ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΔΙΟΔΟΙ ΕΝΩΣΕΩΣ ΦΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΕΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ

Transcript

1 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΔΙΟΔΟΙ ΕΝΩΣΕΩΣ ΦΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΕΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ηηο επόκελεο παξαγξάθνπο ζα εμεηαζζνύλ νη θπζηθέο ηδηόηεηεο θαη ραξαθηεξηζηηθέο ηνπ ζρεκαηηζκνύ κηαο ελώζεσο δύν δηαθνξεηηθνύ ηύπνπ εκηαγσγώλ πνπ απνηειεί ηε δίνδν. Θα εμεηαζζνύλ, επίζεο, νη δηάθνξνη ηύπνη δηόδσλ θαη κεξηθέο εθαξκνγέο ηνπο Έλωζε p n Σόζν ζηνπο ακηγείο, όζν θαη ζηνπο λνζεπκέλνπο εκηαγσγνύο (p ή n), νη θνξείο κπνξεί λα κεηαθηλνύληαη ζε νπνηαδήπνηε δηεύζπλζε αλάινγα κε ηελ εθαξκνγή ηνπ πεδίνπ. Όηαλ, όκσο, έλαο κνλνθξπζηαιιηθόο εκηαγσγόο δηακνξθσζεί έηζη, ώζηε ε κία πιεπξά ηνπ λα είλαη ηύπνπ p θαη ε άιιε ηύπνπ n, ηόηε ε πξνεγνύκελε ππόζεζε δελ ηζρύεη. Σν ξεύκα ζε απηήλ ηελ πεξίπησζε κπνξεί λα δηέξρεηαη κόλν θαηά ηε κία θαηεύζπλζε. Ο βαζηθόο κεραληζκόο ζρεκαηηζκνύ κηαο δηόδνπ p - n πεξηγξάθεηαη παξαθάησ. ε έλα ζύζηεκα ελώζεσο p - n, όπσο απηό πνπ δίλεηαη ζην ζρ.2.1. (α), ηα ηόληα ηνπ δόηε παξίζηαληαη κε ζεηηθό πξόζεκν, δηόηη,όηαλ ηα άηνκα απηήο ηεο πξόζκημεο δώζνπλ έλα ειεθηξόλην, θνξηίδνληαη ζεηηθά (εκηαγσγνί ηύπνπ n). Σν αληίζεην ζπκβαίλεη ζηελ πεξηνρή ηύπνπ p, όπνπ ηα άηνκα ησλ απνδεθηώλ παξίζηαληαη κε αξλεηηθό πξόζεκν. Αξρηθά, ππάξρνπλ θνξείο ηύπνπ p (νπέο) αξηζηεξά θαη ηύπνπ n (ειεθηξόληα) δεμηά. Χσξίο ηελ επίδξαζε εμσηεξηθνύ ειεθηξηθνύ πεδίνπ, ιόγσ δηαρύζεσο, νη νπέο δηαρένληαη πξνο ηα δεμηά, όπνπ αλαζπλδένληαη κε ηα ειεθηξόληα, ηα νπνία, παξνκνίσο, θηλνύκελα πξνο ηα αξηζηεξά αλαζπλδένληαη κε ηηο νπέο. ρεκαηίδεηαη έηζη κία πεξηνρή αξαηώζεσο, ε νπνία θαιείηαη πεξηνρή θνξηίνπ ρώξνπ, κε ζεηηθά αθάιππηα θνξηία (ηόληα δνηώλ) θαη αξλεηηθά αθάιππηα θνξηία (ηόληα απνδεθηώλ) όπνπ επηθξαηεί έλα εζσηεξηθό ειεθηξηθό πεδίν. Η έληαζε ηνπ ειεθηξηθνύ πεδίνπ θαη ην δπλακηθό θαίλνληαη ζηα ζρήκαηα 2.1 (β) έσο 2.1 (δ). (α) (β)

