二極管單向導電性工作原理圖文分析⑴半導體及基本特性 自然界中存在著許多不同的物質，根據其導電性能的不同大體可分為導體、絕緣體和半 導體二大類。通常，將很容易導電、電阻率小于 10-4Ω .cm 的物質稱為導體，如銅、鋁、銀 等金屬材料；將很難導電、電阻率小于 10-10Ω .cm 的物質稱為絕緣體，如塑料、橡膠、陶瓷 等材料；將導電能力介丁導體和絕緣體之間、電阻率在 10-3～109Ω .cm 范圍內的物質稱為半 導體。常用的半導體材料是硅(Si)和鍺(Ge)，硅和鍺等半導體都是晶體，所以利用該兩種材 料所制成的半導體器什又稱晶體管。 同時，半導體材料的導電能力會隨著溫度、光照等的變化而變化，分別稱為熱敏性和光 敏性，尤其是半導體的導電能力因摻入適量雜質會發(fā)生很大的變化。例如在半導體硅中，只 要摻入億分之一的硼，導電率會下降到原來的幾萬分之一，稱為雜敏性，利用這一特性，可 以制造成不同性能、不同用途的半導體器件。而金屬導體即使摻入千分之一的雜質，對其電 阻率幾乎也沒有什么影響。 ⑵本征半導體和雜質半導體 通常把純凈的不含任何雜質的半導體（硅和鍺）稱為本征半導體，從化學的角度來看， 硅原子和鍺原子的電子數分別為 32 和 14，所以它們最外層的電子數都是 4 個，是四價元素。

由于導電能力的強弱，在微觀上看就是單位體積中能自由移動的帶電粒子數日，所以，半導 體的導電能力介于導體和絕緣體之間。 由于半導體具有雜敏性，所以利用摻雜可以制造出不同導電能力、不同用途的半導體器 件。根據摻入雜質的不同，又可分為 N 型半導體和 P 型半導體。 ①N 型半導體 在四價的本征硅（或鍺）中，摻入微量的五價元素磷(P)之后，磷原子由丁數量較少， 不會改變本征硅的共價鍵結構，而是和本征硅一起形成共價鍵結構，形成 N 型半導體。 ②P 型半導體 在四價的本征硅(或鍺)摻入微量的二價元素硼(B)之后，參照上述分析，硼原子也和周圍 相鄰的硅原子組成共價鍵結構，形成 P 型半導體。 ⑶ PN 結的形成與單向導電性 在一塊本征半導體上通過某種摻雜工藝，使其形成 N 型區(qū)和 P 型區(qū)兩部分后，在它們 的交界處就形成一個特殊薄層，這就是 PN 結，如圖 1.6 所示。圖 1.6 PN 結的形成將 PN 結的 P 區(qū)接高電位（比如電源的正極），N 區(qū)接較低電位（比如電源的負極），稱 為給 PN 結加正向電壓，簡稱正偏，如圖 1.7 所示。PN 結正偏時，外加電場 PN 結中形成了 以擴散電流為主的正向電流 IF，且擴散電流隨外加電壓的增加而增加，當外加電壓增加到一 定值后，擴散電流隨正偏電壓的最大而呈指數上升。

由于 PN 結對外加正向偏置呈現較小的 電阻（理想狀態(tài)下可以看出是短路情況），因此稱為正偏導通狀態(tài)。將 PN 結的 P 區(qū)接較低電位(比如電源的負極)，N 區(qū)接較高電位(比如電源的正極)， 稱 為給 PN 結加反向偏置電壓，簡稱反偏，如圖 1.8 所示。圖 1.7 PN 結外加正偏電壓 圖 1.8 PN 結外加反偏電壓 PN 結反偏時，在 PN 結電路中形成了反向電流 IR，在一般情況下該電流都非常小二極管導電原理，近 似等于零，可將此時 PN 結的工作狀態(tài)稱為反向截止。 由此可說明，PN 結具有單向導電性。 二極管是由半導體材料制成的，其核心是 PN 結，PN 結的單向導電性也是二極管的主 要特征。二極管由管芯(主要是 PN 結)、正極、負極(從 P 區(qū)和 N 區(qū)分別焊出兩根金屬引線) 和封裝外殼組成。接下來學習一下二極管的特性。 ⑷二極管的伏安特性曲線 二極管的伏安特性是指二極管通過的電流與外加偏置電壓的關系二極管導電原理，由圖 1.9 可知該特性 由 3 部分組成。①正向導通特性圖 1.9 二極管的伏安特性當正向電壓 UF 開始增加時(即正向特性的起始部分)，此時 UF 較小，正向電流仍幾乎為 零，該區(qū)域稱之為死區(qū)，硅管的死區(qū)電壓約為 0.5V，鍺管約為 0.1V。

只有當 UF 大于死區(qū)電 壓后，才開始產生正向電流 IF。二極管正偏導通后的管壓降是一個恒定值，硅管和鍺管分別 取 0.7V 和 0.3V 的典型值。②反向截至特性當外加反向偏壓 UR 時，反向電流 IR 較小，基本可忽略不計。室溫下一般硅管的反向飽 和電流小于 1μ A ，鍺管為幾十到幾百微安，如圖 3.10 中所示的 B 段。③反向擊穿特性擊穿特性屬于反向特性的特殊部分。當 UR 繼續(xù)增大并超過某一特定電壓值時，反向電 流將急劇增大，這種現象稱為擊穿。如果 PN 結擊穿時的反向電流過大(比如沒有串接限流電阻等原因)，使 PN 結的溫度超過 PN 結的允許結溫(硅 PN 結約為 150～200℃，鍺 PN 結約為 75～100℃)時，PN 結將因過熱而損壞，稱為熱擊穿，是一種不可逆擊穿。但也有個別特殊二極管工作于反向擊穿區(qū)，且形成可逆的電擊穿，如穩(wěn)壓管。

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