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【原创分享】电子学中的百科书-高门槛的电子元件-二极管

2022-01-26 11:12
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上篇文章我们讨论了,关于二极管的分类,结果评论区急求下一篇文章,本次我们将二极管的第二篇文章写出来。

我们说过,二极管不同于其电阻、电容、电感或者晶振。其需要一个门槛电压,其中二极管有俩种形式一种是未加电压的情况,这种未加电压与加了电压未到门槛电压不一样。

首先我们来看未加二极管的偏置电压,首先需要连接如下如图的电路:

 86a55699925cc95996fc505e6dd82d.png

即VD电压为0,其中VD的D代表二极管,也就是说二极管两端的电压为0 ,此时二极管处于一个相对平衡的阶段,即扩散电流与漂移电流均为平衡。

即为TF-IS=0

其中IF:扩散电流

    IS:漂移电流

那么二极管处于一个静态的工作状态,即二极管的静态电流为0,即为ID为0.

其中空乏区会形成正离子和负离子形成的电位差,这个电位差记作VT。一般叫做内建电压、切入电压。

这个电压值就是阻碍二极管导通的电压值,继而可以叫做二极管的管压降或二极管的损耗电压。

那么这个损耗电压会根据区材料的性质不同而不同,其中硅二极管导通电压为0.5-0.7V、锗二极管为0.2-0.3V、砷化镓为1.1-1.2V。

那么二极管就算导通,也需要其导通的方式,继而二极管分为正向导通与反向导通。

我们先说正向偏置:

其电路图如图所示:

 bf1d9f5f9f7ae533c74449895d7083.png

正向偏置即为P型半导体接正极,N型半导体接负极,此时二极管成为正向偏置,又叫做顺向偏置电压。

二极管的阳极侧施加正电压,阴极侧施加负电压,这样就称为正向偏置,所加电压为正向偏置。如此N型半导体被注入电子,P型半导体被注入空穴。这样一来,让多数载流子过剩,耗尽层缩小、消灭,正负载流子在PN接合部附近结合并消灭。整体来看,电子从阴极流向阳极(电流则是由阳极流向阴极)。在这个区域,电流随着偏置的增加也急遽地增加。伴随着电子与空穴的再结合,两者所带有的能量转变为热(和光)的形式被放出。能让正向电流通过的必要电压被称为开启电压,特定正向电流下二极管两端的电压称为正向压降。

 bce0172cbb6b8bde8c7c5a983f208e.png

而反向偏置则如图所示:

e8589ce3de8067096a5069abaa32e3.png

在阳极侧施加相对阴极负的电压,就是反向偏置,所加电压为反向偏置。这种情况下,因为N型区域被注入空穴,P型区域被注入电子,两个区域内的主要载流子都变为不足,因此结合部位的耗尽层变得更宽,内部的静电场也更强,扩散电位也跟着变大。这个扩散电位与外部施加的电压互相抵销,让反向的电流更难以通过。更多的细节请参阅“PN结”条目。

实际的器件虽然处于反向偏置状态,也会有微小的反向电流(饱和电流、漏电流、漂移电流)通过。当反向偏置持续增加时,还会发生隧道击穿或雪崩击穿或崩溃,发生急遽的电流增加。开始产生这种击穿现象的(反向)电压被称为击穿电压。超过击穿电压以后反向电流急遽增加的区域被称为击穿区(崩溃区)。在击穿区内,电流在较大的范围内变化而二极管反向压降变化较小。稳压二极管就利用这个区域的动作特性而制成,可以作为电压源使用

其中反向偏置的特性图如图所示:

cd9059aca7670145201a4745f020bb.png

那么这就是关于二极管的正向偏置与反向偏置的电压及特性,其实二极管还有一种分析方法即为二极管伏安特性曲线分析。那么大家对于二极管的伏安曲线了解多少呢?请听下回分析


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