2 (γ) (δ) Στήκα 2.1. ρεκαηηθή παξάζηαζε ηεο δηόδνπ. (2.1.α):Οη πεξηνρέο p-n ηεο δηόδνπ κε ηνπο αληίζηνηρνπο θνξείο ξεύκαηνο θαη ηα ηόληα ηνπ πιέγκαηνο. (2.1.β): Η θακπύιε θνξηίνπ ρώξνπ. (2.1.γ): Η θακπύιε εληάζεσο ηνπ ειεθηξηθνύ πεδίνπ. (2.1.δ): Σν ζρεκαηηδόκελν ειεθηξνζηαηηθό δπλακηθό 0 ζηε δίνδν είλαη πεξίπνπ 0,5. Η ίδηα θακπύιε παξηζηάλεη ην θξάγκα δπλακηθνύ γηα ηηο νπέο ζε e. Απηό ην ειεθηξηθό πεδίν πνπ έρεη ζρεκαηηζζεί εκπνδίδεη ηελ πεξαηηέξσ θίλεζε θνξέσλ θαη έηζη επέξρεηαη κία θαηάζηαζε ηζνξξνπίαο. Η όιε πεξηνρή αξαηώζεσο είλαη πνιύ κηθξώλ δηαζηάζεσλ, ηεο ηάμεσο ηνπ 0,5 κm, ελώ ε θπζηθή δηάζηαζε ηεο δηόδνπ είλαη 0,5 cm. Η θακπύιε δπλακηθνύ ηνπ ζρήκαηνο 2.1 (δ) παξηζηάλεη θαη ην θξάγκα δπλακηθνύ γηα ηηο νπέο, νη νπνίεο εκπνδίδνληαη από ηνύην λα δηαβνύλ ηελ πεξηνρή ηεο έλσζεο. Μία όκνηα ζπκκεηξηθή θαη αληίζεηε θακπύιε παξηζηάλεη ην θξάγκα δπλακηθνύ γηα ηα ειεθηξόληα. Καηαζθεσή :Σα βαζηθά ζηάδηα θαηαζθεπήο κηαο δηόδνπ κε ηε κέζνδν ηεο δηάρπζεο θαίλνληαη ζηα ζρήκαηα 2.1 (ε) θαη (δ). (ε) (δ) Στήκα 2.1 (ε),(δ) :Βαζηθά ζηάδηα θαηαζθεπήο κηαο δηόδνπ κε ηε κέζνδν ηεο δηαρύζεσο Λεηηοσργία ηες δηόδοσ Αλάζηροθε πόιωζε. Με ηνλ όξν αλάζηξνθε πόισζε ελλννύκε ηελ επηβνιή κηαο ηάζεσο ζηα άθξα ηεο δηόδνπ, όπνπ ε αξλεηηθή πνιηθόηεηα επηβάιιεηαη πξνο ηελ πιεπξά p θαη ε ζεηηθή πξνο ηελ n, όπσο ζην ζρ.2.2.

3 Στήκα 2.2:Γίνδνο πνισκέλε αλάζηξνθα. Με ηνλ ηξόπν απηόλ, νη νπέο έιθνληαη πξνο ην αξλεηηθό ειεθηξόδην (αξηζηεξά ηεο ελώζεσο) θαη ηα ειεθηξόληα πξνο ην ζεηηθό ειεθηξόδην (δεμηά ηεο ελώζεσο). Έηζη ε πεξηνρή ηνπ θνξηίνπ ρώξνπ δηεπξύλεηαη, αιιά επεηδή δελ ππάξρνπλ παξά ειάρηζηεο νπέο ζηελ πιεπξά n θαη ειεθηξόληα ζηελ πιεπξά p, ειάρηζηνη θνξείο δηέξρνληαη από ηελ έλσζε νη νπνίνη ζπληζηνύλ έλα πνιύ κηθξό ξεύκα - ην αλάζηξνθν ξεύκα θόξνπ. Σν ξεύκα απηό ζπληεξείηαη από ηνπο ζεξκηθώο παξαγόκελνπο θνξείο (νπέο θαη ειεθηξόληα), είλαη αλεμάξηεην από ην κέγεζνο ηεο επηβαιιόκελεο αλάζηξνθεο ηάζεο, εμαξηάηαη όκσο από ηε ζεξκνθξαζία (παξαγσγή λέσλ θνξέσλ) θαη από ην είδνο ηνπ εκηαγσγνύ ηεο δηόδνπ. Ωο πξνο ην ύςνο ηνπ θξάγκαηνο δπλακηθνύ (π.