LAB 3 – WEEK 4
PN Junction (Silicon) Diode Characteristics
نواتج التعلم
ملاحظة ورسم خصائص الجهد–التيار (V–I) لدايود الوصلة الثنائية P–N في حالتي الانحياز الأمامي والانحياز العكسي.
الأجهزة والمواد المستخدمة
مزود طاقة مستمر منظم (0–30 فولت)
دايود وصلة ثنائية (P–N) من النوع 1N4007
مقاومة 1 كيلو أوم (1 kΩ)
أميتران بمدى 0–200 مللي أمبير و0–500 مللي أمبير
فولتميتر بمدى 0–20 فولت
لوحة تجارب (Breadboard)
أسلاك توصيل
الوصف
يسمح دايود الوصلة الثنائية (P–N) بمرور التيار في اتجاه واحد فقط. وتمثل خصائص الجهد–التيار (V–I) العلاقة بين الجهد الواقع على الدايود والتيار المار خلاله. وعندما يكون الجهد الخارجي صفراً، تكون الدائرة مفتوحة، ويمنع حاجز الجهد (Potential Barrier) مرور التيار؛ لذلك يكون تيار الدائرة صفراً.
عند توصيل المنطقة P (الأنود) بالطرف الموجب (+) لمصدر التغذية، وتوصيل المنطقة N (الكاثود) بالطرف السالب (−)، يكون الدايود في حالة انحياز أمامي (Forward Bias). في هذه الحالة يقل حاجز الجهد، وعند الوصول إلى قيمة معينة من الجهد الأمامي يختفي الحاجز تقريباً، فيبدأ التيار في المرور عبر الدايود والدائرة. ويقال عندئذٍ إن الدايود في حالة التشغيل (ON State)، ويزداد التيار بزيادة الجهد الأمامي.
أما عند توصيل المنطقة N (الكاثود) بالطرف الموجب (+)، وتوصيل المنطقة P (الأنود) بالطرف السالب (−)، يكون الدايود في حالة انحياز عكسي (Reverse Bias). في هذه الحالة يزداد حاجز الجهد عبر الوصلة، فتزداد مقاومة الوصلة بدرجة كبيرة، ولا يمر سوى تيار صغير جداً يسمى تيار التشبع العكسي (Reverse Saturation Current). ويكون الدايود في حالة الإيقاف (OFF State)، وينتج هذا التيار الصغير بسبب حاملات الشحنة الأقلية (Minority Charge Carriers).
LEARNING OUTCOMES
To observe and draw the Forward and Reverse Bias V–I Characteristics of a P–N Junction Diode.
EQUIPMENT AND MATERIALS
DC Regulated Power Supply (0–30 V)
P–N Junction Diode (1N4007)
1 kΩ Resistor
Ammeters (0–200 mA and 0–500 mA)
Voltmeter (0–20 V)
Breadboard
Connecting Wires
DESCRIPTION
A P–N junction diode conducts current in only one direction. The V–I characteristics of the diode represent the relationship between the voltage across the diode and the current flowing through it. When the external voltage is zero, the circuit is open, and the potential barrier prevents current from flowing. Therefore, the circuit current is zero.
When the P-type (anode) is connected to the positive (+ve) terminal and the N-type (cathode) is connected to the negative (−ve) terminal of the supply voltage, the diode is said to be forward biased. In this condition, the potential barrier is reduced. At a certain forward voltage, the potential barrier is eliminated, allowing current to flow through the diode and the circuit. The diode is then in the ON state, and the current increases as the forward voltage increases.
When the N-type (cathode) is connected to the positive (+ve) terminal and the P-type (anode) is connected to the negative (−ve) terminal of the supply voltage, the diode is reverse biased. In this condition, the potential barrier across the junction increases, causing the junction resistance to become very high. As a result, only a very small current, called the reverse saturation current, flows through the circuit. The diode is then in the OFF state. This reverse current is due to the presence of minority charge carriers.