pn结二极管的单向导电性
PN结及其单向导电性
本征半导体的导电机理 当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现
两部分电流 (1)自由电子作定向运动 电子电流 (2)价电子递补空穴 空穴电流
自由电子和空穴都称为载流子。 自由电子和空穴成对地产生的同时，又不断复合。
在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡， 半导体中载流子便维持一定的数目。 注意：
－－－ － －－ －－－ － －－ －－－－ － －
+++ +++ +++
+++ +++ +++
P
IR
内电场 外电场
–+
N
动画
内电场被加 强，少子的漂 移加强，由于 少子数量很少， 形成很小的反 向电流。
PN 结加反向电压时，PN结变宽，反向电流较小， 反向电阻较大，PN结处于截止状态。
温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。
PN结及其单向导电性
2. PN 结加反向电压（反向偏置）P接负、N接正
－－－ － －－ + + + + + +
动画
－－－ － －－ + + + + + +
－－－ － －－ + + + + + +
P
内电场 外电场
N
–+
PN结及其单向导电性
2. PN 结加反向电压（反向偏置）P接负、N接正
PN 结变宽
1. 1 PN结及其单向导电性
1.半导体的导电特性： 热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强
二极管单向导电的原理
二极管单向导电的原理
二极管（Diode）是一种具有单向导电性质的电子器件，其原
理基于PN结的特性。
PN结由一种被掺杂了掺杂剂的p型半
导体和一种被掺杂了不同掺杂剂的n型半导体结合而成。
p型
半导体的材料中掺杂了少量的三价元素，如硼，形成了多余的正电荷，而n型半导体则是通过掺入五价元素，如磷，从而形成了多余的电子。
当这两个材料被连接在一起时，形成了PN 结。
在平衡状态下，PN结两侧会形成一个电势差，即存在一个由
p端指向n端的内建电场。
这个内建电场会阻止电子和空穴的
自由扩散，并且使得p端富电子而n端富空穴。
当外部电压施加在PN结上时，如果是正向偏置，即p端连接正电压，n端
连接负电压，那么该外电压会抵消内建电场，从而减小或消除内建电势差。
这样，电子和空穴就能够穿过PN结，导电发生。
而当施加的外电压是反向偏置，即p端连接负电压，n端连接
正电压时，这时外电压将会增加内建电势差，阻止电子和空穴穿越PN结，导电不会发生。
只有当外电压超过PN结的击穿
电压时，电流才会通过。
根据以上原理，可以得出二极管的单向导电特性。
当二极管的正向电压小于它的额定击穿电压时，它会导电，而当反向电压大于或等于它的额定击穿电压时，它会呈现高阻抗状态，导电不会发生。
这样，二极管可以用来整流交流电、保护电路免受反向电压的破坏等应用。
PN结二极管概述
PN结二极管概述PN结二极管是一种常见的电子器件，它是由P型半导体和N型半导体组成。
PN结二极管具有单向导电性，即在正向电压下通过电流，而在反向电压下几乎不导电。
它是现代电子技术中最基本的器件之一，广泛应用于电路设计、电源管理、通信系统和光电器件等领域。
PN结的形成是通过对P型和N型半导体材料进行特殊处理，使得其中掺入的杂质发生化学反应，形成一个界面区域。
在P型半导体中掺入的杂质称为施主杂质，它提供了额外的电子；在N型半导体中掺入的杂质称为受主杂质，它提供了额外的空穴。
当P型和N型半导体相接触时，施主和受主杂质之间会发生电荷转移，形成一个电势垒。
这个电势垒会阻碍电流的流动，因此PN结二极管在反向电压下具有高阻抗。
当正向电压施加在PN结二极管上时，施主杂质的电子会向电势较低的N型半导体移动，与受主杂质的空穴结合，形成一个导电通道。
这时，PN结二极管的电势垒被削弱，电流可以流经二极管。
