osnovi fizike poluprovodnika · kada je dio diode n tipa povezan sa većim potencijalom od regiona...
TRANSCRIPT
![Page 1: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/1.jpg)
Osnovi fizike poluprovodnika
![Page 2: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/2.jpg)
Energetski nivoi elektrona
Pozitivno naelektrisano jezgro
Negativno naelektrisani elektroni kruže po orbitama.
Elektroni u orbitama imajutačno određene nivoe energije.
Za prelazak u drugu orbitu elektronu je potrebno saopštiti energiju koja je jednaka razlici energija po orbitama.
Od jezgra ka poslednjoj orbiti elektroni su sve slabije vezani sa jezgrom.
Elektronima u podlednjoj orbiti potrebno je saopštiti najmanje energije za napuštanje atoma. Ti elektroni se nazivaju valentni elektroni.
![Page 3: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/3.jpg)
Više atoma jedan do drugoga
Elektroni koji su u pojedinim atomima imali iste energestke nivoe, ne moguih takvim zadržati (zbog efekata koje objašnjava kvantna mehanika).
Svaki energetski nivo cijepa se na više, veoma bliskih, podnivoa, čime se formiraju tzv. Energetske zone.
Unutar zone elektroni imaju tačno definisane diskretne vrijednosti energije.
Ukupna energetska razlika jedne zone, manja je od termičke energijeelektrona na sobnoj temperaturi. Stoga se electron lako kreće unutar zone.
Razlika energija pojedinih energetskih zona naziva se energetski procjep.
![Page 4: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/4.jpg)
Energetski procjep
Veličinom energetskog procjepa definisani su različiti materijali.
Izolatori – veliki procjep – potrebno saopštiti veliku energiju da bi electron prešao iz valentne u provodnu zonu.
Provodnici – valentna i provodna zona se preklapaju – postoji veliki brojslobodnih nosilaca naelektrisanja.
Provodnici – energetski procjep negdje između izolatora i provodnika (<3eV).
![Page 5: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/5.jpg)
Sopstvena provodnost poluprovodnika
Kod čistih poluprovodnika, pri temperaturi apsolutne nule, elektroni u velentnoj zoni nemaju dovoljno energije da pređu u provodnu zonu.
Dovođenjem energije spolja (toplota, svjetlost, …) neki velentni elektronipostaju sposobni da pređu u provodnu zonu.
Prelaskom u provodnu zonu za sobom ostavljaju šupljinu (elementarno pozitivno naelektisanje).
Generacija - nastajanje para electron šupljina
Rekombinacija – popunjavanje šupljina elektronima.
Mjerovi kretanja elektrona i šupljina su suprotni
Broj generisanih elektrona (ni) i šupljina (pi) u čistom poluprovodniku uvijek je jednak.
Elektična provodnost čistih poluprovodnika jako je mala.
![Page 6: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/6.jpg)
Periodna Tabela
Ovaj dio periodne tabele sadrži elemente sa tri do pet valentnih elektrona (Si je najvažniji).
![Page 7: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/7.jpg)
Silicijum
Si ima četiri valentna elektrona. Stoga može formirati kovalentne veze sa četiri svoje komšije.
Sa porastom temperature, elektroni se oslobađaju iz kovalentnih veza.
![Page 8: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/8.jpg)
Elektron-Šupljina par - Interakcija
Slobodni elektroni razbiju kovelentnu vezu, generišu se šupljine. Šupljine se mogu ispuniti apsorpcijom drugih slobodnih
elektrona, Postoji protok nosača naelektrisanja.
![Page 9: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/9.jpg)
Gustina slobodnih elektrona na datoj temperaturi
Eg (bandgap energy) ili energetski procjep određuje koliko je energije potrebno saopštiti da bi electron napustio kovalentnu vezu i prešao u provodnu zonu.
Postoji eksponencijalna zavisnost između gustine slobodnih elektrona i energetskog procjepa.
