Dispositivi a semiconduttore - Bias di giunzione
Il termine bias si riferisce all'applicazione della tensione CC per impostare determinate condizioni operative. Oppure, quando una fonte di energia esterna viene applicata a una giunzione PN, viene chiamata tensione di polarizzazione o semplicemente polarizzazione. Questo metodo aumenta o diminuisce il potenziale barriera della giunzione. Di conseguenza, la riduzione del potenziale barriera fa sì che i portatori attuali ritornino nella regione di esaurimento. Le seguenti due condizioni di polarizzazione vengono applicate rispetto alle giunzioni PN.
Forward Biasing - Al potenziale barriera viene aggiunta una tensione esterna della stessa polarità, che provoca un aumento dell'ampiezza della regione di svuotamento.
Reverse Biasing - Una giunzione PN è polarizzata in modo tale che l'applicazione dell'azione di tensione esterna impedisce ai portatori di corrente di entrare nella regione di svuotamento.
Polarizzazione in avanti
La figura seguente mostra un diodo a giunzione PN polarizzato in avanti con tensione esterna applicata. Puoi vedere che il terminale positivo della batteria è collegato al materiale P e il terminale negativo della batteria è collegato al materiale N.
Di seguito sono riportate le osservazioni:
Questa tensione di polarizzazione respinge la maggior parte dei portatori di corrente di ogni materiale di tipo P e N. Di conseguenza, un gran numero di buchi ed elettroni iniziano ad apparire alla giunzione.
Sul lato N della giunzione, gli elettroni si muovono per neutralizzare gli ioni positivi nella regione di svuotamento.
Sul materiale del lato P, gli elettroni vengono trascinati dagli ioni negativi, che li inducono a diventare di nuovo neutri. Ciò significa che la polarizzazione in avanti fa collassare la regione di esaurimento e quindi anche il potenziale barriera. Significa che quando la giunzione PN è polarizzata in avanti, consentirà un flusso di corrente continuo.
La figura seguente mostra il flusso dei portatori di corrente di un diodo polarizzato direttamente. È disponibile una fornitura costante di elettroni grazie a una fonte di tensione esterna collegata al diodo. Il flusso e la direzione della corrente sono mostrati da grandi frecce all'esterno del diodo nel diagramma. Nota che il flusso di elettroni e il flusso di corrente si riferiscono alla stessa cosa.
Di seguito sono riportate le osservazioni:
Supponiamo che gli elettroni fluiscano attraverso un filo dal terminale negativo della batteria al materiale N. Entrando in questo materiale, fluiscono immediatamente alla giunzione.
Allo stesso modo, dall'altra parte un numero uguale di elettroni vengono estratti dal lato P e vengono restituiti al terminale positivo della batteria. Questa azione crea nuovi fori e li fa muovere verso la giunzione.
Quando questi buchi ed elettroni raggiungono la giunzione, si uniscono e scompaiono efficacemente. Di conseguenza, nuovi buchi ed elettroni emergono alle estremità esterne del diodo. Questi vettori maggioritari vengono creati su base continua. Questa azione continua finché viene applicata la sorgente di tensione esterna.
Quando il diodo è polarizzato in avanti, si può notare che gli elettroni fluiscono attraverso l'intera struttura del diodo. Questo è comune nel materiale di tipo N, mentre nel materiale P i fori sono i portatori di corrente in movimento. Si noti che il movimento del foro in una direzione deve iniziare dal movimento degli elettroni nella direzione opposta. Pertanto, il flusso di corrente totale è l'aggiunta di buchi e gli elettroni fluiscono attraverso un diodo.
Biasing inverso
La figura seguente mostra un diodo a giunzione PN a polarizzazione inversa con tensione esterna applicata. Si può vedere che il terminale positivo della batteria è collegato al materiale N e il terminale negativo della batteria è collegato al materiale P. Si noti che in una tale disposizione, la polarità della batteria deve opporsi alla polarità del materiale del diodo in modo che si attraggano cariche dissimili. Pertanto, i portatori di carica maggioritari di ciascun materiale vengono trascinati via dalla giunzione. La polarizzazione inversa fa sì che il diodo non sia conduttivo.
La figura seguente mostra la disposizione dei portatori di corrente maggioritari in un diodo polarizzato inverso.
Di seguito sono riportate le osservazioni:
A causa dell'azione del circuito, gli elettroni del materiale N vengono tirati verso il terminale positivo della batteria.
Ogni elettrone che si muove o si allontana dal diodo fa emergere uno ione positivo al suo posto. Di conseguenza, ciò provoca un aumento equivalente della larghezza della regione di svuotamento sul lato N della giunzione.
Il lato P del diodo ha un effetto simile allo stesso modo del lato N. In questa azione, un certo numero di elettroni lascia il terminale negativo della batteria ed entra nel materiale di tipo P.
Questi elettroni quindi entrano immediatamente e riempiono una serie di buchi. Ogni buco occupato diventa quindi uno ione negativo. Questi ioni a loro volta vengono respinti dal terminale negativo della batteria e guidati verso la giunzione. A causa di ciò, si verifica un aumento della larghezza della regione di esaurimento sul lato P della giunzione.
La larghezza complessiva della regione di svuotamento dipende direttamente da una sorgente di tensione esterna di un diodo polarizzato inversamente. In questo caso, il diodo non può supportare in modo efficiente il flusso di corrente attraverso l'ampia regione di esaurimento. Di conseguenza, la carica potenziale inizia a svilupparsi attraverso la giunzione e aumenta fino a quando il potenziale di barriera è uguale alla tensione di polarizzazione esterna. Dopo questo, il diodo si comporta come un non conduttore.