕΙ Λάξηζαο

Transcript

1 Ηκηαγσγνί-Δίνδνη Ν. Πεηξέιιεο Επ. Καζ. ΣΕΙ Λάξηζαο

2 Ηκηαγσγνί Οη αγσγνί είλαη πιηθά πνπ παξνπζηάδνπλ πνιύ κηθξή αληίζηαζε ζην ειεθηξηθό ξεύκα, εηδηθή αληίζηαζε: 10-8 Ωm Οη κνλσηέο είλαη πιηθά πνπ παξνπζηάδνπλ πνιύ κεγάιε αληίζηαζε ζην ειεθηξηθό ξεύκα, εηδηθή αληίζηαζε: Ωm Πξαθηηθά ζεσξνύκε όηη ε αληίζηαζε ησλ αγσγώλ είλαη κεδεληθή θαη ησλ κνλσηώλ άπεηξε Οη εκηαγσγνί είλαη πιηθά πνπ θαλνληθά παξνπζηάδνπλ κηα ελδηάκεζε εηδηθή αληίζηαζε: 10-6 Ωm Ωm. Σέηνηα πιηθά είλαη ην Si, Ge, GaAs ηνπο εκηαγσγνύο, ε εηδηθή αληίζηαζε εμαξηάηαη πνιύ έληνλα από ηε ζεξκνθξαζία

3 Εμσηεξηθή ζηνηβάδα κε 4 ειεθηξόληα Καλνληθά θάζε ειεθηξόλην ηεο εμσηεξηθήο ζηνηβάδαο ζρεκαηίδεη «δεζκό» κε έλα ειεθηξόλην γεηηνληθνύ αηόκνπ Αλ έλα «ειεύζεξν» ειεθηξόλην κεηαθηλεζεί ζε άιιν άηνκν αθήλεη πίζσ ηνπ κηα «νπή» ε νπνία θαιύπηεηαη ακέζσο από άιιν ειεθηξόλην γηαηί ζε θαζαξό εκηαγσγό όπσο ην ππξίηην ηα ειεθηξόληα είλαη αθξηβώο όζνη νη δεζκνί ζζέλνπο Ππξίηην (Si)

4 Πξνζκίμεηο εκηαγσγώλ ηύπνπ Ν Αλ πξνζηεζεί ζε έλαλ εκηαγσγό όπσο ην Si πιηθό ηεο 5εο νκάδαο ηνπ πεξ. ζπζηήκαηνο (δει. κε 5 ειεθηξόληα ζηελ εμσηεξηθή ζηνηβάδα ηνπ όπσο ην αξζεληθό, θώζθνξνο θιπ ηόηε ππάξρνπλ ειεύζεξα ειεθηξόληα πνπ δελ κπνξνύλ λα ζρεκαηίζνπλ δεζκνύο ην ζρήκα ζε πιέγκα ππξηηίνπ έρεη πξνζηεζεί πξόζκημε αληηκνλίνπ Έλα πεληαζζελέο ζηνηρείν ιέγεηαη δόηης επεηδή δίλεη έλα παξαπαλίζην ειεύζεξν ειεθηξόλην Ηκηαγσγνί Ν= πεξίζζεηα ειεθηξνλίσλ

5 Πξνζκίμεηο εκηαγσγώλ ηύπνπ Ρ Αλ πξνζηεζεί ζε έλαλ εκηαγσγό όπσο ην Si πιηθό ηεο 3εο νκάδαο ηνπ πεξ. ζπζηήκαηνο (δει. κε 3 ειεθηξόληα ζηελ εμσηεξηθή ζηνηβάδα ηνπ όπσο ην ίλδην, βόξην ηόηε ζην άηνκν ηνπ ηλδίνπ ιείπεη έλα ειεθηξόλην γηα λα ζρεκαηίζεη δεζκό κε έλα γεηηνληθό ηνπ άηνκν Si δεκηνπξγώληαο οπή Έλα ηέηνην ζηνηρείν ιέγεηαη αποδέκηης επεηδή πεξηκέλεη ε νπή λα ζπκπιεξσζεί από έλα ειεύζεξν ειεθηξόλην Ηκηαγσγνί Ρ= πεξίζζεηα νπώλ

6 Δίνδνο=έλσζε (ή επαθή) ΡΝ

7 Πεξηνρή Απνγύκλσζεο-Φξάγκα Δπλακηθνύ Γύξσ από ηελ πεξηνρή ηεο επαθήο ηα ειεθηξόληα πνπ πεξηζζεύνπλ ζηελ Ν πεξηνρή ελώλνληαη κε ηηο νπέο ηεο Ρ αθήλνληαο ηα ζεηηθά θαη αξλεηηθά ηόληα ζε θάζε πιεπξά λα δεκηνπξγνύλ έλα θράγμα δσναμικού Η πεξηνρή από ηελ νπνία κεηαθηλήζεθαλ ηα ειεθηξόληα θαη ζηελ νπνία θαιύθζεθαλ νη νπέο ιέγεηαη περιοτή απογύμνωζης Απηό δελ κπνξεί λα γίλεη από όια ηα ειεθηξόληα γηαηί απηά εκπνδίδνληαη από ηα αξλεηηθά ηόληα πνπ έκεηλαλ ζηελ Ρ πεξηνρή

