فيديو السؤال: تحديد منطقة نضوب الوصلة الثنائية المناظرة للتوصيل العكسي الفيزياء

نسخة الفيديو النصية

توضح الأشكال الآتية وصلة ثنائية. توضح الجوانب المشحونة من منطقة النضوب للوصلة الثنائية باللونين الأحمر والأزرق. توضح الوصلة في حالة التوصيل الأمامي، والتوصيل العكسي، وحالة اللاتوصيل. أي التوصيلات الموضحة تمثل التوصيل العكسي تمثيلًا صحيحًا؟

توضح لنا الخيارات الثلاثة أ، ب، ج التوصيلات المرشحة لتمثيل التوصيل العكسي في الدايود شبه الموصل. تمثل المنطقتان باللونين الأحمر والأزرق الجوانب المشحونة المختلفة من منطقة النضوب. في البداية، دعونا نفترض أن لدينا مادة شبه موصلة من النوع ‪p‬‏، ومادة شبه موصلة من النوع ‪n‬‏ متصلتين معًا بهذا الشكل. هذا يعني أن الإلكترونات السالبة الشحنة في الجانب الأيمن من الدايود هي حاملات الشحنة، في حين أن حاملات الشحنة المتحركة في الجانب الأيسر هي الفجوات الموجبة الشحنة. ستتحرك الإلكترونات الحرة القريبة من الوصلة بين هذين النوعين من المادة عبر هذا الحاجز وتتسبب في تدمير حاملات الشحنة المتحركة، إن جاز لنا القول، بالقرب من الوصلة بين هاتين المادتين.

الذي يتبقى على الجانبين ذرات ثابتة سالبة الشحنة وذرات ثابتة موجبة الشحنة. وبما أن هذه المنطقة أصبحت الآن خالية من حاملات الشحنة المتحركة، فإنها تسمى منطقة النضوب. يشار إلى جانبي هذه المنطقة بالمساحات الحمراء والزرقاء في الخيارات. مع وجود الدايود كما هو، أي مع عدم تطبيق جهد خارجي، نقول: إنه في حالة اللاتوصيل. إذن، يمكننا القول: في حالة اللاتوصيل، نتوقع وجود منطقة نضوب في الدايود. ومن ثم، يمكننا أن نغير مساحة منطقة النضوب هذه عن طريق تطبيق جهد خارجي.

دعونا نفترض أننا وصلنا طرفي الدايود ببطارية كهذه. بتوجيهها بهذه الطريقة، ستنطلق من البطارية شحنة موجبة تتحرك في اتجاه عقارب الساعة وشحنة سالبة تتحرك عكس اتجاه عقارب الساعة عبر هذه الدائرة الكهربية بحسب الاتجاه الاصطلاحي. بالنظر إلى الشحنة الموجبة القادمة في الجانب الأيسر من الدائرة، نعلم أنها ستتنافر مع الشحنات الموجبة المتحركة في جانب النوع ‪p‬‏ من الدايود. ونتيجة لذلك، ستندفع هذه الشحنات الموجبة المتحركة إلى منطقة النضوب. وبالمثل، في الجانب الأيمن، ستدفع هذه الشحنات السالبة القادمة من التيار الشحنات السالبة المتحركة في جانب النوع ‪n‬‏ من الدايود. وخلال هذا التنافر المتبادل، ستندفع الشحنات السالبة المتحركة إلى منطقة النضوب من اليمين.

النتيجة الإجمالية لذلك هي تقليل مساحة منطقة النضوب. وإذا كان الجهد المطبق من البطارية كبيرًا بما يكفي، فستختفي منطقة النضوب تمامًا. وهذا ما نراه موضحًا في الخيار ج. وعندما يؤدي الجهد الخارجي المطبق إلى تقليل مساحة منطقة النضوب، يقال: إن الدايود في حالة التوصيل الأمامي. عند إعداد الدائرة بهذه الطريقة، يسهل تدفق الشحنات المتحركة من أحد طرفي الدايود إلى الطرف الآخر. لكي نعرف كيف يبدو التوصيل العكسي، دعونا نتخيل أن لدينا مفتاحًا في الدائرة الكهربية نفتحه بحيث تتوقف الشحنة عن التدفق في الدائرة. عندما يحدث ذلك، تعود منطقة النضوب كما كانت من قبل.

دعونا نفترض الآن أننا عكسنا اتجاه البطارية بحيث يقع الطرف الموجب على اليمين. إذا أغلقنا المفتاح لكي تبدأ هذه الشحنة في التدفق مرة أخرى في الدائرة، فإننا نعلم أن الشحنة الموجبة ستتدفق عكس اتجاه عقارب الساعة وأن الشحنة السالبة ستتدفق في اتجاه عقارب الساعة. في الجانب الأيمن من الدائرة، ستجذب الشحنات الموجبة القادمة الشحنات السالبة المتحركة في جانب النوع ‪n‬‏ من الدايود. وبالمثل، في الجانب الأيسر، ستجذب الشحنات السالبة القادمة الشحنات الموجبة المتحركة في جانب النوع ‪p‬‏. في جانبي الدايود، ستتحرك الشحنات المتحركة بعيدًا عن منطقة النضوب وستزداد مساحة هذه المنطقة.

علينا أن نلاحظ أنه كلما زادت مساحة منطقة النضوب، قل احتمال انتقال الشحنات المتحركة عبر هذه المنطقة. بعبارة أخرى: يصبح الدايود موصلًا أردأ فأردأ للكهرباء. يعتمد مقدار زيادة مساحة منطقة النضوب على مقدار الجهد المطبق. الذي لاحظناه هو أن التوصيل العكسي للدايود ينتج عنه منطقة نضوب أكبر. بمراجعة الخيارات أ، ب، ج، يمكننا القول: إن الخيار ج يوضح لنا التوصيل الأمامي، والخيار ب يوضح لنا منطقة النضوب في حالة اللاتوصيل، في حين يوضح الخيار أ منطقة النضوب في حالة التوصيل العكسي.