डायोड
| File:Diode-closeup.jpg सिलिकॉन डायोड का क्लोज-अप दृश्य। एनोड दाईं ओर है; कैथोड बाईं ओर है (जहां इसे एक काली पट्टी से चिह्नित किया गया है)। दो लीडों के बीच एक वर्गाकार सिलिकॉन क्रिस्टल देखा जा सकता है। मैं, जॉन मौशमर, ने यह तस्वीर 2 अगस्त 2006 को ली थी। | |
| प्रकार | Passive |
|---|---|
| Pin configuration | Anode and cathode |
| Electronic symbol | |
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एक डायोड एक द्वि-सीमावर्ती ( इलेक्ट्रॉनिक्स ) घटक है जो मुख्य रूप से एक दिशा (असममित चालन) में विद्युत प्रवाह करता है; डायोड एक निर्वात नली या तापयानी निर्वात नली है जिसमें दो इलेक्ट्रोड होते है, गर्म कैथोड और प्लेट होती है, जिसमें इलेक्ट्रॉन कैथोड से प्लेट तक केवल एक दिशा में प्रवाहित हो सकते हैं। इसमें एक दिशा में कम (आदर्श रूप से शून्य) प्रतिरोध होता है, और दूसरे में उच्च (आदर्श रूप से अनंत) प्रतिरोध होता है।
एक अर्धचालक डायोड, जो आज सबसे अधिक उपयोग किया जाने वाला प्रकार है, दो विद्युत टर्मिनलों से जुड़े पी-एन जंक्शन के साथ अर्धचालक सामग्री का एक क्रिस्टलीय टुकड़ा है।[4] अर्धचालक डायोड पहले अर्धचालक इलेक्ट्रॉनिक उपकरण थे। एक क्रिस्टलीय खनिज और एक धातु के बीच संपर्क भर में असममित विद्युत चालन की खोज इसे 1874 में जर्मन भौतिक विज्ञानी फर्डिनेंड ब्रौन ने बनाया था। आज, अधिकांश डायोड सिलिकॉन से बने होते हैं, लेकिन अन्य अर्धचालक सामग्री जैसे गैलियम आर्सेनाइड और जर्मेनियम का भी उपयोग किया जाता है।[5]
कई उपयोगों में, एसी पावर को डीसी में बदलने के लिए रेक्टीफायर्स में डायोड पाए जाते हैं, रेडियो रिसीवर में डिमॉड्यूलेशन, और तापमान सेंसर के रूप में भी उपयोग किया जा सकता है। डायोड का एक सामान्य प्रकार एक प्रकाश उत्सर्जक डायोड है, जिसका उपयोग इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों पर विद्युत प्रकाश व्यवस्था और स्थिति संकेतक के रूप में किया जाता है। लॉजिक गेट बनाने के लिए डायोड को अन्य घटकों के साथ जोड़ा जा सकता है।
कई उपयोगों में, डायोड को संशोधक(संशोधक) में डी सी ( DC ) में ए सी (A C) ऊर्जा को परिवर्तित करने के लिए, रेडियो रिसीवर में विमॉडुलन में पाया जाता है, और यहां तक कि तापमान संवेदित्र (सेंसर) के रूप में भी उपयोग किया जा सकता है। डायोड का एक सामान्य संस्करण एक प्रकाश उत्सर्जक डायोड है, जिसका उपयोग इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों पर इलेक्ट्रिक बिजली और स्थिति संकेतक के रूप में किया जाता है। लॉजिक गेट बनाने के लिए डायोड को अन्य घटकों के साथ जोड़ा जा सकता है।
मुख्य कार्य
