物理学のシラバスでは、ダイオードと可変電圧および電流の流れは、すべての学生が知っておくべきトピックです。電流の流れる方向によって、逆バイアスと順バイアスの 2 種類のバイアスがあります。ダイオードのメカニズムは、量子力学の適切な知識がなければ理解するのが複雑です。この章は、P-N接合の概念と正電荷の流れを明確にすることで、理解しやすくするために特別に設計されています。
この章では、さまざまな種類のバイアスと、順バイアスと逆バイアスの特性について説明します。また、回路電流フローのアプリケーションにおけるこれら 2 つのバイアスの違いについても説明します。
偏見の概念
PN接合またはダイオードは、電流が他の方向よりも簡単に流れることを可能にする回路です。バイアスという用語は、一部のオペレーティング システムをセットアップするための DC 電圧の適用に関連しています。これは、PN接合に印加される外部電圧源であり、バイアスまたはバイアス電圧と呼ばれます。接合の障壁電位は、このプロセスを通じて減少または増加します。その結果、バリアポテンシャルの低下により、電流が空乏領域に戻るプロセスが発生します。
電流の流れる方向に応じて、順バイアスと逆バイアスの 2 種類のダイオードがあります。順方向バイアスにより、ダイオードに電流または電圧が流れやすくなります。一方、逆バイアスは、ダイオードの両端に電圧を加えて電流を逆方向に流すために使用されます。逆バイアスは、AC から DC への変換に役立ちます。また、電子信号の操作にも使用できます。
逆バイアスの概念
ダイオードの場合、n 型ダイオードが正端子の半分に接続され、p 型ダイオードが負端子に接続されるように電圧が印加され、異なるイオンが生成されます。外部回路の電子はより多くの負イオンを生成し、p 型領域はより多くの正イオンを生成して穴を埋めます。したがって、ｐ型陽イオンは、ｎ型領域の陽イオンに向かって移動する。
空乏領域は、p 型領域と n 型領域の間の電圧電力を増加させ、両側の総電荷を増加させます。これにより、ダイオードが同じ量の電圧を取得し、回路を流れる電流に対抗または相殺するまで、電圧と大きさが増加します。
順バイアスの概念
ダイオードが反対方向から電圧を受けると、空乏領域が縮小します。これは、逆バイアス ダイオードでは、正孔と電子が接合部から引き離されるためです。ただし、順方向バイアスにより、正孔と電子がシナリオ内の接合部に向かって移動することが保証されます。このプロセスは、電子が電圧源の負端子と正端子から反発されるために発生します。
順バイアス特性
- 順方向バイアスは、電流の流れを容易にし、電位障壁を減少させます。
- このプロセスでは、電圧のプラス端子がアノードに接続され、マイナス側がカソードに接続されます。
- アノード電圧がカソード電圧よりも大きい
- 順方向バイアスでは、電流レベルは順方向電圧に依存します。
- 順方向バイアスではダイオードの空乏層が薄くなります。
- ダイオードの順方向バイアスにより、抵抗が減少する可能性があります。
逆バイアス特性
- 逆バイアスは潜在的な障壁を強化し、キャリア内の電流の流れを遮断します。
- 逆バイアスは、負の電圧をアノードに接続し、正の電圧をカソードに接続します。
- 逆バイアスでは、アノード電圧はカソード電圧よりも低くなります。
- 逆バイアス時の電流は最小です。
- 逆バイアス時のダイオードの空乏層はより厚い
- 逆バイアスの場合、ダイオードの抵抗が増加します。
逆バイアスでは、アノード電圧がカソード電圧より高くなります。
順バイアスと逆バイアスの違い
| 順バイアス | 逆バイアス |
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結論
電子の分野では、ダイオードが最も用途の広いコンポーネントです。ダイオードにバイアスをかける効果により、回路設計でダイオードがどのように動作するかを最適に制御できます。一般に、ベーキングとは別に、一般的なダイオードは、動作するためにドーピングと呼ばれるもう 1 つのコンポーネントを必要とします。半導体をドーピングすると、その中の電子が過剰に移動しやすくなります。
この章では、ダイオードのバイアスの基本的な使用方法と、回路内の電流の流れにおけるバイアスの制御について説明しました。また、2 種類のバイアスの違いと、回路の電流の流れを生成または防止するためにどのバイアスを使用できるかについても説明しました。
