pn junctie vs. stroomzin

[hwgxx7]

Dag,

ik ben even in de war met de werking van een diode.

Volgens de stroomconventie vloeit stroom van positieve pool naar negatieve pool, in werkelijkheid zullen in onderste kring de elektronen vloeien van de negatieve pool naar positieve pool.

De diode is in wezen een pn junctie, p-Si (tekort aan elektronen = holes) is hier aangesloten op de kathode (elektronenpool) van de batterij. Het n-Si (teveel aan elektronen) zullen worden aangesloten op de anode (elektronen tekort) van de batterij,

Maw. het uitwendig aangebrachte electrische veld zal geleiding opwekken.

Indien ik de batterij omdraai, sluit ik het p-Si aan op de anode en alzo zal er geen geleiding onstaan (er is immers geen potentiaal die dit veroorzaakt).

Wetende wat de werkelijke stroomzin is, hoe verklaar ik het vloeien van electrische stroom in onderste afbeelding?

diode 834 keer bekeken

MVG

[Raspoetin]

Iemand die hier een handje kan toesteken?

[EvilBro]

Begin met de situatie in evenwicht (ofwel geen aangelegde spanning). Je hebt dan simpelgezegd het p-materiaal, de depletielaag en het n-materiaal. In de depletielaag zijn weinig ladingdragers. Hiervan kun je dus zeggen dat de weerstand hoog is. In het materiaal buiten de depletielaag zijn veel ladingdragers. Hiervan kun je dus zeggen dat de weerstand laag is. Als je dus een spanning aanlegt zal deze bijna volledig over de depletielaag komen te staan.

Kijk nu naar de stromen in evenwicht. Ik ga alleen de elektronenstromen bespreken. In het n-materiaal zijn veel elektronen in de conductieband. Deze zullen in de depletielaag diffunderen. Het elektrische veld in de depletielaag zal ervoor zorgen dat de elektronen weer richting het n-materiaal geduwd worden. Slechts een klein deel van de elektronen zal de overkant van de depletielaag bereiken en in het p-materiaal aankomen. Deze stroom elektronen wordt de meerderheidselektronenstroom genoemd.

In het p-materiaal zijn ook elektronen in de conductieband aanwezig, maar veel minder dan in het n-materiaal. Als een van deze elektronen in de depletielaag geraakt dan zal deze door het daar aanwezige veld naar het n-materiaal geduwd worden. Deze stroom wordt de minderheidselektronenstroom genoemd. In evenwicht zijn de meerderheidselektronenstroom en de minderheidselektronenstroom even groot.

Nu leg je een sperspanning aan. Hierdoor zal het veld in de depletielaag sterker worden (want het veld van de batterij is in dezelfde richting als het veld in de depletielaag). Hierdoor worden elektronen vanuit het n-materiaal meer tegengewerkt en zullen er dus minder in het p-materiaal komen. De meerderheidselektronenstroom neemt dus af.

Omdat de aangelegde spanning over de depletielaag komt te staan, heeft deze geen invloed op het aantal elektronen dat vanuit het p-materiaal de depletielaag binnenkomt. De minderheidselektronenstroom blijft dus gelijk.

De meerderheidselektronenstroom neemt dus af terwijl de minderheidselektronenstroom gelijk blijft. Effectief gaan er dus meer elektronen van het p-materiaal naar het n-materiaal. Je hebt dus een lekstroom. Al vrij snel zal de meerderheidselektronenstroom te verwaarlozen zijn ten opzichte van de minderheidselektronenstroom. De lekstroom die je dan dus hebt wordt dan voornamelijk bepaald door de minderheidselektronenstroom. Aangezien deze nauwelijks beinvloed wordt door de sperspanning is de lekstroom dus ook sperspanning onafhankelijk.

Let op: dit alles is natuurlijk maar de helft van het verhaal. Je moet ook een soortgelijk verhaal houden voor de gaten.

[hwgxx7]

De pn junctie (zonder uitwendig spanningsveld), creert van nature een electrische veld over de depletielaag. De aanleggen van de kathode aan de p-Si zal de dit electrische veld niet kunnen overwinnen zodat er geen geleiding ontstaat.

