二极管是一种半导体器件,其核心工作原理基于PN结的单向导电性。以下是其详细原理:
PN结的形成
二极管由P型半导体和N型半导体组成,这两种半导体材料接触后形成PN结。在PN结的交界面处,存在空间电荷区,称为PN结。
载流子与电场
在没有外加电压的情况下,PN结两侧的载流子(电子和空穴)浓度差会导致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。
自建电场是由PN结两侧的载流子浓度差形成的电场,指向N区,使得N区的电子向P区移动,P区的空穴向N区移动。
单向导电性
当外加正向电压时,PN结的内电场被外界电场抵消,载流子的扩散电流增加,形成正向电流。随着电压的进一步增加,电流迅速上升。
当外加反向电压时,PN结的内电场加强,形成反向饱和电流,即在一定反向电压范围内,反向电流与反向电压值无关,保持恒定。
击穿现象
当外加的反向电压高到一定程度时,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,导致大量电子-空穴对的产生,形成数值很大的反向击穿电流,称为击穿现象。击穿分为齐纳击穿和雪崩击穿。
二极管的类型
根据不同的应用需求,二极管有多种类型,如检波二极管、整流二极管、稳压二极管、开关二极管等。根据管芯结构,又可分为点接触型二极管、面接触型二极管及平面型二极管。
总结:
二极管的基本原理是利用PN结的单向导电性,通过在PN结上加引线和封装,实现电流的单向流动。在正向偏置下,二极管导通,电流随电压增加而迅速上升;在反向偏置下,二极管截止,电流保持恒定的反向饱和电流。当反向电压过高时,会发生击穿现象。