डायोड का सबसे आम कार्य विद्युत प्रवाह को एक दिशा में पारित करने की अनुमति देना है (जिसे डायोड की आगे की दिशा कहा जाता है), इसे विपरीत दिशा (रिवर्स दिशा) में अवरुद्ध करते हुए। जैसे, डायोड को चेक वाल्व के इलेक्ट्रॉनिक संस्करण के रूप में देखा जा सकता है। इस यूनिडायरेक्शनल व्यवहार को संशोधन (रेक्टिफिकेशन) कहा जाता है और इसका उपयोग प्रत्यावर्ती धारा (एसी) को दिष्ट धारा (डीसी) में बदलने के लिए किया जाता है। संशोधक के रूप में, रेडियो रिसीवर में रेडियो सिग्नल से मॉड्यूलेशन निकालने जैसे कार्यों के लिए डायोड का उपयोग किया जा सकता है।
चूंकि, डायोड में इस सरल ऑन-ऑफ क्रिया की तुलना में अधिक जटिल व्यवहार हो सकता है, उनके अरेखीय धारा-वोल्टेज विशेषताओं के कारण।[6] उदाहरण के लिए, एक डायोड का अग्र-दिशा वोल्टेज ड्रॉप धारा के साथ थोड़ा ही भिन्न होता है, और यह अधिक तापमान का कार्य है; इस प्रभाव का उपयोग तापमान संवेदक या वोल्टेज संदर्भ के रूप में किया जा सकता है। और विपरीत दिशा में बहने वाली धारा के लिए इसका उच्च प्रतिरोध अचानक कम प्रतिरोध में गिर जाता है जब डायोड में रिवर्स वोल्टेज ब्रेकडाउन विश्लेषण वोल्टेज नामक मान तक पहुंच जाता है। बिजली का संचालन करने में सक्षम होने से पहले, आगे की दिशा में अर्धचालक डायोड को थ्रेशोल्ड वोल्टेज या कट-इन वोल्टेज को पार करने की आवश्यकता होती है।
अर्धचालक डायोड की धारा-वोल्टेज विशेषता को अर्धचालक सामग्री और निर्माण के दौरान सामग्री में डाली गई डोपिंग अपमिश्रित ( अर्धचालक ) अशुद्धियों का चयन करके तैयार किया जा सकता है।[6] इन तकनीकों का उपयोग विशेष-उद्देश्य वाले डायोड बनाने के लिए किया जाता है जो कई अलग-अलग कार्य करते हैं।[6] उदाहरण के लिए, डायोड का उपयोग वोल्टेज ( ज़ेनर डायोड) को नियंत्रित करने के लिए, परिपथ को उच्च वोल्टेज उछाल (अवालांचे डायोड) से बचाने के लिए, इलेक्ट्रॉनिक रूप से रेडियो और टीवी रिसीवर (वैरेक्टर डायोड) को ट्यून करने के लिए, रेडियो-फ्रीक्वेंसी दोलन ( टनल डायोड, गन डायोड, इम्पैट डायोड ) उत्पन्न करने के लिए किया जाता है। , IMPATT डायोड), और प्रकाश (प्रकाश उत्सर्जक डायोड ) का उत्पादन करने के लिए। सुरंग, गन और आईएमपीएटीटी डायोड ऋणात्मक प्रतिरोध प्रदर्शित करते हैं, जो सूक्ष्म तरंग और स्विचिंग परिपथ में उपयोगी है।
डायोड, वैक्यूम और अर्धचालक दोनों, शॉट-शोर जनरेटर के रूप में उपयोग किए जा सकते हैं।
इतिहास
