干貨 | 二極管為什么單向?qū)щ姡?/h1>

時(shí)間：2020-6-19閱讀：668

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二極管是電子電路中很常用的元器件,，非常常見(jiàn)，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(guò)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(méi)有電流流過(guò)二極管,。這就是所說(shuō)的二極管的單向?qū)ㄌ匦浴Ｏ旅娼忉尀槭裁炊O管會(huì)單向?qū)ā?/span>

 

二極管的單向?qū)щ娦?/h2>

 

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)如圖1所示,。

 

圖1 PN結(jié)示意圖

 

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(huì)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(chǎng),，即PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng),。內(nèi)電場(chǎng)將阻礙多數(shù)載流子的繼續(xù)擴(kuò)散，又稱為阻擋層,。

 

PN結(jié)詳解

 

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(tīng)話呢？它的微觀機(jī)理是什么呢,？這里簡(jiǎn)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2所示。

 

圖2 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(huì)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(gè)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(wú)法移動(dòng)的原子構(gòu)成的,。

 

空間電荷區(qū)形成一個(gè)內(nèi)建電場(chǎng)，電場(chǎng)方向由N到P,，這個(gè)電場(chǎng)阻止了后面的電子繼續(xù)過(guò)來(lái)填補(bǔ)空穴,，因?yàn)檫@時(shí)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(huì)越來(lái)越慢,，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(shí)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3所示。

 

圖3 PN結(jié)形成內(nèi)建電場(chǎng)

 

外加正向電壓,，電場(chǎng)方向由正到負(fù),，與內(nèi)建電場(chǎng)相反，削弱了內(nèi)建電場(chǎng),，所以二極管容易導(dǎo)通,。綠色箭頭表示電子流動(dòng)方向，與電流定義的方向相反,。如圖4所示,。

 

圖4 正向?qū)顟B(tài)

 

外加反向電壓，電場(chǎng)方向與內(nèi)建電場(chǎng)相同,，增強(qiáng)了內(nèi)建電場(chǎng),，所以二極管不容易導(dǎo)通。如圖5所示,。當(dāng)然,，不導(dǎo)通也不是的，一般會(huì)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。

 

圖5 反向不導(dǎo)通狀態(tài)

 

圖6是二極管的電流電壓曲線供參考,。

 

圖6 二極管電流電壓曲線

 

圖7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。

 

圖7 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)ǎ聪虿粚?dǎo)通,，如果硬要反向通過(guò),，可能就會(huì)因?yàn)樘罅?ldquo;反向擊穿”破壞閘機(jī)了。

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