二极管工作原理

概率引入

  • 本征半导体：纯净的半导体
  • 本征激发： 热激发产生载流子
  • 载流子： 运载电荷的粒子（通常是自由电子和空穴）
  • 复合： 自由电子在运动过程中填补空穴
  • 漂移运动： 在电场力作用下，所产生的运动
  • 扩散运动： 由于浓度原因所产生的运动
  • 势垒电容： pn结耗尽层宽窄，所引起的电容
  • 扩散电容：由非平衡少子浓度变化引起
  • 少子/多子： 少数载流子和多数载流子
  • 齐纳击穿：高掺杂，pn结窄，不大的反向电压可以直接破坏共价键，产生大量载流子，电流急剧增大
  • 雪崩击穿：低掺杂，反向电压增大，漂移运动加强，逐渐碰撞共价键产生新的载流子，从而载流子倍增，电流急剧增大。

原理分析

  1. 形成耗尽层：载流子的扩散运动使得中间出现空间电荷区（耗尽层）

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  2. 外加正向电压时：pn结变窄——势垒电容变小，二极管导通

    外加反向电压时：pn结变宽——势垒电容变大，二极管截止

个人理解方式：

​ 空间电荷区形成原因：多子的扩散运动，在运动过程中，填补了晶体结构中的空位。而原子在得到或者失去电子之后，变成带电离子。形成空间电荷区

​ 外加正向电压时：外部电场力的作用下，使得多子向内挤压，而多子和空间电荷区极性相反，类似于战场火拼，使得空间电荷区变窄。（或者说，比如P区，空穴为多子，多子向内挤，相对的就是电子往外拉，那么空间电荷区的负电自然也就少了，就变窄了）

​ 外加反向电压时：使得多子向外扩散，那么空间电荷区的势力，就乘机扩展领土，使得空间电荷区变宽

二极管的电路特性

可供分析因素： 电压、电流

伏安特性曲线

tinadiag

pn结的电流公式

$ i=I_s(e^\frac{qu}{KT}-1) $

$ i=I_s(e^\frac{u}{U_T}-1) $

常温下，T=300K时，$U_t=26mV$,称之为压力当量

二极管和PN结区别

  • 二极管存在内阻（半导体内阻和导线内阻），相同电流情况下，压降更高
  • 二极管表面存在漏电流

二极管主要参数

  • 最大整流电流$I_F$ ： 长期工作，允许通过的最大平均电流
  • 最高反向电压$U_R$： 工作时，允许通过的最大反向电压
  • 反向电流$I_R$： 未击穿时的反向电流（反向截止性能）
  • 最高工作频率$f_M$：上限截止频率，超过这个频率，由于结电容的作用，不能体现单向导电性

二极管演化电路

  • 限幅电路

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其中VF1的电压值最大为V1加上$U_{on}$

  • 整流电路

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稳压二极管

工作原理：在反向击穿时，电流急剧变化，而电压几乎保持不变

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