तापायनी ( निर्वात- नलिका ) डायोड और सॉलिड-स्टेट (अर्धचालक) डायोड अलग-अलग विकसित किए गए थे, लगभग एक ही समय में, 1900 के दशक की शुरुआत में, रेडियो रिसीवर संसूचक ( रेडियो ) के रूप में।[7] 1950 के दशक तक, रेडियो में वैक्यूम डायोड का अधिक बार उपयोग किया जाता था क्योंकि प्रारंभिक बिंदु-संपर्क अर्धचालक डायोड कम स्थिर थे। इसके अतिरिक्त, अधिकांश प्राप्त करने वाले सेटों में प्रवर्धन के लिए वैक्यूम ट्यूब थे जिसमें आसानी से ट्यूब में सम्मलित थर्मिओनिक डायोड हो सकते हैं (उदाहरण के लिए 12SQ7 युग्म डायोड ट्रायोड ), और वैक्यूम-ट्यूब रेक्टीफायर और गैस से भरे रेक्टीफायर अर्धचालक डायोड की तुलना में कुछ उच्च वोल्टेज/उच्च धारा सुधार कार्यों को बेहतर तरीके से संभालने में सक्षम थे। (जैसे विद्युत अपघरनी नियम संशोधक) जो उस समय उपलब्ध थे।
1873 में, फ्रेडरिक गुथरी ने देखा कि एक इलेक्ट्रोस्कोप के करीब लाए गए एक ग्राउंडेड, सफेद-गर्म धातु की गेंद एक धनात्मक चार्ज इलेक्ट्रोस्कोप का निर्वहन करेगी, लेकिन ऋणात्मक रूप से आवेशित इलेक्ट्रोस्कोप नहीं।[8][9] 1880 में, थॉमस एडिसन ने एक बल्ब में गर्म और बिना गरम तत्वों के बीच एकदिशीय धारा देखी, जिसे बाद में एडिसन प्रभाव कहा गया, और डी सी वोल्टमीटर में उपयोग के लिए घटना के आवेदन पर एक पेटेंट प्रदान किया गया।[10][11] लगभग 20 साल बाद, जॉन एम्ब्रोस फ्लेमिंग ( मार्कोनी कंपनी के वैज्ञानिक सलाहकार और एडिसन के पूर्व कर्मचारी) ने महसूस किया कि एडिसन प्रभाव को संसूचक ( रेडियो ) के रूप में उपयोग किया जा सकता है। फ्लेमिंग ने 16 नवंबर 1904[12] को ब्रिटेन में पहले सच्चे थर्मिओनिक डायोड, फ्लेमिंग वाल्व का पेटेंट कराया (इसके बाद नवंबर 1905 में U.S. Patent 803,684)। वैक्यूम ट्यूब युग के दौरान, लगभग सभी इलेक्ट्रॉनिक्स में वाल्व डायोड का उपयोग किया जाता था जैसे रेडियो, टीवी, साउंड सिस्टम और इंस्ट्रूमेंटेशन। 1940 के दशक के उत्तरार्ध में विद्युत अपघरनी नियम संशोधक तकनीक और फिर 1960 के दशक के दौरान अर्धचालक डायोड के कारण उन्होंने धीरे-धीरे बाजार हिस्सेदारी खो दी। आज भी वे कुछ उच्च शक्ति अनुप्रयोगों में उपयोग किए जाते हैं जहां क्षणिक वोल्टेज और उनकी मजबूती का सामना करने की उनकी क्षमता उन्हें अर्धचालक उपकरणों और संगीत वाद्ययंत्र और ऑडियोफाइल अनुप्रयोगों पर लाभ देती है।
1874 में, जर्मन वैज्ञानिक कार्ल फर्डिनेंड ब्रौन ने धातु और खनिज के बीच संपर्क में "एकतरफा चालन" की खोज की।[13][14] भारतीय वैज्ञानिक जगदीश चंद्र बोस 1894 में रेडियो तरंगों का पता लगाने के लिए क्रिस्टल का उपयोग करने वाले पहले व्यक्ति थे।[15] क्रिस्टल डिटेक्टर को ग्रीनलीफ़ व्हिटियर पिकार्ड द्वारा वायरलेस टेलीग्राफी के लिए एक व्यावहारिक उपकरण के रूप में विकसित किया गया था। जिन्होंने 1903 में एक सिलिकॉन क्रिस्टल डिटेक्टर का आविष्कार किया और 20 नवंबर 1906 को इसके लिए एक पेटेंट प्राप्त किया।[16] अन्य प्रयोगकर्ताओं ने डिटेक्टरों के रूप में कई अन्य खनिजों की कोशिश की। अर्धचालक सिद्धांत इन शुरुआती रेक्टीफायर के डेवलपर्स के लिए अज्ञात थे। 