PSpice综合PN二极管分析

2020年11月18日

关键的外卖

什么是PN二极管?
PN二极管的工作模式是什么?
用PSpice分析PN二极管。

基础是成功的基础。

在大多数情况下，听一个职业运动员做赛后采访就像吃棉花糖一样。它可能会占用你很多空间(或时间)，但之后，你仍然会感到空虚。带着这样的期待，我漫不经心地开始听这位NBA名人堂成员的演讲阿伦·艾弗森告诫记者质疑他在球队训练中的努力和出勤率。有一次，他显然很惊讶地说:“我们说的是练习，不是比赛，不是比赛，不是比赛，我们说的是练习。”这种与正常的平淡回答不同的采访方式绝对是有趣的。然而，艾弗森显然在那一刻忘记了，训练至少在一定程度上是为了强化基本技能，而这些技能是在比赛中取得成功的基础。

设计人员和工程师在设计电路板时没有奢侈的练习机会。然而，设计的成功取决于basic的使用电子线路设计的原则。今天，对于许多PCBAs来说，这意味着知道如何确定和有效地利用快速开关晶体管的操作特性。尽管晶体管有多种类型，并且可以作为其他集成电路、模块和设备的基础组件来实现，但它们的结构和功能可以追溯到PN二极管。让我们回到这个二极管的操作的基础，这将只服务于增强您的设计板，使用这个组件及其许多衍生品。

二极管的基本知识

当想到基本的电路元件时，通常首先想到的是电阻、电容和电感。然而，对于今天设计和制造的大多数电路板来说，二极管——或其衍生物之一——几乎是一样常见的。这对于包含需要开关的数字电路的PCBAs尤其如此，开关是二极管的主要功能。

然而，有许多类型的二极管，包括齐纳，肖特基，雪崩，激光，LED，肖克利，和其他。虽然特定的二极管类型可能用于不同的应用，但它们的基本功能(以及晶体管的功能)可以追溯到PN结的发现如下图所示，是Vadem Lashkarev在20世纪40年代创作的。

PN二极管表示。¹

¹图片来自能源教育 https://energyeducation.ca/encyclopedia/Diode_operation．去年10/19/20访问。

这一发现包括对空穴-电子扩散的理解，即将载流子引入带负电和带正电的金属之间的耗竭区域，根据“空穴”的可用性，可以产生带负电的电子流。目前主要使用的半导体，如硅和锗，也表现出这种电子流，尽管只有晶体晶格结构的外层电子在空穴之间流动或移动。与这种电子运动相反的是所谓的电流流动，它从正到负的方向前进。

载流子的注入量可以控制电流流量这一事实意义深远。事实上，这是制造不同类型的PN结器件的基础，这些器件表现出不同的工作条件。并与跨设备的电压相结合，二极管的操作模式是可控的，如下所述。

二极管的操作模式

对于基本的PN二极管，有两种工作状态或模式。它们是正向偏置的，电流流动几乎不受阻碍，反向偏置的，电流流动被阻塞。这就是二极管常被称为开关的原因。在正向偏压过程中，损耗区宽度减小，以允许更多的载流子转移。在反向偏置过程中，该区域扩展以最小化或停止传输。开关从正向到反向偏压，反之亦然，是由电压控制，被放置在二极管的阴极到阳极，如下所示。