|详细解读二极管的工作原理！一文看懂！

文章图片

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 。