9/14/2010

1

يا غفار

Dr. M.H.Moradi2

د ی اElectronic 1

9/14/2010

براي فهميدن عملكرد ديودها وترانزيستورها مي بايست فيزيك نيمه هاديهابر خلاف هاديها كه فقط الكترون ها حامل جريان.را مورد بررسي قرار داد

، ، ین هستند.+*()ا'&%$ونو"! د

:پس از مطالعه اين فصل نكات زير را فرا خواهيد گرفتمشخصات هادي ،نيمه هادي وعايق از نظرباند انرژي

مشخصات نيمه هادي خالصمشخصات نيمه هادي ناخالص وچگونگي افزايش هدايت نيمه هادي به

كمك افزودن ناخالصيو رانشي در يك نيمه هادي جريانهاي انتشاري

در باياس مستقيم ومعكوسP-Nطرز كار پيوند

3

د01/.-, دابعاد كوچكتركاهش توان تلف شدهسرعت عملكرد بالاترضريب تقويت كنندگي بالاترو طراحي سادگي استفادهتر قيمت پائينامكان مجتمع سازي

از دهه(بنابراين پس از به توليد انبوه رسيدن ترانزيستور لامپ هاي خلا بطور كلي از رده خارج شدند) ميلادي1950

. 4

9/14/2010

5.اد 234 ،دو ددر شرايط تعادل ،الكترون ها در سطوح پايين انرژي به دور هسته در حال

.حركت هستنددر دماي صفر(در يك ماده جامد، بالاترين باند انرژي شامل الكترون ها

باند بعدي موجود بر روي باند ظرفيت.ناميده مي شودباند ظرفيت،)كلوين.ناميده مي شودباند هدايت،

در حالت كلي الكترونهايي كه قادرند وارد باند هدايت شوند ،تواناييو وابسته به اتم خاصي نيستند .حركت در سرتاسر ماده را دارند

انرژي مورد نياز براي بالا بردن يك الكترون از باند ظرفيت به باند).هدايت ،وابسته به شكاف انرژي موجود در بين اين دو باند است )

اندازه اين شكاف بسيار بزرگ است ولذا) مثل الماس(عايقدر مواد5

GE

6

الكترون ولت 5/5شكاف انرژي الماس.جابجايي الكترون بسيار مشكل است.ومقاومت آن در دماي اتاق حدود است

به ماده اي اطلاق مي شود كه تحت يك فشار محدود خارجي اجازه هاديكلمهباندهاي ظرفيت وهدايت با يكديگر.حركت ذرات باردار را در خود بدهد

در.همپوشاني داشته وانرژي شكاف براي جدا سازي اين دو باند وجود نداردتمام دماها تعداد زيادي الكترون آزاد وجود دارد كه موجب كاهش مقاومت

مقاومت مس در دماي نسبت به الماس.ماده رسانا مي شود.مرتبه كمتر است

از نظر هدايت حالتي بين يك عايق كامل ويك هادي نيمه هادي يكهر چند در دماي صفر.شكاف انرژي بسيار كمتر است.خوب را دارا مي باشد

كلوين عايق محسوب مي شوند،ولي در دماي اتاق با جذب انرژي حرارتي مي .توانند تعداد قابل توجهي ازالكترون هاي خود را وارد باند هدايت نمايند

1210 .cmΩ

300 K1710

9/14/2010

Element PropertiesConductor

Easily can conduct electrical currentLeast electron valence on the atom-loosely bounded

InsulatorDoes not conduct electrical current under normal conditionMost are compoundsLots of electron exist on the valence shell-tightly bounded

SemiconductorElement that is neither a conductor nor an insulator but lies between the two elementA material that is between conductors and insulators in its ability to conduct electrical currentEasily affected by temperature and light energyMost of them have 4 electron valence on the valence shells-bounded in intermediate strength

• A semiconductor is a material whose resistance depends strongly on the applied voltage and temperature.

سطوح انرژي در سه ماده عايق ،نيمه هادي وهادي

σ metals ~1010 /Ω-cm

σ insulators ~ 10-22 /Ω-cm

σThe conductivity (σ) of asemiconductor (S/C) lies

between these two extreme cases.

S/CConductivity :

9/14/2010

9

Elemental: C, Si and GeBinary: GaAs, InP, SiC, ZnO, etc.

Ternary: AlGaAs, InGaAs, etc.

9/14/2010

Semiconductor

• 3 most used semiconductors: carbon (C), silicon (Si) and germanium (Ge)

Carbon Silicon Germanium

<>=>;.ن :6789

Figure 3.40 Two-dimensional representation of the silicon crystal. The circles represent the inner core of silicon atoms, with +4 indicating its positive charge of +4q, which is neutralized by the charge of the four valence electrons. Observe how the covalent bonds are formed by sharing of the valence electrons. At 0 K, all bonds are intact and no free electrons are available for current conduction.

سيليكون طبيعي داراي يك ساختار•شبكه اي است كه در آن هر اتم

سيليكون توسط پيوندهاي كووالانسي با چهار اتم ديگر پيوند

.برقرار ميكنددر دماي اتاق، حرارت باعث•

ميشود تا تعدادي از پيوندهاي و كووالانسي شكسته شده

.الكترونهاي آزاد بوجود آيند

و هادي است .دليل اينكه سيليكون نيمه هادي ناميده ميشود آن است كه تعداد الكترونهاي آزاد آن مابين عايق

9/14/2010

Energy band diagram for a pure (intrinsic) silicon crystal with unexcited atoms. There are no electrons in the

conduction band (at 0 Kelvin).

14

Silicon energy gaps and levels.

1.8 eV – 0.7 eV = 1.1 eV

9/14/2010

Covalent bonds

"! وا'&%$ون

Figure 3.41 At room temperature, some of the covalent bonds are broken by thermal ionization. Each broken bond gives rise to a free electron and a hole, both of which become available for current conduction.

وقتي كه يك پيوند كووالانسي شكسته ميشود، يك الكترون•اتم اصلي خود را ترك ميكند آنچه كه بر جاي ميماند يك اتم با بار مثبت است كه آماده پذيرش يك الكترون را

آب( اين محل خالي. دارد حفرهيك)شبيه حباب در.ناميده ميشود

اين حفره ميتواند توسط الكتروني كه از اتم ديگري جدا•اينكار باعث ميشود تا حفره در محل ديگري. شده پرشودبدين ترتيب با جابجا شدن الكترونها حفره. تشكيل شود

هايعني. ها هم جابجا خواهند شد !جرياني از حفره مثبتمقدار بار الكتريكي حفره برابر با بار الكترون اما•

هم. است و الكترونهاي آزاد با در عمل تعداد حفره ها.استصفربرابر هستند لذا بار الكتريكي كل نيمه هادي برابر با

9/14/2010

At room temperature.

Creation of electron-hole pair

Creation of electron-hole pair• Electron-hole pairs in a silicon crystal. Free electrons are

being generated continuously while some recombine with holes.

9/14/2010

Hole current in intrinsic silicon.

