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常用電子元件基礎(chǔ)知識(shí)—PN結(jié)的工作特性

一) PN結(jié)的單向?qū)щ娦?BR>  1.正向運(yùn)用
如圖一。外加電源的正極接P區(qū),負(fù)極接N區(qū),這便是給PN結(jié)加正向電壓,PN結(jié)的這種運(yùn)用狀態(tài)稱為正向運(yùn)用。

 

  由于外加電源電壓產(chǎn)生的電場(chǎng)方向正好和阻擋層內(nèi)正、負(fù)離子產(chǎn)生的電場(chǎng)方向相反,這就使阻擋層內(nèi)總的電場(chǎng)減弱,可見有了名加正向電壓時(shí),原來阻擋層內(nèi)擴(kuò)散作用和漂移作用的平衡就被破壞了。擴(kuò)散作用占了優(yōu)勢(shì)。于是,P區(qū)中的多數(shù)載流子空穴,就很容易穿過阻擋層擴(kuò)散到N區(qū),形成空穴電流Ip;同時(shí),N區(qū)中的多數(shù)載流子,也很容易穿過阻擋層擴(kuò)散到P區(qū),形成電子電流In。空穴電流和電子電流的方向都是從P區(qū)流向N區(qū)的,于是在外電路中,PN結(jié)的正向電流為二者之和,即I+=Ip+In。如果把正向電壓銷加大一點(diǎn),阻擋層中總的電場(chǎng)也就再減弱一些,就會(huì)有更多的P區(qū)的空穴擴(kuò)散到N區(qū),使電子電流增大。所以PN結(jié)正向?qū)щ姇r(shí),其正向電阻很小,正向電流較大,并且正向電流隨外加電壓的增加而增大。

2.結(jié)的反向運(yùn)用  [NextPage]

如圖二。外加電源的正極接N區(qū),負(fù)極接P區(qū),給PN結(jié)加反向電壓。PN結(jié)的這種運(yùn)用狀態(tài)稱為反向運(yùn)用。反向運(yùn)用時(shí),外加電壓阻擋層中產(chǎn)生的電場(chǎng)與阻擋層原來的電場(chǎng)方向相同。因此,阻擋層內(nèi)總的電場(chǎng)增強(qiáng)。同時(shí)外加電壓使P區(qū)的空穴向左移動(dòng),使N區(qū)的電子向右移動(dòng)。由于PN結(jié)兩邊的載流子移走,所以使PN結(jié)中所包含的空間電荷量增加,阻擋層變寬??梢?,外加反向電壓也使阻擋層內(nèi)擴(kuò)散作用和漂移作用的平衡受到破壞,使電場(chǎng)的漂移作用占了優(yōu)勢(shì)。因而,P區(qū)和N區(qū)的多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)都被阻止。由于本征激發(fā),在P區(qū)中有少數(shù)載流子電子,在N區(qū)中有少數(shù)載流子空穴,在PN結(jié)反向運(yùn)用時(shí),電場(chǎng)的漂移作用占優(yōu)勢(shì),因此,P區(qū)的少數(shù)載流子電子一旦運(yùn)動(dòng)到PN結(jié)邊界處,在電場(chǎng)的作用下就被拉到N區(qū),形成電子電流I'n,同樣,N區(qū)的少數(shù)載流子空穴一旦運(yùn)動(dòng)到PN結(jié)邊界處,也會(huì)在電場(chǎng)的作用下被拉到P區(qū),形成空穴電流I'p??昭娏鱅'P和電子電流I'n的方向都是從N區(qū)流向P區(qū)的,因此PN結(jié)的反向電流為I-=I'P+I'n。P區(qū)的電子和N區(qū)的空穴都是少數(shù)載流子,數(shù)量很少,所以PN結(jié)的反向電流是很小的。
  綜上所述,PN結(jié)加正向電壓時(shí),電流大,PN結(jié)所呈現(xiàn)的電阻小。PN結(jié)加反向電壓時(shí),電流小,PN結(jié)所呈現(xiàn)的電阻大,這就是PN結(jié)的單向?qū)щ娦浴?BR>(二) N結(jié)的擊穿現(xiàn)象
PN結(jié)在反向運(yùn)用時(shí),如果反向電壓超過一定的限度,反向電流會(huì)突然急劇增大,破壞PN結(jié)的單向?qū)щ娦?,這種現(xiàn)象中做PN結(jié)反向擊穿,當(dāng)反向電流增加到一定數(shù)值時(shí),所對(duì)就的反向電壓VB,就稱為PN結(jié)的擊穿電壓。PN結(jié)有兩種擊穿情況:雪崩擊穿和齊納擊穿。
(三) PN結(jié)的電容
 ?、?壘電容CT電容器是一種能"存""放"電荷的容器。由于PN結(jié)也具有"存""放"電荷的作用,因此"N結(jié)內(nèi)存在著一個(gè)等效電容器,稱為PN結(jié)的勢(shì)壘電容,又叫阻擋層電容。PN結(jié)是怎樣"存""放"電荷的呢?PN結(jié)空間電荷區(qū)的寬窄是隨外加電壓的變化而變化的。當(dāng)外加正向電壓增大時(shí),空間電荷區(qū)就會(huì)變窄,當(dāng)外加正向電壓增小時(shí),空間電荷區(qū)就要變寬??臻g電荷區(qū)變窄, 是因?yàn)镹型區(qū)的電子和P型區(qū)的空穴進(jìn)入空間電荷區(qū),中和掉了其中一部分正離子和負(fù)離子。這就相當(dāng)于使一部分電子和空穴"存入"空間電荷區(qū);相反,空間電荷區(qū)變寬,是因?yàn)榭拷钃鯇右恍┛昭ǎ≒區(qū))和電子(N區(qū))被推出,這就相當(dāng)于使一部分電子和空穴從空間電荷區(qū)"放"出來。

