这篇文章,主要是介绍二极管的工作原理,为后面的三极管和MOSFET工作原理的理解打下基础,然后,应该能理解放大器的工作原理,最后也就也能解决上两篇文章提出的问题了。
1、PN结形成P(Positive)型和N(Negative)型可根据它们的载流子(载流子说得比较学术,其实就是导体里面能流动的带电粒子,为电子或者是空穴,空穴可以看作是带正电的电子)来区分。对半导体材料(一般应该是硅Si)参入不同的杂质,就可以形成P型半导体和N型半导体。P型半导体里面能够流动的粒子是空穴,N型半导体里面能够流动的粒子是电子。它们的结构如下图1所示,对于它们俩如何参杂以形成不同的半导体,我们可没必要再研究下去,除非你是专门搞半导体材料的。P型半导体中的大红圆是负离子,由于材料的性质,它是不可移动的,而其中的小绿圆(空穴),是可移动的,这一点很重要,请务必记住;同理N型半导体,它里面的大绿圆(正离子)不可自由移动,而小红圆(电子)可自由移动。
图1 P型和N型半导体结构
简单了解了P型半导体和N型半导体之后,我们常说的PN结是如何形成的呢,且看下方图2动图。当P型半导体和N型半导体接合在一起的时候,由于P型半导体中空穴浓度高,而N型半导体中电子浓度高,因此会形成一个扩散运动,P型半导体中空穴会向它浓度低的地方扩散,从而扩散到N型区,N型半导体的电子也会向它浓度低的地方扩散,从而扩散到P型区。这样一来,P型区剩下不能自由移动的负离子,而N型区剩下不能自由移动的正离子,一正一负,在PN结内部形成了一个从左往右的内电场,基本上这个内电场就体现PN结的工作特性。另外有一点要说明的是,PN结只是局部带电,即P型区呈负电,而N型区呈负电,但是它们俩一中和,整体上是呈中性的。
图2 PN结形成过程
2、PN结接正向电压当PN结接正向电压时,即P型区接电源的正极,N型区接电源的负极。这时外加电源形成的电场就会与内电场方向相反,而当外电场的强度超过内电场的时候,PN结就导通了,这时电子就可以从PN结通过。如下图3动图所示,电路中,在导线上流动的是负电子,下图中为了方便起方,用的空穴表示,不会影响分析过程。在外部电场完全抵消内部电场之后,空穴就可以畅通无阻地通过PN结了。
图3 PN结接正向电压工作过程
3、PN结接反向电压当PN结接反向电压时,P型区的空穴会被电子抵消掉,而N型区电子会流动到电源的正极,这样一来,会有助于内电场强度增强,更不利于电子通过PN结。内电场不停地增强,会超过外部电源形成的电场强度,超过之后,电子就不能够通过PN结了。在外部看来,就是反向电阻无穷大了。
图4 PN结接反向电压
心得总结PN结的工作原理比较简单,但是为了做几个动图,花了不少时间。以前的图都是用VISIO画的。因为好久没用PPT了,就用PPT画了文中所有的图,发现PPT作图也很方便,而且漂亮,做动画的功能也非常强大。