二极管

N型半导体和 P型半导体

在N型半导体中掺入五价元素, 在与周围的硅原子形成共价键后, 还多出一个电子, 多出的电子不受共价键的约束, 只需很少的能量就成为自由电子. N型半导体中, 自由电子是多子, 空穴是少子

在P型半导体中掺入三价元素, 在与周围的硅原子形成共价键后, 会就产生了一个空位, 当硅原子的外层电子填补空位时, 硅原子的共价键中便产生一个空穴. P型半导体中, 空穴是多子, 自由电子是少子

P型半导体和N型半导体构成PN结后, N区的电子(多子)会扩散到P区, 和P区的空穴结合, 于是N区产生了正离子, P区产生了负离子, 正离子和负离子之间形成了内电场, 内电场会阻碍扩散运动, 内电场也会让P区的电子(少子)向N区漂移

慢慢地, 当N区的电子浓度降低, 扩散运动减弱, 但是由于内电场是在不断增强, 所以漂移运动在不断增强, 直到扩散运动和漂移运动达到平衡

在无外电场和外部激发下, 参与扩散的多子与参与漂移的少子数目相同, 从而达到动态平衡, 形成的这个内电场区域称之为PN结, 或: 阻挡层、耗尽层、空间电荷区.

在低掺杂的情况下, 耗尽层较宽, 当加很小的反向电压, 相当于是增强了内电场, 于是就加剧了少子的漂移运动, 同时多子的扩散作用也会加剧, 所以耗尽层会变窄, 并达到新的平衡.

在高掺杂的情况下, 耗尽层很窄, 当加很小的反向电压, 就会加剧少子的漂移运动, 在耗尽层形成很强的电场, 而直接破坏共价键, 使价电子脱离共价键的束缚, 产生电子-空穴对, 使电流急剧增大.

在很低的反向电压时, 就引起电流急剧增大, 这被称为齐纳击穿, 如果反向电压继续增大, 新产生的电子-空穴对被电场加速后又撞出其它的价电子, 载流子雪崩式倍增, 就产生了雪崩击穿.

结合的 N型半导体和 P型半导体, 原子的密度应该是一样的, 只是掺杂的元素浓度不同.

因为N区电子与P区空穴结合才形成了N区正离子和P区的负离子, 这些正负离子是成对出现的, 如果掺杂浓度不同, 那么产生相同数量的正负离子数量所需的体积就不同. 掺杂浓度越高, 所需体积就越少, 所以在掺杂浓度高的区域空间电荷区更窄

齐纳二极管又叫稳压二极管

稳压二极管的伏安特性, 如图.

正向偏置状态下, 稳压二极管表现为普通二极管的伏安特性, 即正向特性为指数曲线. 当反向电压增大到一定数值时则击穿, 击穿区的曲线很陡, 几乎平行于纵轴, 表现为很好的稳压特性

原理:

二极管整流利用了它具有单向导电性, 也就是电流只能从正极流向负极, 而不能从负极流向正极.

只有二极管两端加正向电压并且大于一定值时, 二极管才会导通, 导通后电阻很小, 相当于一根导线.

而在二极管两端加反向电压时, 二极管因为内部PN结的关系, 反向电流很小, 可以忽略不计, 可以看作是截止状态.

半波整流电路:

半波整流电路波形:

220V/50Hz交流电经过变压器输出U2, U2也是正弦交流电压, 大小和方向不断变化.

当正半周流过二极管时, A点电位处于高电平, B点电位处于低电平, 二极管处于正向偏置, 此时二极管导通.

当负半周流向二极管时, A点电位低于B点电位, 二极管反偏, 处于截至状态, 没有电流流过.

产生的波形只在一个方向上变化, 称这种为脉动直流电

变压器u2正半周时电流通路:

变压器u2负半周时电流通路:

整个周期电流通路是这样的:

桥式整流电路输出波形与全波整流电路的一样, 也是全波波形, 所以整流后输出电压是整流前的0.9倍

总结: