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PN结二极管特性 - 用图表详细解释

在这篇文章中，我们了解PN结二极管特性例如，如何偏置一个PN结(正向和反向偏置方法)，PN结在正向和反向偏置设置期间的行为，如何绘制VI特性，什么是反向击穿，以及关于PN结二极管的许多其他基本概念。那么让我们开始吧。

在第一章- - - - - -理解PN结，我们已经看到了p型和n型半导体如何形成PN结。我们还了解了扩散电流、耗尽区、漂移电流和势垒。如果你发现这些术语是外国的，请阅读“了解PN交界处”一次。我们来提几个问题吧。PN结有什么用?为什么科学家发明了pn结装置?它能解决什么样的问题?当我们质疑的时候，学习任何东西都是非常有趣的。这就是我们的问题。为什么这个世界上还会有pn结点!?)

为了得到所有这些问题的答案，让我们先试着去理解PN结的特性。我们知道pn结有“势垒”。只有当我们通过在pn结上施加一个外部电压来克服这个“势垒电位”时，我们才能使它导电。简单地说，只有当我们施加一个高于pn结的“势垒电位”的外部电压时，电流才会通过pn结。在第一章中，我们已经看到pn结内的净电流为零。为了理解pn结的行为，我们需要通过施加一个范围内的外部电压(从0伏到5伏或10伏)使其导电，然后我们研究通过pn结的电流如何随着电压水平的增加而变化。为了施加外部电压，我们通常在pn结的两端连接两个金属触点(被称为终端）;一个在p边，另一个在n边。具有两个金属触点的PN结被称为PN结二极管或半导体二极管。

注意:-我写了一篇有趣的文章，讲述了PN结二极管发明和发现背后的故事。如果你喜欢阅读这个故事，请在这里阅读:-PN结点发明与发现背后的故事

如图所示，PN结二极管用符号表示。箭头的方向是常规电流流动的方向(正向偏置)。现在让我们试着给pn结二极管施加一个外部电压。施加外部电压的过程称为“偏置”。．我们可以偏离PN结二极管有两种方式。

1）前偏见2）反向偏压

正向偏置和反向偏置的基本区别在于施加外部电压的方向。在反向偏压中施加的外部电压方向与在正向偏压中施加的外部电压方向相反。

正向偏置PN结二极管

正向偏置pn结二极管图片来源

正向偏置pn结二极管非常简单。你只需要拿一个电池，其值可以从(o到V伏特)，将其正极连接到pn结二极管的p端，然后将电池的负极连接到pn结二极管的n端。如果你已经做到这一点，pn结二极管的正向偏置电路就完成了。现在我们所要做的就是理解当我们将电压从0增加到10伏或100伏时pn结二极管的行为。我们已经知道，如果我们施加一个高于pn结二极管的势垒电位的外部电压，它将开始导电，这意味着它将开始通过电流。那么我们如何研究pn结二极管在正向偏置条件下的行为呢?我们拿一个电压表和电流表，连接到pn结二极管的正偏电路上。下面是一个简单的电路图，它有一个pn结二极管，一个电池(在图片中它不是显示为可变的。请记住，我们谈论的是可变功率源)、电流表(毫安范围内)和电压表。

正向偏置电路pn结二极管

注意:-假设pn结二极管由硅制成。原因是锗和硅二极管的势垒差。(硅二极管的势垒电位是0.7伏特，而锗二极管的势垒电位很低~ 0.3伏特)

如何绘制pn结的特性?

我们要做的是，通过调整电池来改变二极管的电压。我们从o伏特开始，然后慢慢地移动0.1伏特，0.2伏特，直到10伏特。让我们只注意我们每次调整电池时电压表和电流表的读数(以0.1伏特为单位)。最后取完读数后，用x轴上的电压表读数和相应的Y轴上的电流表读数作图。将所有的点连接到图表纸上，你将看到如下图所示的图形表示。现在这是我们所谓的“PN结二极管的特征”或“正向偏差下的二极管的行为”

PN结正向和反向偏置特性图片来源

如何分析pn结二极管的特性?

pn结二极管的正向偏置特性图片来源

它来自这一点“特征图“我们刚刚得出，我们将对pn结二极管的行为做出结论。我们感兴趣的第一件事是关于“屏障潜力”．我们谈了很多关于势垒的问题但是我们有没有提到过它的价值呢?从图中，我们观察到二极管在初始阶段根本不导电。从0伏到0.7伏，我们看到电流表的读数为零!这意味着二极管还没有开始通过它传导电流。从0.7伏及以上，二极管开始导电，通过二极管的电流随电池电压的增加而线性增加。从这些数据你能推断出什么?The barrier potential of silicon diode is 0.7 volts What else ? The diode starts conducting at 0.7 volts and current through the diode increases linearly with increase in voltage. So that’s the forward bias characteristics of a pn junction diode.它随着施加在两个端子上的电压的增加而线性地传导电流(假设施加的电压跨越势垒)。

当我们施加正向偏置时，pn结二极管内部会发生什么?

