二极管是怎样反向截止正向通导的?PN结和正负电荷是什么关系
PN结通常是基于硅或锗这两种四价元素构建的。通过在N型半导体中掺入五价元素,可以增加其自由电子数量,因为这些杂质元素提供了额外的电子。
对于P型半导体,掺入三价元素会引入空穴,从而增加其空穴数量。
当P型和N型半导体结合时,电子和空穴会相互扩散,并在界面处形成空间电荷区,也就是自建电场。
当扩散达到平衡状态时,通过PN结的载流子数量会相互抵消,形成一个高电阻区域,即阻挡层。
现在我们来探讨单向导电性。
当在PN结两端施加不同极性的电压时,自建电场的平衡会被打破。
如果施加正向电压(即P区连接到电源正极,N区连接到电源负极),这个电压方向与自建电场相反,导致阻挡层变窄,二极管导通,电流随电压升高而增大。
相反,如果施加反向电压(电压方向与自建电场相同),阻挡层会变宽,二极管的反向电阻会变得非常高,只允许非常小的漂移电流通过,这就是所谓的反向漏电流。
总结来说,二极管的工作原理是基于电子和空穴的扩散以及自建电场的相互作用。
正向电压会促进扩散,降低阻挡层电阻,使电流增大;而反向电压则会增强自建电场,阻碍电子和空穴的移动,从而限制电流。
二极管两端电压
二极管在导通状态下,其正向电压值稳定,硅管大约是0.7 伏,而锗管则是0.3 伏。二极管的正向特性表现为,当其正极连接到电路的高电势点,而负极连接到低电势点时,二极管便进入导通状态,这被称为正向偏置。
然而,若施加的二极管正向电压较低,即使如此,它仍无法导通,正向电流极其微小。
二极管的导通需达到特定的“门槛电压”——锗管约0.2 伏,硅管约0.6 伏——之后,方能实现真正的导通。
导通后,二极管两端的电压基本稳定不变,锗管约为0.3 伏,硅管约为0.7 伏,这一稳定电压被称为“正向压降”。
至于反向特性,若二极管的正极连接到低电势点,负极连接到高电势点,则几乎没有电流通过,二极管处于截止状态,这种配置称作反向偏置。
尽管处于反向偏置,二极管仍会有微小的反向电流,即漏电流。
当反向电压增加至一定水平时,反向电流将急剧上升,导致二极管丧失其单向导电功能,这种情况称为击穿。
晶体二极管由p型和n型半导体构成,p-n结处形成空间电荷层及自建电场。
在没有外加电压的情况下,p-n结两侧的载流子浓度差异造成的扩散电流与自建电场导致的漂移电流相平衡。
二极管的关键特性在于其单向导电性,电流只能从正极流入,负极流出。
实验可以直观地展示二极管的正向和反向特性。
二极管的作用和工作原理
一个二极管的基本特性就是正向导通、反向截止。这个元件在电路中有多种用途,包括但不限于整流、充当开关、信号限幅、检波、阻尼以及稳压等。
具体到二极管的工作机制,它是一种基于PN结的晶体管,由P型和N型半导体构成。
在结界面处,会形成空间电荷层并产生自建电场。
在未施加外部电压时,扩散电流(由载流子浓度差引起)和漂移电流(由自建电场驱动)达到平衡。
施加正向电压时,外部电场会削弱自建电场,促进载流子的扩散,从而形成正向电流。
而在反向电压下,外部电场与自建电场叠加,产生一个与电压值无关的反向饱和电流。
如果反向电压过高,PN结的电场强度会超过临界值,导致载流子倍增,产生大量电子空穴对,进而引发反向击穿现象,表现为巨大的反向电流。
这种击穿分为齐纳击穿和雪崩击穿两种类型。
二极管的应用场景非常广泛:
整流:在整流电路中,二极管能将交流电转换成脉动的直流电。
开关:利用二极管的开关特性,可以构建各种逻辑电路。
限幅:作为限幅元件,二极管能够将信号幅度限制在特定范围内。
检波:通过检波,可以从高频信号中提取低频信号成分。
阻尼:在电视等设备的电路中,阻尼二极管(如2 CN1 、2 CN2 、BSBS4 4 等)常用于抑制振荡。
稳压:稳压二极管(如2 CW5 5 、2 CW5 6 等)能够稳定电压输出。
以上信息参考自百度百科对二极管的介绍。