半导体/二极管从工程的角度

PN 结在电气工程中作为二极管很有用。二极管具有各种用途，包括：- 防止电流在一个方向流动，而在另一个方向流动- 稳压（在反向偏置时使用）- 电压相关电容（在反向偏置时使用）

二极管结构和特性

如前一章所述，二极管是在 P 型半导体和 N 型半导体的物理界面处构建的。当这两个区域相遇时，由于结处的浓度差异，空穴和电子在结处扩散

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  空穴和电子在 P 型和 N 型掺杂半导体之间的结处漂移。

这种扩散不会无限期地持续下去。相反，当电子扩散到 P 端，空穴扩散到 N 端时，会产生电荷不平衡，从而产生一个电压，最终阻止任何进一步的扩散发生。该电压是二极管的固有特性，取决于 P 端相对于 N 端的掺杂量。由此产生所谓的内建电势，$V_{bi}$。

二极管偏置

- 当二极管受到外部电场作用时，则称其为偏置。- 如果电场方向与内建电压相反，则会抵消扩散，使耗尽区变薄。这被称为正向偏置。

 - In addition to counteracting diffusion, forward biasing also injects charge carriers (holes and electrons) into the P and N regions of the diode. This encourages further diffusion from P to N, leading to current flow.

- 但是，如果电场方向与内建电压相同，则会促进扩散，使耗尽区变厚。这被称为反向偏置。

 - In this mode, charge carriers are injected into the opposite regions of the diode (holes in N and electrons in P), where they instantly recombine. This prevents any current flowing, up to a certain point.

二极管的电路模型

在分析二极管时，可以使用许多模型，包括

理想二极管模型

在理想二极管模型中，存在两种状态：开和关。在开状态下，二极管充当短路，允许任意数量的电流流过，并将两端之间的电势强制为 0。在关状态下，二极管充当开路，因此电流无法流过二极管。

电压降模型

在电压降模型中，同样存在两种状态：开和关。关状态与上述相同；电路阻止任何电流流过。然而，在开状态下，二极管充当电压源，在两端之间保持恒定的电压，等于其内建电压。

经验模型

在经验模型中，我们将二极管视为由 $I = I_s (e^{\frac{V_f}{V_T}}-1)$ 控制的电路元件，为我们提供了一个指数曲线。该模型通常需要数值迭代来评估。

VRC 模型

在 VRC 模型中，我们将二极管建模为电压源、电容器和电阻器。这通常用于二极管处于反向偏置时。

稳压器

待办事项

电压相关电容

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