由于P型半导体和N 型半导体的材料特性不同，导致二极管的导电特性也有所不同。
在正向电压下，PN结二极管的导电特性可以近似为理想二极管模型，即电流与电压成指数关系。
在反向电压下，当电势较高的一侧施加一个负电压，PN结二极管的电势垒会进一步扩大，电子会被吸入施主一侧，空穴会被吸入受主一侧。
这样，电势垒的高度增加，对电流的阻碍也更强。
只有当反向电压超过一定程度时，电势垒被击穿，电流开始流过二极管。
这种击穿现象称为反向击穿，会损坏二极管，因此在设计电路时需要注意反向电压的大小。
PN结二极管的性能参数主要包括最大正向电流、正向电压降、反向击穿电压和反向电流。
最大正向电流是指在正向电压下，二极管能够稳定工作的最大电流值；正向电压降是正向电流流过二极管时产生的电压降；反向击穿电压是反向电压超过一定程度时，电势垒被击穿的电压值；反向电流是在反向电压下，流经二极管的电流值。
除了基本的PN结二极管，还有其他变种的二极管，如肖特基二极管和光二极管。
什么是PN结和二极管
什么是PN结和二极管PN结是半导体物理学中的一个基本概念，它是由P型半导体和N型半导体接触在一起形成的结构。
在P型半导体中，空穴是多数载流子，而在N型半导体中，电子是多数载流子。
当P型和N型半导体接触时，N型半导体中的电子会向P型半导体中的空穴移动，形成大量的电子-空穴对，这些电子-空穴对称为载流子。
由于载流子的数量大大超过了原来的数量，所以形成了电荷不平衡，产生了电场，这个电场阻止了电子和空穴的进一步扩散，最终达到了一种电荷分布的平衡状态，形成了PN结。
二极管是一种基于PN结的半导体器件，它具有单向导电性。
当二极管的正极连接到高电位，负极连接到低电位时，PN结处于正向偏置状态，此时电子和空穴会大量移动，形成电流，二极管导通。
而当正极连接到低电位，负极连接到高电位时，PN结处于反向偏置状态，此时电场会阻止电子和空穴的移动，二极管截止，不形成电流。
二极管广泛应用于电子电路中，如整流、调制、稳压、信号检测等。
它们是现代电子技术中不可或缺的基本元件之一。
习题及方法：1.习题：PN结的形成过程中，为什么会产生电场？解题方法：回顾PN结的形成过程，分析P型和N型半导体接触时电荷不平衡的原因，以及电场的作用。
答案：PN结形成过程中，由于P型半导体中的空穴和N型半导体中的电子大量移动，形成了电子-空穴对。
这些电子-空穴对使得PN结区域内的电荷分布不平衡，产生了电场。
电场的作用是阻止电子和空穴的进一步扩散，最终达到电荷分布的平衡状态。
2.习题：二极管在正向偏置和反向偏置状态下，分别会发生什么现象？解题方法：分析二极管的正向偏置和反向偏置过程，以及对应的电荷分布和电流情况。
答案：在正向偏置状态下，二极管的正极连接到高电位，负极连接到低电位。
此时，PN结中的电场减弱，电子和空穴大量移动，形成电流，二极管导通。
在反向偏置状态下，二极管的正极连接到低电位，负极连接到高电位。
此时，PN结中的电场增强，阻止了电子和空穴的移动，二极管截止，不形成电流。
二极管失效原理
二极管失效原理今天咱们来唠唠二极管失效是咋回事儿。
二极管这小玩意儿啊，在电路里可起着大作用呢，就像一个小小的交通警察，控制着电流的走向。
可它要是失效了，那就好比交通警察罢工了，电路可就要出乱子啦。
咱先说说二极管的结构吧。
二极管就是由一个PN结组成的，P型半导体和N型半导体接在一起，就像两个性格不同的小伙伴凑一块儿了。
正常情况下呢，电流只能从P区流向N区，这是二极管的单向导电性。
那它为啥会失效呢？有一种情况就是过热。
你想啊，二极管在电路里工作的时候，就像人在干活儿一样，会产生热量。
要是电路里的电流太大了，就好比给二极管安排了太多的工作任务，它累得不行，热量就呼呼地往上冒。
这热量一高啊，就像把二极管放在火上烤似的。
二极管可受不了这么高的温度，里面的原子啊、电子啊就开始变得不安分起来。
原本规规矩矩的PN结结构可能就被破坏掉了。
就像搭好的积木，被人一脚踢散了一样。
一旦PN结的结构乱了套，那单向导电性也就没了，二极管就失效喽。
