11.2 : Диод: прямое смещение

В полупроводниковых устройствах диоды играют решающую роль в направлении тока, и его работа в основном подразделяется на прямое и обратное смещение. Говорят, что диод смещен в прямом направлении, когда его область p-типа подключена к положительной клемме батареи, а его область n-типа связана с отрицательной клеммой. Эта конфигурация уменьшает потенциальный барьер внутри диода, позволяя току легко течь из области p-типа в область n-типа.

Поведение диода при прямом смещении определяется его ВАХ, на которую влияют материал диода, температура и физические размеры. При прямом смещении ток диода (I_D) можно описать уравнением диода:

Здесь I_S — ток насыщения, q — заряд электрона, V_D — приложенное напряжение на диоде, n — коэффициент эмиссии, k — постоянная Больцмана, а T — температура перехода. Тепловое напряжение V_T (кТ/q) измеряет энергию, необходимую для перемещения носителей заряда через диод, и его значение при комнатной температуре составляет около 26 мВ.

Диод показывает незначительный ток при напряжении ниже напряжения включения, обычно 0,7 В для кремниевых диодов. При прямом смещении за каждую декаду изменения прямого тока напряжение на диоде изменяется примерно на 60 мВ. Ток насыщения (I_S) меняется в зависимости от температуры и площади поперечного сечения диода и удваивается на каждые 10°C. Из-за температурной зависимости I_S и V_T, падение напряжения на диоде уменьшается примерно на 2 мВ при каждом увеличении температуры на 1°C при постоянном токе, и это свойство используется в схемах измерения температуры, таких как электронные термометры. Понимание этих свойств имеет решающее значение для электроники, где диоды являются центральными компонентами, такими как выпрямители, смесители сигналов и регуляторы напряжения.