3150
3100
32/315
/1054.1)600(/1008.1)300(
/2
exp102.5
cmelectronsKTncmelectronsKTn
cmelectronskTE
Tn
i
i
gi
![Page 10: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/10.jpg)
Dopiranje (N tip)
Čisti Si se može dopirati sa drugim elementima i tako mu mijenjati električne karakteristike.
Na primjer, ako je Si dopiran sa P (fosfor), dobija više elektrona i postaje N tip poluprovodnika.
![Page 11: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/11.jpg)
Dopiranje (P tip)
Ako je Si dopiran sa B (bor), dobija više šupljina i postaje tip P poluprovodnika.
![Page 12: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/12.jpg)
Nosioci naelektrisanja
![Page 13: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/13.jpg)
Primjesna provodnost poluprovodnika
Peti elektrondonora je slabovezan i dovoljnoje malo energijeda napusti atom
Pozitivninepokretni jon
Šupljina aceptora teži da bude
popunjena nekim od valentnih elektorna iz
susjednih atoma
Negativni nepokretni jon
![Page 14: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/14.jpg)
Gustine elektrona i šupljina
Proizvod gustine elektrona i šupljina je UVIJEK jednak kvadratu gustine elektrona nedopiranog poluprovodnika, bez obzira na nivo dopinga.
2innp
D
i
D
A
i
A
Nnp
NnNnn
Np
2
2
Većinski nosioci:
Manjinski nosioci:
Većinski nosioci:
Manjinski nosioci:
![Page 15: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/15.jpg)
Prvi mehanizam protoka naelektrisanja: kondukcioni protok naelektrisanja (drift)
Proces u kojem se čestice naelektrisanja kreću usljed prisustva električnog polja naziva se kondukcioni protok naelektrisanja.
Čestice naelektrisanja kretaće se brzinom proporcionalnom električnom polju.
Ev
Ev
ne
ph
![Page 16: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/16.jpg)
Proticanje struje: Opšti slučaj
Električna struja se izračunava kao količina naelektrisanja koja prolazi kroz poprečni presek provodnika, u jedinici vremena.
qnhWvI
![Page 17: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/17.jpg)
Zasićenje brzine
U stvarnosti brzina se ne povećava linearno sa električnim poljem, već dostiže zasićenje.
![Page 18: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/18.jpg)
Drugi mehanizam protoka naelektrisanja: Difuzija
Čestice naelektrisanja prelaze iz regiona visoke koncentracije u područje niske koncentracije.
Analogno primjeru kapljice mastila u vodi. Posljedica raličitih koncentracija slobodnih nosioca.
![Page 19: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/19.jpg)
PN spoj (Dioda)
![Page 20: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/20.jpg)
PN Junction (Diode)
Kada se izvrši spajanje poluprovodnika N-tipa i P-tipaformira se PN spoj odnosno dioda.
Spajanje poluprovodnika je složen tehnološki process, nije prosto spajanje
![Page 21: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/21.jpg)
Različiti slučejevi polarizacije diode
Da bismo razumeli kako diode funkcioniše, potrebno je proučiti njeno ponašanje u tri različita slučaja: – nepolarizovana dioda, – inverznu polarizovana i – direktnu polarizovana.
![Page 22: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/22.jpg)
Struja kroz spoj: Difuzija
Kako P i N tip poluprovodnika sadrže višak šupljina i elektrona, postoji veliki gradijent koncentracije. Stoga teče difuzijska struja kroz spoj sa svake strane.
![Page 23: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/23.jpg)
Nepolarizovana dioda - oblast prostornog tovara
Slobodni elektroni i šupljine prolaze kroz spoj i iza njih ostaje područje fiksnih jona. Ovaj region je poznat kao “oblast prostornog tovara".
![Page 24: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/24.jpg)
Nepolarizovana dioda - električno polje
Fiksni joni u području prostornog tovara stvaraju električno polje koje ima smjer od pozitivnog ka negativnom naelektrisanju.
