对P-N结二极管原理和工作原理的理解

一个pn结二极管是通过在硅片的一侧掺杂p型掺杂剂(硼)，另一侧掺杂n型掺杂剂(磷)而形成的。Ge可以用来代替硅。pn结二极管是一种双端器件。这就是P-N结二极管的基本结构。它是最简单的半导体器件之一，因为它只允许电流沿一个方向流动。二极管对施加的电压并不是线性的，而是呈指数的V-I关系。

什么是pn结二极管?

pn结二极管是一块有两个终端的硅。其中一端掺杂p型材料，另一端掺杂n型材料。pn结是半导体二极管的基本元件。半导体二极管促进电子完全单向流动-这是半导体二极管的主要功能。它也可以用作整流器。

PN结二极管理论

有两个操作区域:p型和n型。根据所施加的电压，P-N结型二极管有三种可能的“偏置”条件，即:

零偏差—PN结二极管无外部电压。
正向偏压-电压电位正接于二极管的p型端子，负接于二极管的n型端子。
反向偏压-电压电位负极连接到二极管的p型端子，正极连接到二极管的n型端子。

零偏置条件

在这种情况下，没有外部电压施加到pn结二极管;因此，电子通过结向p侧扩散，同时空穴向n侧扩散，然后相互结合。因此，这些载流子产生了一个电场。电场阻止了带电载流子的进一步扩散，因此在中间区域没有运动。这个区域被称为耗尽宽度或空间电荷。

正向偏压

在正向偏置条件下，电池的负极接于n型材料上，正极接于电池连接到p型材料上。这种连接也称为给予正电压。来自n区的电子穿过结进入p区。由于在p区产生的吸引力，电子被吸引并向正极移动。同时，孔被吸引到电池的负极。电流是通过电子和空穴的运动而流动的。在这种情况下，由于正离子和负离子数量的减少，耗尽区宽度减小。

vi特点

通过提供正电压，电子获得足够的能量来克服势垒(耗尽层)并穿过结，同样的事情也发生在空穴上。电子和空穴通过结所需的能量等于锗的0.3 V，硅的0.7 V，砷化镓的1.2V的势垒势。这也被称为电压降。通过二极管的电压下降是由于内阻引起的。这可以在下面的图表中观察到。

反向偏压

在正向偏置条件下，电池的负极接n型材料，电池的正极接p型材料。这种连接也被称为给予正电压。因此，电压层和耗尽层产生的电场方向是一致的。这使得电场比以前更强。由于这个强电场，电子和空穴需要更多的能量通过结，所以它们不能扩散到相反的区域。因此，由于缺少电子和空穴的运动，就没有电流流动。

来自n型半导体的电子被吸引到正极，来自p型半导体的空穴被吸引到负极。这导致了n型中电子数的减少和p型中空穴数的减少。此外，在n型区域产生了正离子，在p型区域产生了负离子。

因此，随着正离子和负离子数量的增加，耗尽层宽度增大。

vi特点

由于热能在晶体中产生少数载流子。少数载流子是指n型材料中的空穴和p型材料中的电子。这些少数载流子分别是被负极和正极推向P-N结的电子和空穴。由于少数载流子的运动，电流非常小，在纳米安培范围内(对于硅)。这种电流称为反向饱和电流。饱和是指在达到最大值后，电流随着电压的增加而保持不变的稳定状态。

硅器件的反向电流大小为纳米安培量级。当反向电压超过限制值时，反向电流急剧增大。这种引起反向电流剧烈变化的电压称为反向击穿电压。二极管击穿有两种机制:雪崩击穿和齐纳击穿。

I = IS[exp (qV/kT)-1]
K -玻尔兹曼常数
T -结温(K)
(kT/q)室温= 0.026V

通常IS是一个非常小的电流，大约在10-17 ...... 10-13A

因此，可以写成

我= (exp (V / 0.026) 1)

PN结二极管的应用

pn结二极管有许多应用。

• 反向偏置结构的P-N结二极管对400nm到1000nm范围内的光敏感，包括可见光。因此，它可以用作光电二极管。
• 它也可以用作太阳能电池。
• 所有的pn结均采用正向偏置条件LED照明的应用。
• 通过P-N结的偏置电压来产生温度传感器、参考电压。
• 它被用于许多电路中。整流器,变容器压控振荡器。

P-N结二极管的V-I特性

图表将因不同而改变半导体材料用于制造pn结二极管。下图描述了这些变化。

这都是关于P-N结二极管理论、工作原理及应用。我们相信本文提供的信息有助于您更好地理解这个概念。此外，关于本文的任何查询或实现中的任何帮助电气和电子项目，bob体育棋牌bob足球体育app你可以在下面的评论区评论我们。这里有一个问题，P-N结二极管的主要应用是什么?

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