 制造原理 制造│機械│技術(shù) 手工│DIY │科技 各位小伙伴們，大家好！我是小馬哥。昨天和幾個朋友一起吃飯，聊天過程中說到了二極管，旁邊一妹子突然來了一句，二極管是啥，在做的幾位頓時語噻，支支吾吾：燈泡？LED？發(fā)光管？反正傻傻說不清楚，其中還有一位是學電子的，說起二極管，大家都想起這個吧。 發(fā)光二極管在我們生活中是比較常見的，比如說：商業(yè)的走字燈，交通燈，LED屏幕，LED燈泡等等。二極管是一種用鍺或者硅半導體材料做成的，半導體材料導電性能在常溫下介于導體和絕緣體之間，一百多年前就有這個東西了，是半導體器件家族中的元老了。 發(fā)光二極管只是二極管其中之一，還有許多不同用途的二極管：整流二極管、穩(wěn)壓二極管、光電二極管、開關(guān)二極管等。整流二極管在我們生活中比較常見，都用在交流轉(zhuǎn)直流的電路中：手機充電器，電腦充電器，電動車充電器等等。 上面說到的那些二極管它們都有一個共同的性能，單向?qū)щ娦裕褪钦f電流只能從二極管的陽極進去，負極出去，反過來就不行了。為什么呢？二極管中有個叫PN結(jié)的東西，就是它阻止了電流逆流。接下來小馬哥就給小伙伴們講講PN 結(jié)。 自然界中的物質(zhì)，按照不同的導電性能分為了導體、半導體和絕緣體，半導體材料導電性能介于導體和絕緣體之間。 常用的半導體材料有四價硅和鍺（zhě）。什么是四價啊，就是最外層有四個電子。純凈的半導體又稱為本征半導體，其導電能力較差，不能直接用來制造半導體器件，在本征半導體一邊中用擴散工藝摻入三價元素（硼），另一邊摻入五價元素（磷），就是把原來少量的硅原子或者鍺原子替代了。 三價元素（硼），最外層只有三個電子，然而硅和鍺有外層有四個電子，少了一個怎么辦呀？那就形成了空穴，這個就是P型半導體。于是，P型半導體就成為了含空穴濃度較高的半導體。 五價元素（磷）有五個電子，多一個怎么辦？多出的一個電子幾乎不受束縛，它就自由了，叫它自由電子，這個就是N型半導體。于是，N型半導體就成為了含電子濃度較高的半導體。 P型半導體和N型半導體結(jié)合后，P區(qū)內(nèi)空穴和N區(qū)內(nèi)自由電子多稱為多子，P區(qū)內(nèi)自由電子和N區(qū)內(nèi)空穴幾乎為零稱為少子，在它們的交界處就出現(xiàn)了自由電子和空穴的濃度差。 由于P區(qū)的空穴濃度比N區(qū)高，空穴就往N區(qū)擴散，而N區(qū)的自由電子濃度比P區(qū)高，自由電子往P區(qū)擴散，就像一滴墨水滴在清水中，墨水本身濃度高，就往周圍擴散，這就是擴散運動，P區(qū)的空穴和N區(qū)的自由電子就可能相遇，然后復(fù)合。什么是復(fù)合啊，把空穴比作房子，房子里面要住人啊，這時候自由電子就比作人了，然后他們就結(jié)合成一體了。 P區(qū)和N區(qū)里面的雜質(zhì)離子不能任意移動，為啥呀？因為雜質(zhì)離子被周圍的硅原子或者鍺原子束縛了。在P和N區(qū)交界面附近，形成了一個很薄的空間電荷區(qū)，在這個區(qū)域內(nèi)，多子已擴散到對方并復(fù)合掉了，或者說消耗殆盡了。P區(qū)和N區(qū)里面的雜質(zhì)離子相互作用，N區(qū)雜質(zhì)離子帶正電荷，P區(qū)雜質(zhì)離子帶負電荷，在空間電荷區(qū)形成了內(nèi)電場，擴散運動的進行使空間電荷區(qū)變寬，內(nèi)電場也變強了。 