8 Οξζή πόισζε δηόδνπ Σα ειεθηξόληα ζην ηκήκα Ν απμάλνληαη θαζώο θαη νη νπέο ζην ηκήκα Ρ ιόγσ ηεο νξζήο πόισζεο Η πεξηνρή απνγύκλσζεο ζηελεύεη Ηιεθηξόληα θαη νπέο κε κεγάιε ελέξγεηα θαηαθέξλνπλ λα κπνπλ ζηελ αληίζεηε πεξηνρή πξνθαιώληαο ηε ξνή ξεύκαηνο ζην θύθισκα Γηα λα επηηεπρζεί απηό πξέπεη ε ηάζε ηεο πεγήο λα γίλεη κεγαιύηεξε ηεο ηάζεο θξαγκνύ V o ηεο δηόδνπ (πρ, 0.7V (Si) ή 0.3V (Ge), ε αληίζηαζε πνπ παξνπζηάδεη ε νξζά πνισκέλε δίνδνο είλαη R F = Ω Ιδαληθή δίνδνο V o =0, R F =0

9 Αλάζηξνθε πόισζε δηόδνπ Σα ειεύζεξα ειεθηξόληα θαη νπέο ιηγνζηεύνπλ κεγαιώλνληαο ηελ πεξηνρή απνγύκλσζεο Σελ πεξηνρή απνγύκλσζεο δελ κπνξνύλ ηώξα λα ππεξπεδήζνπλ ειεθηξόληα ηεο πεγήο θαη έηζη ην ξεύκα πνπ ξέεη είλαη ακειεηέν (αλάζηξνθν ξεύκα θόξνπ) Η αληίζηαζε αλάζηξνθα πνισκέλεο δηόδνπ είλαη άπεηξε γηα ηδαληθή δίνδν θαη ηάμεο ΜΩ γηα εκπνξηθέο

10 Χαξαθηεξηζηηθή θακπύιε δηόδνπ

11 Άιια ραξαθηεξηζηηθά δηόδνπ Δπλακηθή αληίζηαζε: ε θιίζε ηεο ραξαθηεξηζηηθήο θακπύιεο γηα ζπγθεθξηκέλε ηάζε πόισζεο Η κέγηζηε αλάζηξνθε ηάζε πνπ κπνξεί λα εθαξκνζηεί ιέγεηαη ηάζε δηάζπαζεο. Εθαξκνγή κεγαιύηεξεο ηάζεο θαηαζηξέθεη κόληκα ηε δίνδν εθηόο από ηελ πεξίπησζε ησλ δηόδσλ δέλεξ ζηηο νπνίεο εθκεηαιιεπόκαζηε ηελ ηάζε δηάζπαζεο γηα λα «ςαιηδίζνπκε» κεγαιύηεξεο ηάζεηο

12 Παξάδεηγκα ζπλδεζκνινγίαο δηόδνπ Αλ ε δίνδνο είλαη ιδανική ηόηε επεηδή είλαη νξζά πνισκέλε δξα σο βξαρπθύθισκα κε κεδεληθή αληίζηαζε νπόηε ην ξεύκα πνπ δηαξέεη ην θύθισκα είλαη I F =V i /R L =12/1K=12mA Έζησ όηη δεν είναι ιδανική κε ηάζε θραγμού (γονάηοσ) V γ =0.7V θαη αληίζηαζε R f =200Ohm, ηόηε ην ιζοδύναμο κύκλωμα είλαη:

13 Παξάδεηγκα ζπλδεζκνινγίαο δηόδνπ R1=5K I1 Α I3 R3=20K I2 V1=10V R2=10K V2=5V ην παξαπάλσ θύθισκα έζησ όηη δελ γίλεηαη θαλεξό αλ άγεη ή όρη ε δίνδνο. Αλ ππνζέζνπκε όηη δελ άγεη επεηδή V1>V2 ηόηε ν δεμηόο βξόρνο είλαη αλνηρηό θύθισκα θαη Ι1=Ι2=V1/(R1+R2)= 10/(5K+10K)=0.666mA. Σν δπλακηθό ζηελ άλνδν ηεο δηόδνπ είλαη 5V θαη ζηελ θάζνδό ηεο I2R2=6.66V, άξα ε δηαθνξά δπλακηθνύ ζηα άθξα ηεο δηόδνπ είλαη 5V-6.66V=-1.66V δειαδή αλάζηξνθα πνισκέλε άξα ζπκθσλεί κε ηελ ππόζεζε πνπ έρνπκε θάλεη όηη δελ άγεη. Αλ όκσο ε V2 ήηαλ 15V ηόηε ζα θαηαιήγακε ζε άηνπν αθνύ ε δηαθνξά δπλακηθνύ ζηα άθξα ηεο δηόδνπ ζα ήηαλ 15V-6.66V=8.44V θαη ε δίνδνο ζα έπξεπε λα άγεη. ηελ πεξίπησζε απηή αλ ζεσξήζνπκε όηη ε δίνδνο είλαη ιδανική αληηθαζίζηαηαη από βξαρπθύθισκα θαη εθαξκόδνπκε ηνπο λόκνπο Ohm θαη Kirchoff: V1-I1R1-I2R2=0, V2-I3R3-I2R2=0, I1+I3=I2 I1=143uA, I2=928uA, I3=785uA

14 Ηκηαλόξζσζε

15 Πιήξε Αλόξζσζε

16 Εμνκάιπλζε κε ρξήζε RC ζηνηρείσλ ζηελ έμνδν