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PN结二极管特性-详细说明与图表

在本文中，我们将学习PN结二极管特性详细介绍-如如何偏置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。让我们开始吧。

在第一章- - - - - -了解PN结我们已经看到了PN结是如何由p型和n型半导体形成的。我们还了解了扩散电流、损耗区、漂移电流和势垒电位。如果你觉得这些术语很陌生，请阅读有关“了解pn结又问。我们来问几个问题。PN结的用途是什么?为什么科学家要发明pn结装置?它能解决什么样的问题?当我们提出疑问时，学习任何东西都是很有趣的。这就是我们的问题。世界上为什么会有pn结!?)

为了得到所有这些问题的答案，让我们先试着了解一下PN结的特性。我们知道pn结有势垒。只有当我们通过向pn结施加外部电压来克服这个“势垒电位”，我们才能够使pn结导电。这仅仅意味着，只有当我们施加一个高于pn结“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，我们需要通过在一个范围内施加外部电压(比如从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2个金属触点(被称为终端）;一个在p端，另一个在n端。有两个金属触点的PN结称为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，请点击这里:-PN结发明和发现背后的故事

PN结二极管用符号表示如图所示。箭头方向为常规电流流动方向(在正向偏压下)。现在让我们尝试在pn结二极管上施加外部电压。施加外部电压的过程称为“偏置”。．有两种方法可以使pn结二极管偏置。

1）正向偏压和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。反向偏压作用的外部电压方向与正向偏压作用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

pn结二极管的正向偏置非常简单。你只需要拿一个电池，它的值可以从(o到V伏)，将其正极连接到pn结二极管的p面，然后将电池的负极连接到pn结二极管的n面。如果你已经做到了这一点，pn结二极管的正向偏置电路是完整的。现在我们所需要做的就是了解当我们将电压从0增加到10伏或100伏时pn结二极管的行为。我们已经知道，如果我们施加一个外部电压高于pn结二极管的势垒电位，它将开始导电，这意味着它将开始通过电流。那么我们将如何研究pn结二极管在正向偏置条件下的行为呢?让我们得到一个电压表和电流表，并将其连接到pn结二极管的正向偏置电路。一个简单的电路图如下所示，其中有一个pn结二极管，一个电池(在图中它没有显示为变量。请记住，我们谈论的是可变电源)，安培计(毫安范围内)和伏特计。

正向偏置电路pn结二极管

注意:-假设pn结二极管由硅制成。原因是由锗和硅制成的二极管的势垒不同。(硅二极管的势垒为0.7伏，而锗二极管的势垒低至0.3伏)

如何绘制pn结的特征图?

我们要做的是，通过调整电池来改变二极管上的电压。我们从o伏开始，然后慢慢移动0.1伏，0.2伏，直到10伏。让我们只注意每次调整电池时电压表和电流表的读数(按0.1伏的步骤)。最后，在读取读数后，只需在x轴上绘制伏特计读数和Y轴上对应的电流表读数的图形。将所有的点连接到图形纸上，您将看到如下所示的图形表示。这就是我们所说的" pn结二极管的特性"或者"二极管在正向偏置下的行为"

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“特征图“我们刚刚得出，我们将要对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“潜在障碍”．我们讲了很多势垒，但是我们有没有提到它的价值?从图中，我们观察到二极管在初始阶段根本不导通。从0伏到0.7伏，我们看到电流表读数为零!这意味着二极管还没有开始传导电流通过它。从0.7伏以上，二极管开始导电，通过二极管的电流随着电池电压的增加线性增加。从这些数据中你能推断出什么?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.它传导电流线性增加的电压施加在两个终端(如果施加的电压越过势垒电位)。

当我们施加正向偏置时，pn结二极管内部会发生什么?