ρ. ζρ. 2.1 δ γηα ηηο νπέο), απηό απμάλεηαη ηόζν, όζν είλαη ην κέγεζνο ηεο εμσηεξηθά επηβαιιόκελεο ηάζεο ( 0 +). Η λέα απηή δηακόξθσζε ηνπ θξάγκαηνο δπλακηθνύ δελ επεξεάδεη ηε κεηαθίλεζε ησλ θνξέσλ κεηνλόηεηαο (πηώζε από πςειώηεξα ζεκεία), έηζη ην κέγεζνο ηεο αλάζηξνθεο ηάζεο δελ κεηαβάιιεη ην αλάζηξνθν ξεύκα. Ορζή πόιωζε.με ηνλ όξν νξζή πόισζε ελλννύκε ηελ επηβνιή κηαο ηάζεο ζηα άθξα ηεο δηόδνπ, όπνπ ε ζεηηθή πνιηθόηεηα επηβάιιεηαη ζηελ πιεπξά p θαη ε αξλεηηθή ζηελ πιεπξά n, όπσο ζην ζρ.2.3. Στήκα 2.3 :Γίνδνο νξζά πνισκέλε. Με ηελ επηβνιή ηεο εμσηεξηθήο ηάζεο, κε ηνλ ηξόπν πνπ πξναλαθέξζεθε, νη νπέο έιθνληαη από ην αξλεηηθό ειεθηξόδην δεμηά ηεο έλσζεο (πιεπξά n) θαη ηα ειεθηξόληα από ην ζεηηθό ειεθηξόδην αξηζηεξά ηεο έλσζεο (πιεπξά p). Νέεο νπέο από ηελ πιεπξά p παξέρνληαη από ην ζεηηθό ειεθηξόδην, όπσο θαη ειεθηξόληα από ηελ πιεπξά n από ην αληίζηνηρν αξλεηηθό. Έηζη ζπληεξείηαη έλα ξεύκα, ην κέηξν ηνπ νπνίνπ εμαξηάηαη από ην κέγεζνο ηεο εμσηεξηθά επηβαιιόκελεο ηάζεο. Δμεηάδνληαο ην ζέκα από ηελ άπνςε ησλ θξαγκάησλ δπλακηθνύ, παξαηεξνύκε όηη ην ύςνο ηνπ θξάγκαηνο (π.ρ. γηα ηηο νπέο ηνπ ζρ.2.1δ) κεηώλεηαη αθξηβώο όζν είλαη ην κέγεζνο ηεο επηβαιιόκελεο ηάζεο, γίλεηαη δειαδή 0 -. Η κείσζε απηή ηνπ θξάγκαηνο δπλακηθνύ επηηξέπεη ηε κεηαθίλεζε θνξέσλ πνπ έρνπλ ελέξγεηεο κεγαιύηεξεο από ηελ ηηκή 0 -. Έηζη ην δηεξρόκελν ξεύκα εμαξηάηαη από ην κέγεζνο ηεο εμσηεξηθά επηβαιιόκελεο ηάζεο. Να ζεκεησζεί όηη ην θξάγκα απηό δπλακηθνύ δελ κπνξεί λα κεησζεί θαη λα κεδεληζηεί όζν θαη λα απμάλεηαη ε. Απηό ζπκβαίλεη δηόηη, πέξα από θάπνην όξην, ην ζώκα ηεο δηόδνπ δξα ζαλ σκηθό θνξηίν Γεληθή Σσκπερηθορά. Ρεύκα Δηόδοσ. Αληίζηαζε Δηόδοσ. Η νξζή πόισζε κε ην ξεύκα Ι πνπ δηέξρεηαη από ηε δίνδν, ε αλάζηξνθε πόισζε κε ην αλάζηξνθν ξεύκα Ι 0 θαη ε ζρεκαηηθή παξάζηαζε ηεο δηόδνπ θαίλνληαη ζηα ζρήκαηα 2.4, 2.5 θαη 2.6 αληίζηνηρα. Η ζρέζε πνπ ζπλδέεη ην ξεύκα θαη ηελ ηάζε ηεο δηόδνπ δίλεηαη από ηε ζρέζε (2.1) I T I0( e 1) (2.1)