还有一种可能是电压过高。
这电压就像是一股强大的力量，推着电流往前走。
如果这个力量太大了，超过了二极管能承受的范围，那就糟糕啦。
就好比一阵超强的风，把一扇小窗户给吹破了。
过高的电压可能会直接击穿二极管的PN结，让电流能够双向流动，这可就违背了二极管的本职工作啦。
这时候的二极管就像一个被打败的小战士，失去了控制电流的能力。
再说说制造缺陷吧。
二极管在生产的时候啊，就像做手工一样，要是哪个环节出了差错，那也容易导致失效。
比如说在制作PN结的时候，如果杂质掺入的量不对，或者掺入的杂质不均匀，这就像做饭的时候盐放多了或者没拌匀一样。
PN结的性能就会受到影响，在使用的时候就可能出现各种各样的问题，甚至还没怎么工作呢，就直接失效了。
另外啊，环境因素也不能忽视。
如果二极管处在一个很恶劣的环境里，比如说湿度很大的地方，就像把它放在一个到处都是水汽的浴室里一样。
水汽可能会进入二极管内部，引起短路或者腐蚀里面的结构。
(完整版)二极管导通的条件
二极管的特性及应用
二、二极管基本电路应用
二极管应用
应用电 路
作用解说
整
半波整流
只用一只二极管依单向导电特性，将交流变为单向脉动性直流 电。
流 全波整流 用两只二极管，得到两个极性的单向脉动性直流电压。
电 路
桥式整流 用四只二极管，得到两个极性的单向脉动性直流电压。
倍压整流 是一种大电压小电流整流电路，利用多只二极管构成整流电路。
制作人：曾建
二极管的特性及应用 一 、二极管的特性
1 二极管单向导电性
PN结
管壳 二极管的基本结构是由PN结构成，二极管也具有单向导电 性，箭头所指方向为正向电流方向。
二极管的特性及应用
1.1二极管正向导通工作原理
二极管有导通和截止两种工作状态。而且导通和截止有一定的工作条件。
如果给二极管的正极加上高于负极的电压，称为二极管的正向偏置电压，当 该电压达到一定数值时二极管导通，导通后二极管相当于一个导体，电阻很 小，相当于接通，如图所示。
利用二极管管压降随温度微小变化的特征可以设 计成温度补偿电路，在分析温度补偿电路时不了解二 极管的这种特性，电路的工作原理就无法分析。
二极管的特性及应用
3 二极管正向电阻小，反向电阻大的特性
正向电阻是二极 +V R1
R1
管正向导通后正——
等效
负极之间的电阻，这 一电阻值很小。
正向导通
VD1
R01
正向电阻很小
二极管正极为
R1
负电压，反向
偏置状态
E1
VD1
E1
+
R1
二极管截止， 为开路，回路
中没有电流
VD1
综上所述，给二极管加上一定正向电压二极管处于导通 状态，给二极管加上反向电压时，二极管处于截止状态。
20种常见基本电路
一、桥式整流电路1、二极管的单向导电性：伏安特性曲线：理想开关模型和恒压降模型：1二极管的单向导电性：二极管的PN结加正向电压，处于导通状态；加反向电压，处于截止状态。
伏安特性曲线;理想开关模型和恒压降模型：理想模型指的是在二极管正向偏置时,其管压降为0,而当其反向偏置时,认为它的电阻为无穷大,电流为零.就是截止。
恒压降模型是说当二极管导通以后,其管压降为恒定值,硅管为0.7V，锗管0.5 V2桥式整流电流流向过程：当u 2是正半周期时，二极管Vd1和Vd2导通；而夺极管Vd3和Vd4截止，负载RL 是的电流是自上而下流过负载，负载上得到了与u 2正半周期相同的电压；在u 2的负半周，u 2的实际极性是下正上负，二极管Vd3和Vd4导通而Vd1和Vd2截止，负载RL上的电流仍是自上而下流过负载，负载上得到了与u 2正半周期相同的电压。
3计算:Vo,Io,二极管反向电压Uo=0.9U2, Io=0.9U 2/RL,URM=√2 U 2二.电源滤波器1、电源滤波的过程分析：波形形成过程：1电源滤波的过程分析：电源滤波是在负载RL两端并联一只较大容量的电容器。
由于电容两端电压不能突变，因而负载两端的电压也不会突变，使输出电压得以平滑，达到滤波的目的。