通过pn结二极管的图，我们看到了它的特性。在正向偏置过程中二极管内部到底发生了什么?我们知道二极管有一个具有固定势垒势的耗尽区。这个耗尽区域有一个预定义的宽度W．硅二极管和锗二极管的宽度会有所不同。宽度在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。当我们对二极管的端子施加电压时，耗尽区域的宽度开始慢慢减小。原因是，在正向偏置中，我们施加的电压方向与势垒电位相反。我们知道二极管的p端连接到电池的正极，二极管的n端连接到电池的负极。所以n侧的电子被推向结(通过斥力)p侧的空穴被推向结。当施加电压从0伏增加到0.7伏时，耗尽区宽度从'W '为零。这意味着损耗区在0.7伏的电压下消失。这导致电子从n侧扩散到p侧区域增加，空穴从p侧扩散到n侧区域增加。换句话说，”少数载流子“注入发生在二极管的p侧(在正常二极管(无偏压)中，电子是p侧的少数)和n侧(空穴是n侧的少数)。

电流是如何在pn结二极管中流动的?

这是另一个有趣的因素。随着电压水平的增加，来自n侧的电子被推向p侧结。类似地，p边的孔被推到n边结。现在，在p侧结区的电子数和朝向p侧终端的区域的电子数之间出现了浓度梯度。n边结区的孔数与n边末端附近的孔数之间也有相似的浓度梯度。这导致载流子(电子和空穴)从高浓度区域移动到低浓度区域。pn结内载流子的这种运动在电路中产生电流。

PN结二极管反向偏置

为什么我们要反向偏置pn二极管?原因是，我们想了解它在不同情况下的特点。反向偏置是指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。现在要研究它的特性(电流随外加电压的变化)，我们需要再次重复所有这些步骤。连接电压表，电流表，改变电池电压，注意读数等。最后我们将得到如图所示的图形。

分析了敬畏偏差特性

这里需要注意的有趣的事情是，二极管不随着施加电压的变化而导电。在施加电压的长期变化范围内，电流保持在一个可以忽略不计的小值(在微安的范围内)。当电压升高到某一点以上时，例如80伏，电流突然增大。这叫做"反向电流这个特殊的施加电压值，通过二极管的反向电流突然增加，称为"击穿电压”。

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。有一点很清楚，我们施加的外部电压与势垒电位方向一致。如果施加的外部电压为V，势垒为Vx，则pn结的总电压为V + Vx．n侧的电子会从结区被拉到n侧的终端区，同样p侧结的空穴也会被拉到p侧的终端区。这导致耗尽区宽度从初始长度(例如“W”)增加到某些“W+x”。随着耗尽区宽度的增加，电场强度也随之增加。

反饱和电流是如何产生的，为什么会存在?

反向饱和电流是图中所示的可以忽略不计的小电流(在微安范围内)，从0伏到击穿电压。它几乎保持不变(可以忽略不计的增加确实存在)在0伏的范围内反向击穿电压。它是如何发生的?我们知道，当电子和空穴被拉离结时，它们不会在结中相互扩散。所以网络"扩散电流是零!剩下的是电场造成的漂移。这种反向饱和电流是载流子从结区漂移到终端区的结果。这种漂移是由损耗区产生的电场引起的。

反向分解会发生什么?

在击穿电压下，通过二极管的电流迅速增加。即使施加电压的变化很小，通过二极管的净电流也会有很大的增加。对于每个pn结二极管，将有一个最大净电流，它可以承受。如果反向电流超过这个最大额定值，二极管就会损坏。

关于PN结特性的结论

要总结pn结的特征，我们需要得到我们提出的第一个问题的答案-pn结的用途是什么?从正向偏置和反向偏置的分析中，我们可以得出一个事实- pn结二极管只在一个方向上传导电流-即在正向偏置期间。在正向偏置过程中，二极管随着电压的增加传导电流。在反向偏置期间，二极管不随着电压的增加而导电(击穿通常导致二极管损坏)。我们可以把二极管的这一特性应用到哪里?希望你得到了答案!它在交流电到直流电(交流到直流)的转换。所以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!这很有帮助

  2. 阿卡什

    沉积层的厚度取决于哪个因素?