1930 के दशक के दौरान भौतिकी की समझ उन्नत हुई और 1930 के दशक के मध्य में बेल टेलीफोन प्रयोगशालाओं के शोधकर्ताओं ने माइक्रोवेव प्रौद्योगिकी में अनुप्रयोग के लिए क्रिस्टल डिटेक्टर की क्षमता को पहचाना।[17] बेल लैब्स, वेस्टर्न इलेक्ट्रिक, एमआईटी, पर्ड्यू और यूके में शोधकर्ताओं ने द्वितीय विश्व युद्ध के दौरान राडार में उपयोग के लिए गहन रूप से बिंदु संपर्क डायोड (क्रिस्टल संशोधक या क्रिस्टल डायोड) विकसित किए।[17] द्वितीय विश्व युद्ध के बाद, एटी एंड टी ने इन्हें अपने माइक्रोवेव टावरों में उपयोग किया जो संयुक्त राज्य अमेरिका को पार कर गया, और कई रडार सेट 21 वीं सदी में भी उनका उपयोग करते हैं। 1946 में, सिल्वेनिया ने 1N34 क्रिस्टल डायोड का प्रस्ताव शुरू किया।[17][18][19] 1950 के दशक की शुरुआत में जंक्शन डायोड विकसित किए गए थे।
2022 में, बाहरी चुंबकीय क्षेत्र के बिना पहला सुपरकंडक्टिंग डायोड प्रभाव महसूस किया गया था।
व्युत्पत्ति
उनके आविष्कार के समय, विषम चालन उपकरणों को संशोधक के रूप में जाना जाता था। 1919 में, जिस वर्ष टेट्रोड का आविष्कार किया गया था, विलियम हेनरी एक्लेस ने डायोड शब्द को ग्रीक मूल di (δί से), जिसका अर्थ है 'दो', और ode (οδός से), जिसका अर्थ 'पथ' है, से गढ़ा। डायोड शब्द, चूंकि, साथ ही ट्रायोड, टेट्रोड, पेंटोड, हेक्सोड, मल्टीप्लेक्स टेलीग्राफी के संदर्भ में पहले से ही उपयोग में थे।[20]
चूंकि सभी डायोड सुधार करते हैं, शब्द संशोधक साधारणतयः छोटे सिग्नल परिपथ के लिए बनाए गए डायोड से अलग करने के लिए बिजली की आपूर्ति के लिए उपयोग किए जाने वाले डायोड पर लागू होता है।
निर्वात नली डायोड
| File:2-50A 2 (2).JPG एक उच्च शक्ति वाले वैक्यूम डायोड का उपयोग रेडियो उपकरण में रेक्टिफायर के रूप में किया जाता है। | |
| प्रकार | Thermionic |
|---|---|
| Pin configuration | Plate and Cathode, heater (if indirectly heated) |
| Electronic symbol | |
 अप्रत्यक्ष रूप से गर्म किए गए वैक्यूम ट्यूब डायोड का प्रतीक। ऊपर से नीचे तक, तत्वों के नाम हैं: प्लेट, कैथोड, और हीटर। | |
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एक तापयानी डायोड एक तापयानी वाल्व है। तापयानी-वाल्व उपकरण जिसमें मुद्रित, खाली कांच या धातु के लिफाफे से मिलकर दो इलेक्ट्रोड एक गर्म कैथोड और एक प्लेट इलेक्ट्रोड होते हैं। कैथोड को या तो अप्रत्यक्ष रूप से या सीधे गर्म किया जाता है। यदि अप्रत्यक्ष हीटिंग को नियोजित किया जाता है, तो एक हीटर लिफाफे में इसे सम्मलित करते है।