Smjer polja je takav da se protivi daljem kretanju elektrona, odnosno šupljina.
Kada postane dovoljno jako prestaje difuziono kretanje naelektrisanja.
![Page 25: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/25.jpg)
Nepolarizovana dioda - potencijalna barijera
Razlika potencijala između krajnjih tačaka oblasti prostornog tovara naziva se potencijalna barijera.
Većinski nosioci sa jedne i druge strane spoja, nijesu u stanju da pređu potencijalnu barijeru (u odustvu stranog polja)
Uspostavljeno polje je najjače na samoj granici spoja, jer se samo u tim tačkama polja od svih dipola sabiraju.
![Page 26: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/26.jpg)
Inverzna polarizacija diode
Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana.
To rezultira širim područjem prostornog tovara i većim ugrađenim električnim poljem na spoju spoja.
![Page 27: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/27.jpg)
Inverzna polarizacija diode
Inverzna polarizacija pogoduje slobodnim manjinskim nosiocima naelektrisanja (elektronima u P-tipu i šupljinama u N-tipu).
Iako su u malom broju oni ipak uspostavljuju neku vema malnu struju – inverzna struja zasićenja
U praktičnim aplikacijama ova struja se uglavnom zanemaruje.
![Page 28: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/28.jpg)
Primjena inverno polarisane diode: Naponom kontrolisani kondenzator
Inverzno polarisana dioda može se posmatrati kao kondenzator. Promjenom VR, širina prostornog tovara se mijenja, mijenjajući
vrednost kapacitivnosti; Inverzno polarisana dioda je zapravo naponom kontrolisani
kondenzator.
![Page 29: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/29.jpg)
Naponom kontrolisani oscilator
Veoma važna primjena obrnuto polarisane diode je za realizaciju naponom kontrolisanog oscilatora, u kome se koristi LC oscillatorno kolo.
Promjenom VR može se promijeniti i C, što opet menja frekvenciju oscilovanja.
LCfres
121
![Page 30: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/30.jpg)
Direktna polarizacija diode
Kada je dio diode N tipa na nižem potencijalu od dijela tipa P, dioda je direktno polarisana.
Dirktnom polarizacijom smanjuje se širina oblasti prostornog tovara i smanjuje se ugrađeno električno polje.
![Page 31: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/31.jpg)
Nosioci naelektrisanja u direktno polarisanom PN spoju
Direktnom polarizacijom, usljed smanjenja ugrađenog polja broj manjinskih nosioca naelektrisanja u svakom regionu uz oblast prostornog tovara se povećava.
Difuzione struje se povećavaju i obezbjeđuju povećanje manjinskih nosioaca.
Usljed rekombinacije manjinskih i većinskih nosilaca naelektrisanja, koncentracija manjinskih nosilaca opada kako se ide duplja u P ili N region.
![Page 32: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/32.jpg)
Direktno polarisana dioda
Velika difuziona struja kroz spoj. Kako se ide dublje u P i N region, sve više dominira struja
rekombinacije. Zbir ovih dviju struja rezultira konstantnom vrijednošću.
![Page 33: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/33.jpg)
Paralelni povezani PN spojevi (diode)
Kako je struja PN spoja proporcionalna njegovom poprečnom presjeku, dva PN spoja u paraleli će imati dvostruku poprečni presjek, odnosno dvostruku struju.
![Page 34: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/34.jpg)
Srujno-naponska (IV) karakteristika diode
Ştrujno naponska karakteristika diode (PN spoja) je eksponencijalna pri direktnoj polarizaciji i približno konstantna pri inverznoj polarizaciji.
1D
T
VV
D SI I e
![Page 35: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/35.jpg)
Srujno-naponska (IV) karakteristika diode
![Page 36: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/36.jpg)
Inverzni proboj
Kada se primijeni visok napon inverzne polarizacije dolazi do proboja.
