什么是二極管?
二極管它們通常有一個(gè)黑色的圓柱形主體,當(dāng)然二極管它不僅僅只是黑色的,還有琉璃管,是因?yàn)樗囊欢擞幸粭l條紋,還有一些引出的導(dǎo)線,可以讓我們把它用來(lái)連接到電路中。有極性,有線的那端是正極(陽(yáng)極),另一端則是負(fù)極(陰極)。
二極管只允許電流朝一個(gè)方向流動(dòng)。
如果我們想象一個(gè)裝有旋啟閥的水管。當(dāng)水流過(guò)管道時(shí),它會(huì)推開(kāi)旋啟式閘門(mén)并繼續(xù)流過(guò)。但是,如果水改變方向,水會(huì)推動(dòng)閘門(mén)關(guān)閉,阻止水流。所以水只能朝一個(gè)方向流動(dòng)。這很像二極管,所以我們用它來(lái)控制電路中的電流方向。
現(xiàn)在我們用電子流來(lái)制作動(dòng)畫(huà),電子流就是電子從負(fù)向正流動(dòng)的地方。然而,在電子工程中,傳統(tǒng)上采用由正到負(fù)的常規(guī)流動(dòng)。條紋端連接到負(fù)極,黑色端連接到正極,以便充當(dāng)導(dǎo)體。我們稱之為向前流動(dòng)。如果我們翻轉(zhuǎn)二極管,它將起到絕緣體的作用,電流就不能流動(dòng)了。我們稱之為反向偏差。
二極管是如何工作的?
如你所知,電是隨著原子間自由電子的流動(dòng)。我們使用銅線是因?yàn)殂~有很多自由電子,這使得電流很容易通過(guò)。所以我們用橡膠把銅線絕緣,可以用來(lái)保護(hù)我們的安全,因?yàn)橄鹉z是一種絕緣體,這意味著它的電子被緊緊地抓住,因此不能在原子之間移動(dòng)。
如果我們看一個(gè)金屬導(dǎo)體原子的基本模型,我們的核心是原子核,原子核被許多軌道殼層包圍著,這些殼層容納著電子。每一個(gè)殼層都有最大數(shù)量的電子,一個(gè)電子必須有一定的能量才能被每個(gè)殼層接受。離原子核最遠(yuǎn)的電子具有最大的能量。最外層的殼層叫做價(jià)殼層,導(dǎo)體的價(jià)殼層中有1到3個(gè)電子。
電子被原子核固定。但還有另一種外殼叫做導(dǎo)帶。如果一個(gè)電子能到達(dá)這個(gè)位置,那么它就可以從原子中掙脫出來(lái),移動(dòng)到另一個(gè)原子上。對(duì)于銅這樣的金屬原子,導(dǎo)帶和價(jià)殼層重疊,所以電子很容易移動(dòng)。有了絕緣體,最外層的外殼就被包裝起來(lái)了。電子幾乎沒(méi)有空間加入。原子核緊緊地抓住了電子,而且導(dǎo)帶離我們很遠(yuǎn),所以電子無(wú)法到達(dá)這個(gè)位置逃逸。因此電不能流過(guò)這種材料。
然而,還有另一種材料叫做半導(dǎo)體。硅是半導(dǎo)體的一個(gè)例子。對(duì)于這種材料,最外層的電子太多,它不可能成為導(dǎo)體,所以它的行為就像一個(gè)絕緣體。但必須要注意的點(diǎn)是因?yàn)閷?dǎo)帶很近,如果我們提供一些外部能量,一些電子將獲得足夠的能量,使之從帷幔躍遷進(jìn)入導(dǎo)帶而變得自由。因此,這種材料既可以作為絕緣體,也可以作為導(dǎo)體。
純硅幾乎沒(méi)有自由電子,所以工程師要做的就是在硅中摻雜少量其他材料來(lái)改變其電性能。我們稱之為P型和N型摻雜。我們將這些摻雜的材料結(jié)合起來(lái)形成二極管。
在二極管內(nèi)部,我們有兩個(gè)引線,陽(yáng)極和陰極,它們連接到一些薄板上。在這些極板之間,陽(yáng)極側(cè)有一層P型摻雜硅,陰極側(cè)有一層N型摻雜硅。整個(gè)裝置被包裹在一種樹(shù)脂中,以絕緣和保護(hù)材料。
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