संचालन में, कैथोड को लाल गर्मी तक चारों ओर 800–1,000 °C (1,470–1,830 °F) गर्म किया जाता है। यह गर्म कैथोड टंगस्टन तार से बना होता है और एक बाहरी वोल्टेज स्रोत के माध्यम से पारित एक धारा द्वारा गर्म किया जाता है। एक अप्रत्यक्ष रूप से गर्म कैथोड को पास के तापक से अवरक्त विकिरण द्वारा गर्म किया जाता है जो निक्रोम तार से बनता है और बाहरी वोल्टेज स्रोत द्वारा प्रदान की गई धारा के साथ इसकी आपूर्ति की जाती है।
कैथोड का प्रचालन तापमान निर्वात में इलेक्ट्रॉन को छोड़ने का कारण बनता है, इस प्रक्रिया को तापयानी उत्सर्जन कहा जाता है। कैथोड को क्षारीय मृदा धातुओं के ऑक्तरफ़ के साथ लेपित किया जाता है, जैसे कि बेरियम और स्ट्रोंटियम ऑक्तरफ़। इनके फंक्शन का कार्य बहुत कम होता है, जिसका अर्थ है कि वे अनियंत्रित कैथोड की तुलना में अधिक आसानी से इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन करते हैं।
ज़ब प्लेट को गर्म नहीं किया जाता है, उस समय इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन नहीं होता है, लेकिन उन्हें अवशोषित करने में यह सक्षम होता है।
इस प्रकार ठीक किए जाने वाले वैकल्पिक वोल्टेज को कैथोड और प्लेट के बीच लागू किया जाता है। जब प्लेट वोल्टेज कैथोड के संबंध में धनात्मक होता है, तो प्लेट विद्युतस्थैतिकी (इलेक्ट्रोस्टैटिक्स) के कारण कैथोड से इलेक्ट्रॉनों को आकर्षित करता है, इसलिए कैथोड से प्लेट तक नलिका के माध्यम से इलेक्ट्रॉनों की धारा बहती है। जब प्लेट वोल्टेज कैथोड के संबंध में ऋणात्मक होता है, तो इलेक्ट्रॉन को प्लेट द्वारा उत्सर्जित नहीं किया जाता है, इसलिए धारा प्लेट से कैथोड तक नहीं जा सकती है।
अर्धचालक डायोड
स्पर्शबिन्दु-सम्पर्क डायोड
स्पर्शबिन्दु-सम्पर्क डायोड को 1930 के दशक में शुरू किया गया था, जो प्रारंभ में स्फटिक संसूचक तकनीक से बाहर था, और अब साधारणतयः 3 से 30 गिगाहर्ट्ज़ क्षेत्र में उपयोग किया जाता है।[17][21][22][23] स्पर्शबिन्दु-सम्पर्क डायोड एक अर्धचालक स्फटिक के संपर्क में छोटे व्यास वाले धातु के तार का उपयोग करती हैं और गैर-वेल्डेड संपर्क या वेल्डेड संपर्क प्रकार के होते हैं। गैर-वेल्डेड संपर्क निर्माण शॉट्की बाधा सिद्धांत का उपयोग करता है। धातु का पक्ष एक छोटे व्यास के तार का नुकीला सिरा होता है जो अर्धचालक स्फटिक के संपर्क में रहता है।[24] वेल्डेड संपर्क प्रकार में, उपकरण के माध्यम से एक अपेक्षाकृत बड़े धारा को पारित करके एक छोटे से p-क्षेत्र वाले धातु बिंदु के चारों ओर n-प्रकार के स्फटिक में बनाया जाता है।[25][26] बिंदु संपर्क डायोड साधारणतयः कम धारिता, उच्च अग्रसर प्रतिरोध और जंक्शन डायोड की तुलना में अधिक विपरीत रिसाव का प्रदर्शन करते हैं।
जंक्शन डायोड
p-n जंक्शन डायोड
एक p-n जंक्शन डायोड अर्धचालक के स्फटिक से बना होता है, साधारणतयः सिलिकॉन, जर्मेनियम और गैलियम आर्सेनाइड का भी उपयोग किया जाता है। इस प्रकार इस क्षेत्र को बनाने के लिए अशुद्धियों को जोड़ा जाता है जिसमें ऋणात्मक धारा वाहक (इलेक्ट्रॉन) होते हैं, जिसे n-प्रकार अर्धचालक कहा जाता है, और दूसरी तरफ एक क्षेत्र जिसमें धनात्मक धारा वाहक ( इलेक्ट्रॉन छिद्र) होते हैं, जिसे p-प्रकार अर्धचालक कहा जाता है। जब n-प्रकार और p-प्रकार की सामग्री एक साथ जुड़ती है, तो इलेक्ट्रॉनों का एक क्षणिक प्रवाह n से p की तरफ़ होता है जिसके परिणामस्वरूप दोनों के बीच एक तीसरा क्षेत्र होता है जहां कोई धारा वाहक सम्मलित नहीं होता है। इस क्षेत्र को रिक्ति क्षेत्र कहा जाता है क्योंकि इसमें न तो इलेक्ट्रॉनों और न ही छेद कोई धारा वाहक नहीं होते हैं। डायोड के सीमावर्ती को n-प्रकार और p-प्रकार के क्षेत्रों से जोड़ा जाता है। इन दो क्षेत्रों के बीच की सीमा p-n जंक्शन कहलाती है, जहां डायोड का अनुयोजन होता है। जब n प्रकार (कैथोड ) की तुलना में पर्याप्त रूप से उच्च विद्युत क्षमता को p प्रकार पर लागू किया जाता है, तो यह इलेक्ट्रॉनों को n-प्रकार की तरफ़ से p-प्रकार की तरफ़ तक घटने वाले क्षेत्र के माध्यम से प्रवाहित करने की अनुमति देता है। जंक्शन विपरीत दिशा में इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह की अनुमति नहीं देता है जब क्षमता को रिवर्स में लागू किया जाता है, तो एक अर्थ में, एक विद्युत चेक वाल्व का निर्माण होता है।
शॉटकी डायोड
यहाँ एक अन्य प्रकार का जंक्शन डायोड है जो कि शोट्की डायोड है, यह p-n जंक्शन के अतिरिक्त मेटल-अर्धचालक जंक्शन से बनता है, जो समाई को कम करता है और स्विचिंग गति को बढ़ाता है।[27][28]
धारा-वोल्टेज विशेषता
एक परिपथ में अर्धचालक डायोड का व्यवहार इसकी धारा-वोल्टेज विशेषता, या I-V ग्राफ द्वारा दिया जाता है (नीचे ग्राफ देखें)। वक्र का आकार तथाकथित अवक्षय परत या अवक्षय क्षेत्र के माध्यम से आवेश वाहकों के परिवहन द्वारा निर्धारित होता है जो विभिन्न अर्धचालकों के बीच p-n जंक्शन पर सम्मलित होता है। जब एक p-n जंक्शन पहली बार बनाया जाता है, तो N-अपमिश्रित क्षेत्र से चालन-बैंड (मोबाइल) इलेक्ट्रॉन P-डोप्ड क्षेत्र में फैल जाते हैं जहां छिद्रों की एक बड़ी आबादी होती है (इलेक्ट्रॉनों के लिए खाली स्थान) जिसके साथ इलेक्ट्रॉन "पुनर्संयोजन" करते हैं। जब एक मोबाइल इलेक्ट्रॉन एक छेद के साथ पुनर्संयोजित होता है, तो छेद और इलेक्ट्रॉन दोनों गायब हो जाते हैं, एन पक्ष पर एक धनात्मक रूप से आवेशित दाता (डोपेंट) और पी पक्ष पर ऋणात्मक चार्ज स्वीकर्ता (डोपेंट) को पीछे छोड़ देता है। p-n जंक्शन के आसपास का क्षेत्र आवेश वाहकों से रहित हो जाता है और इस प्रकार एक अवरोधक ( बिजली ) के रूप में व्यवहार करता है।
