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常用电子元件基础知识—PN结的工作特性

常用电子元件基础知识—PN结的工作特性

点击数:7430 次   录入时间:03-04 11:55:44   整理:http://www.55dianzi.com   PLC入门
一) PN结的单向导电性
  1.正向运用
如图一。外加电源的正极接P区,负极接N区,这便是给PN结加正向电压,PN结的这种运用状态称为正向运用。

 

  由于外加电源电压产生的电场方向正好和阻挡层内正、负离子产生的电场方向相反,这就使阻挡层内总的电场减弱,可见有了名加正向电压时,原来阻挡层内扩散作用和漂移作用的平衡就被破坏了。扩散作用占了优势。于是,P区中的多数载流子空穴,就很容易穿过阻挡层扩散到N区,形成空穴电流Ip;同时,N区中的多数载流子,也很容易穿过阻挡层扩散到P区,形成电子电流In。空穴电流和电子电流的方向都是从P区流向N区的,于是在外电路中,PN结的正向电流为二者之和,即I+=Ip+In。如果把正向电压销加大一点,阻挡层中总的电场也就再减弱一些,就会有更多的P区的空穴扩散到N区,使电子电流增大。所以PN结正向导电时,其正向电阻很小,正向电流较大,并且正向电流随外加电压的增加而增大。

2.结的反向运用 www.55dianzi.com

如图二。外加电源的正极接N区,负极接P区,给PN结加反向电压。PN结的这种运用状态称为反向运用。反向运用时,外加电压阻挡层中产生的电场与阻挡层原来的电场方向相同。因此,阻挡层内总的电场增强。同时外加电压使P区的空穴向左移动,使N区的电子向右移动。由于PN结两边的载流子移走,所以使PN结中所包含的空间电荷量增加,阻挡层变宽。可见,外加反向电压也使阻挡层内扩散作用和漂移作用的平衡受到破坏,使电场的漂移作用占了优势。因而,P区和N区的多数载流子的扩散运动都被阻止。由于本征激发,在P区中有少数载流子电子,在N区中有少数载流子空穴,在PN结反向运用时,电场的漂移作用占优势,因此,P区的少数载流子电子一旦运动到PN结边界处,在电场的作用下就被拉到N区,形成电子电流I'n,同样,N区的少数载流子空穴一旦运动到PN结边界处,也会在电场的作用下被拉到P区,形成空穴电流I'p。空穴电流I'P和电子电流I'n的方向都是从N区流向P区的,因此PN结的反向电流为I-=I'P+I'n。P区的电子和N区的空穴都是少数载流子,数量很少,所以PN结的反向电流是很小的。
  综上所述,PN结加正向电压时,电流大,PN结所呈现的电阻小。PN结加反向电压时,电流小,PN结所呈现的电阻大,这就是PN结的单向导电性。
(二) N结的击穿现象
PN结在反向运用时,如果反向电压超过一定的限度,反向电流会突然急剧增大,破坏PN结的单向导电性,这种现象中做PN结反向击穿,当反向电流增加到一定数值时,所对就的反向电压VB,就称为PN结的击穿电压。PN结有两种击穿情况:雪崩击穿和齐纳击穿。
(三) PN结的电容
  ① 垒电容CT电容器是一种能"存""放"电荷的容器。由于PN结也具有"存""放"电荷的作用,因此"N结内存在着一个等效电容器,称为PN结的势垒电容,又叫阻挡层电容。PN结是怎样"存""放"电荷的呢?PN结空间电荷区的宽窄是随外加电压的变化而变化的。当外加正向电压增大时,空间电荷区就会变窄,当外加正向电压增小时,空间电荷区就要变宽。空间电荷区变窄, 是因为N型区的电子和P型区的空穴进入空间电荷区,中和掉了其中一部分正离子和负离子。这就相当于使一部分电子和空穴"存入"空间电荷区;相反,空间电荷区变宽,是因为靠近阻挡层一些空穴(P区)和电子(N区)被推出,这就相当于使一部分电子和空穴从空间电荷区"放"出来。

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  PN结势垒电容的存在,相当于在PN结两侧之间并联了一个电容,如图3。我们知道,直流电是不能通过电容的。但是高频交流电却可以通过它。如果有很大一部分高频交流电流直接通过PN结电容,那么PN结将失去单向导电性。

扩散电容CD在二极管正向导电的过程中,从P区经过PN结扩散到N区的空穴,由于来不及立即与N区中的电子复合掉,因而开始时要在N区靠近PN结的附近,有一定程度的积累;同样,从N区经过PN结扩散到P区的电子,也会在P区靠近PN结的附近,有一定程度的积累。这种积累的程度,也会随着外加正向电压的大小,或者说随着扩散电流的强弱,而有所增减。这也是一种"存""放"电荷的作用。通常把这种由扩散过程形成的电容叫扩散电容,扩散电容的影响与PN结电容差不多。在外加变化电压的作用下,势垒电容CT和扩散电容CD的充放电电流在外电路是迭加的。因此,势垒电容和扩散电容是并联关系。所以PN结的总电容为Cj=CT+CD。当PN结正向阳花运用时,扩散电容要比阻挡层电容大得多,可以近似地认为是扩散电容CD起作用。而在PN结反向运用时,扩散电容近似为零,可只考虑势垒电容CT的影响。


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