สำรวจคุณสมบัติการแก้ไขของทางแยก PN

การพัฒนาเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์มีบทบาทสำคัญในการวิวัฒนาการของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ซึ่งได้รับอิทธิพลจากความก้าวหน้าและความเข้าใจอย่างลึกซึ้งในทางแยก P-Nบทความนี้สำรวจหลักการปฏิบัติงานและการประยุกต์ใช้ทางแยก P-N โดยใช้ความเฉลียวฉลาดทางเทคโนโลยีของวิทยุคริสตัลในขั้นต้นมันสำรวจวิทยุคริสตัลซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่ฉลาดที่ทำงานโดยไม่มีพลังภายนอกใช้ธรรมชาติของเซมิคอนดักเตอร์ของ Galena (ตะกั่วซัลไฟด์)สิ่งนี้นำหน้าการตรวจสอบรายละเอียดเพิ่มเติมของทางแยก P-N ซึ่งเป็นองค์ประกอบที่โดดเด่นในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในปัจจุบันซึ่งส่วนใหญ่ทำหน้าที่เป็นไดโอดเรียงกระแส

การวิเคราะห์การดำเนินงานของอคติไปข้างหน้าและย้อนกลับภายในบทความแสดงให้เห็นว่ากระบวนการเหล่านี้อนุญาตให้แยกการไหลของกระแสไฟฟ้าในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ได้อย่างไรนอกจากนี้ยังสำรวจพฤติกรรมของ Junction P-N ภายใต้เงื่อนไขและแรงดันไฟฟ้าต่าง ๆ รวมถึงการใช้งานในอุปกรณ์เช่น Zener Diodes และวงจรเรียงกระแสการทบทวนอย่างละเอียดนี้ไม่เพียง แต่เน้นกลไกทางกายภาพและทางอิเล็กทรอนิกส์ของการแยก P-N แต่ยังเน้นบทบาทแบบไดนามิกของพวกเขาในการแก้ไขและการควบคุมแรงดันไฟฟ้า

แคตตาล็อก

รูปที่ 1: วิทยุ Cyrstal

สำรวจวิทยุคริสตัล

Crystal Radio ซึ่งเป็นเทคโนโลยีวิทยุที่มหัศจรรย์ใช้เซมิคอนดักเตอร์ธรรมชาติเช่น Galena (ตะกั่วซัลไฟด์) ทำงานโดยไม่มีแหล่งพลังงานภายนอกใด ๆGalena ซึ่งมีโครงสร้างผลึกเป็นตัวอย่างแรก ๆ ของเซมิคอนดักเตอร์สมัยใหม่เนื่องจากความสามารถตามธรรมชาติในการแก้ไขซึ่งจำเป็นสำหรับไดโอดในปัจจุบัน

คุณสมบัติเซมิคอนดักเตอร์ของ Galena รวมถึงช่องว่างพลังงานประมาณ 0.4 อิเล็กตรอนโวลต์ (EV) เป็นแบบไดนามิกสำหรับฟังก์ชั่นของมันช่องว่างระหว่างวาเลนซ์และแถบการนำไฟฟ้ารวมกับสิ่งสกปรกขนาดเล็กช่วยกระตุ้นอิเล็กตรอนช่วยให้พวกเขาสามารถย้ายเข้าไปในแถบการนำไฟฟ้าและดำเนินการไฟฟ้ากลไกนี้เปิดใช้งานเครื่องตรวจจับวิทยุคริสตัลเพื่อแปลงกระแสสลับ (AC) จากเสาอากาศเป็นกระแสตรงที่ใช้งานได้ (DC)เด่นชัดยิ่งขึ้นสัญญาณแอมพลิจูด (AM) ของแอมพลิจูด (AM) ทำให้เกิดสัญญาณเสียงจากคลื่นวิทยุ

ในวิทยุคริสตัลเสาอากาศจะจับสัญญาณความถี่วิทยุและนำไปยังคอยล์ปรับจูนเพื่อเลือกความถี่ที่ต้องการสัญญาณที่เลือกจะตรงกับเครื่องตรวจจับ Galenaที่นี่การแก้ไขเกิดขึ้นการแปลง AC เป็นสัญญาณ DC ที่มอดูเลตสัญญาณนี้จะถูกส่งไปยังชุดหูฟังหรือลำโพงซึ่งการปรับเสียงจะกลายเป็นเสียงโดยเสร็จสิ้นการแปลสัญญาณโดยไม่ต้องใช้พลังงานภายนอก

