一個PN結構成晶體二極管的原理

P性半導體和N型半導體----前面講過，在純凈的半導體中加入一定類型的微量雜質，能使半導體的導電能力成百萬倍的增加。加入了雜質的半導體可以分為兩種類型：一種雜質加到半導體中去后，在半導體中會產生大量的帶負電荷的自由電子，這種半導體叫做“N型半導體”（也叫“電子型半導體”）；另一種雜質加到半導體中后，會產生大量帶正電荷的“空穴”，這種半導體叫“P型半導體”（也叫“空穴型半導體”）。例如，在純凈的半導體鍺中，加入微量的雜質銻，就能形成N型半導體。同樣，如果在純凈的鍺中，加入微量的雜質銦，就形成P型半導體。

一個PN結構成晶體二極管----設法把P型半導體（有大量的帶正電荷的空穴）和N型半導體（有大量的帶負電荷的自由電子）結合在一起，見圖1所示。



圖1

在P型半導體的N型半導體相結合的地方，就會形成一個特殊的薄層，這個特殊的薄層就叫“PN結”。晶體二極管實際上就是由一個PN結構成的（見圖1）。

例如，收音機中應用的晶體二極管，其觸絲（即觸針）部分相當于P型半導體，N型鍺片就是N型半導體，他們之間的接觸面就是PN結。P端（或P端引出線）叫晶體二極管的正端（也稱正極）。N端（或N端引出線）叫晶體二極管的負端（也稱負極）。

如果像圖2那樣，把正端連接電池的正極，把負端接電池的負極，這是PN結的電阻值就小到只有幾百歐姆了。因此，通過PN結的電流（I=U/R）就很大。這樣的連接方法（圖2a）叫“正向連接”。正向連接時，晶體管二極管（或PN結）兩端承受的電壓叫“正向電壓”；處在正向電壓下，二極管（或PN結）的電阻叫“正向電阻”，在正向電壓下，通過二極管（或PN結）的電流叫“正向電流”。很明顯，因為晶體二極管的正向電阻很小（幾百歐姆），在一定正向電壓下，正向電流（I=U/R）就會很大----這表明在正向電壓下，二極管（或PN結）具有像導體一樣的導電本領。


圖2a 圖2b

反過來，如果把P端接到電池的負極，N端接到電池的正極（見圖2b）。這時PN結的電阻很大（大到幾百千毆），電流（I=U/R）幾乎不能通過二極管，或者說通過的電流很微弱。這樣的連接方法叫“反向連接”。反向連接時，晶體管二極管（或PN結）兩端承受的電壓叫“反向電壓”；處在反向電壓下，二極管（或PN結）的電阻叫“反向電阻”，在反向電壓下，通過二極管（或PN結）的電流叫“反向電流”。顯然，因為晶體二極管的正向電阻很大（幾百千歐姆），在一定的反向電壓下，正向電流（I=U/R）就會很小，甚至可以忽略不計，----這表明在一定的反向電壓下，二極管（或PN結）幾乎不導電。

上敘實驗說明這樣一個結論：晶體二極管（或PN結）具有單向導電特性。

晶體二極管用字母“D”代表，在電路中常用圖3的符號表示，即表示電流（正電荷）只能順著箭頭方向流動，而不能逆著箭頭方向流動。圖3是常用的晶體二極管的外形及符號。



圖3

利用二極管的單向導電性可以用來整流（將交流電變成直流電）和檢波（從高頻或中頻電信號取出音頻信號）以及變頻（如把高頻變成固定的中頻465千周）等。

PN結的極間電容----PN結的P型和N型兩快半導體之間構成一個電容量很小的電容，叫做“極間電容”（如圖4所示）。由于電容抗隨頻率的增高而減小。所以，PN結工作于高頻時，高頻信號容易被極間電容或反饋而影響PN結的工作。但在直流或低頻下工作時，極間電容對直流和低頻的阻抗很大，故一般不會影響PN結的工作性能。PN結的面積越大，極間電容量越大，影響也約大，這就是面接觸型二極管（如整流二極管）和低頻三極管不能用于高頻工作的原因。