11.2 : דיודה: הטיה קדימה

במכשירי מוליכים למחצה, דיודות ממלאות תפקיד מכריע בכיוון זרימת הזרם, והפעולה שלה מסווגת בעיקר להטיה קדימה והטיה הפוכה. אומרים שדיודה מוטה קדימה כאשר האזור מסוג p שלה מחובר למסוף החיובי של סוללה ואזור מסוג n שלה מקושר למסוף השלילי. תצורה זו מפחיתה את מחסום הפוטנציאל בתוך הדיודה, ומאפשרת לזרם לזרום בקלות מה-p לאזור מסוג n.

ההתנהגות של דיודה בהטיה קדימה נשלטת על ידי מאפייני ה-I-V שלה המושפעים מהחומר, הטמפרטורה והממדים הפיזיקליים של הדיודה. כאשר מוטה קדימה, ניתן לתאר את זרם הדיודה (I_D) באמצעות משוואת הדיודה:

כאשר IS הוא זרם הרוויה, q הוא מטען האלקטרונים, V_D הוא המתח המופעל על פני הדיודה, n הוא מקדם הפליטה, k הוא הקבוע של בולצמן ו-T הוא טמפרטורת הצומת. המתח התרמי VT (kT/q) מודד את האנרגיה הדרושה להעברת נושאי מטען על פני הדיודה וערכו בטמפרטורת החדר הוא כ-26 mV.

הדיודה מציגה זרם זניח עבור מתחים מתחת למתח הסף, בדרך כלל 0.7V עבור דיודות סיליקון. בהטיה קדימה, עבור כל שינוי של עשור בזרם קדימה, מתח הדיודה משתנה בכ-60mV. זרם הרוויה (I_S) משתנה עם הטמפרטורה ושטח החתך של הדיודה ומכפיל את עצמו עבור כל עלייה של 10 מעלות צלזיוס. בשל תלות הטמפרטורה של I_S ו-V_T, ירידת המתח של דיודה יורדת בערך ב-2mV עבור כל עלייה של 1°C בטמפרטורה בזרם קבוע, תכונה הממונפת במעגלים של חישת טמפרטורה כמו מדי חום אלקטרוניים. הבנת המאפיינים הללו חיונית לאלקטרוניקה שבה דיודות הן רכיבים מרכזיים, כגון מיישרים, מערבלי אותות ומווסתי מתח.