![Page 37: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/37.jpg)
Zenerov vs. lavinski proboj
Zenerov proboj je razultat postojanja jakog električnog polja u oblasti prostornog tovara koje izbija elektrone i šupljine iz njihovih kovalentnih veza.
Lavinski proboj je rezultat sudara elektrona ili šupljina sa nepokretnim jonima unutar oblasti prostornog tovara.
![Page 38: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/38.jpg)
Model diode – konstantni napon
Dioda se ponaša kao prekid u kolu ako je VD< VD,on i kao izvor konstantnog napona ako je VD teži da pređe VD,on.
Obično se uzima da je VD,on 0.7V
![Page 39: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/39.jpg)
Primjer: Izračunavanje struje kroz diodu
Ovaj primjer pokazuje pojednostavljenje koje donosi uzimanje da je napon na diodi konstantan.
U slučaju eksponencijalne zavisnosti, bio bi potreban iterativni postupak za nalaženje vrijednosti struje.
zaza
S
XTXDXX I
IVRIVRIV ln11
Ako se uzme da je VD konstantno i jendako 0.7V, dobija se:
![Page 40: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/40.jpg)
Mirna radna tačka – model diode konstantni napon
11 1
CCDCC D D D
VVV I R V IR R
Iz kola sa slike imamo da je linija opterećenja:
Uzimanjem modela diode sa konstantnim naponom imamo da je:
,D D onV V
U presjeku linije opterećenja i karakteristike diode dobijamo radnu tačku, tzv mirnu radnu tačku.
![Page 41: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/41.jpg)
Mirna radna tačka – eksponencijalni model diode
11 1
CCDCC D D D
VVV I R V IR R
Iz kola sa slike imamo da je linija opterećenja:
Uzimanjem eksponencijalnog modela diode imamo da je:
1D
T
VV
D SI I e
U presjeku linije opterećenja i karakteristike diode dobijamo radnu tačku, tzv mirnu radnu tačku.
![Page 42: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/42.jpg)
Uticaj temperature na IV karakteristiku
![Page 43: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/43.jpg)
Idealna dioda
Kod idealne diode, ako napon na diodi postane pozitivan, protekne struja, dioda se modelira kratkim spojem.
Ako napon na diodi postane negativam, diode se modelira prekidom.
Analogno cijevi koji propušta vodu samo u jednom smjeru.
![Page 44: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/44.jpg)
Diode povezane u seriju
Diode se ne mogu povezivati u seriju slučajno. Za spojeve iznad, samo spoj a) može provoditi struju A do C.
![Page 45: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/45.jpg)
IV karakteristike idealne diode
Ako je napon na diode veći od nule, otpornost diode je nula i struju diode određuje ostatkak kola.
Ako je napon na diodi manji od nule, otpornost diode postaje beskonačna a struja kroz diodu je nula.
RVIR 0 0
RVIR
![Page 46: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/46.jpg)
Anti-paralalno povezane idealne diode
Ako se dvije idealne diode povežu anti-paralelno, ponašaju se kao kratak spoj.
![Page 47: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/47.jpg)
Idealna dioda u kombinaciji sa otpornikom
IV karakteristika ovakvog kola je nula za negativne napona i u skladu sa Om-ovim zakonom za pozitivne napone.
![Page 48: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/48.jpg)
MAX(VA, VB)
![Page 49: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/49.jpg)
Ulazno/Izlazne karakteristike
Kada je Vin manji od nule, diode je prekd, pa je Vout = Vin. Kada je Vin veće od nule, diode je kratak spoj, pa je Vout = VD.
![Page 50: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/50.jpg)
Primjer
Uzimajući model diode sa konstantnim naponom, naći vrijednosti struje I i napona V u kolima na slici.
![Page 51: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/51.jpg)
Primjer
Uzimajući model diode sa konstantnim naponom, naći vrijednostistruje I i napona V u kolima na slici.
