绝缘体

详细解读二极管的工作原理一文看懂

发布时间:2022/8/15 15:47:36   
昆明白癜风正规医院 http://m.39.net/baidianfeng/a_4769963.html

如下图,二极管长成这样。它们通常有一个黑色圆柱体,一端有一条条纹,还有一些引线伸出来可以将其连接到电路中。一端称为阳极,另一端称为阴极。

二极管允许电流仅沿一个方向流动。如果我们想象一个安装了回转阀的水管。当水流过管道时,它将推开摆动门并继续流过。但是,如果水改变方向,水会推动闸门关闭并阻止流动。因此水只能向一个方向流动。

二极管的工作原理

电是原子之间自由电子的流动。使用铜线是因为铜有很多自由电子,这使得电流很容易通过。使用橡胶来绝缘铜线并保证我们的安全,因为橡胶是一种绝缘体,这意味着它的电子被紧紧地保持着,因此不能在原子之间移动。

电子被原子核固定在适当的位置。但是还有另一个称为导带的外壳。如果一个电子可以到达这个位置,那么它就可以脱离原子并移动到另一个原子。对于铜等金属原子,导带和价壳重叠,因此电子很容易移动。

使用绝缘体,最外壳被包装。电子加入的空间很小甚至没有。原子核紧紧抓住电子,导带很远,所以电子无法到达这里逃脱。因此电流不能流过这种材料。

但是,还有另一种称为半导体的材料,例如硅。对于这种材料,最外壳中的电子太多了,无法成为导体,因此它就像绝缘体一样。但是必须注意:因为导带非常接近,如果提供一些外部能量,一些电子将获得足够的能量,从价态跃迁到导带,从而变得自由。因此,这种材料既可以作为绝缘体,也可以作为导体。纯硅几乎没有自由电子,因此工程师所做的就是在硅中掺杂少量其他材料来改变其电性能。

P型和N型掺杂,将这些掺杂材料结合起来形成二极管。所以在二极管内部,有两条引线,阳极和阴极,它们连接到一些薄板。在这些板之间,在阳极侧有一层P型掺杂硅,在阴极侧有一层N型掺杂硅。整个东西都封装在树脂中以绝缘和保护材料

想象一下,如果这种材料还没有掺杂,它里面只是纯硅。每个硅原子都被其他4个硅原子包围。每个原子在其价壳中需要8个电子,但是硅原子在其价壳中只有4个电子,因此它们偷偷地与相邻原子共享一个电子以获得它们想要的8个电子。这被称为共价键合。

当加入磷等N型材料时,它会占据一些硅原子的位置。磷原子在其价壳层中有5个电子。因此,当硅原子共享电子以获得所需的8个电子时,它们不需要这个额外的电子,因此材料中现在有额外的电子,因此这些电子可以自由移动。

通过P型掺杂,添加了一种材料,例如铝。这个原子在其价壳中只有3个电子,所以它不能为它的4个邻居提供一个电子来共享,所以其中一个将不得不离开。因此,在电子可以坐下和占据的地方产生了一个空穴。

所以现在有两块掺杂的硅,一块电子太多,另一块电子不足。两种材料结合形成PN结。在这个交界处,得到了所谓的耗尽区。在这个区域中,一些来自N型侧的多余电子将移动过来占据P型侧的空穴。这种迁移将形成一个屏障,电子和空穴在相对两侧的积累。电子带负电,因此空穴被认为带正电。因此,堆积会导致带轻微负电荷的区域和带轻微正电荷的区域。这会产生一个电场并阻止更多的电子移动。在典型二极管中,该区域的电位差约为0.7V。

当在二极管上连接一个电压源时,阳极(P型)连接到正极,阴极(N)连接到负极,这将产生正向偏置并允许电流流动。电压源必须大于0.7V势垒,否则电子无法跳线。

当我们反转电源时,正极连接到N型阴极,负极连接到P型阳极。空穴被拉向负极,电子被拉向正极,这导致势垒膨胀,因此二极管充当导体以防止电流流动。



转载请注明:http://www.aideyishus.com/lkgx/1226.html
------分隔线----------------------------

热点文章

  • 没有热点文章

推荐文章

  • 没有推荐文章