PN Priechod v Nepriepustnom Smere: Definícia a Princípy

Polovodičové diódy sú základné elektronické súčiastky, ktoré hrajú kľúčovú úlohu v mnohých elektronických obvodoch. Ich hlavnou charakteristikou je schopnosť viesť elektrický prúd iba v jednom smere. Tento článok sa zameriava na princíp PN prechodu v nepriepustnom smere, jeho definíciu a súvisiace javy.

Čo je PN Priechod?

PN priechod vzniká spojením dvoch typov polovodičov: polovodiča typu P a polovodiča typu N. Polovodič typu P vzniká pridaním trojmocného prvku do kryštalickej štruktúry polovodiča, čím vznikajú majoritné kladné nosiče náboja, tzv. diery. Naopak, polovodič typu N vzniká pridaním päťmocného prvku, čo vedie k vzniku majoritných záporných nosičov náboja, teda elektrónov.

Princíp Fungovania PN Priechodu

V obidvoch polovodičových vrstvách sa primárne uvažujú majoritné nosiče náboja. Ak sa pripojí napätie s kladnou polaritou na vrstvu P, kladné diery sú odpudzované od kladnej elektródy smerom k rozhraniu medzi vrstvami P a N. Zároveň sú záporné elektróny z vrstvy N vytláčané k rozhraniu. V tomto prípade, diery prenášajú náboj vo vrstve P a elektróny prenášajú náboj vo vrstve N, čo umožňuje priechod prúdu. Tento stav sa nazýva priepustný smer.

Naopak, ak sa pripojí zdroj napätia s opačnou polaritou, kladné diery z vrstvy P priľnú k zápornej elektróde a záporné elektróny z vrstvy N priľnú ku kladnej elektróde. Na rozhraní medzi vrstvami sa vytvorí pásmo bez voľných nosičov náboja, čo vedie k elektrickej nevodivosti. Tento stav sa nazýva nepriepustný smer.

Nepriepustný Smer: Detailnejšie

V nepriepustnom smere, kladné diery z vrstvy P sú priťahované k zápornému pólu zdroja a elektróny z vrstvy N sú priťahované ku kladnému pólu zdroja. Týmto sa majoritné nosiče vzďaľujú od PN prechodu, čím sa rozširuje oblasť bez nosičov (depletion region).

Prečítajte si tiež: Podmienky prechodu dôchodku

Potenciálová Bariéra

Keď k PN priechodu nie je pripojený vonkajší zdroj napätia, na rozhraní vrstiev P a N dochádza k rekombinácii kladných dier a záporných elektrónov. Táto rekombinácia vedie k úbytku elektrónov vo vrstve N a úbytku dier vo vrstve P. Následkom toho sa priechod polarizuje a medzi vrstvami vzniká potenciálový rozdiel.

S pribúdajúcou rekombináciou sa potenciálový rozdiel zväčšuje, až kým elektrické pole, ktoré vznikne na priechode, nezačne rekombinácii brániť. Toto elektrické pole odďaľuje elektróny od rozhrania vo vrstve N a vytláča diery z rozhrania vo vrstve P. Medzi vrstvami sa vytvorí pásmo bez voľných nosičov, nazývané potenciálová bariéra.

Minoritné Nosiče

Hoci v nepriepustnom smere diódou prechádza iba nepatrný prúd, nie je úplne nulový. Je to spôsobené prítomnosťou minoritných nosičov v obidvoch polovodičových vrstvách. V polovodiči typu P sa okrem majoritných dier vyskytujú aj minoritné elektróny a v polovodiči typu N sa okrem majoritných elektrónov vyskytujú aj minoritné diery. Tieto minoritné nosiče sú príčinou malého spätného prúdu.

Potenciálová bariéra vytláča majoritné nosiče od rozhrania, ale zároveň priťahuje minoritné nosiče k rozhraniu, čo umožňuje ich tok cez priechod a vytvára malý spätný prúd.

Využitie a Význam PN Priechodu

Schopnosť PN priechodu viesť prúd iba v jednom smere má zásadný význam pre fungovanie mnohých elektronických zariadení. Diódy sa využívajú napríklad v usmerňovačoch, kde transformujú striedavý prúd na jednosmerný prúd. Tiež sa používajú v rôznych typoch spínacích obvodov a ochranných obvodov.

Prečítajte si tiež: Kompletný sprievodca prechodom na starobný dôchodok

Ďalšie Súvislosti

Pre lepšie pochopenie funkcie PN priechodu je užitočné poznať aj ďalšie súvisiace koncepty:

• Elektrolytická disociácia: Proces, pri ktorom sa látky rozpúšťajú vo vode a rozpadajú sa na ióny (katióny a anióny), ktoré vedú elektrický prúd.
• Elektrolýza: Chemický rozklad látky pomocou elektrického prúdu.
• Elektrostatická indukcia: Jav, pri ktorom sa vo vodiči v elektrickom poli preskupia elektrické náboje.
• Polarizácia dielektrika: Zmena v rozložení elektrických nábojov v dielektriku (izolante) pod vplyvom vonkajšieho elektrického poľa.
• Kirchhoffove zákony: Základné zákony pre analýzu elektrických obvodov.
• Galvanický článok: Zdroj elektrického napätia, ktorý využíva chemické reakcie.
• Akumulátor: Zariadenie na uchovávanie elektrickej energie vo forme chemickej energie.
• Ionizácia plynov: Proces, pri ktorom sa z neutrálnych atómov alebo molekúl v plyne vytvárajú ióny.

Prečítajte si tiež: Oznamovacia povinnosť pri rodičovskom príspevku

tags: #pn #prechod #nepriepisny #smer #definícia