通过图，我们已经看到了pn结二极管的特性。在正向偏置过程中二极管内部究竟发生了什么?我们知道二极管有一个具有固定势垒的耗尽区。比如说，这个耗尽区域有一个预定义的宽度W．这个宽度对于硅二极管和锗二极管是不同的。其宽度很大程度上取决于用于制造pn结的半导体类型、掺杂水平等。当对二极管两端施加电压时，耗尽区宽度开始缓慢减小。其原因是，在正向偏压中，我们施加的电压方向与势垒的方向相反。我们知道二极管的p端接电池的正极，n端接电池的负极。所以在n边的电子被推到结(通过斥力)和在p边的空穴被推到结。当施加电压从0伏增加到0.7伏时，耗尽区宽度从' 'W'零。这意味着耗尽区在0.7伏的施加电压下消失。这导致从N侧向P侧区域增加电子的扩散，并且从P侧到N侧区域的孔的扩散增加。换句话说， ”少数载流子“在P侧（在正常二极管（没有偏置）中，电子在P侧的少数侧面），并且N侧（孔是在N侧的少数侧）的二极管。

在pn结二极管中电流是如何流动的?

这是另一个有趣的因素。随着电压水平的增加，n边的电子被推向p边的结。类似地，p边的空穴被推向n边的结。现在在p端结区的电子数和p端结区的电子数之间出现了一个浓度梯度。在n端结区的空穴数与n端附近的空穴数之间形成了类似的浓度梯度。这导致载流子(电子和空穴)从浓度较高的区域移动到浓度较低的区域。电荷载流子内部的电荷载流子的运动导致通过电路的电流。

反向偏置PN结二极管

为什么我们要反转pn二极管的偏置?原因是，我们想了解它在不同情况下的特点。通过反向偏置，我们的意思是，施加一个与正向偏置方向相反的外部电压。所以这里我们将电池的正极连接到二极管的n端，电池的负极连接到二极管的p端。这就完成了pn结二极管的反向偏置电路。现在为了研究它的特性(电流随外加电压的变化)，我们需要重复所有这些步骤。连接电压表，电流表，改变电池电压，记录读数等。最后我们将得到一个如图所示的图。

分析敬畏偏差特征

这里需要注意的有趣的事情是，二极管不随施加电压的变化而传导。在施加电压的较长变化范围内，电流保持在一个可忽略的小值(在微安培范围内)。当电压上升到某一点以上，比如说80伏时，电流就突然上升(突然增加)。这被称为"反向电流“当反向电流通过二极管时，其施加的电压突然增加，这个特殊的值被称为”分解电压".

二极管内部发生了什么?

我们将二极管的p端连接到电池的负极，二极管的n端连接到电池的正极。所以有一点很清楚，外部电压和势垒方向是相同的。如果施加的外部电压为V，势垒电位为Vx，则通过pn结的总电压为V + Vx．n边的电子会被从结区拉到n边的终端区，同样的，p边结的空穴也会被拉到p边的终端区。这导致耗尽区宽度从初始长度W增加到某个W+x。随着耗尽区宽度的增大，电场强度增大。

反向饱和电流是如何产生的，为什么会存在?

反向饱和电流是图形中所示的可忽略的小电流（在微高管范围内），从0伏特分解电压。它在0伏的范围内仍然存在几乎恒定（可忽略不计，以反转击穿电压。它是如何发生的?我们知道，当电子和空穴被拉离结时，它们不会在结上相互扩散。所以网"扩散电流“是零!剩下的就是电场引起的漂移。这种反向饱和电流是载流子从结区漂移到终端区的结果。这种漂移是由耗尽区产生的电场引起的。

反向崩溃时会发生什么?

在击穿电压下，电流通过二极管迅速拍摄。即使对于施加电压的小变化，通过二极管的净电流也有高增加。对于每个PN结二极管，将有最大净电流可承受。如果反向电流超过此最大额定值，则二极管将受损。

PN结特性的结论

为了总结pn结的特性，我们需要回答我们提出的第一个问题-pn结有什么用?根据向前偏置和反向偏置的分析，我们可以到达一个事实 - PN结二极管仅在向前偏压期间仅在一个方向上传导电流。在向前偏置期间，二极管通过增加电压导通电流。在反向偏置期间，二极管不会随电压的增加而导通（分解通常导致二极管的损坏）。我们可以在什么地方使用二极管的这些特性?希望你得到了答案!它是在交流电到直流电(交流电到直流电)的转换过程中。因此pn结二极管的实际应用是整改!
作者

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72.评论

  1. Himavanth

    嘿!这很有用

  2. 阿卡什

    倍增层的厚度取决于哪个因素?

  3. 罗兰多·弗朗哥

    你好,

    二极管正向偏置24VDC
    数量:20个人电脑

    二极管反向偏置24VDC
    数量:20个人电脑

    问候,

    信仰n Dolorito
    采购专家
    马尼拉海外公司。电话:6328004227传真:6328004172

  5. arun kumar

    非常感谢....
    我清楚地知道读它......。
    ．．．．．．．．

  6. Dilip Reddy.

    随着耗尽区宽度的增加，电场强度增加，这是为什么呢?

  7. Ibrar ullah

    什么是齐纳效应和雪崩效应?

  8. Ibrar ullah

    最大/极其地谢谢……
    为了这个水晶般清晰的解释.....
    我真的有一些东西......
    但是什么是齐纳效应。和avalenche效果。?

  9. Abhinesh

    为什么pn结扩散后会产生内电场

  10. himanshi

    我有一个问题。
    为什么pn交接处的箭头更厚????

  11. Ahmadullah samsoor

    请解释PN结二极管的正向和反向偏置配置的工作？

  12. priya

    为什么反向偏置的电池比正向偏置的电池大

  13. 泰利斯公司

    我想我错过了一些东西。你说，在二极管（VD）上的电压达到0.7V后，PN结仅在电压达到0.7V后开始进行电流，所以所有的图形和方程都显示了通过二极管的电流来值为值VD小于0,7V。我的意思是，即使考虑到VD的电流接近零可忽略不计，VD〜0.60V有电流。

    在我看来，我们只是把0.7V作为一个导电二极管的实际值，其中电流的任何变化都会引起Vd的小变化，使其保持在0.7V左右。
    它与二极管电流方程ID =一致的是（exp（vd / nvt）-1），导致常规二极管的0.7V，曲线中的de斜率太大，不能看到当电流变化时的任何变化。．

    我不知道我是否讲清楚了，但这一点在很多关于半导体物理的书中并不是很清楚，这让我很恼火。如果你能澄清这一点，我将很高兴。

  14. 艾丽西亚下巴

    为什么在正向偏置期间，源电压从5V到1V的正向电压值几乎是恒定的?

  15. 尼基塔

    PN结的转发和反向偏差的连接有什么区别......？

    • Ankus Singh.

      蓄电池正向偏置时-VE端接五价组N， +ve端接三价组P
      但在反向偏见中，这种联系是相反的……

  16. Vaibhav古普塔

    我能要一份这一章的pdf文件吗?

  17. 格林尼治时间

    非常清晰的展示如果你在我身边我会给你一杯茶或咖啡很好

  18. Tharindu

    为什么电压表要穿过安培计和反向偏置二极管?

  19. 阿

    二极管能不能在交流电压下工作

    • 乔乔文章作者

      一个二极管基本上是一个PN结。它是用来把交流电转换成直流电的。

    • S.Dhana Lakshmi.

      二极管在交流电压上工作，但它将提供输出是直流，为什么AC在这种情况下有两个半周期，它将仅进行正半周期......不允许 - 循环......

    • 赛库马尔

      它在交流电压下工作

  20. 优

    结点信息很清楚，很好，谢谢

  21. jibin varghese

    对于发生在结附近的每一个电子空穴组合，一个共价键在电池的+ve极附近的p段断裂，它是如何形成的?

  22. jibin

    对于发生在结附近的每一个电子空穴组合，一个共价键在电池的+ve极附近的p段断裂，它是如何形成的?

  23. shatadal chatterjee

    这很有帮助，它清除了所有的困惑.......请回答我一个问题:为什么在CB模式下，发射极电流随着V(CB)的增加而增加?

  24. shatadal chatterjee

    这是一篇很棒的文章..........先生，请让我知道关于基宽调制

  25. Sohel谢赫

    它是非常短的音符
    它非常有用
    读完笔记非常感谢你后，我很开心

  26. 埃里克

    感谢4良好的解释。您是否会显示前向和反向偏置的一个连接的图像源电路的pn-nem

    • Seetharaman

      请参阅Fig.10

  27. 洛桑桑杰望谟

    哇，这对我很有帮助。感谢作者

  28. Chaudary丹麦

    是的，这就是我想要的答案。谢谢。

  29. 摩西

    我真的很感激。我在课堂上做了一个更清楚的解释…
    由于管理

  30. gurmeet.