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  PN結(jié)勢(shì)壘電容的存在,相當(dāng)于在PN結(jié)兩側(cè)之間并聯(lián)了一個(gè)電容,如圖3。我們知道,直流電是不能通過電容的。但是高頻交流電卻可以通過它。如果有很大一部分高頻交流電流直接通過PN結(jié)電容,那么PN結(jié)將失去單向?qū)щ娦浴?/P>

擴(kuò)散電容CD在二極管正向?qū)щ姷倪^程中,從P區(qū)經(jīng)過PN結(jié)擴(kuò)散到N區(qū)的空穴,由于來不及立即與N區(qū)中的電子復(fù)合掉,因而開始時(shí)要在N區(qū)靠近PN結(jié)的附近,有一定程度的積累;同樣,從N區(qū)經(jīng)過PN結(jié)擴(kuò)散到P區(qū)的電子,也會(huì)在P區(qū)靠近PN結(jié)的附近,有一定程度的積累。這種積累的程度,也會(huì)隨著外加正向電壓的大小,或者說隨著擴(kuò)散電流的強(qiáng)弱,而有所增減。這也是一種"存""放"電荷的作用。通常把這種由擴(kuò)散過程形成的電容叫擴(kuò)散電容,擴(kuò)散電容的影響與PN結(jié)電容差不多。在外加變化電壓的作用下,勢(shì)壘電容CT和擴(kuò)散電容CD的充放電電流在外電路是迭加的。因此,勢(shì)壘電容和擴(kuò)散電容是并聯(lián)關(guān)系。所以PN結(jié)的總電容為Cj=CT+CD。當(dāng)PN結(jié)正向陽(yáng)花運(yùn)用時(shí),擴(kuò)散電容要比阻擋層電容大得多,可以近似地認(rèn)為是擴(kuò)散電容CD起作用。而在PN結(jié)反向運(yùn)用時(shí),擴(kuò)散電容近似為零,可只考慮勢(shì)壘電容CT的影響。

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