![Page 52: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/52.jpg)
Primjer
Uzimajući model diode sa konstantnim naponom, naći vrijednosti struja ID1i ID2 i napona V u kolima na slici.
![Page 53: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/53.jpg)
Primjene dioda: Ispravljač
Ispravljač je uređaj koji propušta pozitivni polu-talas sinusoidalnog napona i blokira negativni ili obrnuto.
Kada je Vin veći od 0, diode je kratka veza, pa je Vout = Vin; međutim, kada je Vin manji od 0, diode je prekid, nema struje kroz R1, Vout = IR1R1 = 0.
![Page 54: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/54.jpg)
Srednja vrijednost izlaznog signala
Srednja vrijednost ispravljenog izlaznog napona može se koristiri kao indikator jačine signala.
Proporcionalna je amplitudi ulaznog signala.
pTp
T
p
T
outavgout
Vt
VT
tdtVT
dttVT
V
2/0
2/
00,
cos1
sin1)(1
TtT
2for
20 Tt for0sin tVV pout
![Page 55: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/55.jpg)
Primjene dioda: Limiter
Uloga limitera je da izlazni napon drži ispod (iznad) određene vrijednosti.
U kolu a), dodata baterija napona 1V, obezbjeđuje da diode provede tek nakon što napon V1 postane veći od 1 V.
![Page 56: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/56.jpg)
Limiter: Različite vrijednosti napona baterije
Ispravljanje izostaje kada je VB veći od amplitude ulaznog signala.
![Page 57: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/57.jpg)
Modeli diode
Osim idealnog modela diode, postoje eksponencijalni i model konstantnog napona.
![Page 58: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/58.jpg)
Ulazno/izlazne karakteristike sa idealnim i modelom konstantnog napona
Razlika između idealnog i modela konstantnog napona Dva modele dovode do različite pozicije preloma u ulazno-
izlaznoj karakteristici.
![Page 59: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/59.jpg)
Ulazno/izlazne karakteristike upotrebom modela sa konstantnim naponom
Kada se koristi model sa konstantnim naponom, napon na diodi kada provodi više nije nula već Vd,on.
![Page 60: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/60.jpg)
Ulazno/izlazne karakteristike upotrebom modela sa konstantnim naponom
![Page 61: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/61.jpg)
Limitiranje pozitivne poluperiode
![Page 62: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/62.jpg)
Limitiranje negativne poluperiode
![Page 63: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/63.jpg)
Limitiranje sa obije strane
![Page 64: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/64.jpg)
Limitiranje sa obije strane – diode + baterije
![Page 65: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/65.jpg)
Eksponencijalni model
Ukoliko diode imaju raličite inverzne struje zasićenja, može se koristiri samo eksponencijalni model.
Zbir struja dioda jednak je Iin, i naponi na diodama su jednaki.
2
12
1
21
1
1
s
s
inD
s
s
inD
IIII
IIII
![Page 66: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/66.jpg)
Još jedan primjer za model konstantnog napona
Ovaj primer pokazuje važnost dobrog početnog predpostavljanja i pažljive provjere.
![Page 67: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/67.jpg)
Model diode – konstantan napon + otpornost
Model diode – konstantan napon
Model diode – konstantan napon + otpornost
![Page 68: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/68.jpg)
Model diode za male signale
Diode nalaze značajnu primjenu u kolima gdjese, nezavisne promjenjive, bilo napon ili struja, mijenjaju za relativno male iznose u okolinizadatih jednosmjernih vrijednosti, kojenazivamo koordinatama mirne radne tačke.
Na slici je prikazana pobuda diode iz naponskoggeneratora čija ems se može predstaviti zbiromdvije komponente:- jedne jednosmjerne VD i- jedne promjenljive vd(t)
Odziv u obliku struje će takođe sadržati: - jednu jednosmjernu komponentu ID i- jednu promjenljivu (naizmjeničnu)
komponentu id(t)
Amplituda promjenljive komponente zavisi od nagiba IV karakteristike diode.
