二极管为什么具有单向导电性
二极管为什么具有单向导电性的答案是:因为它是由PN结组成的。
二极管是由PN结组成的,即P型半导体和N型半导体,因此PN结的特性导致了二极管的单向导电特性。在P型和N型半导体的交界面附近,由于N区的自由电子浓度大,于是带负电荷的自由电子会由N区向电子浓度低的P区扩散,扩散的结果使PN结中靠P区一侧带负电,靠N区一侧带正电,形成由N区指向P区的电场。即PN结内电场。内电场将阻碍多数载流子的继续扩散,又称为阻档层。
PN结加上正向电压
将PN结的P区接电源正极,N区接电源负极,在正向电压作用下,PN结中的外电场和内电场方向相反,扩散运动和漂移运动的平衡被破坏,内电场被削弱,使空间电荷区变窄,多数载流子的扩散运动大大地超过了少数载流子的漂移运动,多数载流子很容易越过PN结,形成较大的正向电流,PN结呈现的电阻很小,因而处于导通状态。
PN结 加上反向电压
将PN结的P区接电源负极,N区接电源正极,此时外电场和内电场方向一致,内电场增强,使空间电荷区加宽,对多数载流子扩散运动的阻碍作用加强,多数载流子几乎不运动,但是,增强了的内电场有利于少数载流子的漂移运动,由于少数载流子的数量很少,只形成微小的反向电流,PN结呈现的反向电阻很大,因此处于截止状态。
扩散电容
p-n结在正偏时所表现出的一种微分电容效应。pn结扩散电容是来自于非平衡少数载流子(简称非平衡少子)在pn结两边的中性区内的电荷存储所造成的电容效应;简单来说就是因为PN结加正向电压的时候由于PN区的电荷浓度差的变化就会有电荷的积累和释放,这个积累和释放的过程就等同于一个电容充放电,这是由二极管特殊的材料和结构所决定的,所以扩散电容无法消除。
势垒电容
PN结加反向电压的时候由于PN结反向截止电流不能直接流过二极管,PN结的两个电极就相对绝缘,这恰恰就构成了一个电容器的原型:任何绝缘体中的两个金属导体都存在电容效应,电容的容量与两极的距离成反比,与两极的面积成正比。
用途
二极管单向导电的特性用途其实十分广泛,在生活中,单向导通的例子也有许多,比如进入地铁口时的单向闸机,也相当于二极管的效果,正向导通,反向不导通,如果硬要反向通过,可能就会因为太大力“反向击穿”破坏闸机了。
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