Предно свързване на PN преход

В предишно видео видяхме, че един p-n преход при равновесие има два тока – единият се нарича дифузионен ток и той е предизвикан от преобладаващите носители на заряда – дупки и електрони, дифузиращи едни в други и предизвикващи ток от р до n и това е индикатор за колко дифузионен ток има – в момента е доста нисък и причината да е нисък е, понеже точно при прехода има бариера – виждали сме, че поради рекомбинационния ефект почти всички дупки и електрони са се разрушили и съществува електрическо поле, което "изтласква" дупките и електроните в противоположна посока. И можем да мислим за това като за потенциална бариера. И бариерата е около 0,7 волта за силикона на стайна температура. Но има втори вид ток и той е понеже тази бариера действа като "нанадолнище" за по-малкото на брой носители на заряда. Като резултат тези по-малко на брой носители на заряда се движат в противоположни посоки, което създава втория вид ток – наричаме го дрейфов ток. И този ток е от n до р, в противоположна посока, понеже дупките се движат в противоположната посока и, отново, това е индикатор и сега токът е много слаб, понеже по-малкото на брой носители на заряда поначало са слаби, а и при равновесие двата тока са напълно равни един на друг и са противоположни, така че общият ток е нула. Виждали сме това в предишни видеа, така че ако искаш да си проясниш тези идеи, ще е чудесно да се върнеш и да гледаш тези видеа, а после отново да дойдеш тук. В това видео ще прикрепим няколко жици и ще свържем батерия тук, и ще видим какво ще се случи. Нека направим това. Можем да свържем клетката по два начина – единият е да свържем положителния терминал към р-страната или можем да свържем положителния терминал към n-страната. Всеки начин върши работа. Нека в това видео видим какво се случва, когато свържеш положителния край към р-страната и това не е обикновена клетка, а идва с уред за контролиране на напрежението, така че можем да променим напрежението. Сега напрежението е нула, както можеш да видиш на индикатора. И нека свържем амперметър към жицата си, така че да следим тока. Забележи, сега токът е нула, понеже не прилагаш напрежение към това. Нека приложим напрежение. Да кажем, че ще е 0,2 или 0,3. Какво, мислиш, ще се случи? Забележи, понеже положителният терминал е свързан към р-страната, той "избутва" дупките насам и, подобно, понеже отрицателният край е свързан с n-страната, батерията започва да избутва електроните насам и, като резултат, надявам се можеш да видиш, че дупките и електроните, преобладаващите носители на заряда биват "избутани", за да дифундират повече и, като резултат, дифузионният ток започва да се увеличава и тук дифузионният ток малко ще се увеличи, понеже прилагаш малко напрежение и, забележи, като резултат дифузионният ток вече не е равен на дрейфовия и поради това ще има протичане на сумарен ток, тъй като дифузионният ток е от р към n и това се е увеличило – сега тук ще има общ ток, който ще протича от р към n. И ето един прост начин да помислим какво ще се случи с цялата ел. верига. Може би научи, че електричният ток в такава ел. верига трябва да е еднакъв навсякъде, така че ако токът тук тече от p към n, токът трябва да тече в една и съща посока навсякъде, така че и през тази жица ще има ток и, като резултат, амперметърът сега ще отчете някакъв ток и токът ще е в тази посока, ще е от р към този полупроводник, насам. Много е интересно да помислим как тези дупки успяват да дойдат насам и след малко ще говорим как електроните започват да текат. Сега нека просто се концентрираме върху това как влияят на дифузионния ток. И има друг начин да мислим за това, вместо да мислим, че батерията бута дупките и електроните и увеличава енергията им, и затова дифузията е увеличена. Можем да мислим, че батерията намалява енергията на бариерата. Дали ще увеличиш енергията на зарядите, или ще намалиш енергията на бариерата – ефектът е един и същ. И затова много хора предпочитат да мислят по този начин и ние ще наравим същото. Просто ще си представим, че батерията не прави нищо на дупките и електроните, а нека просто приемем, че височината на бариерата намалява. Това е по-лесно, понеже ако поставиш 0,2 волта тук, можем просто да кажем, че бариерата е намаляла с 0,2 волта и понеже бариерата е намаляла, зарядите могат да започнат да дифундират повече, дифузията ще стане по-лесна и, като резултат, надявам се можеш да видиш, че ширината на обеднената зона намалява и, като резултат, можем да очакваме дрейфовият ток леко да намалее, понеже дрейфът е причинен от тази разлика в потенциала, но ефектът върху дрейфа е много малък. И можем да приемем, че дрейфовият ток е постоянен, понеже така или иначе е много малък. Но нека се фокусираме върху дифузията. Нека увеличим това напрежение. Какво мислиш, че ще се случи? Ефектът продължава. Да кажем, че удвоим напрежението. Сега е 0,2 и да го удвоим, да го направим 0,4. Височината на бариерата допълнително ще намалее и, като резултат, електроните и дупките могат да дифундират повече, дифузионният ток ще се увеличи. И ето какво... Може да мислиш, че ако удвоиш напрежението тук, дифузионният ток може да се удвои. Не, ефектът не е линеен, понеже дифузията е малко по-сложна. Оказва се, че дифузионният ток се повишава повече от два пъти, може да се утрои. И обеднената зона става дори по-тясна и, като резултат, токът ще се увеличи повече от два пъти. Токът силно ще се увеличи. И в крайна сметка, ако повишиш напрежението до 0,7 волта, сега тази бариера почти не съществува, тя не съществува, обеднената зона почти изчезва, електроните и дупките сега са напълно свободни да дифундират едни в други и, като резултат, дифузионният ток силно се увеличава, става много висок – токът във веригата става много висок. Надявам се можеш да видиш, че когато свържеш един р-n преход така – p-страната към положителния терминал, а n-страната към отрицателния терминал, диодът започва да провежда, позволява поток на заряди и това свързване се нарича предно свързване. При предното свързване р-n преходът провежда доста силно.