  3. 罗兰多·弗朗哥

    你好,

    DESC:二极管正偏24VDC
    数量:20个人电脑

    DESC:二极管反向偏置24VDC
    数量:20个人电脑

    问候,

    费斯·n·多洛里托
    采购专家
    马尼拉海外公司电话:6328004227传真:6328004172

  5. arun kumar

    非常感谢....
    我清楚地理解读它.......
    ．．．．．．．．

  6. Dilip Reddy

    当损耗区宽度增加时，电场强度会增加。为什么?

  7. Ibrar ullah

    齐纳效应和雪崩效应是什么?

  8. Ibrar ullah

    非常感谢.....
    对于这个水晶般的解释.....
    我真的得到了一些东西....
    但是先生，齐纳效应是什么。还有雪崩效应。

  9. Abhinesh

    为什么pn结扩散过程后会产生内电场

  10. himanshi

    我有一个问题。
    为什么pn结的箭头更厚????

  11. Ahmadullah samsoor

    请解释PN结二极管在正反偏置配置下的工作原理?

  12. priya

    为什么电池反向偏置比正向偏置大

  13. 泰利斯公司

    我想我错过了什么。你说PN结只有在施加在二极管(Vd)上的电压达到0.7V后才开始导电，你称之为势垒电位，但所有的图形和方程都告诉我们，当Vd小于0.7V时，二极管才有电流通过。我的意思是，即使考虑到Vd接近零的电流可以忽略不计，Vd~0.60V有电流。

    在我看来，我们只是把0.7V作为导电二极管的实用值，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。
    这将与二极管电流方程Id=Is(exp(Vd/nVt)-1)相一致，因为在0.7V的常规二极管中，曲线中的斜率太大，以至于随着电流的变化，看不到Vd的任何变化。

    我不知道我说的是否清楚，但这一点在很多关于半导体物理的书中都不清楚，这让我很恼火。如果你能为我澄清这一点，我会很高兴。

  14. 艾丽西亚的下巴

    为什么在正偏过程中，源电压从5V到1V的正向电压值几乎是恒定的?

  15. 尼基塔

    pn结中正向偏置和反向偏置的连接有什么区别?

    • 种叫做辛格

      电池正向偏置-VE端接五价基团N， +ve端接三价基团P
      但在反向偏倚中，这种联系是相反的……

  16. Vaibhav古普塔

    我能得到这一章的pdf吗?

  17. 格林尼治时间

    很明显，如果你在，我会请你喝杯茶或咖啡干得好

  18. Tharindu

    为什么电压表连接在电流表和反向偏置二极管..?

  19. 阿

    二极管能否在交流电压下工作

    • 乔乔文章作者

      一个二极管基本上是一个PN结。它是用来转换交流电到直流电。

    • s.Dhana拉克希

      二极管工作在交流电压，但它会给输出是直流为什么因为交流有两个半周期在这种情况下，它将只进行正半周期....不允许-ve循环…

    • 赛库马尔

      它在交流电压下工作

  20. 优

    结的信息很清楚，很好，谢谢

  21. jibin varghese

    对于在结附近发生的每一个电子空穴组合，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

    对于在结附近发生的每一个电子空穴组合，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

    这是非常有用的，它消除了所有的困惑.......请回答我的一个问题，为什么在CB模式下，发射器电流随着V(CB)的增加而增加

  24. shatadal chatterjee

    这是一篇优秀的文章..........先生，请让我知道基宽调制

  25. Sohel谢赫

    它的音符很短
    非常有用
    看完笔记后我很高兴，非常感谢

  26. 埃里克

    谢谢你的解释。请给我演示一下pn结正反偏的一个连接的像源电路好吗

    • Seetharaman

      如图10所示

  27. 洛桑桑杰望谟

    哇，这对我很有帮助。谢谢作者

  28. Chaudary丹麦

    是的，这是我想要的非常好的答案。谢谢。

  29. 摩西

    我真的很感激。我比课堂上解释得更清楚了…
    由于管理

  30. Gurmeet

    一部清晰明了的伟大作品。谢谢!

