Key Take Away
- Eine Durchlassvorspannung tritt auf, wenn der positive Anschluss einer Spannungsquelle mit dem p-Typ-Halbleiter verbunden ist. Dies senkt das Barrierenpotential und ermöglicht den Stromfluss.
- Durch die Sperrvorspannung wird der Pluspol mit dem n-Typ-Halbleiter verbunden, wodurch das Barrierenpotential erhöht und ein Stromfluss verhindert wird.
- Durch Vorwärtsvorspannung wird eine Diode „eingeschaltet“, sodass Strom fließen kann, während durch Vorwärtsvorspannung sie „ausgeschaltet“ wird und der Strom blockiert wird.
Was ist Forward Biasing?
Vorwärtsvorspannung ist ein in der Elektronik verwendeter Begriff, der das Anlegen einer Spannung beschreibt, die den Stromfluss durch eine Diode oder einen Halbleiterübergang ermöglicht. Bei der Vorwärtsvorspannung ist der positive Anschluss einer Stromquelle mit dem P-Bereich (positiver Bereich) der Diode oder dem Übergang verbunden, während der negative Anschluss mit dem N-Bereich (negativer Bereich) verbunden ist.
Wenn eine Diode in Durchlassrichtung vorgespannt ist, kann problemlos Strom durch sie fließen. Dies liegt daran, dass die an der P-Region angelegte positive Spannung die Mehrheitsladungsträger (Löcher) in Richtung des Übergangs abstößt, während die an der N-Region angelegte negative Spannung die Minoritätsladungsträger (Elektronen) vom Übergang abstößt. Dadurch verengt sich der Verarmungsbereich (der Bereich in der Nähe des Übergangs ohne Ladungsträger) und ermöglicht den Stromdurchfluss.
Was ist Reverse Biasing?
Unter Sperrvorspannung versteht man das Anlegen einer Spannung, die dem normalen Stromfluss durch eine Diode oder einen Halbleiterübergang entgegenwirkt. Bei der Sperrvorspannung wird der positive Anschluss einer Stromquelle mit dem N-Bereich (negativer Bereich) der Diode oder dem Übergang verbunden, während der negative Anschluss mit dem P-Bereich (positiver Bereich) verbunden wird.
Wenn eine Diode in Sperrichtung vorgespannt ist, verhindert sie den Stromfluss durch sie. Dies liegt daran, dass die an der N-Region angelegte positive Spannung die Mehrheitsladungsträger (Elektronen) vom Übergang wegzieht, während die an der P-Region angelegte negative Spannung die Minoritätsladungsträger (Löcher) zum Übergang hin anzieht. Dadurch weitet sich der Verarmungsbereich (der Bereich in der Nähe des Übergangs ohne Ladungsträger) aus, wodurch eine Barriere entsteht, die den Stromfluss verhindert.
Unterschied zwischen Vorwärts- und Rückwärtsvorspannung
- Bei der Vorspannung in Vorwärtsrichtung ermöglicht die Diode oder der Übergang einen einfachen Stromfluss in Vorwärtsrichtung, von der Anode zur Kathode. Bei der Vorspannung in Sperrrichtung unterbindet die Diode oder der Übergang den Stromfluss und verhindert, dass er in die Rückwärtsrichtung fließt.
- Bei der Vorwärtsvorspannung ist der positive Anschluss der Stromquelle mit dem P-Bereich der Diode oder des Übergangs verbunden, während der negative Anschluss mit dem N-Bereich verbunden ist. Bei der Vorspannung in Sperrrichtung wird die Polarität umgekehrt, wobei der positive Anschluss mit dem N-Bereich und der negative Anschluss mit dem P-Bereich verbunden ist.
- Durch Vorwärtsvorspannung wird der Verarmungsbereich (der Bereich in der Nähe des Übergangs ohne Ladungsträger) in einer Diode oder einem Übergang enger, sodass Strom durchfließen kann. Durch die Vorspannung in Sperrrichtung wird der Verarmungsbereich erweitert, wodurch eine Barriere entsteht, die den Stromfluss verhindert.
- Eine Durchlassvorspannung erfordert eine Spannung, die höher ist als der Durchlassspannungsabfall (etwa 0.6 bis 0.7 Volt für eine Siliziumdiode), um die Barriere zu überwinden und den Stromfluss zu ermöglichen. Die Vorspannung in Sperrrichtung erfordert eine Spannung, die höher als die Durchbruchspannung in Sperrrichtung ist, um einen signifikanten Rückstromfluss zu erzeugen.
- Durch die Durchlassvorspannung verhält sich eine Diode wie ein geschlossener Schalter und leitet Strom in Durchlassrichtung. Durch die Vorspannung in Sperrrichtung verhält sich eine Diode wie ein offener Schalter und blockiert den Stromfluss in Rückwärtsrichtung.
Vergleich zwischen Vorwärts- und Rückwärtsvorspannung
| Parameter des Vergleichs | Vorwärtsgerichtetheit | Umgekehrte Voreingenommenheit |
|---|---|---|
| Aktueller Durchfluss | Ermöglicht den Stromfluss in Vorwärtsrichtung | Blockiert den Stromfluss in umgekehrter Richtung |
| Spannungspolarität | Pluspol mit der P-Region verbunden | Pluspol mit der N-Region verbunden |
| Verarmungsbereich | Verengt den Verarmungsbereich und ermöglicht so die Stromleitung | Erweitert den Verarmungsbereich und schafft eine Barriere für den Stromfluss |
| Spannungsbedarf | Erfordert eine Spannung, die höher ist als der Vorwärtsspannungsabfall | Erfordert eine höhere Spannung als die Sperrdurchbruchspannung |
| Diodenverhalten | Fungiert als geschlossener Schalter und ermöglicht den Stromfluss | Fungiert als offener Schalter und blockiert den Stromfluss |
- https://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.363935
- https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/smll.201302818
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