Indien de anode wordt aangelegd aan het N-Si zal deze depletielaag worden geholpen en alzo ontstaat er geleiding. Zo begrijp ik het goed..?

mvg

[EvilBro]

De pn junctie (zonder uitwendig spanningsveld), creert van nature een electrische veld over de depletielaag.

Mee eens.

De aanleggen van de kathode aan de p-Si zal de dit electrische veld niet kunnen overwinnen zodat er geen geleiding ontstaat.

Hier kan ik weinig mee. Je moet sowieso beide kanten aansluiten anders gebeurt er niks (want geen stroomkring).

Indien de anode wordt aangelegd aan het N-Si zal deze depletielaag worden geholpen en alzo ontstaat er geleiding. Zo begrijp ik het goed..?

Als de aangelegde potentiaal groter is dan de 'natuurlijke potentiaal' van de depletielaag dan heb je dus de richting van het veld in de depletielaag omgedraaid. De diffusieelektronen uit het n-materiaal worden nu dus versneld naar het p-materiaal. Er zal dus een (grote) stroom gaan lopen.

[klazon]

Het is net andersom.

In het plaatje in het startbericht is de kathode van de batterij aangesloten aan de P-zijde, en de anode aan de N-zijde. In dat geval spert de junctie. Dat staat in het plaatje ook aangegeven: "no current flows across the junction"

Als je de batterij omdraait ontstaat er geleiding.

[EvilBro]

Ik heb het idee dat de laatste post van hwgxx7 niet over het plaatje gaat in de eerste post.

Verder denk ik dat de kathode van een batterij de positieve pool is en de anode de negatieve pool. Wat jij dan zegt over het plaatje in de eerste post is dan dus precies verkeerd om.

[klazon]

Dit is toch wat hij zelf zegt in zijn startpost:

De diode is in wezen een pn junctie, p-Si (tekort aan elektronen = holes) is hier aangesloten op de kathode (elektronenpool) van de batterij. Het n-Si (teveel aan elektronen) zullen worden aangesloten op de anode (elektronen tekort) van de batterij,

Kathode en elektronenpool is toch duidelijk de min van de batterij.

Het is overigens ongebruikelijk om bij een batterij over kathode en anode te spreken. Pluspool en minpool is meer gebruikelijk, en naar mijn mening ook duidelijker.

Wat het resultaat betreft houd ik toch vast aan wat ik hierboven zei:

-pluspool aan P-Si en minpool aan N-Si geeft geleiding

-pluspool aan N-Si en minpool aan P-Si geeft sperring.

[EvilBro]

Wat het resultaat betreft houd ik toch vast aan wat ik hierboven zei:

-pluspool aan P-Si en minpool aan N-Si geeft geleiding

-pluspool aan N-Si en minpool aan P-Si geeft sperring.

Hier ben ik het mee eens. Ik heb ook niet anders beweert.

Zou je een bron willen geven voor de wijsheid "Kathode is toch duidelijk de min van de batterij". Ik denk namelijk dat je denkt dat het stuk wat je citeert op het plaatje slaat en dat je je daarop baseert. Dat is echter niet zo. Vandaar dat er halverwege de eerste post ook staat "Indien ik de batterij omdraai..."

[klazon]

Hij stelt in de startpost toch duidelijk kathode (elektronenpool).

En elektronenpool kan ik alleen maar lezen als de minpool.

Bij nader inzien kan kathode toch niet de minpool zijn, want de kathode is de pool waar de stroom er uit komt.

Verwarrend dus om bij een batterij over anode en kathode te spreken. In verband met een batterij had ik dit nog nooit gezien.

[EvilBro]

Bij nader inzien kan kathode toch niet de minpool zijn, want de kathode is de pool waar de stroom er uit komt.

Mee eens. Ik ben het ook met je eens dat het verwarrend is om bij een batterij over anode en kathode te spreken.

[hwgxx7]

Excuseer, indien ik verkeerdelijk begrippen zou hebben gehanteerd. De begrippen anode en kathode die ik aan de batterijpolen linkte, doelde louter op het negatief of positief zijn. Ik zal erop letten dit niet meer te doen.

Dank voor de reactie's.