二极管导电原理二极管单向导电性工作原理图文分析_工学_高等教育

二极管单向导电性工作原理图文分析⑴半导体及基本特性自然界中存在着许多不同的物质，根据其导电性能的不同大体可分为导体、绝缘体和半导体二大类。通常，将很容易导电、电阻率小于 10-4Ω .cm 的物质称为导体，如铜、铝、银等金属材料；将很难导电、电阻率小于 10-10Ω .cm 的物质称为绝缘体，如塑料、橡胶、陶瓷等材料；将导电能力介丁导体和绝缘体之间、电阻率在 10-3～109Ω .cm 范围内的物质称为半导体。常用的半导体材料是硅(Si)和锗(Ge)，硅和锗等半导体都是晶体，所以利用该两种材料所制成的半导体器什又称晶体管。同时，半导体材料的导电能力会随着温度、光照等的变化而变化，分别称为热敏性和光敏性，尤其是半导体的导电能力因掺入适量杂质会发生很大的变化。例如在半导体硅中，只要掺入亿分之一的硼，导电率会下降到原来的几万分之一，称为杂敏性，利用这一特性，可以制造成不同性能、不同用途的半导体器件。而金属导体即使掺入千分之一的杂质，对其电阻率几乎也没有什么影响。 ⑵本征半导体和杂质半导体通常把纯净的不含任何杂质的半导体（硅和锗）称为本征半导体，从化学的角度来看，硅原子和锗原子的电子数分别为 32 和 14，所以它们最外层的电子数都是 4 个，是四价元素。

由于导电能力的强弱，在微观上看就是单位体积中能自由移动的带电粒子数日，所以，半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间。由于半导体具有杂敏性，所以利用掺杂可以制造出不同导电能力、不同用途的半导体器件。根据掺入杂质的不同，又可分为 N 型半导体和 P 型半导体。 ①N 型半导体在四价的本征硅（或锗）中，掺入微量的五价元素磷(P)之后，磷原子由丁数量较少，不会改变本征硅的共价键结构，而是和本征硅一起形成共价键结构，形成 N 型半导体。 ②P 型半导体在四价的本征硅(或锗)掺入微量的二价元素硼(B)之后，参照上述分析，硼原子也和周围相邻的硅原子组成共价键结构，形成 P 型半导体。 ⑶ PN 结的形成与单向导电性在一块本征半导体上通过某种掺杂工艺，使其形成 N 型区和 P 型区两部分后，在它们的交界处就形成一个特殊薄层，这就是 PN 结，如图 1.6 所示。图 1.6 PN 结的形成将 PN 结的 P 区接高电位（比如电源的正极），N 区接较低电位（比如电源的负极），称为给 PN 结加正向电压，简称正偏，如图 1.7 所示。PN 结正偏时，外加电场 PN 结中形成了以扩散电流为主的正向电流 IF，且扩散电流随外加电压的增加而增加，当外加电压增加到一定值后，扩散电流随正偏电压的最大而呈指数上升。

由于 PN 结对外加正向偏置呈现较小的电阻（理想状态下可以看出是短路情况），因此称为正偏导通状态。将 PN 结的 P 区接较低电位(比如电源的负极)，N 区接较高电位(比如电源的正极)，称为给 PN 结加反向偏置电压，简称反偏，如图 1.8 所示。图 1.7 PN 结外加正偏电压图 1.8 PN 结外加反偏电压 PN 结反偏时，在 PN 结电路中形成了反向电流 IR，在一般情况下该电流都非常小二极管导电原理，近似等于零，可将此时 PN 结的工作状态称为反向截止。由此可说明，PN 结具有单向导电性。二极管是由半导体材料制成的，其核心是 PN 结，PN 结的单向导电性也是二极管的主要特征。二极管由管芯(主要是 PN 结)、正极、负极(从 P 区和 N 区分别焊出两根金属引线) 和封装外壳组成。接下来学习一下二极管的特性。 ⑷二极管的伏安特性曲线二极管的伏安特性是指二极管通过的电流与外加偏置电压的关系二极管导电原理，由图 1.9 可知该特性由 3 部分组成。①正向导通特性图 1.9 二极管的伏安特性当正向电压 UF 开始增加时(即正向特性的起始部分)，此时 UF 较小，正向电流仍几乎为零，该区域称之为死区，硅管的死区电压约为 0.5V，锗管约为 0.1V。

只有当 UF 大于死区电压后，才开始产生正向电流 IF。二极管正偏导通后的管压降是一个恒定值，硅管和锗管分别取 0.7V 和 0.3V 的典型值。②反向截至特性当外加反向偏压 UR 时，反向电流 IR 较小，基本可忽略不计。室温下一般硅管的反向饱和电流小于 1μ A ，锗管为几十到几百微安，如图 3.10 中所示的 B 段。③反向击穿特性击穿特性属于反向特性的特殊部分。当 UR 继续增大并超过某一特定电压值时，反向电流将急剧增大，这种现象称为击穿。如果 PN 结击穿时的反向电流过大(比如没有串接限流电阻等原因)，使 PN 结的温度超过 PN 结的允许结温(硅 PN 结约为 150～200℃，锗 PN 结约为 75～100℃)时，PN 结将因过热而损坏，称为热击穿，是一种不可逆击穿。但也有个别特殊二极管工作于反向击穿区，且形成可逆的电击穿，如稳压管。

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