  31. Sagar Prasad Pandey

    真正有趣和清晰的阐明了一个结二极管特性的各个方面。很好

  32. 变频控制

    辉煌!非常有用的文章。它解释清楚，容易理解。为这个付出了这么多工作的人喝彩!!

  33. Urvashi

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

  34. ahmad naeem

    这个解释有点不成立

  35. ubong

    非常感谢你的解释。当光照射到光电二极管上时，你能描述它的电流电压特性吗?

  36. Nayan帕蒂尔

    非常好的解释，我完全明白了，请告诉我关于桥式波整流器，我们在桥上连接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，当反向电压(大于反向击穿电压)更大时，耗尽层的宽度增加了n，电流如何流过隔板?

    • 乔乔文章作者

      @ramdas

      在击穿时，真正发生的是二极管被损坏。它失去了它的结和与结相关的特征。“二极管”几乎表现得像一根短电线，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，因此电流增加与偏差因子(而不是一个垂直图形)。

      希望这能有所帮助!

      • 艾哈迈德wasim

        真的很有帮助，谢谢先生。

  38. vaishnavi

    好的解释和简洁的图表

  39. 书中

    很容易理解......我喜欢在网页上阅读很多…感谢作者写了这篇文章。

  40. Motlalepula Tabona

    好解释道。真的很喜欢。

  41. 维卡斯•库马尔

    先生，请加上由于这个实验，我们使用ge半导体作为pn结二极管时发现的曲线特性

  42. 市郊

    它非常有用，而且写得很容易读

  43. 真无辜

    我喜欢这个，我很享受

  44. pintu古普塔

    这是pn连接蛋白的一个重要解释
    我是一个合格的科学家

    • 乔乔文章作者

      谢谢你！Pintu It was very nice words

  45. Nayan

    耗竭势垒的高度与宽度之差。我的意思是为什么它们不同，它们意味着什么?

    • Nayan

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

      在正向偏压条件下，外部电场(由电池产生)将与内部电场(产生耗尽势垒)相反。
      在这种情况下，外部电场将抵消内部电场，更多的电子将从n型材料流向p型材料(假设外部电压大于耗尽势垒)，这会增加耗尽区域，但在实际情况下，在正向偏压条件下，耗尽区域的宽度减小。在反向偏压条件下，损耗区不减反增。
      (我熟悉耗竭势垒的增减势，同意书上的观点)

      我对这个问题很困惑。所以请帮帮我。
      谢谢你！

    • 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。因此硅二极管的“势垒”比锗二极管高。我希望你能理解。

  46. ESWAR拉吉

    很棒的方法。希望能提供更多关于电子学的信息

  47. Maahi kumawat

    请帮帮我。在正向偏置中，如果电池电压为2v, si二极管的下降不能超过1v，即Vd<1v……所以现在我的问题是，如果没有电阻与二极管串联，剩余的1v电池在哪里?

    • Ijaz塔利班成员

      在这种情况下，在一个非常大的电流的帮助下，1伏的电压会在导线上下降。

  48. shiva kumar

    很棒的解释。谢谢你！

  49. 苏雷什·辛格B.K.

    水晶般清晰的接近，太棒了!!

  50. 伊克巴尔

    非常有用，谢谢

  51. 夏Rayshouni

    真神奇!
    我从来没有见过一个网站这么成功的解释!你无法想象这对我有多大帮助!
    谢谢

  52. Sid Gurav

    继续添加更多的信息....

  54. Chidi丰富

    非常感谢。这是一次全面的曝光。
    坚持再坚持

    • 阿德南·汗巴基斯坦

      哦，谢谢你..我很困惑读我的课本，但现在一切都清楚....非常感谢
      ．．

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