PN разпад и лавина

В предишно видео говорихме за VI характеристиките на диод на р-n преход. Видяхме, че при предно свързване, след определено напрежение, наречено прагово напрежение, токът силно се увеличава, диодът провежда много добре. Но при обратното свързване видяхме, че токът е почти нула. Протича много малък ток, почти е нула. Но по-интересното е, че токът беше почти постоянен. Не зависеше от напрежението, което беше приложено. Ако ти трябва повече яснота за VI характеристиките, би било чудесно да се върнеш, да гледаш онова видео и да се върнеш тук. Но в това видео ще проучим какво се случва, ако увеличиш напрежението до доста голяма стойност при обратно свързване. Ще видим, че тук се случва нещо много интересно. Да го направим. Представи си, че това тук е нашият диод на р-n прехода и нека направим обратно свързване. Помни, обратното свързване е да свържем отрицателния терминал към р-страната. Поставяме отрицателния терминал тук, а положителния терминал свързваме с n-страната. Положителният терминал е тук. В идеалния случай, диодът не трябва да провежда. Но има малък ток, който започва да тече в тази посока от n към р и помниш ли защо тече този ток? Ако увеличиш точно при прехода, тогава ще видиш, че има нещо, което се нарича обеднена зона и тя е областта, където почти няма носители на заряда. Йоните са оголени и, като резултат, има много силно електрическо поле, което съществува в тази област. Говорили сме за това в предишни видеа. И, като резултат, по-малкото на брой носители на заряда, например електроните в р-областта, след като дойдат в тази обеднена зона биват ускорени надясно, както можеш да видиш, и, подобно, дупките от края, по-малкото на брой носители на заряда, биват възбудени наляво и това води до ток от n към р. При нормални напрежения, както когато напрежението е около 2 или 3 волта, нищо интересно не се случва, имаш почти постоянен ток, но докато напрежението се увеличава, обеднената зона се разширява, а това означава, че електрическото поле става по-дълго. Но не само това. Оказва се, че електрическото поле също така става по-силно и, като резултат, тези електрони получават повече ускорение, понеже получават повече кинетична енергия. А до какво води това? За да разбереш какво се случва, трябва да увеличиш още повече. Ако вземеш една малка част тук и увеличиш още повече... нека направим това. Увеличаваме още повече и, помни, че всъщност има силиконови атоми тук, не сме показали това, и всички тези атоми са ковалентно свързани с тези електрони, което не сме показали, обикновено не ги показваме. Всички те са свързани, не са подвижни, но пак са си тук. И показах един свободен електрон тук. Това е електронът, който бива ускорен. Поставих малко "сияние" тук, за да можем да различим свободния електрон, провеждащия електрон и тези непровеждащи електрони тук. Да видим какво се случва. Имаме едно и също поле тук, така че този свободен електрон ще бъде възбуден надясно. И, докато се движи надясно, ако има достатъчно кинетична енергия, може да удари този електрон и, може би, да го вкара в провеждащата лента. Това е възможно. Обикновено виждаш електрона да прескача в провеждащата лента, само поради генериране на топлина, поради топлинна енергия. Но това е друг начин, по който електронът може да бъде освободен от тази ковалентна връзка и, като резултат, може би този електрон бива освободен и сега имаш два свободни електрона и поради това имаме допълнителен свободен електрон и имаме допълнителна дупка – помни, тази част сега е станала дупка, така че сме получили два допълнителни носители на заряд и сега и дупките, и електроните ще ускорят. Електроните ще ускорят надясно. А дупките ще ускорят наляво. И този свободен електрон се блъска и блъска, и може би удря този електрон и го освобождава и, като резултат, този електрон става свободен и имаш още една двойка електрон-дупка. Начертахме това тук. Имаш още една двойка електрон-дупка. И сега тези три електрона могат да преминат по-надалеч. Виждаш какво се случва. Един електрон става два, а те могат да станат четири, този електрон може да се придвижи по-надалеч и да доведе до допълнителни двойки електрон-дупка и, като резултат, след част от секундата ще видиш, че един електрон ще се умножи в може би милиарди свободни електрони и дупки, така че има огромно увеличение в носителите на заряда, по-малкото на брой носители на заряда. И, като резултат, стойността на тока става изключително голяма. Започва да тече много силен ток. Наричаме този ефект лавинообразен ефект. Нека запиша това. Лавинообразен ефект. Може би знаеш какво е лавината. Това е бедствие в покритите със сняг планини. И процесът тук е почти същият. В началото само мъничко сняг започва да пада, после може да удари друга снежна частица и двете частици сняг падат и могат да ударят още снежни частици, и, преди да разбереш, огромна снежна маса пада стремглаво надолу. Този процес се нарича лавина. И същото нещо се случва тук. Електроните създават лавинообразен ефект и, като резултат, токът започва да се силно да се увеличава. И нека за малко махна тази рисунка. Какво мислиш ще се случи, докато отиваме все по-наляво и по-наляво. Да опитаме да завършим това. Ще очакваме графиката да отиде направо. Но тя всъщност не го прави, а поради лавинообразния ефект след определена точка – да избера някаква точка тук – графиката ще премине ето така и тук имаме лавинообразния ефект и, като резултат, броят на носителите на заряда силно се увеличава и токът силно се увеличава. броят на носителите на заряда силно се увеличава и токът силно се увеличава. И тази част от графиката – това е напрежението, при който този лавинообразен ефект става значителен. Това напрежение тук, при което лавинообразният ефект става значителен, наричаме пробивно напрежение. Праговото напрежение означава, че ковалентните връзки са разкъсани и поради това протича силен ток. Накратко, при обратното свързване, ако увеличиш напрежението твърде много, тогава ще видиш, че протича много силен ток. И това трябва да ни притеснява, понеже в идеалния случай искаме диодът да не провежда при обратно свързване. Това е цялата идея зад използването на диод. Не искаме той да провежда. Но, забележи, ако напрежението е достатъчно високо, тогава той започва да провежда и не постигаме целта си, и, като резултат, когато използваш диод в която и да е верига, искаш да се увериш, че той работи правилно, затова трябва да се уверим, че при обратното свързване напрежението по диода не превишава праговото напрежение и всеки диод има степен на праговото напрежение, това е отбелязано – ще ти е показано какво е праговото напрежение – например ако откриеш, че пробивното напрежение за един диод е около 7 волта, тогава трябва да се увериш, че при обратно свързване напрежението няма да се доближи до 7 волта, понеже тогава започва силно провеждане на заряд. Друг проблем, който може да се получи заради това пробивното напрежение, е... Може да се чудиш какво става с диода. Ако увеличиш пробивното напрежение, токът силно се увеличава, и ако слезеш под праговото напрежение, в идеалния случай диодът трябва да се върне до обичайното си състояние. Създадените носители на заряда трябва да се рекомбинират и унищожат взаимно, всичко това трябва да се случи и диодът трябва да се върне към нормалните условия, но когато си в тази пробивна област, поради този много силен поток на тока и понеже има много сблъсъци, има вероятност тук да се създаде много топлина и това може потенциално да стопи диода или да унищожи диода. Токът не прави нищо на диода, но топлината може да го унищожи. Затова ако провеждаш експеримент, за да откриеш VI характеристиките и предположиш, че си близо до праговата област – всъщност ще видиш, че след като стигнеш пробивната област, токът силно се увеличава и е препоръчително да не оставиш веригата да работи дълго време в праговата област. Правил съм това много пъти. Ще видиш, че диодът бавно започва да пуши и пушекът излиза поради големият брой сблъсъци, които водят до топлина.