二極體的工作原理是什麼?

時間 2021-05-30 05:20:32

1樓:好好睡覺

由於前面答主已經幫大家建立了電二極體基本知識和框架,本回答側重於解釋【為什麼「內建電場」在正向偏置下會加強,在反向偏置下會減弱?】,這個問題曾經困擾過我,最近想通了,所以來分享一下。

正向偏置

P端接電源正極,N端接電源負極。此時由於電場力的作用,原本的平衡被打破(可以理解為由內建電場形成的「漂移力」=由濃度差產生的「擴散力」),新的「漂移力」產生,而且是作用在整個二極體上的,所以裡面所有的空穴、電子都會受到影響,P端的空穴(多子)會被推著往N方向走,N端的電子(多子)會被推著往P方向走。由於原來內建電場是由PN結處N端的空穴和P端的電子造成的,所以PN結處N端的空穴被「新漂移力」推過來的電子中和了,而PN結處P端的電子被「新漂移力」推過來的空穴中和了,所以內建電場區域變窄了,內建電場強度也就減弱了。

此時,由於原本阻礙空穴源源不斷地從P往N擴散(電子從N往P擴散)的來自內建電場的「漂移力」減弱了,所以擴散作用大於抑制的漂移作用,

反向偏置

P端接電源負極,N端接電源正極。此時與正向偏置剛好相反,新的「漂移力」會導致P端的空穴(多子)進一步被吸引聚攏,N端的電子(多子)同樣也被進一步被吸引聚攏。這會導致PN結處,P端有更多的電子,N端有更多的空穴,所以內建電場的區域變寬了,同時強度也變強了(可以理解為對內建電勢產生貢獻的電子、空穴更多了)。

此時,由於濃度差形成的擴散作用已經無法產生電流貢獻了,只有少子會由於外加電勢+內建電勢的作用繼續漂移,不過由於少子的數量太少了,所以反向電流很小。

有的同學可能會疑惑,既然內建電場和外加電場這麼強,為什麼漂移作用形成的電流卻這麼弱呢?關於這個問題,核心在於少子的數量太少了!少子是由於熱激發躍遷所產生的,其數量基本只和溫度有關,且數量很少。

比如半導體是一條河,在兩端加上反向電壓,相當於此時有一堆電子、空穴等著過河。在反向偏置的時候,是「少子」來負責運輸,就零零散散幾條船,一次載不了幾個。但是如果是正向偏置就不一樣了,是「多子」來負責運輸,浩浩蕩蕩的成千上萬條船隊,可以源源不斷地運送岸邊的電子和空穴!

補充一點:反向擊穿的時候,相當於原本沉在海底裡的船全都浮出來了,而且是一條連著一條地浮出來(雪崩擊穿),這時候就可以大量運輸岸邊的電子和空穴了,反向電流就會一下子變得很大。

最後補充乙個關於二極體的簡單比擬:

二極體體系就好比自來水龍頭,「由於濃度差形成的擴散作用」是自來水水壓,「內建電場」是用來抑制水流動的閥門,外加電壓可以簡單理解為一種調節「閥門」的外力。正向偏置是把閥門往「開水」的方向擰,反向偏置是把閥門往「關水」的方向擰,其實是用來「削弱」or「增強」內建電場產生的抑制作用的。

2樓:王ming

我也學習了一下,哈哈

整合電子元件電晶體,它們是如何工作的?看完這個你就知道了(機翻字幕介意勿看請繞道!)_嗶哩嗶哩 (゜-゜)つロ 乾杯~-bilibili

3樓:王旭東

這個確實不是一兩句話說得清的,但是我還是想挑戰一下自己的文字功底。盡量不用太理論化的陳述。話說世界上有種神奇的物質叫「半導體」。

這個題主肯定知道了。半導體我們通常使用的是矽。這個題主肯定也知道了。

純淨無暇(只能說是雜質少到幾乎忽略不計)的半導體物質,我們又稱為本徵半導體。這個名字沒有特別的其他意義,就是指純淨半導體。本徵半導體內部呢,結構還是比較穩定的,至於共價鍵之類的我就不多說了。

