Elektronik Basics: PN Junctions - dummies

I sig selv er P-type (positivt ladede) og halvledere af typen N-type (negativt ladede) kun ledere. Men hvis du sætter dem sammen på et elektronisk kredsløb, opretter du en pn kryds , og der sker en interessant og meget nyttig ting: Strømmen kan strømme gennem pn junction , men kun i en retning.

Hvis du sætter positiv spænding på p-siden af ​​krydset og negativ spænding på n-siden, strømmer strømmen gennem krydset. Men hvis du vender om spændingen, sætter negativ spænding på p-siden og positiv spænding på n-siden, strømmen flyder ikke.

Billede en turnstileport som porte, du skal gå igennem for at komme ind i en baseballstadion eller en metrostation: Du kan gå gennem porten i en retning, men ikke den anden. Det er i det væsentlige hvad et p-n kryds gør. Det tillader strøm at flyde én vej, men ikke den anden.

For at forstå, hvorfor p-n kryds kan tillade strømmen i kun én retning, skal du først forstå, hvad der sker lige ved grænsen mellem p-type materiale og n-type materiale. Fordi modsatte ladninger tiltrækker, tiltrækkes de ekstra elektroner på n-typen af ​​krydset til hullerne på p-typen. Så begynder de at glide over til den anden side.

Når et elektron forlader n-typen for at fylde et hul i p-typen, er der et hul tilbage på den n-type side, hvor elektronen var. Således er det som om elektronen og hullet handler steder. Grænsen for et p-n-kryds slutter at blive befolket af defekter: Elektroner og huller har krydset grænsen og er nu på den forkerte side af krydset.

Denne region, der er optaget af elektroner og huller, der er krydset, kaldes udtømningszonen . Fordi den ene side af udtømningszonen har elektroner (negative ladninger) og den anden side har huller (positive ladninger), eksisterer en spænding mellem de to kanter af udtømningszonen.

Denne spænding har en interessant effekt på defektorerne: Det lokker dem til at vende om og komme hjem. Med andre ord, de huller, der har hoppet til den negative side af krydset tiltrækker de elektroner, der har hoppet til den positive side.

Forestil dig, hvordan det er at være en elektron, der har hoppet over grænsen og ind i p-typen af ​​krydset. At være negativt ladet, er du tiltrukket af at bevæge dig længere ind i p-siden ved de positivt ladede huller, du ser foran dig.

Men du tiltrækkes også af de positivt ladede huller, som nu ligger bag dig - det samme hul du handler med, udøver nu et træk på dig, der afskrækker dig fra at gå videre.

Ikke i stand til at klare dig selv, du beslutter dig for bare at blive sat. Det er præcis hvad der sker med de elektroner og huller, der har krydset over til den anden side. Udtømningszonen bliver stabil - en tilstand, der hedder ligevægt .

Overvej nu hvad der sker, når ligevægten forstyrres af en spænding placeret over p-n-forbindelsen. Effekten afhænger af hvilken retning spændingen påføres som følger:

• Hvis du anvender positiv spænding på p-typen og negativ spænding til n-typen, skubbes udtømningszonen fra begge sider mod midten, gør det mindre. Elektroner i n-typen af ​​krydset skubbes af spændingen mod udtømningszonen og falder til sidst sammen. Når det sker, bliver p-n-krydset en leder og strøm strømmer.

• Når spændingen påføres i omvendt retning, trækkes udtømningszonen fra begge sider af krydset og udvider dermed. Jo større det bliver, jo mere en isolator bliver p-n krydset. Således strømmer strømmen ikke gennem krydset, når spændingen påføres i omvendt retning.