    一个伟大的工作与充分澄清。谢谢!

  31. Sagar Prasad Pandey

    非常有趣和清晰的说明了结二极管的每一个方面的特性。很好

  32. 变频控制

    辉煌!非常有用的文章。解释清楚，容易理解。为付出这么多努力的人喝彩!!

  33. Urvashi

    Thanq So Much this helped me a lot Is there explanation for Transistor as a Switch and Amplifier?

  34. Ahmad naeem.

    解释有点无效

  35. ubong

    非常感谢你的解释。你能描述光入射时光电二极管的电流电压特性吗?

  36. Nayan帕蒂尔

    非常好的解释，我完全理解了，请告诉我关于桥式波整流器，我们在桥式连接4个二极管，但当d1和d2正向偏置时，d3和d4反向偏置

  37. ramdas.

    当我们讨论反向偏置时，当更多的反向电压(大于反向击穿电压)流过二极管时，耗尽层的宽度增加thn。

    • 乔乔文章作者

      @ramdas

      在击穿时，真正发生的是二极管损坏。它失去了它的结&与结相关的特性。“二极管”的行为几乎像短路的电线&因此电流很容易流过它。理论上，二极管击穿时的内阻为零。但在实践中，存在一个小的内阻，因此电流随偏差系数(而不是垂直图形)而增加。

      希望这可以帮助!

      • 艾哈迈德wasim

        真的很有帮助，谢谢先生。

  38. vaishnavi

    良好的解释与整洁的图表

  39. 书中

    这很容易理解......，我喜欢在网页上读很多东西…谢谢写这篇文章的作者。

  40. Motlalepula Tabona

    解释得很好。真的很珍贵。

  41. Vikas Kumar.

    先生，请加上我们使用ge半导体作为pn结二极管时所发现的曲线特性

  42. 市郊

    这是非常有用的，并以铭文写

  43. 无辜的h lwali

    我喜欢这个，我喜欢

  44. pintu古普塔

    这是一个可靠的解释
    M净合格的科学家

    • 乔乔文章作者

      谢谢Pintu It was very nice words

  45. Nayan

    耗尽势垒的高度与宽度之差。我的意思是为什么它们是不同的，它们意味着什么?

    • Nayan

      如果耗尽区域的宽度表示被消去的电子/空穴覆盖的区域，则进一步读取。

      在正向偏置条件下，外部电场(由电池产生)将与内部电场(产生损耗势垒)相反。
      在这种情况下，外部电场将取消内部电场，并且更多的电子从n型流到P型材料（假设的外部电压大于耗尽屏障），这增加了耗尽区，而是实际，在正向偏置条件下耗尽region’s width decreases. And in reverse bias condition the depletion region increases instead of decreasing.
      (我熟悉潜在损耗障碍的增加/减少，并同意书上的说法)

      我非常困惑这个问题。所以请帮帮我。
      谢谢

    • 乔乔文章作者

      嗨Nayan,

      真正重要的是二极管的“势垒”。在硅二极管中，“势垒宽度”比锗二极管高。所以硅二极管的“势垒电位”比锗二极管高。我希望你能理解。

  46. ESWAR拉吉

    凉爽的好方法。希望2能提供更多关于电子的信息

  47. Maahi kumawat

    请帮帮我。如果电池电压为2V，则在向前偏置时，Si二极管的掉落不能超过1V i.VD <1V ......现在我的QUSetion是如果没有电池的剩余电池，那么如果没有电阻与二极管串联

    • Ijaz塔利班成员

      在这种情况下，在极大的电流的帮助下，1伏将掉线。

  48. shiva kumar

    令人敬畏的解释。谢谢你

  49. 苏雷什辛格的手段

    水晶清晰的方法，棒极了!!

  50. 伊克巴尔

    非常有用，谢谢

  51. 夏Rayshouni

    真神奇!
    我从未见过这个网站这个成功的解释！你无法想象这是多少帮助我！
    谢谢

  52. Sid Gurav

    继续添加更多的信息....

  53. summaiya

    owsam……完美! !

  54. Chidi丰富

    非常感谢。这是一次全面的曝光。
    坚持再坚持

    • Adnan汗巴基斯坦

      哦，谢谢你，我读我的课本很困惑，但是现在一切都清楚了....非常感谢
      ．.

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