總之,本徵半導體內部偶爾有一兩個電子,因為環境溫度或者光照而獲得能量脫離原子核的束縛飄掉了,留下原來的大坑。由於原子本來呈電中性,所以乙個負電子跑了,留下乙個帶正電核的大坑。本徵半導體中零零散散的飄著電子,一不小心就可能掉進這樣乙個坑中,我們稱為復合,所以總體上來說電子和坑成對出現又成對消失,由於本徵半導體能脫離束縛的電子很少,所以這樣的電子和坑對出現的比較少,基本上處於乙個很平靜的狀態。

由於本徵半導體是規則晶體,所以原子結構都一樣。現在在本徵半導體中滲入比現有晶體結構多乙個電子的元素均勻分布在原有晶體中。其他電子很快與原有晶體形成穩定的結構,但多出來的乙個無法與周圍的原子形成穩定的結構,於是稍微受到外部能量他就跑了。

那麼原有的雜質原子因為跑掉乙個電子,雖然與周圍形成了穩定結構,但是本身的電中性被破壞掉了,變成乙個帶正電的離子。由於這樣的雜質半導體中雜質很多,所以半導體中忽然多出很多電子和正離子。需要注意的是雖然雜質的電子飛走了,那是因為本來就沒他容身之地,所以飄走後也沒留下個坑(這樣的比喻其實還是有點不恰當的)。

所以多了電子卻沒多坑。這樣產生的電子遠遠大於本徵激發的電子-坑對所出現的坑我們稱電子為多子。同樣我們也可以在本徵半導體中參入比晶體中原子少乙個電子的元素。

由於雜質原子為了要和周圍晶體形成穩定結構,於是它就在少電子的地方挖坑捕捉飄在晶體中由於本徵激發的電子。當抓住乙個電子後雜質原子與周邊晶體形成穩定結構,但是由於多了個電子,雜質原子的電中性被破壞了,變成了乙個負離子。不管是雜質原子挖的坑,還是搶了其他坑的電子,總是多出了乙個坑。

由於雜質原子均勻分布在晶體中,這樣的坑很多,遠遠大於本徵激發出現的電子-坑對,所以這樣的晶體中坑是多子。

基於以上事實,我們得到兩種雜質半導體,一種是電子多子的半導體,我們稱為N型半導體。另一種坑多的我們稱之為P型半導體。現在我們把一塊本徵半導體一半做成N型,另一半做成P型。

這下可歡快了。電子多的一方看到對面那麼多坑,這裡有那麼多流浪的電子都迫不及待的往那邊跑。跑在前頭的瞬間就把前面大片坑給填滿了。

事實上也可以看成坑在往電子多的地方填很快把那邊前頭的電子消耗掉了。於是產生了乙個問題,電子跑掉的地方留下大片正離子,尤其是靠近對方地盤的區域。而坑多的一方也是如此,被填滿坑後留下大批負離子。

正離子一方產生乙個指向負離子一方的電場電壓,由於離子區域的擴大,這個電壓越來越大,終於這個電壓的正極大到能把跑到對面的電子抓回來,同樣負極的一方也會把被填的坑里的電子推出去,使得看上去像是把坑拉回來。於是兩邊的多子紛紛撤退離子區域又迅速縮小,直到電場減弱,多子又衝鋒了。這樣的離子區變大變小的,但始終處於乙個動態平衡狀態,於是形成乙個大致上穩定的離子區域稱之為pn結。

有pn結就有接下來的一切了,當在坑的那一方加正電壓,在電子的那一端加負電壓,這個電壓由於比離子區的電場大得多,完全打破原有的平衡。於是電子掙脫離子區域電場的束縛,歡快的向前搶坑,但是後面外加電源的負極又射出很多電子,佔坑的電子又被往前擠,而電源正極又射出更多的坑,於是電子們不斷向前佔坑又被擠到前面去佔前面的坑直到跑到電源的正極。這樣源源不斷的進行於是形成了電流。

