二极管单向导电性课件。
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PN结的单向导电性PN结在外加电压的作用下,动态平衡将被打破,并显示出其单向导电的特性。
1、外加正向电压当PN结外加正向电压时,外电场与内电场的方向相反,内电场变弱,结果使空间电荷区(PN结)变窄。
同时空间电荷区中载流子的浓度增加,电阻变小。
这时的外加电压称为正向电压或正向偏置电压用VF表示。
在VF作用下,通过PN结的电流称为正向电流IF。
外加正向电压的电路如图所示。
2、外加反向电压外加反向电压时,外电场与内电场的方向相同,内电场变强,结果使空间电荷区(PN结)变宽, 同时空间电荷区中载流子的浓度减小,电阻变大。
这时的外加电压称为反向电压或反向偏置电压用VR表示。
在VR作用下,通过PN结的电流称为反向电流IR或称为反向饱和电流IS。
如下图所示。
3、PN结的伏安特性根据理论分析,PN结的伏安特性可以表达为:式中iD为通过PN结的电流,vD为PN结两端的外加电压;VT为温度的电压当量=kT/q=T/11600=0.026V,其中k为波尔慈曼常数(1.38×10-23J/K),T 为绝对温度(300K),q为电子电荷(1.6×10-19C);e为自然对数的底;IS为反向饱和电流。
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二极管单向导电性工作原理图文分析⑴半导体及基本特性自然界中存在着许多不同的物质,根据其导电性能的不同大体可分为导体、绝缘体和半导体二大类。
通常,将很容易导电、电阻率小于10-4Ω.cm的物质称为导体,如铜、铝、银等金属材料;将很难导电、电阻率小于10-10Ω.cm的物质称为绝缘体,如塑料、橡胶、陶瓷等材料;将导电能力介丁导体和绝缘体之间、电阻率在10-3~109Ω.cm范围内的物质称为半导体。
常用的半导体材料是硅(Si)和锗(Ge),硅和锗等半导体都是晶体,所以利用该两种材料所制成的半导体器什又称晶体管。
同时,半导体材料的导电能力会随着温度、光照等的变化而变化,分别称为热敏性和光敏性,尤其是半导体的导电能力因掺入适量杂质会发生很大的变化。
例如在半导体硅中,只要掺入亿分之一的硼,导电率会下降到原来的几万分之一,称为杂敏性,利用这一特性,可以制造成不同性能、不同用途的半导体器件。
而金属导体即使掺入千分之一的杂质,对其电阻率几乎也没有什么影响。
⑵本征半导体和杂质半导体通常把纯净的不含任何杂质的半导体(硅和锗)称为本征半导体,从化学的角度来看,硅原子和锗原子的电子数分别为32和14,所以它们最外层的电子数都是4个,是四价元素。
由于导电能力的强弱,在微观上看就是单位体积中能自由移动的带电粒子数日,所以,半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间。
由于半导体具有杂敏性,所以利用掺杂可以制造出不同导电能力、不同用途的半导体器件。
根据掺入杂质的不同,又可分为N型半导体和P型半导体。
①N型半导体在四价的本征硅(或锗)中,掺入微量的五价元素磷(P)之后,磷原子由丁数量较少,不会改变本征硅的共价键结构,而是和本征硅一起形成共价键结构,形成N型半导体。
②P型半导体在四价的本征硅(或锗)掺入微量的二价元素硼(B)之后,参照上述分析,硼原子也和周围相邻的硅原子组成共价键结构,形成P型半导体。
⑶ PN结的形成与单向导电性在一块本征半导体上通过某种掺杂工艺,使其形成N型区和P型区两部分后,在它们的交界处就形成一个特殊薄层,这就是PN结,如图1.6所示。
二极管的导电特性
二极管是一种电学元件,它最重要的特性就是单向导电性。
图甲所示是二极管的实物图和它的饿电路图符号。
在电路中,电流只能从二极管的正极流入,负极流出。
下面通过简单的实验说明二极管的单向导电性。
方法是:将二极管与一个小灯泡、一个开关串联在干电池两端。
闭合开关后,若灯泡亮,表明二极管的连接方式是图(1)乙所示,这种连接方式相当与电路中的通路状态;若灯泡不亮,表明二极管的连接方式是图(1)丙所示。
这种连接方式相当与电路中的断路状态。
这个实验很直观的说明了二极管的单向导电性。
(1)把二极管、小灯泡、电池、开关分别连接成图(2)所示电路,请分别说明闭合开关后甲、乙电路中的小灯泡是否发光?
(2)请设计一个实验,利用二极管判断蓄电池的正负极(没有电压表、电流表,其他器材自选),请在虚线框内画出电路图。
(用-------蓄电池-------表示蓄电池)
判断方法:。