हालाँकि, कमी क्षेत्र की चौड़ाई (जिसे कमी की चौड़ाई कहा जाता है) बिना सीमा के नहीं बढ़ सकती है। किए गए प्रत्येक इलेक्ट्रॉन-छिद्र युग्म पुनर्संयोजन के लिए, एक धनात्मक रूप से आवेशित डोपेंट आयन N-डोप्ड क्षेत्र में पीछे रह जाता है, और पी-डॉप्ड क्षेत्र में एक ऋणात्मक रूप से आवेशित डोपेंट आयन बनाया जाता है। जैसे-जैसे पुनर्संयोजन आगे बढ़ता है और अधिक आयन बनते हैं, एक बढ़ता हुआ विद्युत क्षेत्र अवक्षय क्षेत्र के माध्यम से विकसित होता है जो धीमी गति से कार्य करता है और अंत में पुनर्संयोजन को रोकता है। इस बिंदु पर, रिक्तीकरण क्षेत्र में एक "अंतर्निहित" क्षमता है।
विपरीत पूर्वाग्रह ( बायस )
यदि एक बाहरी वोल्टेज को डायोड में अंतर्निहित क्षमता के समान ध्रुवता के साथ रखा जाता है, डिप्लेशन ज़ोन एक इंसुलेटर के रूप में कार्य करना जारी रखता है, किसी भी महत्वपूर्ण विद्युत प्रवाह को रोकता है (जब तक कि जंक्शन में इलेक्ट्रॉन-छेद जोड़े सक्रिय रूप से नहीं बनाए जाते हैं, उदाहरण के लिए, प्रकाश; फोटोडायोड देखें)। इसे रिवर्स बायस घटना कहा जाता है।
अग्रसर पूर्वाग्रह ( बायस )
चूंकि, अगर बाहरी वोल्टेज की ध्रुवीयता अंतर्निहित क्षमता का विरोध करती है, तो पुनर्संयोजन एक बार फिर से आगे बढ़ सकता है, जिसके परिणामस्वरूप पी-एन जंक्शन के माध्यम से पर्याप्त विद्युत प्रवाह होता है। (यानी पर्याप्त संख्या में इलेक्ट्रॉन और छेद जंक्शन पर पुनः संयोजित होते हैं)। सिलिकॉन डायोड के लिए, अंतर्निहित क्षमता लगभग 0.7 V (जर्मेनियम के लिए 0.3 V और Schottky के लिए 0.2 V) है। इस प्रकार, यदि अंतर्निर्मित वोल्टेज से अधिक और विपरीत बाहरी वोल्टेज लगाया जाता है, तो एक धारा प्रवाहित होगी और डायोड को "चालू" कहा जाता है क्योंकि इसे बाहरी अग्रदिशिक बायस दिया गया है। डायोड को साधारणतयः आगे "दहलीज" वोल्टेज कहा जाता है, जिसके ऊपर यह संचालित होता है और जिसके नीचे चालन बंद हो जाता है। हालाँकि, यह केवल एक सन्निकटन है क्योंकि आगे की विशेषता चिकनी है (ऊपर I-V ग्राफ देखें)।
एक डायोड की धारा-वोल्टेज I -V विशेषता विशेषता को ऑपरेशन के चार क्षेत्रों द्वारा अनुमानित किया जा सकता है:
- बहुत बड़े रिवर्स बायस पर, पीक इनवर्स वोल्टेज या PIV से परे, विपरीत विश्लेषण ब्रेकडाउन नामक एक प्रक्रिया होती है जो धारा में बड़ी वृद्धि का कारण बनता है (यानी, बड़ी संख्या में इलेक्ट्रॉन और छेद p-n जंक्शन पर बनते हैं और दूर चले जाते हैं) जो साधारणतयः डिवाइस को स्थायी रूप से नुकसान पहुंचाता है। हिमस्खलन डायोड जानबूझकर उस तरीके से उपयोग के लिए डिज़ाइन किया गया है। ज़ेनर डायोड में PIV की अवधारणा लागू नहीं होती है। एक जेनर डायोड में अत्यधिक डोप्ड p-n जंक्शन होता है जो इलेक्ट्रॉनों को p-टाइप सामग्री के वैलेंस बैंड से n-टाइप सामग्री के सुचालक बैंड तक टनल करने की अनुमति देता है, जैसे