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PN結(jié)為什么可以單向?qū)щ??PN結(jié)單向?qū)щ娫?/h2>

發(fā)布時間:2020-04-14 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】二極管是電子電路中很常用的元器件,非常常見,二極管具有正向?qū)ǎ聪蚪刂沟奶匦浴?/strong>
  
二極管是電子電路中很常用的元器件,非常常見,二極管具有正向?qū)?,反向截止的特性?/span>

在二極管的正向端(正極)加正電壓,負(fù)向端(負(fù)極)加負(fù)電壓,二極管導(dǎo)通,有電流流過二極管。在二極管的正向端(正極)加負(fù)電壓,負(fù)向端(負(fù)極)加正電壓,二極管截止,沒有電流流過二極管。這就是所說的二極管的單向?qū)ㄌ匦浴O旅娼忉尀槭裁炊O管會單向?qū)ā?/span>

二極管為什么只能單向?qū)щ姡?/span>

二極管是由PN結(jié)組成的,即P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體,因此PN結(jié)的特性導(dǎo)致了二極管的單向?qū)щ娞匦浴N結(jié)如下圖所示:

PN結(jié)為什么可以單向?qū)щ??PN結(jié)單向?qū)щ娫? title=

在P型和N型半導(dǎo)體的交界面附近,由于N區(qū)的自由電子濃度大,于是帶負(fù)電荷的自由電子會由N區(qū)向電子濃度低的P區(qū)擴(kuò)散,擴(kuò)散的結(jié)果使PN結(jié)中靠P區(qū)一側(cè)帶負(fù)電,靠N區(qū)一側(cè)帶正電,形成由N區(qū)指向P區(qū)的電場。diangon.com即PN結(jié)內(nèi)電場。內(nèi)電場將阻礙多數(shù)載流子的繼續(xù)擴(kuò)散,又稱為阻檔層。

PN結(jié)為什么可以單向?qū)щ姡?/span>

二極管的單向?qū)щ娞匦杂猛竞軓V,到底是什么原因讓電子如此聽話呢?它的微觀機(jī)理是什么呢?這里簡單形象介紹一下:

假設(shè)有一塊P型半導(dǎo)體(用黃色代表空穴多)和一塊N型半導(dǎo)體(用綠色代表電子多),它們自然狀態(tài)下分別都是電中性的,即不帶電。如圖1所示。

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圖1. P型和N型半導(dǎo)體

把它們結(jié)合在一起,就形成PN結(jié)。邊界處N型半導(dǎo)體的電子自然就會跑去P型區(qū)填補(bǔ)空穴,留下失去電子而顯正電的原子。相應(yīng)P型區(qū)邊界的原子由于得到電子而顯負(fù)電,于是就在邊界形成一個空間電荷區(qū)。為什么叫“空間電荷區(qū)”?是因?yàn)檫@些電荷是微觀空間內(nèi)無法移動的原子構(gòu)成的。

空間電荷區(qū)形成一個內(nèi)建電場,電場方向由N到P,這個電場阻止了后面的電子繼續(xù)過來填補(bǔ)空穴,因?yàn)檫@時P型區(qū)的負(fù)空間電荷是排斥電子的。電子和空穴的結(jié)合會越來越慢,最后達(dá)到平衡,相當(dāng)于載流子耗盡了,所以空間電荷區(qū)也叫耗盡層。這時PN結(jié)整體還呈電中性,因?yàn)榭臻g電荷有正有負(fù)互相抵消。如圖2所示。

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圖2. PN結(jié)形成內(nèi)建電場

外加正向電壓,電場方向由正到負(fù),與內(nèi)建電場相反,削弱了內(nèi)建電場,所以二極管容易導(dǎo)通。綠色箭頭表示電子流動方向,與電流定義的方向相反。如圖3所示。

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圖3. 正向?qū)顟B(tài)

外加反向電壓,電場方向與內(nèi)建電場相同,增強(qiáng)了內(nèi)建電場,所以二極管不容易導(dǎo)通。如圖4所示。當(dāng)然,不導(dǎo)通也不是絕對的,一般會有很小的漏電流。隨著反向電壓如果繼續(xù)增大,可能造成二極管擊穿而急劇漏電。

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圖4. 反向不導(dǎo)通狀態(tài)

圖5是二極管的電流電壓曲線供參考。

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圖5.二極管電流電壓曲線

圖6形象的展示了不同方向二極管為什么能導(dǎo)通和不能導(dǎo)通,方便理解。

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圖6. 不同方向?qū)ㄐЧ煌?/span>

生活中單向?qū)ǖ睦右膊簧?,比如地鐵進(jìn)站口的單向閘機(jī),也相當(dāng)于二極管的效果:正向?qū)?,反向不?dǎo)通,如果硬要反向通過,可能就會因?yàn)樘罅?ldquo;反向擊穿”破壞閘機(jī)了。
 
 
 
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