รูปที่ 2: ทางแยกแก้ไข P-N

ทำความเข้าใจกับทางแยกที่แก้ไข P-N

ทางแยก P-N นั้นเป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทันสมัยที่สุดซึ่งส่วนใหญ่ทำหน้าที่เป็นไดโอดวงจรเรียงกระแสช่วยให้กระแสไหลในทิศทางเดียวซึ่งจำเป็นสำหรับการแปลงกระแสสลับ (AC) เป็นกระแสไฟฟ้าโดยตรง (DC)

โครงสร้างและฟังก์ชั่น

ทางแยก P-N ประกอบด้วยวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ P-type และ N-typeประเภท P มีรูเกินในขณะที่ประเภท N มีอิเล็กตรอนเกินในกรณีที่วัสดุเหล่านี้เข้ามามีส่วนร่วมโซนการพร่องสร้างอุปสรรคที่มีศักยภาพในตัวที่ป้องกันการไหลของผู้ให้บริการประจุฟรีระหว่างภูมิภาค

เมื่อแรงดันไฟฟ้าบวกถูกนำไปใช้กับ p-side เมื่อเทียบกับ N-side (อคติไปข้างหน้า) สิ่งกีดขวางที่มีศักยภาพจะลดลงทำให้กระแสไหลผ่านทางแยกได้อย่างง่ายดายเมื่อใช้แรงดันลบ (อคติย้อนกลับ) สิ่งกีดขวางจะเพิ่มขึ้นการปิดกั้นการไหลของกระแสไฟฟ้าการนำไฟฟ้าแบบเลือกนี้เป็นสิ่งที่ช่วยให้ไดโอดสามารถแปลง AC เป็น DC

ไดโอด Junction P-N ถูกวางไว้อย่างมีกลยุทธ์ในวงจรเพื่อให้สอดคล้องกับทิศทางที่ต้องการของการไหลของกระแสไฟฟ้าแรงดันไฟฟ้า AC จะถูกนำไปใช้กับวงจรในแต่ละรอบ AC ไดโอดจะทำหน้าที่โดยการปิดกั้นหรืออนุญาตให้กระแสผ่านผ่านข้อความที่เลือกนี้ขึ้นอยู่กับการปฐมนิเทศของไดโอดอนุญาตเพียงครึ่งหนึ่งของวัฏจักร AC ที่จะผ่านส่งผลให้เอาต์พุต DC ที่เต้นเป็นจังหวะในการแปลง DC ที่เต้นเป็นจังหวะนี้ให้เป็นแรงดันไฟฟ้า DC ที่มีความเสถียรและสม่ำเสมอมากขึ้นส่วนประกอบต่างๆเช่นตัวเก็บประจุและตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าจะถูกนำมาใช้เพื่อทำให้การส่งออกราบรื่น

รูปที่ 3: การแยก P-N พร้อมอคติย้อนกลับ

การวิเคราะห์ทางแยก P-N ภายใต้อคติย้อนกลับ

การย้อนกลับอคติการแยก P-N เกี่ยวข้องกับการเชื่อมต่อขั้วลบของแบตเตอรี่ DC เข้ากับเซมิคอนดักเตอร์ชนิด P และเทอร์มินัลบวกกับเซมิคอนดักเตอร์ N-typeการกำหนดค่านี้ช่วยเพิ่มสนามไฟฟ้าข้ามทางแยกผลักผู้ให้บริการส่วนใหญ่-ช่องทางใน P-type และอิเล็กตรอนในประเภท N-ออกจากทางแยกการโยกย้ายครั้งนี้เพิ่มความกว้างของโซนพร่องพื้นที่ว่างเปล่าของผู้ให้บริการประจุฟรีซึ่งเป็นอุปสรรคที่เพิ่มขึ้นอย่างมีประสิทธิภาพซึ่งขัดขวางการเคลื่อนไหวของผู้ให้บริการ

ในสถานะนี้การไหลของกระแสผ่านทางแยกนั้นน้อยที่สุดและส่วนใหญ่เป็นผลมาจากคู่อิเล็กตรอนที่สร้างด้วยความร้อนภายในวัสดุเซมิคอนดักเตอร์เมื่ออยู่ในอคติย้อนกลับผู้ให้บริการชนกลุ่มน้อยเช่นหลุมใน N-type และอิเล็กตรอนใน p-type ถูกดึงไปยังทางแยกสร้างความสอดคล้องกันแม้ว่าจะมีขนาดเล็กกระแสไฟฟ้าเพิ่มขึ้นเล็กน้อยเมื่ออุณหภูมิเป็นผู้ให้บริการที่มีประจุมากขึ้น แต่ก็ยังคงค่อนข้างเสถียรโดยไม่คำนึงถึงแรงดันไฟฟ้าอคติย้อนกลับที่เพิ่มขึ้นซึ่งจะอธิบายลักษณะของมันว่าเป็นกระแส "ความอิ่มตัว"