20

حاملهاي بار در نيمه هادي

9/14/2010

?@AB1>و./

فقط يكي از هر ميليارد الكترون آزاد است

in

23226.02 10 2.3 4.93 10

28.1atoms× × = ×

و• و تركيب الكترون در حالت تعادل حرارتي ،پديده توليد الكترون آزاد.حفره با نرخ واحدي رخ ميدهند

با• و الكترونها برابر است :در يك درجه حرارت مشخص تعداد حفره ها:كه براي نيمه هادي خالص از رابطه زير حساب ميشود•

:در دماي اتاق داريم•

1 cm3 of silicon weighs 2.3 gram and socontains :

22

Resistance - temperature relationship for a conductor and a semiconductor

9/14/2010

23

)Drift(وراOP) E )Diffusionی اDرو حفره بر مبناي دو پديده در داخل نيمه هادي حركت ميكنند• :الكترون يك:)Diffusion(انتشار• و حفره ها در بخش هائي از اگر تعداد الكترونها

نيمه هادي برابر نباشند، الكترونها از جائي كه بيشتر هستند به سمت محلي ناميده) نفوذ( انتشاراين پديده. كه الكترون كمتري دارد، حركت خواهند كرد

.ميگردد انتشاريميشود كه باعث جرياني به نام جريان و الكترون• البته در يك نيمه هادي خالص در تمام نقاط توازن بين حفره

و چنين پديده اي رخ نميدهد .وجود داشته

9/14/2010

6XYZ از Eی UV.ذدر نيمه هادي شكل زير با اعمال ناخالصي تركيب حفره ها در طول نيمه•

از. هادي به هم خورده است وجود اين نايكنواختي باعث ميشود تا جريانيمقدار جريان با شيب پروفايل غلظت حفره. بوجود آيدxحفره در امتداد

:ها مرتبط خواهد بود

Figure 3.42 A bar of intrinsic silicon (a) in which the hole concentration profile shown in (b) has been created along the x-axis by some unspecified mechanism.

q01ر ا+*().*- ا+*()ونDp 2103 24678ار5 ا

Jpدا=>;(: 9).0نرا1@: 8?10: 1)ا5 9).0ن ا+*()ون

OPرایE)drift(مكانيزم ديگري است كه باعث بوجود آمدن جريان درداخل نيمه رانش•

.هادي ميشودرانش ناقلها هنگامي اتفاق مي افتد كه يك ميدان الكتريكي به دوسر نيمه•

و حفره ها در اثر اين ميدان شتاب گرفته. هادي اعمال ميشود الكترونها.و به سرعتي ميرسند كه سرعت رانش گفته ميشود

درراستاي آن به سرعتي برابر باEحفره ها در اثر ميدان•و برحسب در اين رابطه. ميرسند بيان موبيليتي حفره ها بوده

.ميشودpµ

9/14/2010

OPینرابا• و چگالي الكترونها برابر باpاگر در يك نيمه هادي چگالي حفره ها برابر

nو به اين نيمه هادي ميدان الكتريكي اعمال شود هر دو ناقلEبودهمجبور به حركت خواهند شد، ناقلهاي مثبت يا همان حفره ها در جهت

و ناقلهاي منفي يا الكترونها در خلاف جهت آن .ميدانبا• مقدار اين جريان براي حفره برابر است:و براي الكترونها داريم•با• :در نتيجه كل جريان حاصل از رانش برابر خواهد بود

اabودن `_^[6\ دو الكترونها برابر است• اما. در يك نيمه هادي خالص تعداد حفره ها

.ميتوان با افزودن ناحالصي به نيمه هادي اين برابري را به هم زديك نيمه هادي ناخالص كه تعداد الكترونهاي آزاد آن بيشتر از حفره•

ها n-typeهايش باشد ناميده p-typeو نيمه هادي با كثريت حفره.ميشود

درnبراي ساختن نيمه هادي نوع• به سيليكون يك ناخالصي مثل فسفر كه.الكترون دارد اضافه ميشود5لايه ظرفيت خود

•E.g. Phosphorus (P), Arsenic (As), Antimony (Sb)

9/14/2010

اabودن `_^[6\ د

Figure 3.43 A silicon crystal doped by a pentavalent element. Each dopant atom donates a free electron and is thus called a donor. The doped semiconductor becomes ntype.

با افزودن ناخالصي، اتم هاي فسفر•جايگزين برخي ازاتم هاي سيليكون شده

چهار اتم هاي مجاور پيوند4و هر يك با 4اما فقط. كووالانسي برقرار ميكند

4الكترون لايه آخر آن در پيوند باو يك الكترون لايه همسايه شركت كردهآخر بصورت آزاد باقي ميماند كه باعث

.ميشودnتبديل نيمه هادي به نوع ناخالصي مثل فسفر كه يك الكترون آزاد•

به نيمه هادي اضافه .ناميده ميشود)Doner(دهندهميكند،

باشد در حالت تعادل حرارتي غلظت NDاگر غلظت اتمهاي دهنده برابر•:الكترونهاي آزاد برابرخواهد بود با

30

Commonly used doping elements

Trivalent Impurities(p-Type)

Pentavalent Impurities(n-Type)

Aluminum (Al) Phosphorus (P)

Gallium (Ga) Arsenic (As)

Boron (B) Antimony (Sb)

Indium (In) Bismuth (Bi)

(Acceptor impurities) (Donor impurities)

9/14/2010

بر طبق اصول فيزيك نيمه هادي ها در تعادل حرارتي، حاصلضرب غلظت•و حفره ثابت است :الكترون

با• :لذا تعداد حفره هاي حاصل از يونيزه شدن حرارتي برابر استنيمه هادي ناخالص از لحاظ الكتريكي ختثي است، زيرا بار حاملهاي اكثريت•

. با بار اتمها خنثي ميشود

Conductivity of n-type material is increased due to more free-electrons.

p دd.ع

Figure 3.44 A silicon crystal doped with a trivalent impurity. Each dopant atom gives rise to a hole, and the semiconductor becomes p type.

اي• اگر ناخالصي اضافه شده مادهنظير برم باشد كه تعداد الكترونهاي

عدد است، هر اتم3لايه آخر ان اتم سيليكون3ناخالصي فقط با

و ايجاد پيوند كووالانسي برقرار كرده.يك حفره خواهد نمود

تعداد اين حفره ها در تعادل•حرارتي با غلظت اتمهاي ناخالصي

:رابطه داردتعداد الكترونهاي آزاد برابر است•

:با

E.g: B, Al, Ga, In

9/14/2010

33

p-type material and its energy diagram.

Conductivity of p-type material is increased due to more holes in valence band.

34

Doping Density1 impurity atom per

105 to 108 Si atoms and about 1022 Si atoms/cm3

1017 to 1014 impurity atom/cm3

(much more than heat-rupture electrons)

Able to “tune” conductivity by choice of doping fraction

Able to choose “majority carrier” (electron or hole)Able to vary doping fraction and/ or majority carrier within piece of semiconductor

:Advantages of doped semiconductors

At the rate 1 donor atom per 108 Si atoms, the conductivity at 30°C is multiplied by a factor of 24,100.

