二极管相关知识

  P型半导体：掺有三价元素（硼）。空穴为多数载流子，自由电子为少数载流子。

N型半导体：掺有五价元素（磷P、砷As、锑Sb）。空穴为少数载流子，自由电子为多数载流子

• PN结

  ️ PN结：一些不能移动的带电离子集中在P区和N区交界面附近，形成了一个很薄的空间电荷区（耗尽区&势垒区）。

  当外加反向偏置电压时，PN结处于反向偏置状态，使耗尽区厚度加宽，PN结的电场强度增加，因此阻碍了载流子的扩散运动，此时PN结呈现出一种高阻态，基本上不导电 。PN结内电流主要由漂移电流决定 。

  当外加正向偏置电压时，P区的多数载流子空穴和N区的多数载流子电子均向PN结移动 。在PN结中，空穴会中和原先的电子，导致电子浓度下降，同理空穴浓度也将下降。PN结的电场强度减少，即扩散运动（P→N）大于漂移运动（N→P）。

  • 反向击穿
    1. 雪崩击穿
    2. 齐纳击穿（一般出现在杂质浓度大的PN结中）
    3. 热击穿（不可逆）

• 主要公式

  1. 二极管内阻计算：

• 稳压二极管（齐纳二极管）

    齐纳二极管（稳压二极管）：该管子的杂质浓度比较高。在电流增量很大时，只引起很小的电压变化。

  1. 正常工作时，处于反向击穿状态。

• 肖特基二极管

    肖特基二极管：是多数载流子导电器件，不存在少数载流子在PN结附近积累和消散过程。其电容效应非常小，工作速度快，适合高频或开关应用。

• 钳位电路

  • 正向钳位电路

    • 分析

      
      1. 最初，施加的输入信号的正半部分时，二极管处于反向偏置状态，但电容器仍未充电。因此，在这段时间的输出将不被考虑，即为0V。
      2. 对于交流信号的负半周电压，电容器将充电到交流信号的峰值，但极性相反。
      3. 在下一个正半周上，二极管处于非导通状态，导致电容器电荷放电。因此，在输出端，
    

    ， 即表示电容两端的电压不会因为的改变而发生明显的变化。

    1. 当小于2.3V时二极管导通。
    2. 当电容C充电时，由于无放电回路，所以电容C的最大电压
    3. 稳态时为：
    

    参考文章：

    What are Clamper Circuits? Definition, operating principle, classification and applications of Clamper Circuits - Electronics Coach

    What is Clamper Circuit? Types, Working and Applicationshttps://www.electricaltechnology.org/2021/10/clamper-circuit.html

  • 负向钳位电路

    • 分析

      
      1. 开始，第一个正半周信号加在输入上，二极管正向偏置，电容处于充电状态，其极性与输入信号相反。当电容的两端电压达到最大值时，将会通过二极管放电。
      2. 负半周信号，二极管现在变成反向偏置。这允许负载电流出现在电路的输出端。现在，二极管的不导电状态使电容器放电。因此，在输出端，电容器电压与输入电压的总和就得到了。
    

    ，

    1. 电容C充电的最高电压为

    2. 只有处于正半周时，二极管D可能导通。且导通时输出电压

    3. 当二极管截至时，电容C充完电后，由于 ,所以的电压基本保值不变 （与的符号相反）。

       

• 其它

  1. 在硅材料内电子的移动速度约为空穴移动速度的3倍。

  2. 漂移：由电场作用而导致载流子的运动。

  3. 扩散：电子和空穴从高浓度向低浓度区域扩散。

  4. PN结I/V特性表达式：

     	PN结两端的外加电压
     	通过PN结的电流
     	反向饱和电流
     n	发射系数
     	温度的电压当量

  5. 恒压降：硅管为0.7V，锗管为0.2V。二极管的电流≥1mA时才正确。

  6. 当电容器的放电回路的时间常数远大于的周期，其放电速度将远小于充电速度。

  7. 电导率与材料内单位体积中所含的电荷载流子的数目相关。

  8. 本征半导体是一种纯净的、结构完整的半导体晶体。