西門子6ES7317-2AK14-0AB0
二極管的單向?qū)щ娞匦杂猛竞軓V,到底是什么原因讓電子如此聽話呢?它的微觀機(jī)理是什么呢?這里簡單形象介紹一下:
假設(shè)有一塊P型半導(dǎo)體(用黃色代表空穴多)和一塊N型半導(dǎo)體(用綠色代表電子多),它們自然狀態(tài)下分別都是電中性的,即不帶電。如圖1所示。
圖1. P型和N型半導(dǎo)體
把它們結(jié)合在一起,就形成PN結(jié)。邊界處N型半導(dǎo)體的電子自然就會(huì)跑去P型區(qū)填補(bǔ)空穴,留下失去電子而顯正電的原子。相應(yīng)P型區(qū)邊界的原子由于得到電子而顯負(fù)電,于是就在邊界形成一個(gè)空間電荷區(qū)。為什么叫“空間電荷區(qū)"?是因?yàn)檫@些電荷是微觀空間內(nèi)無法移動(dòng)的原子構(gòu)成的。
空間電荷區(qū)形成一個(gè)內(nèi)建電場,電場方向由N到P,這個(gè)電場阻止了后面的電子繼續(xù)過來填補(bǔ)空穴,因?yàn)檫@時(shí)P型區(qū)的負(fù)空間電荷是排斥電子的。電子和空穴的結(jié)合會(huì)越來越慢,最后達(dá)到平衡,相當(dāng)于載流子耗盡了,所以空間電荷區(qū)也叫耗盡層。這時(shí)PN結(jié)整體還呈電中性,因?yàn)榭臻g電荷有正有負(fù)互相抵消。如圖2所示。
圖2. PN結(jié)形成內(nèi)建電場
外加正向電壓,電場方向由正到負(fù),與內(nèi)建電場相反,削弱了內(nèi)建電場,所以二極管容易導(dǎo)通。綠色箭頭表示電子流動(dòng)方向,與電流定義的方向相反。如圖3所示。
圖3. 正向?qū)顟B(tài)
外加反向電壓,電場方向與內(nèi)建電場相同,增強(qiáng)了內(nèi)建電場,所以二極管不容易導(dǎo)通。如圖4所示。當(dāng)然,不導(dǎo)通也不是絕對的,一般會(huì)有很小的漏電流。隨著反向電壓如果繼續(xù)增大,可能造成二極管擊穿而急劇漏電。
圖4. 反向不導(dǎo)通狀態(tài)
圖5是二極管的電流電壓曲線供參考。
圖5.二極管電流電壓曲線
圖6形象的展示了不同方向二極管為什么能導(dǎo)通和不能導(dǎo)通,方便理解。
圖6. 不同方向?qū)ㄐЧ煌?/div>
生活中單向?qū)ǖ睦右膊簧伲热绲罔F進(jìn)站口的單向閘機(jī),也相當(dāng)于二極管的效果:正向?qū)ǎ聪虿粚?dǎo)通,如果硬要反向通過,可能就會(huì)因?yàn)樘罅Α胺聪驌舸?破壞閘機(jī)了。
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實(shí)際兩個(gè)電感線圈距離很近,就會(huì)有磁場能量的耦合。我們知道變化的磁場可以在電感線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電壓,因此在一個(gè)線圈中的變化的電流就可以在另一個(gè)線圈中產(chǎn)生變化的電壓,稱這樣兩個(gè)電感線圈為耦合電感。
耦合互感的實(shí)際電路示意圖如上,其中兩個(gè)電流產(chǎn)生的磁鏈方向一致。我們可以寫出兩個(gè)線圈上的磁鏈
每個(gè)線圈上的感應(yīng)電壓分為兩項(xiàng),自感電壓和互感電壓:
互感電壓是另外一個(gè)線圈中變化的電流在本線圈上的感應(yīng)電壓。在一定條件下,該互感電壓與另外線圈電流的變化率成比例,比例系數(shù)稱為互感系數(shù),簡稱互感 M12=M21=M , 單位為亨利 (H)。
如果兩個(gè)線圈電流產(chǎn)生的磁鏈方向不一致,如下圖所示
則互感電壓的極性相反
可以看出
1. 每個(gè)端口電壓包含兩項(xiàng):自感電壓和互感電壓。
2. 在關(guān)聯(lián)的參考方向下,端口電流產(chǎn)生的自感電壓項(xiàng)為正,而對互感電壓的貢獻(xiàn)正負(fù),取決于兩電流產(chǎn)生的磁通方向是否一致。
3.為便于判斷互感電壓方向,引入同名端的概念。
同名端——互感元件兩個(gè)端口的一對端子,當(dāng)電流分別從這對端子流入(或流出)時(shí)所產(chǎn)生的磁通方向一致。在端口上用一對圓點(diǎn)或特殊符號標(biāo)出同名端,可以避免用線圈內(nèi)部結(jié)構(gòu)判斷互感電壓極性,從而可能建立互感元件電路模型