![Page 69: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/69.jpg)
Model diode za male signale
1( )D D d D d d D dd
i t I i I g v I vr
( ) cosD D dV t V V t
, 4
D
T
VV
SD Dd D T
D T T
I edI Ig V VdV V V
( ) ( )d d di t g v t
Ako nagib, kojim se definiše provodnost za male signale, označimo sa:
( ) 1 cos cosD
T
VV D
D s d D dT
II t I e V t I I tV
1 Td
d D
Vrg I
![Page 70: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/70.jpg)
Model diode za male signale
Kako postoji linearna zavisnost između malog signala struje i malog signala napona diode, dioda može biti posmatrana kao linearna otpornost (kada su od interesa samo male promjene).
1 Td
d D
Vrg I
![Page 71: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/71.jpg)
Prigušivanje promjena na izlazu
33
26 3.37,9
3 3.3 1 9,81000 3 3.3
dout IN
d
Td
D
out
rV VR r
V mVrI mA
V V mV
Izračunati približnu promjenu napona na izlazu kada je priključen otpornik RL.
![Page 72: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/72.jpg)
Vrste dioda
Specijalni tipovidioda
![Page 73: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/73.jpg)
Zener dioda (probojna dioda)
Radi u režimu proboja.
Vrlo velika strmina IV karakteristikeu probojnom režimu.
Gotovo konstantan napon na diodi u probojnom režimu.
Može se koristiti u dizajnima naponskih regulatora (O tome više kasnije!)
U normalnim primjenama zener diode, struja utiče u katodu, i katoda je na višem potencijalu od anode.
Stoga su IZ i VZ usmjerenja kao na slici imaju pozitivne vrijednosti.
![Page 74: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/74.jpg)
IV karakteristika zener diode u probojnom režimu
IZK – struja strujnog koljena, specificirana u datasheet-u Zener diode
IZ veće od IZK – IV karakteristika je gotovo prava linija.
rz – inkrementalna (dimamička) otpornost zener diode (od nekoliko Oma do nekoliko desetina oma)
rz – raste u blizini strujnog koljena
Izbjegavati polarisati Zener diodu u Regionu malih struja.
Proizvođač specificira VZ (ta određenu struju IZT ), rz , i IZK.
Proizvođač specificira i maksimalnu snagu disipacije. Tako 0.5-W, 6.8-V zener dioda može pouzdano provoditi struju do oko 70mA.
![Page 75: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/75.jpg)
Model Zenner diode
![Page 76: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/76.jpg)
Prosti naponski regulator sa Zener diodom
Kako je rd malo, velike promjene u ulaznom naponu neće se značajno reflektovati na izlazni napon.
1
Dout in
D
rV Vr R
![Page 77: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/77.jpg)
Prigušenje promjene Vout
Kolo prigušuje promjene Vout usljed promjena u Vin (b). Kolo prigušuje promjene Vout usljed promjena u struji
opterećenja (c).
1 2
1 2 1
out D D
in D D
V r rV r r R
1 2 1( ) ||outD D
L
V r r RI
![Page 78: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/78.jpg)
Zener dioda - obostrani limiter
![Page 79: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/79.jpg)
Svjetleća dioda
![Page 80: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/80.jpg)
Fotodioda i optoizolatori
Normalan režim rada pri inverznoj polarizaciji.
Pod uticajem svjetlosti provode u inverznom smjeru.
![Page 81: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/81.jpg)
Schottky dioda
![Page 82: Osnovi fizike poluprovodnika · Kada je dio diode N tipa povezan sa većim potencijalom od regiona tipa P, dioda je inverzno polarizovana. To rezultira širim područjem prostornog](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022053014/5f1358144e1ed1121618bdab/html5/thumbnails/82.jpg)
Varikap dioda
Normalan režim rada inverzna polarizacija.
Koriste se kao naponom promjenljiva kapacitivnost.
Automatsko podešavanje radio prijemnika