ด้วยการใช้อคติย้อนกลับสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้นที่ทางแยกจะขยายตัวเพิ่มแรงดันไฟฟ้าของสิ่งกีดขวางเป็น V0 + V อย่างมีนัยสำคัญโดยที่ V0 เป็นศักยภาพในการติดต่อและ V คือแรงดันไฟฟ้าที่ใช้สิ่งกีดขวางที่สูงขึ้นนี้ลดกระแสการแพร่กระจายของผู้ให้บริการส่วนใหญ่อย่างมากเกือบจะกำจัดมันที่อคติย้อนกลับประมาณหนึ่งโวลต์ทำให้เกิดความอิ่มตัวของความอิ่มตัวแบบย้อนกลับเท่านั้นสิ่งนี้ส่งผลให้เกิดความต้านทานทางแยกสูงพิสูจน์ไดนามิกสำหรับแอปพลิเคชันเช่นการควบคุมแรงดันไฟฟ้าและการปรับสัญญาณซึ่งความต้านทานสูงของทางแยก จำกัด การไหลของกระแสไฟฟ้าความไวของกระแสความอิ่มตัวแบบย้อนกลับต่อการแปรผันของอุณหภูมิยังช่วยให้สามารถเชื่อมต่อกันได้เป็นเซ็นเซอร์พื้นฐานการตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงสำหรับการใช้งานที่ไวต่ออุณหภูมิ

รูปที่ 4: การแยก P-N พร้อมอคติไปข้างหน้า

การตรวจสอบทางแยก P-N ภายใต้อคติไปข้างหน้า

ในจุดเชื่อมต่อ P-N ที่ลำเอียงไปข้างหน้าเทอร์มินัลบวกของแบตเตอรี่ DC เชื่อมต่อกับเซมิคอนดักเตอร์ชนิด P-type และเทอร์มินัลเชิงลบเชื่อมต่อกับเซมิคอนดักเตอร์ N-typeการตั้งค่านี้ทำให้ด้าน p-type เป็นบวกมากขึ้นเมื่อเทียบกับด้าน n-typeภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ผู้ให้บริการส่วนใหญ่ (หลุมใน P-type และอิเล็กตรอนใน N-type) จะถูกขับไปทางแยก

สนามไฟฟ้าที่สร้างขึ้นโดยแบตเตอรี่ผลักผู้ให้บริการส่วนใหญ่ออกไปจากขั้วของตนและไปยังทางแยกเมื่อผู้ให้บริการเหล่านี้เคลื่อนที่และมาบรรจบกันที่ทางแยกพวกเขารวมตัวกันใหม่การรวมตัวกันใหม่นี้ช่วยลดความกว้างของพื้นที่พร่องอย่างมีนัยสำคัญช่วยให้ผู้ให้บริการไหลเวียนของผู้ให้บริการทั่วทั้งทางแยก

แรงดันไปข้างหน้า V ลดอุปสรรคพลังงานที่มีศักยภาพของทางแยกโดยปกติสิ่งกีดขวางนี้จะป้องกันการไหลของผู้ให้บริการอิสระ แต่แรงดันไปข้างหน้าจะลดอุปสรรค V₀-V₁ ที่ไหน V₀ เป็นศักยภาพในตัวของทางแยกความสูงของสิ่งกีดขวางที่ลดลงนี้ช่วยให้อิเล็กตรอนและหลุมเพิ่มขึ้นทั่วทางแยก

การลดความสูงของสิ่งกีดขวางส่งผลให้เกิดการเพิ่มขึ้นอย่างมากในกระแสการแพร่กระจาย (ฉัน_d ) ซึ่งคือการไหลของผู้ให้บริการประจุที่ขับเคลื่อนโดยสิ่งกีดขวางที่ลดลงการไหลนี้เป็นหลักในทิศทางเดียวโดยผู้ให้บริการส่วนใหญ่เคลื่อนไปทางและผ่านทางแยกกระแสในสถานะลำเอียงไปข้างหน้านี้สูงกว่ากระแสความอิ่มตัวแบบย้อนกลับอย่างมีนัยสำคัญ (ฉัน_S) สังเกตได้ภายใต้อคติย้อนกลับ

