二极管的工作原理主要基于其单向导电性,这是由PN结的特性所决定的。当在PN结上加上正向电压时,PN结附近的载流子(电子和空穴)会受到电场力的作用而向结的方向移动,从而形成正向电流。相反,当加上反向电压时,载流子受到的电场力方向与结的方向相反,因此移动受到阻碍,形成了反向电流。在反向电压达到一定值时,会发生击穿现象,即反向电流急剧增加。
具体来说,二极管的工作原理可以概括为以下几点:
PN结的形成:
二极管由P型半导体和N型半导体组成,两者接触形成PN结。在PN结的界面处,两侧形成空间电荷层,并存在自建电场。
电平衡状态:
在没有外加电压的情况下,PN结两侧的载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等,此时二极管处于电平衡状态。
正向导电性:
当外加正向电压时,外界电场与自建电场相互抵消,使得载流子能够向结的方向移动,形成较大的正向扩散电流,此时二极管导通。
反向截止性:
当外加反向电压时,外界电场与自建电场相互加强,使得载流子移动受到阻碍,形成很小的反向漂移电流,此时二极管截止。
击穿现象:
当反向电压达到一定值时,PN结空间电荷层中的电场强度达到临界值,产生载流子的倍增过程,形成大量的电子空穴对,导致反向击穿电流急剧增加。
根据这些原理,二极管在电子电路中有着广泛的应用,如整流、检波、限流、过压保护等。