Jonctiunea pn

1. Jonctiunea pn

a. Generalitati

Definitie: Jonctiunea pn reprezinta suprafata de contact dintre doua regiuni una de tip p si cealalta de tip n, create intr-un monocristal pur de Ge sau Si prin impurificare cu alte elemente.

Germaniul Ge si siliciul Si sunt semiconductoare pure (intrinseci), tetravalente.

Regiunea p (semiconductor extrinsec) - se obtine prin impurificare( dopare) cu elemente trivalente (Bor, Galiu) avand golurile ( + ) purtatori majoritari.

Regiunea n - se obtine prin impurificare cu elemente pentavalente (Arsen, Bismut) avand electronii ( - ) purtatori majoritari.

Fig. 1.1 Jonctiunea pn

Jonctiunea pn polarizata direct

  Definitie: Jonctiunea pn este polarizata direct daca polul pozitiv al sursei de tensiune se leaga pe regiunea p, iar polul negativ pe regiunea n.

Functionare

Prin jonctiune trece un curent de difuzie de la p la n numit curent direct I_d [mA, A] dat de purtatorii majoritari - golurile

Regiunea de bariera se micsoreaza

I_d (curentul direct) creste exponential cu cresterea tensiunii de polarizare directa.

Fig. 1.2 Polarizare directa

Jonctiunea pn polarizata invers

Definitie: Jonctiunea pn este polarizata invers daca plusul sursei de tensiune se aplica pe regiunea n si minusul pe regiunea p.

Functionare

• Prin jonctiune trece un curent invers

I_inv [µA, nA] de la n la p dat de

purtatorii minoritari numit si

curent de camp

• Curentul direct I_d este anulat
• Regiunea de bariera creste  Fig. 1.3 Polarizare inversa

Curentul invers nu depinde, in anumite limite, de tensiunea de polarizare si se mai numeste curent de saturatie.

2. Dioda redresoare

Definitie: Diodele semiconductoare contin o singura jonctiune pn, introdusa intr-o carcasa din ceramica, sticla, material plastic sau metal.

a. Caracteristica statica a diodei semiconductoare

  Definitie: Reprezinta variatia curentului prin jonctiunea pn atunci cand se variaza tensiunea la borne I_D= f(U_D).

Semnificatia notatiilor din figura 1.4.

I_D - curent direct

U_D - tensiune directa

U_P - tensiune de prag - reprezinta tensiunea de deschidere a diodei :

U_P = 0,2 - 0,4 V pentru Ge

U_P = 0,4 - 0,8 V pentru Si

U_str - tensiune de strapungere

U_inv - tensiune inversa

I_inv - curent invers

I_sat - curent de saturatie

Fig 1.4 Caracteristica statica a diodei semiconductoare 

Caracteristica directa

Dioda este polarizata direct

Dioda conduce curentul incepand de la tensiunea U_P (tensiune de prag de deschidere)

Curentul direct I_d creste exponential cu

Fig. 1.5 Polarizarea directa a diodei tensiunea de polarizare

Rezistenta diodei este foarte mica - fractiuni de Ω

Caracteristica inversa

Dioda este polarizata invers

• Dioda este practic blocata - apare un curent invers foarte mic de ordinul µA la Ge si nA la Si, curent ce depinde de temperatura mediului si nu de tensiunea de polarizare.

Fig. 1.6 Polarizarea inversa a diodei

La tensiunea de strapungere U_str, curentul invers I_inv creste brusc ducand la distrugerea diodei.

Cresterea brusca a curentului invers se datoreaza fenomenului de multiplicare in avalansa a purtatorilor de sarcina sau efectului Zener (actiunea campului electric intens asupra electronilor de valenta).

Punctul static de functionare al diodei semiconductoare (PSF)

Definitie: PSF reprezinta un punct aflat pe

caracteristica directa a diodei la intersectia cu dreapta de

sarcina, avand coordonatele I_D si U_D.

	Fig. 1.7 PSF

Activitatea de invatare 1.1.1

Competenta

Identifica componente electronice

Obiective:

La sfarsitul acestei activitati vei fi capabil:

- sa identifici tipurile de materiale semiconductoare

- sa precizezi comportarea jonctiunii pn polarizata direct si invers

Obiectivul: Dupa aceasta activitate veti fi capabili:

sa identificati tipurile de materiale semiconductoare

sa precizati comportarea jonctiunii pn polarizata direct si invers.

Enunt : Cercetati si aplicati!

Fiecare grupa trebuie sa se documenteze despre tipuri de materiale semiconductoare si comportarea jonctiunii pn polarizata direct si invers,  folosind materialul din fisa de documentare 1.1 .

Fiecare grupa trebuie sa completeze cate o coloana din tabelul de mai jos.

Pentru acest lucru aveti la dispozitie 10 minute. Dupa ce ati devenit "experti" in subtema studiata, reorganizati grupele astfel incat in grupele nou formate sa existe cel putin o persoana din fiecare grupa initiala. Timp de 10 minute veti impartasi cu ceilalti colegi din grupa nou formata cunostintele acumulate la pasul anterior.

Activitatea de invatare 1.1.2

Competente

Identifica componente electronice

Planifica o activitate si culege date numerice in legatura cu aceasta

Obiective:

La sfarsitul acestei activitati vei fi capabil:

sa precizezi parametrii caracteristici unei diode redresoare

sa descrii comportarea diodei in polarizare directa si inversa

Obiectivul: Dupa aceasta activitate veti fi capabili sa explicati comportarea diodei in polarizare directa si inversa folosind reprezentarea grafica a  caracteristicii statice.

Enunt

In figura 1.1.1 se reprezinta caracteristica statica a diodei semiconductoare.

Realizati un eseu de aproximativ 10 randuri in care sa explicati comportarea diodei in polarizare inversa si in polarizare directa.

Activitatea de invatare 1.1.3

Competente

Identifica componente electronice

Planifica o activitate si culege date numerice in legatura cu aceasta

Obiective:

La sfarsitul acestei activitati vei fi capabil:

sa identifici componentele electronice dupa simbol

sa identifici functionarea componentelor

sa utilizezi aparatele de masurat

Obiectivul: Dupa aceasta activitate veti fi capabili sa identificati componentele electronice dupa simbol

Enunt

In figura 1.1.2 de mai jos este reprezentata schema electrica a unui montaj cu dioda semiconductoare.

Completati schema electrica din figura 1.1.2, utilizand componentele din figura 1.1.3

Figura 1.1.2. Schema electrica Figura 1.1.3 Componente electrice

Activitatea de invatare 1.1.4

Competente

Identifica componente electronice

Planifica o activitate si culege date numerice in legatura cu aceasta

Obiective:

La sfarsitul acestei activitati vei fi capabil sa:

sa identifici notatiile marimilor fizice specifice diodelor semiconductoare

sa identifici marimile fizice specifice diodelor semiconductoare

Obiectivul: Dupa aceasta activitate veti fi capabili sa corelati notatiile marimilor fizice care caracterizeaza functionarea diodei si semnificatia acestora.

Enunt

Realizati asocierile corecte dintre notatiile din coloana A si semnificatiile acestora din coloana B.