ลำดับการดำเนินการนี้ทำให้มั่นใจได้ว่าการแยก P-N จะแปลงแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ให้เป็นกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านเซมิคอนดักเตอร์ได้อย่างมีประสิทธิภาพสิ่งนี้มีประโยชน์สำหรับอุปกรณ์เช่นไดโอดและทรานซิสเตอร์ซึ่งเป็นสิ่งจำเป็นความสามารถของ Junction P-N ที่ลำเอียงไปข้างหน้าในการรองรับกระแสการแพร่กระจายสูงทำให้เป็นส่วนประกอบที่ไม่ปลอดภัยในการใช้งานทางอิเล็กทรอนิกส์ต่างๆตั้งแต่การแก้ไขไปจนถึงการขยายสัญญาณ

รูปที่ 5: การแยกทางแยก

ปรากฏการณ์การสลายในทางแยก P-N

การแยกทางแยกในทางแยก P-N เกิดขึ้นเมื่อแรงดันย้อนกลับที่ใช้ข้ามทางแยกเกินเกณฑ์เฉพาะที่เรียกว่าแรงดันไฟฟ้าแยกย่อย (V_BR) หรือแรงดันไฟฟ้าเซนเนอร์ (V_Z-ปรากฏการณ์นี้ส่งผลให้กระแสย้อนกลับเพิ่มขึ้นอย่างมากโดยไม่มีแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญอุปกรณ์เช่น Zener Diodes ใช้ประโยชน์จากคุณลักษณะนี้สำหรับการควบคุมแรงดันไฟฟ้าการจัดการเหตุการณ์ที่ไม่มีความเสียหาย

ในทางแยก P-N แบบย้อนกลับกระแสไฟฟ้าขนาดเล็กที่เรียกว่ากระแสความอิ่มตัวแบบย้อนกลับ (ฉัน_S) การไหลเนื่องจากผู้ให้บริการที่สร้างด้วยความร้อนเมื่อแรงดันย้อนกลับเพิ่มขึ้นอุปสรรคที่อาจเกิดขึ้นที่ทางแยกจะเพิ่มขึ้นยับยั้งกระแสการแพร่กระจาย (ฉัน_d) จนกว่ามันจะกลายเป็นศูนย์อย่างมีประสิทธิภาพออกไปเท่านั้น (ฉัน_S) เพื่อรักษากระแสกระแสในปัจจุบัน

การเพิ่มแรงดันย้อนกลับและการขยายขอบเขตการขยาย

เมื่อแรงดันย้อนกลับยังคงเพิ่มขึ้นบริเวณที่พร่องก็กว้างขึ้นเมื่อแรงดันไฟฟ้าที่ทางแยกถึงV_BRหรือV_Zสนามไฟฟ้าภายในภูมิภาคพร่องจะรุนแรงพอที่จะเริ่มต้นการแยกทางแยกการสลายนี้เกิดขึ้นผ่านเอฟเฟกต์เซนเนอร์หรือเอฟเฟกต์หิมะถล่มส่งผลให้กระแสเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ

เอฟเฟกต์ Zener: เอฟเฟกต์เซนเนอร์โดดเด่นที่แรงดันไฟฟ้าที่ลดลงโดยทั่วไปจะต่ำกว่า 5V ในซิลิคอนมันเกี่ยวข้องกับการขุดอุโมงค์เชิงกลควอนตัมของอิเล็กตรอนในภูมิภาคพร่องสนามไฟฟ้าที่เข้มข้นในชั้นพร่องมีความแข็งแรงพอที่จะดึงอิเล็กตรอนออกจากพันธะอะตอมของพวกเขาสร้างคู่อิเล็กตรอนรูจากนั้นผู้ให้บริการเหล่านี้จะถูกกวาดไปทั่วทางแยกโดยสนามเพิ่มกระแสย้อนกลับอย่างมีนัยสำคัญ

เอฟเฟกต์หิมะถล่ม: ที่แรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นโดยทั่วไปสูงกว่า 7V เอฟเฟกต์หิมะถล่มผู้ให้บริการชนกลุ่มน้อย (อิเล็กตรอนในภูมิภาค P-type และหลุมในภูมิภาค N-type) ได้รับพลังงานจลน์จากสนามไฟฟ้าขณะที่พวกเขาข้ามภูมิภาคพร่องหากผู้ให้บริการเหล่านี้ได้รับพลังงานเพียงพอพวกเขาสามารถชนกับอะตอมขัดแตะปล่อยคู่อิเล็กตรอนรูเพิ่มเติมผู้ให้บริการรุ่นที่สองนี้สามารถนำไปสู่การชนกันต่อไปสร้างปฏิกิริยาลูกโซ่ - หิมะถล่ม - ดังนั้นจึงขยายกระแสย้อนกลับ

