11.2 : Dioda: Polaryzacja

W urządzeniach półprzewodnikowych diody odgrywają kluczową rolę w kierowaniu przepływem prądu, a ich działanie dzieli się przede wszystkim na polaryzację w kierunku przewodzenia i polaryzację wsteczną. Mówi się, że dioda jest spolaryzowana w kierunku przewodzenia, gdy jej obszar typu p jest podłączony do dodatniego bieguna akumulatora, a jej obszar typu n jest połączony z biegunem ujemnym. Taka konfiguracja zmniejsza barierę potencjału w diodzie, umożliwiając łatwy przepływ prądu z obszaru typu p do obszaru typu n.

Zachowanie diody przy polaryzacji przewodzenia zależy od jej charakterystyki IV-V, na którą wpływa materiał, temperatura i wymiary fizyczne diody. W przypadku polaryzacji w kierunku przewodzenia prąd diody (I_D) można opisać równaniem diody:

gdzie I_S to prąd nasycenia, q to ładunek elektronu, V_D to przyłożone napięcie na diodzie, n to współczynnik emisji, k to stała Boltzmanna, a T to temperatura złącza. Napięcie termiczne V_T (kT/q) mierzy energię potrzebną do przemieszczania nośników ładunku przez diodę, a jego wartość w temperaturze pokojowej wynosi około 26 mV.

Dioda wykazuje znikomy prąd dla napięć poniżej napięcia załączenia, typowo 0,7 V dla diod krzemowych. W przypadku polaryzacji przewodzenia na każdą dekadę zmiany prądu przewodzenia napięcie diody zmienia się o około 60 mV. Prąd nasycenia (I_S) zmienia się wraz z temperaturą i polem przekroju poprzecznego diody i podwaja się przy każdym wzroście o 10°C. Ze względu na zależność temperaturową I_S i V_T, spadek napięcia na diodzie zmniejsza się o około 2 mV na każdy wzrost temperatury o 1°C przy stałym prądzie, co jest właściwością wykorzystywaną w obwodach wykrywających temperaturę, takich jak termometry elektroniczne. Zrozumienie tych właściwości ma kluczowe znaczenie w elektronice, w której diody są centralnymi elementami, takimi jak prostowniki, miksery sygnałów i regulatory napięcia.