Conductivity in doping semiconductor is less dependent on temperature.

9/14/2010

ید3.دساخته ميشوند كه از كنار هم قرارpnديود هاي نيمه هادي از يك پيوند•

. ساخته ميشوندnبا يك نيمه هادي نوعpگرفتن يك نيمه هادي نوع .امروزه عمده مدارات نيمه هادي از سيليكون ساخته ميشوند•

Figure 3.39 Simplified physical structure of the junction diode. (Actual geometries are given in Appendix A.)

fgpnزh ارi j1

Figure 3.45 (a) The pn junction with no applied voltage (open-circuited terminals). (b) The potential distribution along an axis perpendicular to the junction.

وnنوع اگر دو قطعه نيمه هادي•pبه هم متصل شوند، در محل

و حفره ها اتصال غلظت الكترونهاو لذا حفره ها از با هم برابر نبوده

حركتnبه سمت ناحيهpناحيه و يك جريان نفوذي از بهpكرده

.خواهيم داشتnسمتاز• به همين ترتيب الكترونها نيز

نفوذ خواهندpبه ناحيهnناحيه و يك مولفه ديگر به جريان نمود

مجموع. نفوذي اضافه خواهند كرداين دوجريان يك جريان نفوذي

.برابر با ايجادخواهد كرد DI

9/14/2010

37

pn-junction initial energy levels.En

ergy

Ener

gy(a) (b)

38

The forming of the depletion layer.

Ener

gy

Ener

gy

9/14/2010

39

Depletion Layer Charges.

Total (+) = 21Total (-) = 20

Net charge = +1

Total (+) = 19Total (-) = 20

Net charge = -1

Electric field

PN Junction

9/14/2010

k=lm kn`

nپديده مشابهي براي الكترونهائي كه از ناحيهو باعثpبه ناحيه نفوذ ميكنند رخ داده

ميشود تا يك ناحيه تخليه فاقد حفره در نزديكي .مرز بوجود آيد

و منفي در اطراف ناحيه تخليه وجود بار مثبتباعث ميشود تا يك ميدان الكتريكي در اين

Figure 3.45 (a) The pn.ناحيه بوجود آيد junction with no applied voltage (open-circuited terminals). (b) The potential distribution along an axis perpendicular to the junction.

نفوذ ميكنند به سرعت با الكترونهايnبه ناحيهpحفره هائي كه از ناحيهو تعدادي از آنها آزادي كه به وفور در اين ناحيه موجود دارند تركيب شده

كه. را از گردونه فعاليت خارج ميكنند اين امر باعث ميشود تا حالت تعادليو در و بارهاي مثبت اين ناحيه وجود داشت از بين رفته قبلا بين الكترونها

در نتيجه. مرز بين دو ناحيه، منطقه اي بوجود آيد كه فاقد الكترون آزاد باشد.اين قسمت از لحاظ الكتريكي خنثي نبوده وداراي بار مثبت خواهد شد

، .گفته ميشودناحيه تخليه به اين ناحيه

Energy diagrams illustrating the formation of the pn junction and depletion region.

9/14/2010

k=lm kn`ژp1ارواز• :در غياب ميدان الكتريكي خارجي، ولتاژ ناحيه تخليه عبارت است

با• 0.8تا 0.6كه مقدار آن براي سيليكون در درجه حرارت معمولي برابر.ولت است

توجه شود كه اگر ولتاژ دو سر يك ديود در حالت باز اندازه گيري شود•برابر با صفر خواهد بود ،زيرا در نقطه اتصال فلز به نيمه هادي ولتاژ

وجود دارد كه مقدار ان دقيقا برابر با اين ولتاژ خواهد) كنتاكت(اتصال .شد

k=lm kn`ضrدو• و بستگي به مقدار ناخالصي عرض ناحيه تخليه در دو طرف يكسان نبوده

باشد براي برقراري تعادلAاگر سطح مقطه اين ناحيه. طرف دارد:الكتريكي داريم

در• بعلت اختلاف زياد غلظت دو طرف ممكن است، عمده ناحيه تخليهمي. يكطرف نيمه هادي قرار بگيرد عرض كل ناحيه از رابطه زير بدست

.ميكرومتر است1تا1و0آيد كه معمولا بين •

9/14/2010

fgpnstuvw Oxاyدر گرايش مستقيم جهت جريان بگونه اي است كه باعث تزريق الكترون•

تزريق حاملهاي اكثريت باعث. ميشودpو حفره به ناحيهnبه ناحيه و از عرض ان كاسته ميشود تا تعدادي از بارهاي ناحيه تخليه خنثي شده

.شودبا كاسته شدن عرض ناحيه تخليه،سد•

و اجازه) barier(ولتاژ آن كاسته شدهو الكترون عبور تعداد بيشتري حفره

از اين ناحيه داده ميشود كه باعث Figure 3.49 The pn junction excited by a constant-current source supplying a.افزايش جريان نفوذي ميگردد

current I in the forward direction. The depletion layer narrows and the barrier voltage decreases by V volts, which appears as an external voltage in the forward direction.

A forward-biased diode showing the flow of majority carriers and the voltage due to the barrier potential across

the depletion region.

The depletion region narrows and a voltage drop is produced across the pnjunction when the diode is forward-biased.

9/14/2010

47

The effect of forward bias.

(d) Bulk resistance

(a) An unbiased pn junction

(c) Conduction increases as the depletion layer becomes

narrower

(b) Charge motion at the moment SW1 is closed

z 23ر /.ز~ |تزريق حاملهاي اقليت به نواحي باعث ميشود تا غلظت آن در هر ناحيه•

از مقدار تعادل حرارتي بيشتر شود كه توزيع آن مطابق شكل زير خواهد و بيشتر شدن آن از مقدار. بود Isاين توزيع باعث افزايش جريان نفوذ

.ميشود

Figure 3.50 Minority-carrier distribution in a forward-biased pn junction. It is assumed that the p region is more heavily doped than the n region; NA ND.

9/14/2010

ینووp1ژد3.د راتوزيع حاملها در گرايش مستقيم در لبه ناحيه تخليه از رابطه زير پيروي•

.ميكند :و مقدار آن براي ساير نواحي بر اساس فاصله از رابطه زير تبعيت ميكند•

Forward-bias measurements show general changes in VF and IF as VBIAS is increased.

9/14/2010

V-I characteristic curve for forward bias. Part (b) illustrates how the dynamic resistance r’d decreases as you move up the curve

(r’d = ?VFIF?IF).

IS=reverse saturation currentk=11,600/η (η=1 for Ge and η=2 for Si)

TK=TC+273˚s

TkV

sD IeII KD

−

=

fg kn`pnژ;.سp1وmبا• نشانIsاگر رفتار ديود در گرايش معكوس را با منبع جرياني برابر

به ناحيهnدهيم، اين جريان بايد توسط مدار خارجي الكترونها را از ناحيه pخروج الكترون از ناحيه. ببردnباعث خواهد شد تا تعداد بارهاي

مثبت آن افزايش يابد كه خود به معناي اضافه شدن به عرض ناحيه تخليه .است

Figure 3.46 The pn junction excited by a constant-current source I in the reverse direction. To avoid breakdown, I is kept smaller than IS. Note that the depletion layer widens and the barrier voltage increases by VR volts, which appears between the terminals as a reverse voltage.

وpاتفاق مشابهي براي حفره ها در ناحيه مي افتدبا حذف آنها از اين ناحيه عرض ناحيه تخليه زياد شده

و و در نتيجه ولتاژ ناحيه تخليه نيز افزايش يافتهدر ناحيه تخليه ميشود .باعث كاهش جريان نفوذي

9/14/2010

53

The effect of reverse bias.

(c) When the bias is reversed, the depletion layer widens as charge carriers move away from the junction

(b) A depletion layer forms when there is no current

(a) A conducting pn junction

54

Diode capacitance.

n p

VR

Insulator

Conductor Conductor

Insulator

9/14/2010

fgpn kn`از• و اثر بهمنيIsاگر به ديود جريان معكوسي بزرگتر اعمال شود، دو پديده جديد با نامهاي اثر زنر

.در ديود اتفاق ميافتند

. ولت باشد5پديده زنر براي ديود هائي اتفاق ميافتد كه ولتاژ شكست آنها كمتر از•وقتي كه ولتاژ معكوس از اين حد فراتر ميرود ميتواند باعث شكسته شدن پيوند

و آزاد شدن الكترون حفره در ناحيه پيوندي شود ي خواهد. كووالانسي تعدا آنها بقدر.بود كه جريان مورد نياز مدار خارجي در ناحيه شكست را تامين نمايند

پديده بهمني وقتي اتفاق مي افتد كه الكترونها تحت تاثير ميدان خارجي از پيوند خود•و با سرعت به حركت در مي آيند با. جدا شده اين الكترونهاي سريع در اثر برخوردو اتمهاي مجاور باعث ازاد شدن الكترونها

حفره هاي ديگري ميشوند كه به نوبه خود .ميتواند الكترونهاي ديگري را آزاد كند

مقدار جرياني كه در اين پديده از ديود•.عبورمي كند، توسط مدار خارجي محدود خواهد شد

Figure 3.48 The pn junction excited by a reverse-current source I,where I > IS. The junction breaks down, and a voltage VZ , with the polarity indicated, develops across the junction.

شكست زينري ميدان الكتريكي در حدود يك ميليون ولت برسانتيمتر لازم.دارد

ولت 100تا 10000شكست بهمني با ميدان بسيار كمتر يعني در حدود.برسانتيمتر بوجود مي آيد

در ناخالصي هاي خيلي زياد عرض ناحيه تخليه كم ميشود وبنابراين با ولتاژ.ولت ميدان لازم براي شكست زينربوجود مي آيد1حدود

در اين حالت چون عرض ناحيه تخليه كم است ،جا براي سرعت گرفتن.الكترونها براي پديده شكست بهمني بوجود نمي آيد

از .ولت حادث ميگردد6معمولا شكست زينري در ولتاژهاي كمتر

56

و اين نامگذاري نام ديود زينر ربطي به نوع شكست نداردو .استغلط مصطلح براي هردو نوع استفاده شده

9/14/2010

V-I characteristic curve for reverse-biased diode.

The complete V-I characteristic curve for a diode.

9/14/2010

wتد3.دوا67:قسمت است3جريان اين ديود داراي- مشخصه ولتاژ•

Figure 3.8 The diode i–v relationship with some scales expanded and others compressed in order to reveal details.

60

Diode Equation (Accurate Model)

1D

T

VV

D SI I eη

= −

( )

diode current, Adiode voltage, V (positive, for forward bias)

current, A1 2depending on the material

thermal voltage11,600

D

D

S

T

IVI saturation

emission coefficientkT TVq

η η

==== ≤ ≤

= = =

where

where

( )23

-19

(Boltzmann constant) 1.38 10 J/°K(Kelvin) = 273+ °C ;C (degrees Celcius)

(charge of an electron) = 1.6 10 C; C (Coulombs)

kT T

q

−= ×

×

The equation is not valid in the reverse breakdown region.

9/14/2010

stuvw Oxاy kn`را• اگر جريان ديود باندازه كافي بزرگ باشد ميتوان رابطه جريان

:بصورت زير نوشت:در نتيجه ولتاژ دو سر ديود بصورت زير خواهد بود•

از• ولت باشد، جريان ديود بسياركم 0.5وقتي كه ولتاژ دو سرديود كمتر.اين ولتاژ ناميده ميشود. خواهد بود

در• و جريان با افزايش جريان وردوي ولتاژ بخاطر رابطه نمائي بين ولتاژ.باقي خواهد ماند 0.8-0.6محدوده

در نتيجه براي ديودي كه در حال هدايت است ميتوان فرض كرد كه ولتاژ•.در دو سر آن افت خواهد نمود 0.7

yاOx;.س kn` اگر اين. وقتي كه ولتاژدوسرديود معكوس شود، ديود وارد ناحيه گرايش معكوس ميشود•ولتاژ منفي چندين بار از كوچكتر باشد، مقدار جريان ديود را ميتوان

: بصورت زير تقريب زد و برابر با جريان اشباع ميباشد• در. بعبارت ديگر جريان گرايش معكوس ثابت البته.خيلي بيشتر خواهدبود Isعمل مقدار آن از جريان kn`

وقتي كه ولتاژ معكوس دو سر ديود از مقدار مشخصي كه مقدار شكست ناميده ميشود،•.تجاوز كند ديود وارد ناحيه شكست ميشود

در اين ناحيه جريان بشدت زياد ميشود در حاليكه ولتاژ متناسب با آن فقط اندكي•.اضافه ميشود

.اگر اتلاف حرارتي ديود كنترل شود قرار گرفتن در اين ناحيه مخرب نخواهد بود•.از اين خاصيت براي تنظيم ولتاژ استفاده ميشود•

9/14/2010

Actual Diode Characteristics

Note the regions for No Bias, Reverse Bias, and Forward Bias conditions.Look closely at the scale for each of these conditions!

6363

6464

Is temperature effecting this VI characteristics?

Note that Reverse saturation current is in order of 10nA(10x10-9) for Si diode and

1µA(10-6) for Ge diode

Zener region

Comparison of Si and Ge semiconductor diodes

9/14/2010

65

Temperature effects on diode operation.

0.2 0.4 0.6 0.8

IF(mA)

2

4

6

8

10100 C 25 C

1.0

I2

I1

V1V2

VF(V)VR

IR

5

10

15

20

IR = 5 A

IR = 10 A

IR = 20 A

T = 25 C

T = 35 C

T = 45 C

Diode structure and schematic symbol.

9/14/2010

•Forward-bias and reverse-bias connections showing the diode symbol.

• ) ( ) ( :و جريان– اگر ولتاژ اعمالي به آند بيشتر از كاتد باشد ديود در گرايش مستقيم بوده

.ازآن عبور خواهد كردو– اگر ولتاژ اعمالي به آند كمتر از كاتد باشد ديود در گرايش معكوس بوده

. بصورت قطع عمل خواهد كرد

د3.د ای ل

Figure 3.1 The ideal diode: (a) diode circuit symbol; (b) i–v characteristic; (c) equivalent circuit in the reverse direction; (d) equivalent circuit in the forward direction.

9/14/2010

The ideal model of a diode.

The practical model of a diode.

9/14/2010

د3.د- 6 w ا

Typical diode packages with terminal identification.

9/14/2010

DMM diode test on a properly functioning diode.

Testing a defective diode.

9/14/2010

ازد3.ددر• در عمل بايد توسط مدارات جانبي جريان عبوري از ديود را وقتي كه

و همچنين مقدار ولتاژ معكوسي كه هنگام گرايش حال هدايت است.معكوس دردو سر آن ميافتد را محدود كرد وگرنه ديود آسيب خواهد ديد

Figure 3.2 The two modes of operation of ideal diodes and the use of an external circuit to limit the forward current (a) and the reverse voltage (b).

WX10ن 9).0ن U@V اST 24 و+(0ژ6)Yد 8- اW.و+2 رو5 د.

Diode part number

Peak reverse voltage

1N4001 50

1N4002 100

1N4003 200

1N4004 400

1N4005 600

1N4006 800

1N4007 1000

76

Diode Maximum ratings.Rating Discussion

Peak repetitve reverse voltage, VRRM Maximum allowable reverse voltage.

Nonrepetitive peak reverse voltage, VRSM

Maximum allowable value of a single event reverse voltage. (VRSM > VRRM)

RMS reverse voltage, VR(rms) VR(rms) = 0.707 VRRM

Average rectified forward current, I0 Maximum average diode current.

Nonrepetitive peak surge current, IFSM Maximum allowable value of forward current surge. (30A for 1N400X)

Operating and storage junction temperature, TJ or Tstg

Temperature that diode can withstand.

9/14/2010

77

Diode electrical characteristics.

Maximum forward voltage drop, VF

Maximum value that VF will ever reach.

Maximum full-cycle average forward voltage drop, VF(AV)

Maximum average forward voltage.

Maximum reverse current, IR Usually given at various temperature. The rating is valid for all reverse dc voltage below VRRM.

Maximum full-cycle average reverse current, IR(AV)

Maximum average value of IR.

≈−= K

D

K

DTkV

SSTkV

SD eIIeII

Assume IS = 10 fA = 10 x 10-15 Amp ( f = femto = 10-15 )and that at room temperature (see page 21 ) ( TK / k ) = 26 mV

Then forward curve of the diode can be written as

=⇒×=

Af10I

logmV26VeAf10I DeD

mV26V

D

D

Mathematical expression of a Diode

Diode drop VD

9/14/2010

( ) [ ]

DDDd

D

D

DDkD

D

d

kk

SDDk

SDk

Sk

Sk

SD

DDd

D

DdSD

ImV

I.

I.r

dIdV

I.ITk

dVdI

r),(equationFrom

.,TkT,etemperaturroomat

)SiandGebothfor(,,k

)(IIITkII

Tk

ITkeI

TkeI

dVdI

dVd

r

dIdV

rcurvediodeofSlopeeII

kTDkV

kTDkV

kTDkV

2602609338

1

93381

1

9338298

6001129827325

116001160011

1

111

1

==×

==∴

×===

==⇒=+=

=η=η

=

−−−−−>>⇒≈+=

+

−=

−==

=⇒−=

Diode resistance rd

Resistance levels of a Diode

9/14/2010

Qpt∆Ιd

∆vD

Tangent line

Diode characteristic

8181

avVdr (point to point)Id

∆=∆

AC resistance can be determined by picking 2 points on the characteristic curve developed for a particular circuit.

•Average AC Resistance

8282

9/14/2010

iل<> )ل.و dcدر برخي كاربردها ديود باياس ميشود تا در يك نقطه كار قرار بگيرد

. كوچك به آن اضافه ميشود acسپس يك مقدار در چنين مواقعي معمولا از مدل افت ولتاژ ثابت استفاده ميشود تا

نقطه كار ديود مشخص گردد، سپس مشخصه ديود با خطي كه شيب آن در نقطه كار از روي

منحني بدست ميĤيد، .تقريب زده ميشود

Figure 3.17 Development of the diode small-signal model. Note that the numerical values shown are for a diode with n = 2.

9/14/2010

`¡د¡`:2£¤ iاراتد3.داين. براي آناليز دقيق ديود در يك مدار از مدل نمائي استفاده ميشود•

و براي استفاده مشكل است .مدل غير خطيدر 0.5از VDDدرمدار شكل مقابل با فرض اينكه• بيشترباشد تا اينكه ديود

.حال هدايت قرار گيرد، جريان ديود از رابطه زير بدست مي آيدبا• :از طرفي اين جريان برابر است

:1 :T د داردW9ل وW[\8 0د+: دو]در ا.^ دو8و `*)ارS_ S10V 5 ا24 -*;Yا(a b.(cدو.

`¡yا©>¨i 6ل§¦6¥، دو معادله فوق در نمودار ولتاژ• . جريان رسم ميشوند-براي آناليز گرافيكي

.محل تلاقي اين دو نمودار راه حل مسئله خواهد بود

Figure 3.11 Graphical analysis of the circuit in Fig. 3.10 using the exponential diode model.

0T :@7= -Vd` Se8ر f4ر gh و =W?;8 i6;80د

i6;80= 01ر gh i6j.W?;8د

9/14/2010

Load Line AnalysisDetermine ID, VD & VR

Circuit for load line analysis

RIVVVE DDRD +=+=

mA 24.2433.080,0

===∴

+==

kREI

RIEV

D

DD

V8)0(,0

==∴+==

EVRVEI

D

DD

For

For

• The load-line analysis becomes:

• From the analysis:VDQ = VD ≈ 0.9 V IDQ = ID ≈ 21.5 mA

(21.5 )(0.33 )7.095 V

R DV I R m k= ==

9/14/2010

»\ روش ار.پاسخ معالات فوق را ميتوان به روش تكرار حل نمود•:مثال•

=Eمقداراگر در شكل قبل• =5v وR=1K و همچنين اگر اهم باشدبا 0.7جريان ديوددرولتاژ با 1mAبرابر و افت ولتاژي برابر 0.1vبوده

.را مشخص كنيد VDو IDدر هر دهه از تغيير جريان داشته باشد، مقدار

DDV

¬­®:خواهيم داشت Vd=0.7با فرض•

سپس با استفاده از رابطه•وجايگزين كردن مقادير

:خواهيم داشتو تكرار روش فوق داريم• :با استفاده از اين مقدار جديد براي ولتاژ ديود

:با تكرار بيشتر مقادير فوق تغيير چنداني نخواهند نمود

9/14/2010

91

Example: Calculate VD and ID in the following figure Hint:- use iteration method with the diode equation Af10

IlnmV26)mV(V D

D =

havewemethoditerationby(2) and (1)equation solvingand

(2)k5.0V20

I

(1)Af10

IlogmV26V

DD

DeD

⇒−

=

⇒

=

VD (V) 0.7 0.753 0.753

ID (mA) 38.6 38.494 38.494

1. Take VD=0.7V use eqn(2) find ID=38.6mA

2. substitute ID=38.6mA in eqn(1) find VD =0.753V

3. Take VD=0.753V use eqn(2) find ID=38.494mA

4. substitute ID=38.494mA in eqn(1) find VD =0.753V

5. Take VD=0.753V use eqn(2) find ID=38.494mA

Converge at VD=0.753V and ID=38.494mA Answer

~$¯¡`. در مواقع زيادي آناليز دقيق به روش تكراري بسيار وقت گير خواهد بود•

در چنين مواقعي ميتوان از يك روش سريع اما با دقت كمتري استفادهو پس از ارزيابي نتيجه در صورت نياز به آناليز دقيق پرداخت .كرده

اين. يك راه حل تقريب زدن مشخصه ديود با يك نمودار خطي است•و ديگري با شيب rD/1مشخصه را ميتوان با دو خط يكي با شيب صفر

.تقريب زد

9/14/2010

د3.د w 6 :در تقريب خطي مشخه ديود را ميتوان بصورت زير نشان داد•

و يك مقاومت نشان• چنين مدلي را ميتوان با تركيب يك ديود ايده آل:داد

Figure 3.13 Piecewise-linear model of the diode forward characteristic and its equivalent circuit representation.

YZل.مثال قبل را به روش تقريب خطي ديود حل كنيد•:از مقادير زير استفاده نمائيد•

Figure 3.14 The circuit of Fig. 3.10 with the diode replaced with its piecewise-linear model of Fig. 3.13.

9/14/2010

j°±ژp1وj©لاiيك مدل بسيار ساده تر كه در شكل زير نشان•

داده شده است، مشخص ديود ايده آل را با دو و ديگري: خط جايگزين ميكند يكي با شيب صفراين مدل شبيه به مدل ايده. با شيب بينهايت

آل است با اين تفاوت كه در حالت گرايش ولت V=0.7مستقيم افت ولتاژي برابر با.در دو سر ديود در نظر ميگيرد

Figure 3.15 Development of the constant-voltage-drop model of the diode forward characteristics. A vertical straight line (B) is used to approximate the fast-rising exponential. Observe that this simple model predicts VD to within ±0.1 V over the current range of 0.1 mA to 10 mA.

YZل.مثال قبل را با مدل افت ولتاژ ثابت حل كنيد•

Figure 3.16 The constant-voltage-drop model of the diode forward characteristics and its equivalent-circuit representation.

9/14/2010

97

Example: Use approximate method to solve VD and ID for the given diode circuit, (a) if it is a Si diode, (b) if it is a Ge diode, (c) if it

is an ideal diode

AnsmA9.3k1

9.3k10.710

k1V10

I

V0.7VdiodeSi(a)

DD

D

⇐==−

=−

=∴

=⇒

AnsmA9.7k1

9.7k10.310

k1V10

I

V0.3VdiodeeG(b)

DD

D

⇐==−

=−

=∴

=⇒

AnsmA01k1010

k1V10

I

V0VdiodeIdeal(c)

DD

D

⇐=−

=−

=∴

=⇒

V110.30.712oVorV10.97k5.61.96mAk5.6RIoV

mA1.96k5.6

0.30.712RIk5.6RI0.30.712

=−−==×=×=

=−−

=⇒×++=

AnsV12D2V0D2V+0oVD2V+D1V12V0k5.60k5.6RIoVThenmA0RIbiased-reverseis2D

⇐=⇒+=+=

=×=×==⇒

Because there is no current through the diode, voltage drop of the diode D1 is zero

Example: Find Vo and IR for the given diode circuits.

9/14/2010

99

بدمطالبى كه از:³_² بادد به خاطراييود :يمشاشتهياجري- لتاژوبطهار-1 :متقيمس ديود درجهتكن

.و فرض مي شود n=1درصورتيكه شرط خاصي نباشد،اي،رت ثابت بودن دماصودر-2 در 60رهشبا افز ميلى ولت ولتاژ دو سر ديود

. برابر مي شود 10جهت مستقيم، جريان آن سرصدر-3 درهرشيود، با افزايدورت ثابت بودن ولتار دو جريان راد،گجه سانتيدهميد .دوش يود دو برابرژراد، ولتاگهر درجه سانتيشيود، با افزايدازهذرندگ رت ثابت بودن جريانصودر-4

كمددو سر .مي شوديود، دو ميلى ولتمد، افت ولتار دوسردار نباشررشرط خاصى برقگا-5 تقيمسيود باياس شده در جهت

. ولت فرض مي شود7.0يا 0.6مى يود از رابطهدت ديناميكىممقاو-6 .يدآبدست . T

dD

n VrI

=

w ´µ¶·ivارi یو ديود ، مقاومت كه بصورت موازي تركيب سري منبع ولتاژ

، باعث د مقاومت درزمانيكه ميزان ولتاژ شيب تغييربا ورودي قرار دار:مي رسد ،خواهد شد)E(ورودي به اندازه ولتاژمنبع

. اضافه ميشودvبرحسبiاگر ديود روشن شود ،شيب مشخصه.كم ميشودvبرحسبiاگر ديود خاموش شود، شيب مشخصه

100

9/14/2010

يك سريتركيب و ديود بصورت و مقاومت منبع ولتاژشاخه موازي با ورودي

اگر دو يا چند ديود در يك ولتاژ روشن ويا خاموش شوند، اثر آنها بصورت جمع.جبري در تغيير شيب ملاحظه ميشود

با موازيتركيب و ديود بصورت يك شاخه سري و مقاومت منبع جريان.ورودي معمولا بعنوان محدود كننده جريان استفاده ميشود

.معمولا از ولتاژ منهاي بينهايت بررسي را شروع ميكنيمدر ولتاژ منهاي بينهايت روشن باشد،) مربوط به يك شاخه موازي(اگر ديودي

.يعني مشخصه منهاي بينهايت داراي شيب است.اگر هيچ ديودي در منهاي بينهايت روشن نباشد، شيب صفر است

101

w ی h ¹()º ارi ´µ¶·iv. يافت چند مدار متناظر ممكن است براي يك مشخصهبه د تجربه طراح اين كار . مدار برميگرد. معمولا از ولتاژ منهاي بينهايت بررسي را شروع ميكنيمكهivمنحنينقاط شكستگي و متناظر با ولتاژهايي است ديودها روشن

.مي شوند خاموش ، .را تعيين مي كنيم مقاومت ورودي برحسب شيب مشخصه:op?8 q;j fTiq<_(1v6ن 078و28 وروديj 8[0دل ز.0د ،

:ا24ي اضافه شدن يك شاخه مقاومتي سري حذف يك شاخه مقاومتي مواز

102

9/14/2010

:op?8 q;j 6نj 6نj :Y0vاiq<_(1v،6نj fT 8[0دل:078و28 ورودي ا24

ي اضافه شدن يك شاخه مقاومتي موازي حذف يك شاخه مقاومتي سر

و د.Wد `)آ;q 4)ي Uwx8 078و28مربوط به يك شاخه(وجود شيب در منهاي بينهايت يعني در آن ولتاژ، ديودي

ي .روشن بوده است) موازميتوانند در يك ولتاژ روشن ويا خاموش شوند كه اثر آنها بصورت دو يا چند ديود

د جمع جبري در تغيير شيب .ملاحظه ميشوبراي تعيين مشخصه مداراتي كه در منهاي بينهايت داراي شيب نقطه مرجعيك

( استجريان صفر هستند ميتواند جائي باشد كه يعني تمام شاخه هاي موازي.و هيچ شاخه جديدي اضافه نشده است .)حذف شده اند

103

اd.اعد3.دانواع متعددي از قطعات ديودي وجود دارند كه نوع كار ،مشخصه ،پايانه•

تعدادي از اين قطعات شامل.وزمينه كاربرد آنها با هم متفاوت استنوري ،اپتو كوپلر،ديود شاتكي ديود،) LED( نوردهندهديود،ديودهاي زينر

.است،ديود خازني وديود تونلي

104

9/14/2010

د3.د ز«

Figure 3.20 Circuit symbol for a zener diode.

كم• و تغيير بسيار شيب تند جريان در ناحيه شكست ديودولتاژ در اين ناحيه باعث ميشود تا بتوان از ديود در

. ناحيه شكست بعنوان رگولاتور ولتاژ استفاده نمودديود زنر ديودي است كه طراحي شده تا در ناحيه•

.شكست كار كنددر كار بردهاي معمولي اين ديود كاتد به ولتاژ بالاتري•

نسبت به آند وصل ميشود در نتيجه جرياني مطابق شكل .از آن عبور خواهد كرد

Common Zener Voltages: 1.8V to 200V

kn`د3.د

Figure 3.21 The diode i–v characteristic with the breakdown region shown in some detail.

جريان ديود،- مطابق منحني ولتاژ•وقتي كه جريان معكوس ديود از

بيشتر ميشود، اين منحني Izkمقدار تقريبا بصورت يك خط راست در

.مي آيدمعمولاهرديود زنر براي يك ولتاژ•

مثلا ديودزنر. بخصوص طراحي ميشودولت 6.8در ولتاژ معكوس 6.8

را از خود 10mAجريان معكوس با تغيير جريان. عبور خواهد داد

مقدار ولتاژ دوسرديودنيز تغيير .خواهد نمود

9/14/2010

kn`iلد3.د ز«مدل ديود در ناحيه شكست در شكل مقابل آورده شده•

:استكه rzمقاومت• مقاومت ديود زنر درنقطه كار است

و در حد چنداهم است .معمولا بسيار كممعمولا در حد چند ولت تا چند صد ولت در نظر Vzولتاژ•

.گرفته ميشودبراي هر ديود زنر مقدار تواني كه ميتواند تلف كند توسط•

.سازنده تعيين ميشودمدل ديود درناحيه شكست بصورت•

به Vzo. است .استVzمعمولا نزديكFigure 3.22 Model for the zener diode.

108

Complete-model diode curve.

Reverse operating

region (also called the reverse

breakdown region)

Forward operating

region

FB

F

VRI

∆=∆

RZ

R

VRI

∆=∆

9/14/2010

YZل در شكل زير•

.در حالت بي باري چقدر است Voمقدار•يا line Regulationمقدار•

.چقدر استيا load Regulationمقدار•كه جريان 1mAتغييرات ولتاژ در اثر اتصال باري

.مي كشد ،چقدراست2Kبراي بارهاي Voمقدار• , 0.5K اهم چقدر است.براي اينكه ديود درناحيه شكست باقي Rlمقدار حداقل•

بماند چقدر است؟Figure 3.23 (a) Circuit for Example 3.8.

¬­®با قراردادن مقادير فوق در رابطه•:مقدار جريان در حالت بي باري

:لذا•:در ولتاژ منبع داريم 1V-+براي تغيير•

:لذا•

Figure 3.23 (b) The circuit with the zener diode replaced with its equivalent circuit model.

9/14/2010

را بكشد جريان زنر به همين اندازه كم خواهد 1mAوقتي كه بار جريان•.شد

مقدار تقريبي جريان برابر 2kبراي بار•است با

:اين جريان از ديودكم ميشود لذا

Figure 3.23 (b) The circuit with the zener diode replaced with its equivalent circuit model.

با 0.5براي مقاومت• :كيلو اهم مقدار جريان برابر است

6.4mAبرابرباRاما اين امكان پذيرنيست زيرا جريان•و مقدار ولتاژ برابر.است در اينصورت زنر قطع بوده

:خواهد بود با

براي اينكه زنر در حالت شكست باقي بماند، بايد جريان•از Iz=0.2آن از در. كمتر نشود Vzk=6.7و ولتاژ آن

برابر است باRكمترين مقدار ولتاژ منبع مقدار جريان

با• در نتيجه مقدار جريان بار برابر است

:ودر آخر•

9/14/2010

d(LED).رد¼)د3.ديك پيوند• در گرايش مستقيم قرار PNدر كه

و حفره از مرز داشته باشد تعداد زيادي الكترونو الكترونهاي ناحيه و با حفره پيوند عبور كردهمجاور تركيب ميشوندوانرژي خود را به شكل

يك. گرما ساطع مي كنند در LEDدر حالي كهيك(از مواد خاصي bandgapبه شرط داشتن

به) مناسب براي تبديل بخشي از اين انرژي.استفاده مي كنند

بنحوي ساخته LEDديود•ميشود كه اين نور .قابل مشاهده باشد

• In a forward-biased p-n junction, recombination of the holes and electrons requires energy possessed by the unbound free electrons

• In Si and Ge, most of the energy is dissipated in the form of heat and photons

• But in other material such as GaAs, the energy generate light but it is invisible for the eye to see (infrared)

• Other materials that emit light during forward-bias operation

Color Construction Forward Voltage

AmberBlueGreenOrangeRed WhiteYellow

AlInGaPGaNGaP

GaAsPGaAsP

GaNAlInGaP

2.15.02.22.01.84.12.1

9/14/2010

Relative response of the human eye to various colors

350 400 450 500 550 600 650 700 750

100

10-1

10-2

10-3

10-4

Relative eye responseRelative eye response

Wavelength in nanometers

The materials which are used for important light emitting diodes (LEDs) for each of the different spectral regions.

GaN

GaN

ZnS

eZn

Se

violet blueG

aP:N

GaP

:Ngreen yellow

GaA

sG

aAs ..

1414pp 8686

GaA

sG

aAs ..

3535pp 6565

redorange

GaA

sG

aAs ..