कि रिवर्स वोल्टेज एक ज्ञात मान (जिसे जेनर वोल्टेज कहा जाता है) पर "क्लैंप" किया जाता है, और हिमस्खलन नहीं होता है। हालाँकि, दोनों डिवाइसों में अधिकतम धारा और पावर की सीमा होती है, जो वे क्लैंप किए गए रिवर्स-वोल्टेज क्षेत्र में झेल सकते हैं। इसके अतिरिक्त, किसी भी डायोड में अग्रेषण चालन के अंत के बाद, थोड़े समय के लिए रिवर्स धारा होता है। जब तक रिवर्स धारा समाप्त नहीं हो जाता, तब तक डिवाइस अपनी पूर्ण अवरोधक क्षमता प्राप्त नहीं करता है।
- PIV से कम पूर्वाग्रह के लिए, रिवर्स धारा बहुत छोटा होता है। एक सामान्य पी-एन रेक्टीफायर डायोड के लिए, माइक्रो-एम्पीयर (μA) रेंज में डिवाइस के माध्यम से रिवर्स धारा बहुत कम होता है। हालाँकि, यह तापमान पर निर्भर है, और पर्याप्त उच्च तापमान पर, पर्याप्त मात्रा में रिवर्स धारा देखा जा सकता है (mA या अधिक)। डायोड के चारों ओर घूमने वाले इलेक्ट्रॉनों के कारण एक छोटी सतह रिसाव भी होती है, चूंकि यह एक अपूर्ण इन्सुलेटर था।
- एक छोटे से आगे के पूर्वाग्रह के साथ, जहां केवल एक छोटा सा आगे प्रवाहित किया जाता है, धारा-वोल्टेज वक्र आदर्श डायोड समीकरण के अनुसार चरघातांकी है। एक निश्चित फॉरवर्ड वोल्टेज होता है जिस पर डायोड महत्वपूर्ण रूप से संचालन करना शुरू कर देता है। इसे घुटने का वोल्टेज या कट-इन वोल्टेज कहा जाता है और यह पी-एन जंक्शन की बाधा क्षमता के बराबर होता है। यह घातीय वक्र की एक विशेषता है और यहां दिखाए गए आरेख की तुलना में अधिक संकुचित धारा पैमाने पर तेज दिखाई देता है।
- अधिक आगे की धाराओं में बल्क अर्धचालक के ओमिक प्रतिरोध द्वारा धारा-वोल्टेज वक्र का प्रभुत्व होना शुरू हो जाता है। वक्र अब घातीय नहीं है, यह एक सीधी रेखा के लिए स्पर्शोन्मुख है जिसका ढलान बल्क प्रतिरोध है। यह क्षेत्र पावर डायोड के लिए विशेष रूप से महत्वपूर्ण है। डायोड को एक निश्चित प्रतिरोधक के साथ श्रृंखला में एक आदर्श डायोड के रूप में तैयार किया जा सकता है।
रेटेड धाराओं पर चलने वाले एक छोटे सिलिकॉन डायोड में, वोल्टेज ड्रॉप लगभग 0.6 से 0.7 वोल्ट होता है। अन्य डायोड प्रकारों के लिए मान अलग-अलग होता है- शोट्की डायोड को 0.2 V, जर्मेनियम डायोड 0.25 से 0.3 V तक कम रेट किया जा सकता है, और लाल या नीले प्रकाश उत्सर्जक डायोड (एलईडी) में क्रमशः 1.4 वी और 4.0 वी के मान हो सकते हैं।
शॉक्ले डायोड समीकरण
शॉकली आदर्श डायोड समीकरण या डायोड कानून (द्विध्रु V जंक्शन ट्रांजिस्टर सह-आविष्कारक विलियम शॉक्ले के नाम पर) आगे या रिवर्स पूर्वाग्रह (या कोई पूर्वाग्रह) में एक आदर्श डायोड की I-V विशेषता देता है। निम्नलिखित समीकरण को शॉकली आदर्श डायोड समीकरण कहा जाता है जब एन, आदर्शता कारक, 1 के बराबर सेट किया जाता है: