ダイオードに流れる電流と印加電圧による順バイアス、逆バイアス時の電圧の関係をグラフで示します。このように電圧とダイオード電流をグラフで表すことをダイオードのVI特性と呼びます。
PN 接合ダイオードは、p 型半導体と n 型半導体を 2 つの半導体間のブロッキング力で結合することによって作成されます。順方向電流値は順方向電圧の大きさに依存し、両者の間には直接的な関係があります。この関係は PN ジャンクションの I-V 特性と呼ばれます。
pn接合ダイオードのバイアス条件
pn 接合ダイオードには、2 つの活性領域があります:
Pタイプ
N型
印加される電圧によって、pn 接合ダイオードの 3 つのバイアス条件のいずれかが決まります。
順方向バイアス:p-n 接合は、p 型がバッテリーの正端子に接続され、n 型が負端子に接続されている場合、順方向バイアスがかかっていると言われます。 .
逆バイアス:p 型をバッテリーのマイナス端子に接続し、n 型をプラス側に接続すると、pn 接合が逆バイアスになります。 .
ゼロ バイアス:p-n 接合ダイオードは外部電圧にさらされません。
pn接合ダイオードのV-I特性
回路を流れる電圧と電流の間の曲線は、P-N 接合ダイオードの V-I 特性を定義します。 X 軸は電圧を表し、Y 軸は電流を表します。 pn 接合ダイオードの V-I 特性をグラフにプロットするとします。ダイオードが次の 3 つの異なるゾーンで動作していることがわかります。
1.ゼロバイアス
ゼロ バイアス状態では、pn 接合に外部電圧は供給されません。
結果として、接合部の電位障壁が電流の流れを妨げます。
結果として、V =0 のとき、回路電流はゼロになります。
2.順バイアス
pn 接合の順方向バイアスの p 型は外部電圧の正端子に接続され、n 型は負端子に接続されます。
その結果、潜在的な障壁が最小限に抑えられます。
PN 接合ダイオードの順方向 V-I 特性は、最初は電流が非常にゆっくりと増加することを示しています。 pn接合に供給される外部電圧は、この領域の電位障壁を克服するために使用されるため、曲線は非線形です.
外部電圧が可能な障壁電圧を超えると、電位障壁が取り除かれ、pn 接合が通常の導体のように機能します。その結果、曲線 AB は、外部電圧が上昇するにつれて大幅に上昇します。これはほぼ線形です。
3.逆バイアス
p-n 接合の p 型は外部電圧の負端子に接続され、n 型は正端子に接続されます。
結果として、交差点の潜在的な障壁が強化されます。
ジャンクション抵抗が非常に高いレベルまで上昇し、回路に電流がほとんど流れなくなります。
しかし、実際には、マイクロアンペア単位の非常に小さな電流が回路を流れます。接合部の少数キャリアのため、これは逆飽和電流として知られています。
ツェナーの内訳
逆バイアス電圧が pn 端子間に印加されると、空乏領域が増加し始めます。その結果、より多くの電子と正孔が生成されます。
これらの電子と正孔は、ダイオードの接合部に非常に強力な電界を生成します。電界の大きさは、印加される逆電圧の大きさによって異なります。
電場は、価電子帯に存在する電子力を及ぼします。これが伝導帯に入り、伝導プロセスが始まります。
この現象はツェナー降伏と呼ばれます。
雪崩の崩壊
自由電子は、ダイオードの空乏領域を横切って移動します。それらは速度を持ち、電子は運動エネルギーを獲得します。速度が存在するため、少数キャリアはダイオード内をランダムに移動します。共有結合によって原子に保持されている静止電子と衝突します。
結合電子によって共有結合が壊れ、伝導プロセスが始まります。電子は運動エネルギーを静止電子に伝達し、静止電子を動かします。逆バイアス電圧の大きさが増加すると、エネルギーが上昇します。結果として生じる衝突によって電流が発生し、ダイオードのブレークダウンが発生します。
この崩壊は雪崩崩壊と呼ばれます。
PN接合の順方向電流
バッテリー電圧が順方向バイアス ジャンクションに印加されると、このジャンクションを介して定電流が流れます。
pn接合の逆電流
その n 型領域がバッテリーの正の電力に結合し、p 型領域がバッテリーの負の電力に接続されているという点で、pn 接合が結合してバッテリー内にある場合、 pn接合は逆バイアス状態にあると言われています。理想的には、接合部に電流が流れません。
結論
ダイオードは 2 つの別々のデバイスとして機能するが、同等の効果を発揮するため、非常に汎用性の高いコンポーネントとなっています。さまざまな種類のダイオード バイアス効果により、回路設計でダイオードが実行する機能を完全に選択できます。順バイアスと逆バイアスを使用すると、回路設計者はダイオード動作を完全に制御できます。
順方向バイアスと逆方向バイアスの 1-V 特性に関する研究資料では、PN 接合ダイオードは一方向にのみ電流を流すという事実を得ることができます。つまり、順方向バイアスの間です。順方向バイアスの間、ダイオードは電圧の増加とともに電流を伝導します。逆バイアスの間、ダイオードは電圧の増加に伴い導通しません。