波形形成过程：输出端接负载RL时，当电源供电时，向负载提供电流的同时也向电容C充电，充电时间常数为τ充=（Ri∥RLC）≈RiC,一般Ri〈〈RL,忽略Ri 压降的影响，电容上电压将随u 2迅速上升，当ωt=ωt1时，有u 2=u 0,此后u 2低于u 0，所有二极管截止，这时电容C通过RL放电，放电时间常数为RLC，放电时间慢，u 0变化平缓。
当ωt=ωt2时，u 2=u 0, ωt2后u 2又变化到比u 0大，又开始充电过程，u 0迅速上升。
ωt=ωt3时有u 2=u 0，ωt3后，电容通过RL放电。
如此反复，周期性充放电。
由于电容C的储能作用，RL上的电压波动大大减小了。
二极管PN结原理
PN结的定义：在一块本征半导体中，掺以不同的杂质，使其一边成为Ｐ型，另一边成为Ｎ型，在Ｐ区和Ｎ区的交界面处就形成了一个ＰＮ结。
ＰＮ结的形成（1）当Ｐ型半导体和Ｎ型半导体结合在一起时，由于交界面处存在载流子浓度的差异，这样电子和空穴都要从浓度高的地方向浓度低的地方扩散。
但是，电子和空穴都是带电的，它们扩散的结果就使Ｐ区和Ｎ区中原来的电中性条件破坏了。
Ｐ区一侧因失去空穴而留下不能移动的负离子，Ｎ区一侧因失去电子而留下不能移动的正离子。
这些不能移动的带电粒子通常称为空间电荷，它们集中在Ｐ区和Ｎ区交界面附近，形成了一个很薄的空间电荷区，这就是我们所说的ＰＮ结，如图1所示。
（2）在这个区域内，多数载流子或已扩散到对方，或被对方扩散过来的多数载流子(到了本区域后即成为少数载流子了)复合掉了，即多数载流子被消耗尽了，所以又称此区域为耗尽层，它的电阻率很高，为高电阻区。
（3）Ｐ区一侧呈现负电荷，Ｎ区一侧呈现正电荷，因此空间电荷区出现了方向由Ｎ区指向Ｐ区的电场，由于这个电场是载流子扩散运动形成的，而不是外加电压形成的，故称为内电场，如图2所示。
（4）内电场是由多子的扩散运动引起的，伴随着它的建立将带来两种影响：一是内电场将阻碍多子的扩散，二是P区和N区的少子一旦靠近PN结，便在内电场的作用下漂移到对方，使空间电荷区变窄。
（5）因此，扩散运动使空间电荷区加宽，内电场增强，有利于少子的漂移而不利于多子的扩散；而漂移运动使空间电荷区变窄，内电场减弱，有利于多子的扩散而不利于少子的漂移。
当扩散运动和漂移运动达到动态平衡时，交界面形成稳定的空间电荷区，即ＰＮ结处于动态平衡。
ＰＮ结的宽度一般为0.5um。
ＰＮ结的单向导电性PN结在未加外加电压时，扩散运动与漂移运动处于动态平衡，通过PN结的电流为零。
（1）外加正向电压（正偏）当电源正极接P区，负极接N区时，称为给pN结加正向电压或正向偏置，如图3所示。
由于PN结是高阻区，而P区和N区的电阻很小，所以正向电压几乎全部加在PN结两端。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
pn结二极管的单向导电性
PN结的单向导电性
PN结在外加电压的作用下，动态平衡将被打破，并显示出其单向导电的特性。
1、外加正向电压
当PN结外加正向电压时，外电场与内电场的方向相反，内电场变弱，结果使空间电荷区（PN结）变窄。
同时空间电荷区中载流子的浓度增加，电阻变小。
这时的外加电压称为正向电压或正向偏置电压用VF表示。
在VF作用下，通过PN结的电流称为正向电流IF。
外加正向电压的电路如图所示。
2、外加反向电压
外加反向电压时，外电场与内电场的方向相同，内电场变强，结果使空间电荷区（PN结）变宽, 同时空间电荷区中载流子的浓度减小，电阻变大。
这时的外加电压称为反向电压或反向偏置电压用VR表示。
在VR作用下，通过PN 结的电流称为反向电流IR或称为反向饱和电流IS。
如下图所示。
3、PN结的伏安特性
根据理论分析，PN结的伏安特性可以表达为：
式中iD为通过PN结的电流，vD为PN结两端的外加电压；VT为温度的电压当量=kT/q=T/11600=0.026V，其中k为波尔慈曼常数（1.38×10-23J/K），T 为绝对温度（300K），q为电子电荷（1.6×10-19C）；e为自然对数的底；IS为反向饱和电流。