現在我們把外加的電源掉個方向,這下離子區域的電場非但沒有被減弱抵消,反而加強了。並且正極在電子多子端還不斷吸走電子,負極又不斷的把坑那斷給填了。這樣飄到坑那邊的電子更少了,而能供對面飄過來佔的坑也少了。

大片的離子區使得整個半導體處於非常穩定的結構狀態,並且之前參與搶坑的多子大大減少,此時的半導體處於電阻很大的狀態。只有部分本方的少子由於受到外電場的吸引,飄到對面,形成乙個微弱的反向電流。

以上就是二極體的單向導電性的白話版。

4樓:風入松

簡單講是因為PN結的作用。

PN結是將P型半導體和N型半導體搞在一起形成的。

首先需要理解一下什麼是P型半導體、N型半導體以及半導體能導電的微觀原因。

純淨的具有晶體結構的半導體稱為本徵半導體,晶體中原子的外層電子可能會掙脫共價鍵束縛而逃逸成自由電子,同時留下乙個顯正電性的空穴。電子和空穴共同參與導電,因此稱為載流子。

本徵半導體中載流子濃度為:

其中,T和k分別為熱力學溫度和波爾茲曼常數,為禁帶寬度,是與半導體材料載流子有效質量、有效能級密度有關的常量。

我們在本徵半導體中摻入一些雜質可以得到雜質半導體。根據摻入的雜質不同分為P型和N型。對於N型半導體,稱自由電子為多子,空穴為少子;P型半導體與N型恰好相反就不羅嗦了。

P型和N型交合在一起時,P區空穴向N區擴散,N區電子向P區擴散,這樣一來P區就形成了負離子區,N區形成了正離子區,從而形成內電場,我們稱之為耗盡層。其中內電場不利於多子的擴散,利於少子的漂移。無外界激發的情況下,參與擴散運動的多子數目等於參與漂移運動的少子數目,達到動態平衡,形成PN結。

當PN結外加電壓後,平衡被破壞,此時將流過電流,具體細節為:

1.正極接在P端,稱為正向電壓,外電場將多子推向耗盡層,使其變窄,削弱了內電場,使擴散運動加劇,漂移運動減弱,從而形成正向電流,PN結導通。

2.正極接在N端,稱為反向電壓,此時耗盡層變寬,內電場加強,削弱了擴散運動,使漂移運動加強,形成反向電流。但由於少子數量極少,反向電流也很少,我們通常忽略不計,此時認為PN結截止。

5樓:LambdaCalc

簡要地解釋一下,可能有不足,希望各位知友批評指正。

二極體三極體由p型半導體(空穴導電)和n型半導體(電子導電)組成!在p型半導體和n型半導體結合的表面會形成pn結!所謂pn結,就是指p型半導體和n型半導體相結合時,由於p型和n型半導體的多子不同,產生擴散現象,形成pn結。

pn結中沒有多子,只有遺留下來的p型半導體中的負離子和n型半導體的正離子,這樣在pn型中就會形成從p型半導體指向n型半導體的電勢差!這個電勢差是pn結單向導電性的關鍵所在!在給pn結施加正向電壓(即電源正極接p型半導體)時,pn結中電場減小,電流容易流過!

簡單地說,正向電壓使pn結中電勢差減小,反向電壓使電勢差增大!

手機打字,有不對的地方,還望見諒!

請問圖里是什麼二極體?

Perplexboy 這是肖特基勢壘二極體 Schottky Barrier Diode 簡稱SBD。普通的PN結二極體 Diode 是由P型半導體跟N型半導體接觸構成的,而SBD則是由金屬和半導體接觸 P型或N型 構成的 理想情況下需要金屬的功函式大於N型半導體的功函式,或小於P型半導體的功函式。...

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