晶體二極管是目前應用極其廣泛的電子元件,主要用來整流、檢波、續流、穩壓、鉗位等,它的出現極大的推動了電子技術的發展,迅速取代了曾經輝煌過的二極電子管。二極電子管雖然已經退出了歷史的舞臺,以至於許多年輕人對其不瞭解,但我們回過頭來分析其工作原理,會不由自主的感嘆人類的智慧真偉大,也從中學到一些知識和啓發,並且現在的膽機,還有部分電子設備仍然使用電子管,因此仍然有較高的研究價值,今天我們通過對比了解晶體二極管和電子二極管在整流機理方面的差異。晶體二極管能夠單向導電的根本原因是其內部有PN結,也叫空間電荷區、耗盡層、阻擋層(名稱不一,反映的側重點不同,空間電荷區指其內部由不能移動的正離子、負離子組成,耗盡區指其內部的空穴和自由電子已複合掉了;阻擋層指其能夠阻擋電荷的移動),它的導電是由多子空穴、電子兩種電荷形成的,這兩種電荷運動方向相反,在正偏條件下(p區接電源正極,n區接電源負極),這種情況下外加電壓與pn結內電場方向相反互相抵消,p型半導體內的多子空穴向負極方向定向移動(異性相吸),n型半導體內的多子電子向電源正極方向定向移動,二者在移動過程中不斷複合消失,這樣就形成了正向電流,方向由p區指向n區;當外加電壓極性相反時,也即反偏時(p區接電源負極,n區接電源正極),pn結內電場寬度增加,p區內的少子電子向電源正極移動,n區內的少子空穴向負極移動,這樣就形成了反向電流;因爲少子的濃度很低,所以方向電流很小。

pn結結構二極電子管結構:陽極、陰極、燈絲、真空管組成,也叫真空二極電子管。燈絲的作用是加熱陰極,使其內部熱運動增強,陰極是由金屬組成,我們知道金屬內的自由電子的運動受溫度影響較大,當溫度增加時會有自由電子從其表面逸出,這就叫做電子的熱發射,不同金屬的熱發射電子的能力不同,我們在陰極上塗抹容易發射電子的物質。當中陽極施加正電壓後,就會在陽極、陰極之間形成電場,電場方向由陽極指向陰極,陰極逸出的電子就會在電場力的作用下向陽極運動,這樣就形成了電流,電流方向由陽極指向陰極,與自由電子運動方向相反。當在陽極施加負電荷後,會阻擋電子的運動,這樣就不會形成電流,這就是二極電子管的工作原理,它有很好的單向導電性,這一點上比晶體二極管要強,但其可以通過的電流較小,陽極電壓較高。用它的這個特性可以用來整流,爲了發揮其整流效果,人們將陽極做成兩個這樣就可以組成雙二極管,共用一個陰極,可以用來做全波整流。

二極電子管示意圖通過以上分析,我們可以看出晶體二極管和二極電子管的整流機理上有一致的地方就是都是利用電場對電荷的吸引或排斥進行的,主要不同之處是載流子不同;由於二極電子管體積大、耗電大,工作電流小,陽極電壓高,當晶體二極管出現後很快被淘汰了。通過對以上兩個電子元件的分析,我們可以進一步認識載流子的性質。

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