這個內(nèi)電場一方面阻止了擴散運動的進行，擴散就不容易進行下去；另一方面使空穴（少子）從N區(qū)往P區(qū)漂移，自由電子從P區(qū)往N區(qū)漂移，這個漂移可不是汽車漂移，是受N區(qū)高電勢，P區(qū)低電勢的內(nèi)電場影響產(chǎn)生漂移，叫做少子漂移。 慢慢的空間電荷區(qū)就穩(wěn)定了。總結(jié)來說多子運動叫做擴散運動，少子運動就是漂移運動，當兩種運動達到動態(tài)平衡就產(chǎn)生了PN結(jié)。在PN結(jié)加上相應(yīng)的電級引線和管殼，就構(gòu)成了半導體二極管。由P區(qū)引出的電極成為了正極，由N區(qū)引出的電極成為了負極。 當PN結(jié)加正向?qū)妷壕褪前裀區(qū)引腳加電源正極，N區(qū)引腳連接電源負極。電流方向由P區(qū)流向N區(qū)和PN 結(jié)內(nèi)部的內(nèi)電場相反，當電壓大于內(nèi)電場電壓時，外部的電源抵消了其內(nèi)電場。 內(nèi)電場抵消了，有利于擴散運動的進行，空間電荷區(qū)慢慢變成了P區(qū)和N區(qū)，當空間電荷區(qū)越來越薄，直到最薄的時候這時候會形成一個擴散電流，這時候二極管也就導通了，這時候的電壓稱為導通電壓。 反之把P區(qū)引腳加電源負極，N區(qū)引腳連接電源正極，這時候電流流動的方向和內(nèi)電場的方向相同，增強了內(nèi)電場使得空間電荷區(qū)變寬，空穴會被拉向P區(qū)的方向，電子會被拉向N區(qū)的方向，從而阻止了擴散運動，形成了反向漏電流，由于電流非常小，這就是截止狀態(tài)。 反向電壓增大到一定程度時，反向電流將突然增大。如果外電路不能限制電流，則電流會大到將PN結(jié)燒毀，這時候的電壓成為擊穿電壓，這時候二極管就沒用了。 二極管加正向偏置電壓，死區(qū)OA區(qū)，由于正向電壓比較小，二極管不導通，幾乎沒有電流，呈高阻狀態(tài)，此時二極管兩端的電壓為死區(qū)電壓，硅二極管為0.5V（鍺管為0.1v），當正向電壓高于一定的數(shù)值后，二極管中的電流隨著電壓的升高而增大，二極管導通，這時候的電壓稱為導通電壓，也叫門檻電壓。 硅管導通電壓為0.6V（鍺管為0.2v），導通時二極管兩端的電壓保持不變，硅管0.7V（鍺管為0.3v），這時候稱為正向壓降。 當電子與空穴復(fù)合時能輻射出可見光，PN結(jié)摻雜不同的化合物發(fā)出的光也不同，比如說鎵（Ga）、砷（As）、磷（P）、氮（N）等。然后加上引腳，用環(huán)氧樹脂封裝起來，通上正向電壓發(fā)光二極管就這樣發(fā)光了。 穩(wěn)壓二極管利用了二極管反向擊穿的特性，穩(wěn)壓二極管都是串聯(lián)在電路中，當穩(wěn)壓二極管被擊穿，盡管電流在很大的范圍內(nèi)變化，而二極管兩端的電壓卻基本上穩(wěn)定在擊穿電壓上下。 在接二極管還要注意正負極，一般看外觀來說，長引腳為正極，短引腳為負極，有些二極管的表面會有圖形符號用萬用表也可以測，把萬用表調(diào)到二極管檔，紅黑表筆分別接二極管的兩端，若此時萬用表的讀數(shù)小于1，紅表筆接二極管的正極，黑表筆接二極管的負極。若讀數(shù)為“1”，則黑表筆一端為正極。
好了二極管PN結(jié)介紹完了，由于篇幅有限，至于二極管為什么會發(fā)出不同顏色的光，還能不停的閃來閃去等等咱們下一期在介紹，小伙伴們還想了解哪方面的，在下方留言，小馬哥盡最大的力給大家介紹。 |
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