二極管是一種雙元件半導(dǎo)體器件，包含陽(yáng)極和陰極，并提供單向傳導(dǎo)。二極管允許電流沿一個(gè)方向流動(dòng)，但不允許在另一個(gè)方向上流動(dòng)。許多類(lèi)型用于整流器、檢波器、削波器、混頻器、調(diào)制器、放大器、振蕩器和測(cè)試儀器等器件。

在電路符號(hào)中，陰極顯示為條形，陽(yáng)極顯示為三角形。在某些電路圖上，二極管的陽(yáng)極也可以用字母“a”表示，陰極可以用字母“k”表示。

要了解二極管的工作原理，我們應(yīng)該知道什么是半導(dǎo)體。

允許電子流動(dòng)的材料稱(chēng)為導(dǎo)體。阻擋電子流動(dòng)的材料稱(chēng)為絕緣體。電導(dǎo)率介于導(dǎo)體和絕緣體之間的材料稱(chēng)為半導(dǎo)體。半導(dǎo)體是“兼職”導(dǎo)體，其電導(dǎo)率可以控制。半導(dǎo)體在電子領(lǐng)域非常有用。

二極管的工作原理

二極管是一種將電流引導(dǎo)到一個(gè)方向的電子元件。它們被稱(chēng)為“有源元件”，與晶體管和IC相同。它是由半導(dǎo)體制成的基本組件。它可以調(diào)節(jié)電流，保持電壓恒定，并檢測(cè)波浪。

首先，讓我們回顧一下二極管中使用的“半導(dǎo)體”的性質(zhì)。“這種材料能導(dǎo)電嗎？”根據(jù)這個(gè)問(wèn)題，它被分為“導(dǎo)體”，“半導(dǎo)體”和“絕緣體”?！鞍雽?dǎo)體”是一種材料，其性質(zhì)介于導(dǎo)電良好的導(dǎo)體和不導(dǎo)電的絕緣體之間。

一般來(lái)說(shuō)，金屬導(dǎo)電性很好，因?yàn)楫?dāng)金屬元素相互結(jié)合時(shí)，每個(gè)原子的電子都成為自由電子。當(dāng)施加電壓時(shí)，金屬晶體中的自由電子四處移動(dòng)并攜帶電荷，這就是電流的流動(dòng)方式。

半導(dǎo)體可以表現(xiàn)為導(dǎo)體或絕緣體，這取決于流經(jīng)它們的電流狀態(tài)。半導(dǎo)體不像金屬那樣具有豐富的自由電子。當(dāng)施加電壓時(shí)，電子依次移動(dòng)以填充缺失的空穴，或者它們攜帶的自由電子比金屬鍵少的電。

半導(dǎo)體按電流機(jī)理的差異分為P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體;P型半導(dǎo)體是那些前者的電子按順序移動(dòng)以填充缺失空穴的半導(dǎo)體。硅等四價(jià)元素與硼或硼等三價(jià)添加劑混合，成為P型半導(dǎo)體。由于它缺少一個(gè)電子，因此被認(rèn)為是帶正電的。

N型半導(dǎo)體是那些攜帶電的半導(dǎo)體，其自由電子比后者的金屬鍵少。硅等四價(jià)元素與磷等一價(jià)添加劑混合，成為N型半導(dǎo)體。由于它有一個(gè)額外的電子，因此它被認(rèn)為是帶負(fù)電荷的。

在PN二極管中，連接到P型半導(dǎo)體的電極稱(chēng)為陽(yáng)極（A），連接到N型半導(dǎo)體的電極稱(chēng)為陰極（K）。（圖1）

當(dāng)“-”連接到PN二極管的陽(yáng)極側(cè)，“+”連接到PN二極管的陰極側(cè)時(shí)，半導(dǎo)體中的電被吸引到電極側(cè)，并在PN結(jié)處產(chǎn)生空白電區(qū)。結(jié)果，沒(méi)有電流流動(dòng)。（圖2）

相反，如果“+”連接到陽(yáng)極側(cè)，“-”連接到陰極側(cè)，半導(dǎo)體中的“+”和“-”電將在P和N結(jié)處粘在一起并相互抵消，但下一個(gè)電將從電極發(fā)送，因此電流將流動(dòng)。（圖3）

通過(guò)這種方式，二極管僅具有在固定方向上導(dǎo)電的特性。我們?cè)谌粘Ｉ钪薪?jīng)?？吹降陌l(fā)光二極管（LED）被設(shè)計(jì)為在電流流過(guò)PN結(jié)時(shí)發(fā)光。二極管也用于我們看不見(jiàn)它們的各個(gè)地方，以支持我們的日常生活。

二極管的作用

二極管具有以下四個(gè)主要角色。

（1） 整改

由于一般電源中的交流電流，電流的方向總是在變化。二極管具有只允許電流沿特定方向流動(dòng)的特性，因此只能從交流電流中提取正向電流。這稱(chēng)為二極管的整流作用。

（2） 無(wú)線(xiàn)電波檢測(cè)

二極管在從無(wú)線(xiàn)電波中提取音頻信號(hào)方面發(fā)揮作用。這稱(chēng)為波檢測(cè)。無(wú)線(xiàn)電波是通過(guò)將用于通信的高頻信號(hào)與語(yǔ)音等低頻信號(hào)相結(jié)合而產(chǎn)生的。

（3） 電壓控制

一般來(lái)說(shuō)，二極管只在某個(gè)方向上承載電流，但是當(dāng)相反方向的電壓超過(guò)一定值時(shí)，電壓開(kāi)始流動(dòng)。但是，當(dāng)反向電壓超過(guò)一定值時(shí)，電壓開(kāi)始流動(dòng)，即使電流增加，電壓也不會(huì)改變。這稱(chēng)為擊穿現(xiàn)象，發(fā)生擊穿現(xiàn)象的電壓稱(chēng)為“擊穿電壓”或“齊納電壓”。 屈服現(xiàn)象用于二極管電壓控制，以這種方式使用的二極管稱(chēng)為齊納二極管。

（4）電流轉(zhuǎn)換

當(dāng)光照射到PN結(jié)時(shí)，結(jié)附近N側(cè)的電子會(huì)移動(dòng)。因此，只要光線(xiàn)閃耀，電力就會(huì)繼續(xù)流動(dòng)。這就是太陽(yáng)能電池的組成。 當(dāng)沒(méi)有從外部施加電壓時(shí)，它充當(dāng)電池，但是當(dāng)施加電壓時(shí)，它充當(dāng)二極管。一些二極管響應(yīng)可見(jiàn)光，而那些響應(yīng)不可見(jiàn)光的二極管用于紅外遙控器的光接收部分等應(yīng)用。

二極管的類(lèi)型

有各種類(lèi)型的二極管。以下是一些最常見(jiàn)類(lèi)型的列表。

硅二極管

最常見(jiàn)的PN二極管類(lèi)型。通常指整流二極管。

鍺二極管

與硅二極管一樣，這些是組合PN的二極管。它們通常用于檢測(cè)波，因?yàn)樗鼈兊恼蛳陆惦妷汉艿?，特別是在流動(dòng)電流小至0.1mA的區(qū)域。然而，由于鍺的高成本，肖特基勢(shì)壘二極管現(xiàn)在被廣泛使用。

肖特基二極管

這是一種通過(guò)粘合金屬和半導(dǎo)體制成的二極管。與硅二極管相比，這些二極管具有優(yōu)異的開(kāi)關(guān)特性，因此用于高速電路。

開(kāi)關(guān)二極管

一種二極管，用于打開(kāi)和關(guān)閉電源電路，如開(kāi)關(guān)。當(dāng)電壓沿功率流方向施加時(shí)，它打開(kāi)，當(dāng)電壓施加到功率不流動(dòng)的方向時(shí)，它關(guān)閉。

江崎二極管

利用諾貝爾獎(jiǎng)獲得者Leona Esaki發(fā)現(xiàn)的隧穿效應(yīng)的二極管。隧穿效應(yīng)是具有高雜質(zhì)濃度的PN結(jié)二極管的一種特性，即使由于量子力學(xué)效應(yīng)而不應(yīng)該流動(dòng)，也允許電流流動(dòng)。由于其極快的響應(yīng)時(shí)間，它們用于產(chǎn)生微波。

發(fā)光二極管

一種二極管，當(dāng)電流流過(guò)PN結(jié)時(shí)，結(jié)點(diǎn)會(huì)發(fā)光。當(dāng)電流流過(guò)半導(dǎo)體時(shí)，P型半導(dǎo)體中的空穴和電子結(jié)合在一起，能量以光的形式發(fā)射出來(lái)。它有時(shí)既用作電源燈，也用作整流器。

齊納二極管

一種二極管，用于在與電流正常流動(dòng)方向相反的方向上施加電壓。它用于獲得恒定電壓，并保護(hù)電路免受過(guò)壓的影響。

典型二極管特性

在二極管導(dǎo)通之前，必須超過(guò)正向閾值電壓。正向閾值電壓必須足夠高，以完全去除耗盡層并迫使電荷載流子在結(jié)點(diǎn)上移動(dòng)。對(duì)于硅二極管，該正向閾值電壓約為0.6 V至0.7 V。對(duì)于鍺二極管，正向閾值電壓約為0.2 V至0.3 V。

下圖顯示了小型鍺和硅二極管的典型特性。值得注意的是，二極管受到它們可以承受的正向電流和反向電壓的限制。此限制基于二極管的物理尺寸和結(jié)構(gòu)。

在反向偏置二極管的情況下，P型材料相對(duì)于N型材料呈負(fù)偏置。在這種情況下，施加在P型材料的負(fù)電位吸引正電荷載流子，將它們從結(jié)中拉開(kāi)。同樣，施加在N型材料的正電位將負(fù)電荷載流子從結(jié)中吸引走。這使得結(jié)部區(qū)域耗盡;實(shí)際上不存在電荷載體。

因此，結(jié)區(qū)成為絕緣體，電流流動(dòng)受到抑制。反向偏置電位可以增加到特定二極管額定的反向擊穿電壓。與最大正向電流額定值的情況一樣，反向擊穿電壓由制造商指定。反向擊穿電壓通常遠(yuǎn)高于正向閾值電壓。

典型的通用二極管可以被指定為正向閾值電壓為0.6 V，反向擊穿電壓為200 V。如果超過(guò)后者，二極管可能會(huì)遭受不可逆轉(zhuǎn)的損壞。

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