ความสามารถของทางแยกในการรักษาความเสียหายโดยไม่เกิดความเสียหายขึ้นอยู่กับการจัดการความร้อนที่มีประสิทธิภาพและความทนทานของโครงสร้างทางกายภาพและอิเล็กทรอนิกส์กลไกการแยกย่อยเฉพาะ - ไม่ว่าจะเป็นเซนเนอร์หรือหิมะถล่ม - ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของวัสดุของเซมิคอนดักเตอร์เช่นช่องว่างของแถบและระดับยาสลบและเงื่อนไขภายนอกเช่นอุณหภูมิ

กระบวนการแก้ไขอธิบาย

กระบวนการแก้ไขในทางแยก P-N นั้นขึ้นอยู่กับพฤติกรรมที่ไม่ใช่เชิงเส้นหรือไม่ใช่ OHMICสิ่งนี้เห็นได้ชัดในเส้นโค้งลักษณะโวลต์แอมป์ซึ่งแสดงการตอบสนองแบบไม่สมมาตรของทางแยกต่อแรงดันไฟฟ้า: การย้อนกลับขั้วแรงดันไฟฟ้าไม่ได้สร้างกระแสเดียวกันในทิศทางตรงกันข้ามความไม่สมดุลนี้เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการแก้ไขอุปกรณ์

เข้าใจพฤติกรรม

เมื่อแรงดันไฟฟ้าอินพุตไซน์ที่มีแอมพลิจูดV₀ ถูกนำไปใช้กับทางแยก P-N การตอบสนองของทางแยกจะแสดงบนเส้นโค้งลักษณะกระแสสัญญาณเอาท์พุทแกว่งระหว่าง ฉัน₁(ระหว่างอคติไปข้างหน้า) และ-ฉัน₂ (ระหว่างอคติย้อนกลับ)ประเด็นสำคัญคือฉัน₁ (กระแสไปข้างหน้า) มีขนาดใหญ่กว่า-ฉัน₂ (ย้อนกลับกระแส)ความแตกต่างของขนาดปัจจุบันระหว่างอคติไปข้างหน้าและอคติย้อนกลับช่วยให้สามารถแก้ไขได้

ส่งผลต่อและย้อนกลับอคติ

ภายใต้อคติไปข้างหน้าทางแยก P-N อนุญาตให้กระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่ (ฉัน_d) การไหลเนื่องจากแรงดันไปข้างหน้าลดอุปสรรคที่อาจเกิดขึ้นการลดลงนี้อนุญาตให้ผู้ให้บริการส่วนใหญ่ (อิเล็กตรอนและหลุม) เคลื่อนที่ได้อย่างอิสระข้ามทางแยกทำให้เกิดกระแสที่สำคัญในอคติย้อนกลับสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้นเพิ่มขึ้นอย่างรุนแรง จำกัด การไหลของผู้ให้บริการอย่างรุนแรงและทำให้กระแสไฟฟ้ากระแสในระหว่างอคติย้อนกลับ (ฉัน_S) มีน้อยมากเมื่อเทียบกับกระแสอคติไปข้างหน้า

การแปลง AC เป็น DC

พฤติกรรมนี้ - การรวมกระแสที่สำคัญในทิศทางเดียวในขณะที่ จำกัด ในอีกด้านหนึ่ง - แปลงอินพุตกระแสสลับ (AC) สลับเป็นเอาท์พุทโดยตรง (DC)กระบวนการแก้ไขขึ้นอยู่กับค่าการนำไฟฟ้าที่ไม่สมมาตรของ J Junction ในการตอบสนองต่อแรงดันไฟฟ้าสลับกันสิ่งนี้ทำให้เป็นส่วนประกอบที่สำคัญในการจัดหาพลังงานและแอพพลิเคชั่นการปรับสัญญาณซึ่งเป็นสิ่งที่ต้องมีการไหลของกระแสไฟฟ้าในทิศทางเดียว