4 όπνπ είλαη ε εμσηεξηθά επηβαιιόκελε ηάζε, Ι είλαη ην δηεξρόκελν ξεύκα, Ι 0 ην αλάζηξνθν ξεύκα θόξνπ, T είλαη ην ηζνδύλακν ηάζεο - ζεξκνθξαζίαο (ζρέζε 1.16) θαη ην ε έλαο ζπληειεζηήο πνπ ηζνύηαη κε 2 γηα ην ππξίηην θαη γηα αζζελέο νλνκαζηηθό ξεύκα, ελώ ηζνύηαη κε 1 γηα ην γεξκάλην θαη γηα ηζρπξόηεξα ξεύκαηα ζε δηόδνπο ππξηηίνπ. Η γξαθηθή παξάζηαζε ηεο εμίζσζεο (2.1) δίλεηαη ζην ζρ.2.7. Στήκα 2.4 Στήκα 2.5 Στήκα 2.6 I Ανάζηροθη πόλωζη Ορθή πόλωζη Στήκα 2.7 : Ι - Χαξαθηεξηζηηθή ηεο δηόδνπ. Αλ ζηα άθξα ηεο δηόδνπ επηβιεζεί κηα αλάζηξνθε ηάζε, ηόηε - ζύκθσλα κε ηελ εμίζσζε (2.1) - Ι= -Ι 0, δειαδή ην ξεύκα πνπ δηαξξέεη ηε δίνδν είλαη ην αλάζηξνθν ξεύκα θόξνπ, όπσο πξναλαθέξζεθε. Σν Ι 0 γηα ην ππξίηην είλαη ηεο ηάμεσο ησλ na (10-9 A), ελώ γηα ην γεξκάλην είλαη ηεο ηάμεσο ησλ κa (10 6 A). Σν κέγεζνο απηό (αλάζηξνθν ξεύκα θόξνπ) είλαη επαίζζεην κε ηε ζεξκνθξαζία θαη βξέζεθε όηη δηπιαζηάδεηαη θάζε 10 βαζκνύο Κειζίνπ. Δλλνείηαη όηη ζην ζρ.2.7 ην I 0 δελ κπνξεί λα παξαζηαζεί,δηόηη είλαη πνιύ κηθξόηεξν ηνπ νξζνύ ξεύκαηνο. Σν ζεκείν ζιάζεο ηεο θακπύιεο ηνπ ζρ.2.7 είλαη 0,2 γηα ην γεξκάλην θαη 0,6 κε 0,7 γηα ην ππξίηην. Όπσο θαίλεηαη από ηελ θακπύιε ξεύκαηνο - ηάζεο ηεο δηόδνπ, ε αληίζηαζε νξζήο θνξάο R f είλαη πνιύ κηθξή (κεξηθά Ohm ), ελώ ε αληίζηαζε αλάζηξνθεο θνξάο R r πάξα πνιύ κεγάιε (εθαηνληάδεο ρηιηάδεο Ohm ή θαη ΜΩ) Δίοδοη δηαζπάζεως Καηά ηε ιεηηνπξγία ηεο δηόδνπ ζηελ πεξηνρή αλάζηξνθεο πόισζεο, είλαη δπλαηό λα ζπκβεί δηάζπαζε ηεο δηόδνπ ζε κηα νξηζκέλε ηάζε, ε νπνία νλνκάδεηαη ηάζε δηάζπαζεο θαη εμαξηάηαη από ην είδνο ηνπ εκηαγσγνύ θα ην βαζκό λόζεπζήο ηνπ, θαζώο θαη από ηε ζεξκνθξαζία. Η δίνδνο ζηε ιεηηνπξγία απηή ιέγεηαη δίνδνο δηαζπάζεσο ή Zener. Η ραξαθηεξηζηηθή ηεο θαίλεηαη ζην ζρ.2.8, ελώ ζην ζρ.2.9 παξνπζηάδεηαη ην θύθισκα εθαξκνγήο κηαο δηόδνπ Zener, ην νπνίν πξαγκαηνπνηεί ζηαζεξνπνίεζε ηάζεο (δεο θαη ζην επόκελν θεθάιαην εθαξκνγέο δηόδσλ). I z Ανάζηροθη πόλωζη Ορθή πόλωζη

5 Στήκα 2.8: Χαξαθηεξηζηηθή Zener. Στήκα 2.9: Κύθισκα ζηαζεξνπνηεηνύ δηόδνπ Zener Σν θαηλόκελν ηεο δηάζπαζεο ησλ δηόδσλ είλαη πιήξσο αληηζηξεπηό, δειαδή δελ θαηαζηξέθεηαη ε δίνδνο, εθόζνλ ην ξεύκα δελ ππεξβεί κηα νξηζκέλε ηηκή. Σν αίηην πνπ πξνθαιεί ηε δηάζπαζε έρεη δύν κεραληζκνύο έλαξμεο. Ο πξώηνο κεραληζκόο πξνθαιείηαη από ηε δηάζπαζε ηνπ νκνηνπνιηθνύ δεζκνύ ηνπ εκηαγσγνύ (κεραληζκόο Zener) θαη ζπκβαίλεη γηα πεδία εληάζεσο πεξίπνπ /m (ηάζεηο θάησ ησλ 6) γηα δηόδνπο έληνλεο λόζεπζεο. Ο ζπληειεζηήο ζεξκνθξαζίαο γηα δηόδνπο κεραληζκνύ Zener είλαη αξλεηηθόο, δειαδή ε ηάζε Zener ειαηηώλεηαη κε ηελ αύμεζε ηεο ζεξκνθξαζίαο. Ο δεύηεξνο κεραληζκόο πξνθαιείηαη, όηαλ από έλαλ επηηαρπλόκελν θνξέα παξαρζνύλ λένη θνξείο δηα θξνύζεσο ηνπ θνξέα κε ηα ηόληα ηνπ θξπζηάιινπ (ηνληζκόο θξνύζεσο).σν θαηλόκελν επαλαιακβάλεηαη θαη ηειηθά επέξρεηαη πνιιαπιαζηαζκόο ρηνλνζηηβάδαο. Γηα δηόδνπο ειαθξάο λόζεπζεο ν πνιιαπιαζηαζκόο ρηνλνζηηβάδαο ζπκβαίλεη γηα ηάζε άλσ ησλ 6, ν δε ζπληειεζηήο ζεξκνθξαζίαο είλαη ζεηηθόο. Η κεηαβνιή ηεο ηάζεο Zener θαη ζηηο δπν πεξηπηώζεηο είλαη ηεο ηάμεο ησλ 0,1% αλά βαζκό Κειζίνπ. Οη δίνδνη Zener πνπ δηαηίζεληαη ζην εκπόξην αξρίδνπλ από νλνκαζηηθέο ηηκέο 2 κέρξη κεξηθέο εθαηνληάδεο βνιη θαη κε νλνκαζηηθή ηζρύ 50W Δίοδοη ζήραγγος Γηα δηόδνπο πνιύ έληνλεο λόζεπζεο, ην θξάγκα δπλακηθνύ ησλ θνξέσλ πνπ αλαθέξζεθε ζηελ παξάγξαθν 2.1 γίλεηαη πνιύ ιεπηό - ηεο ηάμεο ησλ 100Α (10-6 cm). Σν ιεπηό όκσο απηό θξάγκα δπλακηθνύ, ζύκθσλα κε ηηο αξρέο ηεο θβαληνκεραληθήο, επηηξέπεη ηε δηέιεπζε ησλ θνξέσλ κέζσ ηνπ θξάγκαηνο, αθόκε θαη αλ απηνί δηαζέηνπλ ελέξγεηεο ρακειώηεξεο από ην ύςνο ηνπ θξάγκαηνο (θαηλόκελν ζήξαγγνο). Η ζρεκαηηθή παξάζηαζε κηαο ηέηνηαο δηόδνπ θαη ε ραξαθηεξηζηηθή ηάζεσο - ξεύκαηνο δίλεηαη ζηα ζρ.2.10 θαη Αμηνζεκείσηε είλαη ε πεξηνρή αξλεηηθήο αληίζηαζεο ηεο ραξαθηεξηζηηθήο Ι - ηνπ ζρ I Στήκα 2.10:ρεκαηηθή παξάζηαζε δηόδνπ ζήξαγγνο. Στήκα 2.11:Χαξαθηεξηζηηθή Ι- δηόδνπ ζήξαγγνο. Οη δίνδνη ζήξαγγνο ρξεζηκνπνηνύληαη ζαλ δηαθόπηεο κεγάιεο ηαρύηεηαο, θαζώο θαη ζηελ παξαγσγή ηαιαληώζεσλ πςειήο ζπρλόηεηαο (κηθξνθύκαηα) Δίοδοη κεηάιιοσ εκηαγωγού Οη κεηαιιηθνί αθξνδέθηεο κηαο δηόδνπ πξέπεη λα δεκηνπξγνύλ σκηθέο επαθέο κε ην ζώκα ηνπ εκηαγσγνύ,γηα λα κε ζρεκαηίδνληαη άιια θξάγκαηα δπλακηθνύ θαη εκηαγώγηκεο επαθέο. Η επαθή ηνπ αινπκηλίνπ κε ην ππξίηην δξα ζαλ εκηαγσγόο ηύπνπ p θαη ε ξνή ησλ νπώλ εύθνια ζπληειείηαη, αθνύ απηέο επαλαζπλδένληαη κε ειεθηξόληα πνπ πξνέξρνληαη από ην εμσηεξηθό θύθισκα. Σν αινπκίλην ζε επαθή κε ηνλ εκηαγσγό ηύπνπ n ζρεκαηίδεη κηα αλνξζσηηθή επαθή αληί γηα ηελ επηζπκεηή σκηθή. Έηζη ζηα νινθιεξσκέλα θπθιώκαηα ιακβάλεηαη πξόλνηα, ώζηε λα κεζνιαβεί έλα πιηθό πνιύ έληνλεο λόζεπζεο n+ κεηαμύ κεηάιινπ θαη εκηαγσγνύ ηύπνπ n.

6 Μία αλνξζσηηθή επαθή κεηάιινπ - εκηαγσγνύ δηαθέξεη από κηα θνηλή επαθή pn ζε δπν θύξηα ζεκεία: ε πηώζε ηάζεο θαηά κήθνο ηεο δηόδνπ θαηά ηελ νξζή πόισζε είλαη πεξίπνπ ε κηζή απ' ό,ηη ζε δίνδν pn γηα ην ίδην ξεύκα. Γεύηεξνλ, επεηδή ζε κηα Al - n δίνδν ππάξρνπλ κόλν θνξείο πιεηνλόηεηαο (ειεθηξόληα), ε κεηάπησζε ηεο ιεηηνπξγίαο ηεο δηόδνπ από On ζε Off θαη αληίζηξνθα (switching) γίλεηαη ηαρύηαηα, κηα πνπ δελ ππάξρεη ν κεραληζκόο επαλαζύλδεζεο ησλ εγρεόκελσλ θνξέσλ κεηνλόηεηαο. Οη δίνδνη Al - n πνπ θαηαζθεπάδνληαη έηζη ιέγνληαη δίνδνη Schottky θαη ρξεζηκνπνηνύληαη ζηελ θαηαζθεπή γξήγνξσλ νινθιεξσκέλσλ ςεθηαθώλ θπθισκάησλ Φωηοδίοδοη Όπσο αλαθέξζεθε ζηελ παξάγξαθν 1.7, κε ηελ επηβνιή θσηεηλήο αθηηλνβνιίαο ζην ζώκα ελόο εκηαγσγνύ παξάγνληαη λένη θνξείο κε ην θαηλόκελν ηνπ θσηντνληζκνύ, κε ζύγρξνλε απνξξόθεζε αθηηλνβνιίαο. Έηζη αλ θσηίζνπκε ηελ πεξηνρή ηεο ελώζεσο κηαο αλάζηξνθα πνισκέλεο δηόδνπ κε θαηάιιειε αθηηλνβνιία, ηόηε νη παξαγόκελνη θνξείο κεηνλόηεηαο (ειεθηξόληα ζηελ πιεπξά p θαη νπέο ζηελ πιεπξά n) απμάλνπλ ην ξεύκα ηεο θσηνδηόδνπ. ην ζρ.2.12 θαίλεηαη ε θπθισκαηηθή δηάηαμε κηαο θσηνδηόδνπ, ελώ ζην ζρ.2.13 δίλνληαη νη ραξαθηεξηζηηθέο ξεύκαηνο - ηάζεο γηα δηάθνξεο εληάζεηο θσηηζκνύ. 500 Ι (μa) ζκόηος Ανάζηροθη ηάζη Στήκα 2.12 : Πόισζε θσηνδηόδνπ Στήκα 2.13 : I- ραξαθηεξηζηηθέο θσηνδηόδνπ Η ραξαθηεξηζηηθή ξεύκαηνο - ηάζεο δίλεηαη από ηε ζρέζε (2.2) T I Is I0(1 e ) (2.2) όπνπ Ι είλαη ην αλάζηξνθν ξεύκα, I 0 ην ξεύκα θόξνπ αλάζηξνθεο πόισζεο, ε επηβαιιόκελε ηάζε (ζεηηθή γηα νξζή πόισζε θαη αξλεηηθή γηα αλάζηξνθε), Ι S ην ξεύκα βξαρπθπθιώζεσο,αλάινγν πξνο ηελ έληαζε θσηηζκνύ θαη, ηέινο, ε=2 γηα ην ππξίηην,ελώ ε=1 γηα ην γεξκάλην. Παξαηεξώληαο ηελ εμίζσζε (2.2) βιέπνπκε όηη γηα κεγάιε αλάζηξνθε πόισζε έρνπκε Ι = Ι S + I 0. Δπίζεο, παξαηεξνύκε όηη ε εμίζσζε απηή δηαθέξεη από ηε γεληθή εμίζσζε ηεο δηόδνπ (2.1) κόλν θαηά ηνλ παξάγνληα Ι S, πνπ είλαη ε επίδξαζε ηνπ θσηηζκνύ ζηελ αύμεζε ηνπ ξεύκαηνο Φωηοβοιηαϊθό θαηλόκελο - θωηοβοιηαϊθό ζηοητείο Δάλ θσηίζνπκε κε αθηηλνβνιία ηελ έλσζε κηαο αλνηθηνθπθισκέλεο θσηνδηόδνπ, ηόηε -όπσο αλαθέξζεθε- παξάγνληαη λένη θνξείο κεηνλόηεηαο νη νπνίνη δηαζρίδνπλ ηελ έλσζε. Η θίλεζε απηή ησλ θνξέσλ ζπληζηά έλα ξεύκα κεηνλόηεηαο. Δπεηδή, όκσο, ε δίνδνο είλαη αλνηθηνθπθισκέλε θαη δελ κπνξνύκε λα έρνπκε δηέιεπζε ειεθηξηθνύ ξεύκαηνο, δεκηνπξγείηαη ζηα άθξα ηεο θσηνδηόδνπ έλα πεδίν πνπ αληηζηνηρεί ζηελ ηάζε νξζήο πόισζεο, έηζη, ώζηε αθελόο κελ λα αληηηάζζεηαη ζηελ ζπλερηδόκελε αύμεζε ησλ θνξέσλ, θαη αθεηέξνπ λα εμηζνξξνπεί ην ξεύκα κεηνλόηεηαο κε έλα ξεύκα θνξέσλ πιεηνλόηεηαο. Δηζη, ζηελ θαηάζηαζε ηζνξξνπίαο, ην ξεύκα κεηνλόηεηαο (ιόγσ ησλ παξαγόκελσλ από ην θσηηζκό λέσλ θνξέσλ) θαη ην ξεύκα πιεηνλόηεηαο (ιόγσ ηνπ δεκηνπξγεζέληνο εζσηεξηθνύ πεδίνπ) γίλνληαη ίζα θαη αληίζεηα, ε δίνδνο δε δηαξξέεηαη από ξεύκα (όπσο είλαη θπζηθό), ελώ κηα ηάζε παξνπζηάδεηαη ζηα άθξα ηεο δηόδνπ (ζεηηθή πξνο ηελ πιεπξά p θαη αξλεηηθή πξνο ηελ n) ε νπνία θαιείηαη θσηνβνιηατθό δπλακηθό. Σν θσηνβνιηατθό δπλακηθό είλαη ηεο ηάμεο ησλ 0,5 γηα ην ππξίηην θαη 0,1 γηα ην γεξκάλην. Γίλεηαη από ηε ζρέζε (2.2) γηα Ι=0, νπόηε θαηαιήγνπκε ζηε ζρέζε (2.3).

7 max TS T ln(1 ) T (2.3) 0 Σν θσηνβνιηατθό δπλακηθό εθκεηαιιεπόκαζηε ζηελ θαηαζθεπή θσηνβνιηατθώλ ζηνηρείσλ, κε ηε βνήζεηα ησλ νπνίσλ παξάγεηαη ειεθηξηθή ελέξγεηα από ην ειηαθό θσο. ην ζρ.2.14 δίλεηαη ε ραξαθηεξηζηηθή ελόο θσηνβνιηατθνύ ζηνηρείνπ, ελώ θαίλνληαη θαη ηέζζεξηο επζείεο θνξηίνπ γηα θνξηία 1Κ, 3Κ, 5Κ, θαη 10ΚΩ. Από ηελ θακπύιε P=f(R L ) όπνπ Ρ είλαη ε ηζρύο θαη R L ην θνξηίν, θαίλεηαη όηη ην βέιηηζην θνξηίν είλαη πεξίπνπ 3ΚΩ (ζρ.2.15). I (ma) P (μw) RL = 10K RL = 5K 0.1 RL = 3K RL = 1K K RL Στήκα 2.14:Χαξαθηεξηζηηθέο θσηνζηνηρείνπ Στήκα Αμηνζεκείσηε είλαη ε κηθξή παξαγόκελε ηζρύο αλά θσηνζηνηρείν (πεξίπνπ 35 κw ). Σν γεγνλόο απηό ζε ζπλδπαζκό κε ηε ρακειή ηνπο απόδνζε ( 15%) δίλνπλ έλα κέηξν ηεο δπζθνιίαο γηα ηηο πξαθηηθέο εθαξκνγέο κεηαηξνπήο ειηαθνύ θσηόο ζε ειεθηξηθή ελέξγεηα Γεληθεσκέλες ταραθηερηζηηθές δηόδωλ Ο ζπλδπαζκόο ησλ ραξαθηεξηζηηθώλ ησλ θσηνδηόδσλ, θσηνζηνηρείσλ θαη δηόδσλ δίλεηαη ζην ζρ Ι Χαρακηηριζηική ορθά πολωμένης Διόδοσ Καμπύλη Σκόηοσς diode Ι Ο + Χαρακηηριζηικές θωηοζηοιτείοσ(solar cell) για διάθορες ενηάζεις θωηιζμού Χαρακηηριζηικές θωηο διόδοσ για διάθορες ενηάζεις θωηιζμού Στήκα 2.16: Γεληθεπκέλε ραξαθηεξηζηηθή δηόδνπ. Σν αξλεηηθό εκηεπίπεδν ηνπ ξεύκαηνο Ι έρεη ζρεδηαζζεί ζε κεγέζπλζε ζε ζρέζε κε ην ζεηηθό Δίοδοη εθποκπής θωηός LED Καηά ηελ επαλαζύλδεζε θνξέσλ (δηέιεπζε ξεύκαηνο) παξάγεηαη ελέξγεηα, ζπλήζσο ζεξκηθή, ζην ζώκα ελόο εκηαγσγνύ. ε κεξηθνύο εκηαγσγνύο ε απειεπζεξνύκελε ελέξγεηα δίλεηαη ζε αθηηλνβνιία νξαηνύ θσηόο. Έηζη θαηαζθεπάδνληαη δίνδνη εθπνκπήο νξαηνύ θσηόο, πνπ βξίζθνπλ εθαξκνγή ζηελ θαηαζθεπή ελδεηθηηθώλ ιπρληώλ ιεηηνπξγίαο, θαζώο θαη απεηθόληζεο γξακκάησλ, αξηζκώλ θαη ζρεκάησλ ζε θαηαιιήισο δηακνξθσκέλεο νζόλεο (ζρ.2.17 θαη 2.18)

8 Στήκα 2.17:Γίνδνο εθπνκπήο θσηόο Στήκα 2.18: Καηαζθεπή πίλαθα αξηζκώλ κε 7 δηακνξθνύκελα ηκήκαηα LED.