Jump to content

    
Sign in to follow this  
SamuraY

Почему с помощью вольтметра нельзя измерить встроенный потенциал p-n перехода?

Recommended Posts

Здравствуйте.

Объясните пожалуйста почему с помощью вольтметра нельзя измерить разность потенциалов, создаваемую областями пространственного заряда (ОПЗ) внутри p-n перехода? В книгах по твердотельной электронике есть формулы для вычисления этой разности потенциалов и приводится объяснение процесса образования ОПЗ, но если подключить вольтметр к диоду не включенному в электрическую цепь, вольтметр покажет 0 вольт, а не упомянутую разность потенциалов.

В книге "Integrated electronics: analog and digital circuits and systems" Millman, Halkias этот феномен объясняется в двух словах - якобы металлические контакты к p и n областям создают невыпрямляющие переходы, которые и компенсируют внутреннее поле p-n перехода, если к нему не подключен источник внешнего смещения. Однако хотелось бы получить более детальное объяснение, чтобы понять явление в деталях. Буду благодарен за объяснение или за отсылку к литературе где этот вопрос подробно описан.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Вольтметр не представляет из себя какого-либо источника. По сути это сопротивление, при измерении поднесенное к p-n переходу. Из-за отсутствия источника (или внешнего источника) эл цепь никак не замкнута, чтобы протекал ток для измерения разности потенциалов.

 

Если закрыт кран, вы же не знаете, есть вода в водопроводе или нет.

Чтобы узнать нужно открыть кран ... как-то так абстрагируясь, если по простому.

 

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Извините, не понял ваше объяснение. В диоде даже при отсутствии внешнего смещения есть источник ЭДС - положительные и отрицательные ионы в области pn-перехода, пространственно разнесенные. Между этими группами ионов существует разность потенциалов и электрическое поле. По формулам эта разность потенциалов при нулевом внешнем смещении равняется 0.5-0.8 вольт в зависимости от температуры и концентраций примесей в p и n областях. Почему вольтметр не показывает это напряжение? Или другими словами, если подключить сопротивление параллельно диоду, почему через это сопротивление не течет ток, раз внутри диода есть электрическое поле?

Edited by SamuraY

Share this post


Link to post
Share on other sites

1) уясните, что в диоде нет источника ЭДС, за исключением тепловых шумов.

2) положительные и отрицательные ионы в области pn-перехода, пространственно разнесенные не как не могут быть источником ЭДС.

Share this post


Link to post
Share on other sites
1) уясните, что в диоде нет источника ЭДС, за исключением тепловых шумов.

2) положительные и отрицательные ионы в области pn-перехода, пространственно разнесенные не как не могут быть источником ЭДС.

Но в учебниках по твердотельной электронике пишут, что эти положительные и отрицательные ионы даже при отсутствии внешнего смещения создают в области p-n перехода разность потенциалов (потенциальный барьер) и электрическое поле, которое препятствует диффузии основных носителей и переносит неосновные носители из одной области в другую. Правильно? Почему это внутреннее поле не является источником ЭДС? Оно же создает дрейфовый ток неосновных носителей из одной области в другую.

Edited by SamuraY

Share this post


Link to post
Share on other sites
... Почему это внутреннее поле не является источником ЭДС? ...

Почему, почему, ... по определению что является источником ЭДС. Просто почитайте и подумайте почему.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
Почему, почему, ... по определению что является источником ЭДС. Просто почитайте и подумайте почему.

Да, эт я ошибся, прошу прощения. Внутри неосвещенного p-n перехода эдс нет, но напряжение даже при отсутствии внешнего смещения есть. Почему вольтметр не показывает это напряжение?

Share this post


Link to post
Share on other sites

Эта разность потенциалов действует локально только внутри контакта (перехода) полупроводников различной проводимости и измерить её невозможно. Можно только математически рассчитать по некоторым параметрам специальными программами создания моделей полупроводниковых компонентов.

Share this post


Link to post
Share on other sites
но если подключить вольтметр к диоду не включенному в электрическую цепь, вольтметр покажет 0 вольт, а не упомянутую разность потенциалов.
Если бы он показал не "0" - то получился бы вечный двигатель.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Если бы он показал не "0" - то получился бы вечный двигатель.

Так в том то и дело, что вечного двигателя не существует и вольтметр показывает 0.

Мне интересно понять физику процесса, почему там 0 вольт, а теория говорит о существовании

внутри pn-перехода потенциального барьера 0.5 - 0.8 вольт в зависимости от температуры и

концентрации примесей в p и n областях. Какие силы экранируют/компенсируют эту встроенную

разность потенциалов?

Edited by SamuraY

Share this post


Link to post
Share on other sites
Тут читали?

http://ivatv.narod.ru/vvedenie_v_elektroniku/3_07.htm

Что там непонятно?

Спасибо за ссылку. Всю эту теорию я знаю. Если вы имели в виду цитату "Эти токи направлены в разные стороны и в отсутствие внешнего электрического поля компенсируют друг друга. Поэтому полный ток через переход равен нулю", то она не дает полного ответа на мой вопрос, т.к. в этой цитате имеется в виду разомкнутая цепь, а меня интересовала замкнутая.

Но я таки наконец понял почему вольтметр не показывает эту внутреннюю разность потенциалов. И помогло ваше разъяснение на счет того, что в диоде который не подвергается электромагнитному облучению отсутствует ЭДС которая снабжает электронами n область и обедняет ими p-область. Другими словами объемный пространственный заряд (ОПЗ) ионов примесей в области pn-перехода создает разность потенциалов, но эта разность потенциалов не приводит к появлению тока в замкнутой цепи, поскольку внутри ОПЗ отсутствует электродвижущая сила (ОПЗ - это диэлектрик). Возьмем диод, замкнет его через резистор и допустим, что под действием внутреннего поля, которое создается нескомпенсированными положительными ионами примесей в n области и отр. ионами в p области, электроны будут двигаться через резистор из p области в n. Но когда эти электроны попадут в n область их будет тормозить это же поле которое якобы приводит их в движение. Пришли к противоречию. Ну а раз ток не течет, то и потенциальный барьер нельзя измерить при помощи вольтметра и нужно использовать другие методы.

Edited by SamuraY

Share this post


Link to post
Share on other sites

.. да диэлектрик, ... а возмите металлы к примеру аллюминиевую и медную монету, между ними промыкашку смоченную слюной или раствором поваренной соли и можете замерить разность потенциалов вольтметром.

Теперь можете переходить к пониманию токов тепловых шумов диодов, обратных, теневых токов и тд и тп. Поскольку абсолютного нуля нет.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.

Guest
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Paste as plain text instead

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.

Sign in to follow this