บทบาทของเทคโนโลยีทางแยกที่แก้ไข P-N ในวงจรเรียงกระแส

ทางแยก P-N ซึ่งจำเป็นสำหรับไดโอดช่วยให้กระแสไหลเป็นหลักในทิศทางเดียวเนื่องจากคุณสมบัติการนำไฟฟ้าที่ไม่ซ้ำกันภายใต้อคติไฟฟ้าที่แตกต่างกัน

ในอคติย้อนกลับเชื่อมต่อขั้วลบของแบตเตอรี่เข้ากับด้าน p-type และขั้วบวกกับด้าน n-typeการตั้งค่านี้จะเพิ่มศักยภาพในตัวของทางแยกขยายขอบเขตการพร่องและลดกระแสการแพร่กระจายอย่างมากอย่างไรก็ตามกระแสดริฟท์ยังคงไม่ได้รับผลกระทบส่งผลให้เกิดความอิ่มตัวแบบย้อนกลับขนาดเล็กเกือบคงที่ (ฉัน_d-โซนพร่องที่ขยายตัวภายใต้อคติย้อนกลับทำหน้าที่เป็นอุปสรรค จำกัด การไหลของผู้ให้บริการประจุและอนุญาตให้กระแสไฟฟ้าน้อยที่สุดผ่าน

ในอคติไปข้างหน้าเชื่อมต่อขั้วบวกของแบตเตอรี่เข้ากับด้าน p-type และเทอร์มินัลลบเข้ากับด้าน n-typeการตั้งค่านี้ช่วยลดอุปสรรคที่อาจเกิดขึ้นที่ทางแยกทำให้เขตพร่องความสูงของสิ่งกีดขวางที่ลดลงช่วยให้ผู้ให้บริการส่วนใหญ่ (อิเล็กตรอนในประเภท N และหลุมใน P-type) ข้ามทางแยกเพิ่มกระแสการแพร่กระจายอย่างมีนัยสำคัญ (ฉัน_d-ในการกำหนดค่านี้กระแสดริฟท์ของผู้ให้บริการชนกลุ่มน้อยยังคงไม่ได้รับผลกระทบเป็นส่วนใหญ่การลดลงของโซนการพร่องภายใต้อคติไปข้างหน้าช่วยเพิ่มค่าการนำไฟฟ้าของทางแยกช่วยให้กระแสการแพร่กระจายอย่างมากซึ่งเป็นกระแสหลักในโหมดนี้

เมื่ออยู่ภายใต้อคติย้อนกลับที่สูงโดยทั่วไปจะมีหลายร้อยโวลต์ทางแยก P-N สามารถทนต่อเงื่อนไขที่รุนแรงภายใต้แรงดันไฟฟ้าดังกล่าวสนามไฟฟ้าที่เข้มข้นทั่วโซนพร่องสามารถสร้างคู่อิเล็กตรอนรูจำนวนมากซึ่งอาจนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของกระแสไฟฟ้าและทำให้เกิดการแยกทางแยกโดยทั่วไปสถานะนี้จะหลีกเลี่ยงในไดโอดเซมิคอนดักเตอร์มาตรฐานเนื่องจากความเสี่ยงของความเสียหายถาวรอย่างไรก็ตามไดโอด Zener ได้รับการออกแบบให้ทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือในภูมิภาคที่แยกย่อยสำหรับแอพพลิเคชั่นเช่นการควบคุมแรงดันไฟฟ้า

ความต้านทานของทางแยก P-N นั้นแตกต่างกันไปตามขนาดและขั้วของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้การเปลี่ยนแปลงนี้ช่วยให้การไหลของกระแสไฟฟ้าพิเศษในทิศทางไปข้างหน้าในขณะที่ปิดกั้นในสิ่งที่ตรงกันข้ามการไหลของกระแสไฟฟ้าทิศทางนี้เป็นรากฐานของบทบาทของทางแยกในฐานะวงจรเรียงกระแสในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ต่างๆตั้งแต่แหล่งจ่ายไฟไปจนถึงระบบประมวลผลสัญญาณ

การประยุกต์

ความสามารถโดยธรรมชาติของ P-N Junction Diode ในการอนุญาตให้กระแสไหลในทิศทางเดียวทำให้เป็นวงจรเรียงกระแสที่มีประสิทธิภาพการแปลงกระแสสลับ (AC) เป็นกระแสตรง (DC)รูปแบบที่ง่ายที่สุดของอุปกรณ์ดังกล่าวคือวงจรเรียงกระแสครึ่งคลื่น

รูปที่ 6: กระบวนการแก้ไขครึ่งคลื่น

ในวงจรวงจรเรียงกระแสครึ่งคลื่นฟังก์ชั่นไดโอดในระหว่างสัญญาณครึ่งวงกลมบวกและลบของสัญญาณ ACโดยทั่วไปแล้วการตั้งค่านี้จะรวมถึงหม้อแปลงที่มีขดลวดทุติยภูมิที่ทำให้เกิดแรงไฟฟ้า (EMF) ผ่านการเหนี่ยวนำซึ่งกันและกันด้วยขดลวดหลักขั้วของการเปลี่ยนแปลง EMF ที่เกิดขึ้นกับวัฏจักร AC

รูปที่ 7: ครึ่งรอบบวก

ปลายด้านบนของขดลวดทุติยภูมิจะมีประจุบวกเมื่อเทียบกับปลายล่างการให้น้ำหนักนี้ช่วยให้กระแสไหลผ่านความต้านทานโหลด (RL)เมื่อกระแสกระแสไฟฟ้าจะพบแรงดันไฟฟ้าทั่ว RL ซึ่งสอดคล้องกับครึ่งรอบบวกของอินพุต AC

รูปที่ 8: ครึ่งวงจรลบ

เมื่อขั้วของ EMF ที่เหนี่ยวนำให้เกิดการย้อนกลับปลายด้านบนจะกลายเป็นลบและเป็นบวกส่วนล่างอคติย้อนกลับเหล่านี้ไดโอดปิดกั้นการไหลของกระแสผ่านอย่างมีประสิทธิภาพเป็นผลให้ไม่มีเอาต์พุตที่ได้รับทั่วทั้งความต้านทานโหลดในช่วงครึ่งรอบนี้

ลักษณะและเอาท์พุทของวงจรเรียงกระแสครึ่งคลื่น

วงจรเรียงกระแสครึ่งคลื่นจะแปลงเฉพาะครึ่งวงกลมบวกของอินพุต AC เป็นเอาต์พุต DC ที่เต้นเป็นจังหวะเอาต์พุตนี้มีส่วนประกอบ AC และไม่ต่อเนื่องโดยมีประสิทธิภาพต่ำกว่าเมื่อเทียบกับวงจรเรียงกระแสเต็มคลื่นลักษณะการเต้นของเอาต์พุตสามารถวัดปริมาณได้โดยการคำนวณกระแสโหลดเฉลี่ยการคูณกระแสไฟฟ้านี้ด้วยความต้านทานโหลด (RLR_LRL) ให้แรงดันไฟฟ้า DC เฉลี่ย

ข้อเสียเปรียบหลักของวงจรเรียงกระแสครึ่งคลื่นคือความไร้ประสิทธิภาพและลักษณะที่ไม่ต่อเนื่องของเอาท์พุทการกรองเพิ่มเติมหรือการปรับให้เรียบอาจจำเป็นต้องมีการจัดหา DC ที่มั่นคงประสิทธิภาพและประสิทธิภาพของวงจรเรียงกระแสได้รับอิทธิพลจากลักษณะของไดโอดเช่นแรงดันไปข้างหน้าลดลงและกระแสการรั่วไหลย้อนกลับนอกจากนี้การออกแบบของหม้อแปลงและตัวเลือกของความต้านทานโหลดมีความสำคัญในการเพิ่มประสิทธิภาพฟังก์ชั่นโดยรวมของวงจรเรียงกระแส

บทสรุป

การตรวจสอบบทความนี้เกี่ยวกับทางแยก P-N เน้นทั้งการใช้งานที่หลากหลายในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ร่วมสมัยและบทบาทสำคัญในการพัฒนาเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์จากการทำงานพื้นฐานของวิทยุคริสตัลไปจนถึงกลไกที่ซับซ้อนของการแยกทางแยกและการแก้ไขการแยก P-N จะปรากฏเป็นองค์ประกอบสูงสุดในการรับรองการไหลของกระแสไฟฟ้าทิศทางและแรงดันไฟฟ้าที่เสถียรในวงจรอิเล็กทรอนิกส์การตรวจสอบรายละเอียดของการดำเนินการทั้งแบบไปข้างหน้าและแบบย้อนกลับแสดงให้เห็นถึงความเก่งกาจของทางแยกในการปรับให้เข้ากับความเครียดทางไฟฟ้าและสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกันการใช้งานจริงของทางแยก P-N ดังที่แสดงในวงจรเรียงกระแสและหน่วยงานกำกับดูแลแรงดันไฟฟ้าเน้นการทำงานที่จริงจังในการเพิ่มประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในที่สุดการวิเคราะห์เชิงลึกนี้ไม่เพียง แต่ชี้แจงหลักการปฏิบัติงานของการแยก P-N แต่ยังแสดงบทบาทสำคัญของพวกเขาในการพัฒนาเทคโนโลยีจากวิทยุง่าย ๆ ไปจนถึงวงจรบูรณาการที่ซับซ้อน

คำถามที่พบบ่อย [คำถามที่พบบ่อย]

1. Junction PN ใช้เป็นวงจรเรียงกระแสอย่างไร?

รูปแบบทางแยก PN เมื่อมีการรวมวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ชนิด P และ N-typeทางแยกนี้สร้างภูมิภาคที่พร่องซึ่งทำหน้าที่เหมือนเป็นสิ่งกีดขวางทำให้กระแสไหลได้ง่ายขึ้นในทิศทางเดียวมากกว่าอีกทิศทางหนึ่งเมื่อแรงดันไฟฟ้า AC ถูกนำไปใช้กับทางแยก PN ในระหว่างรอบครึ่งบวกทางแยกจะช่วยให้กระแสไฟฟ้าผ่าน (ไปข้างหน้าลำเอียง) และในช่วงครึ่งวงจรติดลบมันจะบล็อกกระแสไฟฟ้า (ย้อนกลับอคติ)การนำไฟฟ้าแบบเลือกนี้ส่งผลให้ผลผลิตส่วนใหญ่ในทิศทางเดียวการแปลง AC เป็น DC ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

2. จุดประสงค์ทั่วไปของการแยก PN ของวงจรเรียงกระแสคืออะไร?

วัตถุประสงค์หลักของตัวแยกวงจรเรียงกระแส PN คือการสร้างเอาต์พุต DC คงที่จากอินพุต ACสิ่งนี้จำเป็นในการเปิดวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่ต้องใช้ DC สำหรับการทำงานที่มั่นคงวงจรเรียงกระแสเป็นสิ่งที่ดีที่สุดในหน่วยจ่ายไฟสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และไฟฟ้าทุกชนิดตั้งแต่อุปกรณ์ขนาดเล็กไปจนถึงเครื่องจักรอุตสาหกรรมขนาดใหญ่

3. แอพพลิเคชั่นแก้ไขไดโอด PN Junction Diode คืออะไร?

ไดโอด Junction PN ได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อใช้ประโยชน์จากพฤติกรรมการแก้ไขของทางแยก PNมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในวงจรเป็นวงจรเรียงกระแสเพื่อทำหน้าที่สำคัญของการแปลง AC เป็น DCในแง่การปฏิบัติไดโอดเหล่านี้พบได้ในเครื่องชาร์จสำหรับแบตเตอรี่อะแดปเตอร์พลังงานและระบบที่ต้องใช้ DC ที่เชื่อถือได้จากแหล่งกำเนิด AC เช่นอุปกรณ์โทรคมนาคมและระบบไฟฟ้ายานยนต์

4. Junction PN ใช้ทำอะไร?

นอกเหนือจากการแก้ไขแล้วการแยก PN ยังใช้ในแอปพลิเคชันอื่น ๆ เช่นการปรับสัญญาณการควบคุมแรงดันไฟฟ้าและไดโอดเปล่งแสง (LED) สำหรับการส่องสว่างและการแสดงอย่างไรก็ตามการใช้งานที่สำคัญและแพร่หลายที่สุดของพวกเขายังคงอยู่ในการแก้ไขซึ่งเป็นส่วนประกอบที่มีประโยชน์ในการแปลง AC เป็นพลังงาน DC ที่ใช้งานได้

5. ไดโอดทำหน้าที่เป็นตัวเรียงกระแสอย่างไร?

ไดโอดซึ่งประกอบด้วยทางแยก PN ทำหน้าที่เป็นวงจรเรียงกระแสโดยอนุญาตให้กระแสไฟฟ้าไหลได้ง่ายขึ้นในทิศทางเดียวมากกว่าในทิศทางย้อนกลับคุณสมบัติโดยธรรมชาติของ Junction PN ซึ่งส่วนใหญ่เป็นคุณลักษณะการไหลทางเดียวทำให้ไดโอดเหมาะสำหรับการปิดกั้นส่วนลบของสัญญาณ AC ซึ่งจะช่วยให้เพียงส่วนบวกที่จะผ่านทางเลือกของกระแสไฟฟ้าที่เลือกในการส่งออกเป็นการไหลของอิเล็กตรอนหรือ DC ทิศทางเดียว