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二极管为什么只能单向导电？

　时间: 2018-05-30 18:01　　浏览:

二极管为什么只能单向导电？
二极管的单向导通原理，一直搞不懂？
二极管是电子电路中很常用的元器件，非常常见，二极管具有正向导通，反向截止的特性。
在二极管的正向端(正极)加正电压，负向端(负极)加负电压，二极管导通，有电流流过二极管。在二极管的正向端(正极)加负电压，负向端(负极)加正电压，二极管截止，没有电流流过二极管。这就是所说的二极管的单向导通特性。下面解释为什么二极管会单向导通。
天津会一自动化科技有限公司专业从事于自动化系统集成以及高低压配电柜的研发、设计和装配一站式服务；本公司生产的PLC控制柜、电控柜、变频柜等控制柜获得多个专利和荣誉称号。
二极管为什么只能单向导电？
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。PN结如下图所示：
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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。
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　　纯净半导体中掺入微量的杂质元素，形成的半导体称为杂质半导体。半导体根据掺入的杂质元素的不同，可以分为P型半导体和N型半导体。二极管有PN结，采用不同的掺杂工艺，通过扩散作用，将P型半导体和N型半导体制作在同一块半导体基片上，在它们的交界处形成空间电荷区称之为PN结，PN结具有单向导电性。　　当把P型半导体和N型半导体制作在一起时，在它们的交界面处，由于两种半导体多数载流子的浓度差很大，因此P区的空穴会向N区扩散，同时，N区的自由电子也会向P区扩散，如图1所示。图中虚线箭头表示P区中空穴的移动方向，实线箭头表示N区中自由电子的移动方向。
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　　图1 P区与N区中多数载流子的扩散运动
　　扩散到P区的自由电子遇到空穴会复合，扩散到N区的空穴与自由电子也会复合，所以在交界面处多子的浓度会下降，P区出现负离子区，N区出现正离子区，称为空间电荷区。出现空间电荷区以后，由于正负电荷之间的相互作用，在空间电荷区会形成一个电场，电场方向由带正电的N区指向带负电的P区。由于这个电场是由载流子扩散运动（即内部运动）形成的，而不是外加电压形成的，故称为内电场。随着扩散运动的进行，空间电荷区会加宽，内电场增强，其方向正好阻止了P区中的多子空穴和N区中的多子自由电子的扩散。
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　　在内电场电场力的作用下，P区的少子自由电子会向N区漂移，N区的少子空穴也会向P区漂移。漂移运动的方向正好与扩散运动的方向相反。从N区漂移到P区的空穴补充了原来交界面上P区失去的空穴，而从P区漂移到N区的自由电子补充了原来交界面上N区所失去的自由电子，这就使得空间电荷变少。由此可见，漂移运动的作用是使空间电荷区变窄，与扩散运动的作用正好相反。在无外加电场和其他激发作用下，参与扩散运动的多子数目与参与漂移运动的少子数目相等时，达到动态平衡，这是交界面两侧形成的一定厚度的空间电荷区，称为PN结。这个空间电荷区阻碍多子的扩散，因此也称阻挡层；又由于其中几乎没有载流子，因此又称耗尽层。PN结如图2所示。
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　　图2 平衡状态下的PN结
下面分两种情况讨论PN结的导通特性。
1. 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。
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2. 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。
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