66pp 44

Color NameColor Name WavelengthWavelength(Nanometers)(Nanometers)

SemiconductorSemiconductorCompositionComposition

InfraredInfrared 880880 GaAlAs/GaAsGaAlAs/GaAsUltra RedUltra Red 660660 GaAlAs/GaAlAsGaAlAs/GaAlAs

Super RedSuper Red 633633 AlGaInPAlGaInPSuper OrangeSuper Orange 612612 AlGaInPAlGaInP

OrangeOrange 605605 GaAsP/GaPGaAsP/GaPYellowYellow 585585 GaAsP/GaPGaAsP/GaP

IncandescentIncandescentWhiteWhite 4500K (CT)4500K (CT) InGaN/SiCInGaN/SiC

Pale WhitePale White 6500K (CT)6500K (CT) InGaN/SiCInGaN/SiC

Cool WhiteCool White 8000K (CT)8000K (CT) InGaN/SiCInGaN/SiC

Pure GreenPure Green 555555 GaP/GaPGaP/GaP

Super BlueSuper Blue 470470 GaN/SiCGaN/SiC

Blue VioletBlue Violet 430430 GaN/SiCGaN/SiC

UltravioletUltraviolet 395395 InGaN/SiCInGaN/SiC

9/14/2010

MaterialMaterial Wavelength Wavelength (µm)(µm) MaterialMaterial Wavelength Wavelength

(µm)(µm)ZnS ZnS ZnOZnOGanGanZnSeZnSeCdSCdSZnTeZnTeGaSeGaSeCdSeCdSeCdTeCdTe

0.33 0.33 0.370.370.400.400.460.460.490.490.530.530.590.59

0.6750.6750.7850.785

GaAsGaAsInPInP

GaSbGaSbInAsInAsTeTe

PbSPbSInSbInSbPbTePbTePbSePbSe

0.840.84--0.950.950.910.911.551.553.13.1

3.723.724.34.35.25.26.56.58.58.5

(photodiode)د3.دd.راي. براي تشخيص نور ساخته ميشوند• داراي محفظه

.هستند كه نور را به سطح پيوند مي تاباند. اين ديود در گرايش معكوس مورد استفاده قرار ميگيرد•

فوتون هاي نوري كه به ناحيه تخليه ميتابد باعث توليدو حفره ميشوند كه به سرعت توسط ميدان الكترون

.الكتريكي اعمالي جذب ميشوندكم• اگر عرض ناحيه تخليه نسبت به عرض ديود بسيار

باشد جرياني كه در ناحيه پيوند ايجاد ميشود با شدت نور .متناسب خواهد بود

معمولا از مواد نيمه هادي نظير گاليم آرسنايد ساخته•.ميشوند

9/14/2010

Á®..ÂÃايك LEDبا تركيب يك شدداد نوري به صورت نشانديودو ده بهتمي زير رشكله وان

در اين شكل ديود نور دهنده. اپتوكوپلر دست يافت يكو ديود نوري در سمت راست قرار دارد .در سمت چپبه• ، فرض كنيد كه منبع سيگنال به سمت چپ وبار براي درك عملكرد اين وسيله

دقت كنيدكه هر دو قسمت نياز به مدار مناسب. سمت راست متصل شده استمنبع سيگنال باعث تغيير در شدت نور توليدي توسط. براي باياس صحيح دارند

LED بنابر. مي گردد، كه اين خود منجر به تغيير جريان عبوري از ديود نوري مي شودو بار به صورت الكتريكي كاملا ازهم ايزوله شده ودر عوض به اين منبع سيگنال

.صورت نوري كوپله شده اند، از همين عبارت• البته هنگامي كه بجاي ديودها از ترانزيستور استفاده مي گردد

. در ابن حالت سطح ولتاژ خروجي بالاتر است. اپتوكوپلر نيز استفاده مي شود119

به طور كلي هنگامي كه ديودها در ناحيه باياس معكوس قرار مي گيرند، اثرخازني از خودمي مقدار اين خازن با تغيير اندازه. نشان مي دهند ي ولتاژ معكوس دو سر پيوند تغيير

هاي ديوداز اين اثر خازني ساخته مي شوند، يودهايي كه به طور خاص براي استفادهد.كند. عبارت وركتور به معني خازن متغير با ولتاژ است. مي شوند ناميده خازني يا وركتور

و يا در ساخت نوسان و در گيرنده هاي فركانس بالا از اين ديودها در مدارات تيون. استفاده مي شود) VCO((ساز كنترل شده با ولتاژ

6Äد3.د _ز

9/14/2010

6ÅÆ./د3.ددر.آمپر اين ديودها يك ناحيه با مقاومت وجود دارد-در مشخصه ولت به اين معني كه

.اين قسمت از منحني مشخصه با افزايش ولتاژ ،جريان كاهش مي يابداز اين ديودها در نوسان سازهاي فركانس بالا ومدارهاي مايكروويو استفاده مي

. شود

د3.د ¨6هنگامي كه يك ديود پيوندي معمولي در ناحيه باياس مستقيم قرار مي گيرد، حفره ها•

ي نوع ي نوعPاز ماده ناو الكترون هاnبه سمت ماده ي به سمتnوعز مادهي نوع وا. حركت مي كنندPماده از تركيب با بارشپيين بارها به طور موقت

ميذمخالف در هر دو طرف بهشخيره و دهوند منظور تغيير ولتار يابهليلمينتغشد جريان، در حالت باياس مستقيم لازم است كه اين بارهاي ذخيره . يير كننده

اهاين پديد شوه ناميد شارين انتكه خازدمي آوردخازني بوجوثريك .دميهنگامي كه ديود از باياس مستقيم به باياس معكوس تغيير وضعيت مي دهد ،به•

بارهاي ذخيره شده، مدت زماني براي صفر شدن جريان مورد نياز دليل وجود اين را. است گويند كه براي ديودهاي معمولي از زمان بازيابي معكوس اين زمان

ي نانو ثانيه است اين اثردر فركانس هاي پايين قابل چشم پوشي است،. مرتبه.اما در فركانس هاي بالا اين چنين نيست

122

9/14/2010

و در واقع كاهش زمان بازيابي ديودهاي شاتكي به منظور كاهش مقدار خازن انتشاري.معكوس ساخته شده اند

ي سيليكون نوع• به همين منظور با بكارگيري لايه نازك آلومينيوم بر روي يك مادهn)كم و نيمه هادي تشكيل مي دهند) با درجه تغليظ . يك پيوند يكسو كننده بين فلز

و نيز مدارات سوئيچينگ ي فركانسي مايكروويو از اين ديودها مي توان در محدودهآن. با سرعت بالا استفاده نمود خاصيت ديگر اين نوع ديود، كم بودن ولتاژ آستانه

. است

123

Low forward voltage (0.2-0.3 V)

Suitable for digital switching applications

Capable of operating at freq. of 20 GHz and more

6xT -8 ف(o8 fان آW` 01 0ژه0ي)+در و .

Constant-Current Diodes

Other Diodes

PIN diodesCurrent controlled resistance (in forward operation)Used as switches or modulators in UHF and microwave applications

Step-recovery diodesLow-picosecond switching time

9/14/2010

Any Questions?

??125