二極管原理

二極管工作原理（正向?qū)щ?，反向不?dǎo)電）

晶體二極管是一個由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體形成的p-n結(jié)，在其界面處兩側(cè)形成了空間電荷層，并且建有自建電場當(dāng)不存在外加電壓時，因為p-n結(jié)兩邊載流子濃度差引起的擴散電流和自建電場引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)。 當(dāng)產(chǎn)生正向電壓偏置時，外界電場與自建電場的互相抑消作用使載流子的擴散電流增加引起了正向電流。（也就是導(dǎo)電的原因） 當(dāng)產(chǎn)生反向電壓偏置時，外界電場與自建電場進一步加強，形成在一定反向電壓范圍中與反向偏置電壓值無關(guān)的反向飽和電流。（這也就是不導(dǎo)電的原因） 晶體二極管為一個由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體形成的p-n結(jié)，在其界面處兩側(cè)形成空間電荷層，并建有自建電常當(dāng)不存在外加電壓時，由于p-n結(jié)兩邊載流子濃度差引起的擴散電流和自建電場引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)。 當(dāng)外界有正向電壓偏置時，外界電場和自建電場的互相抑消作用使載流子的擴散電流增加引起了正向電流。

當(dāng)外界有反向電壓偏置時，外界電場和自建電場進一步加強，形成在一定反向電壓范圍內(nèi)與反向偏置電壓值無關(guān)的反向飽和電流I0。

當(dāng)外加的反向電壓高到一定程度時，p-n結(jié)空間電荷層中的電場強度達到臨界值產(chǎn)生載流子的倍增過程，產(chǎn)生大量電子空穴對，產(chǎn)生了數(shù)值很大的反向擊穿電流，稱為二極管的擊穿現(xiàn)象。

反向擊穿按機理分為齊納擊穿和雪崩擊穿兩種情況。在高摻雜濃度的情況下，因勢壘區(qū)寬度很小，反向電壓較大時，破壞了勢壘區(qū)內(nèi)共價鍵結(jié)構(gòu)，使價電子脫離共價鍵束縛，產(chǎn)生電子-空穴對，致使電流急劇增大，這種擊穿稱為齊納擊穿。如果摻雜濃度較低，勢壘區(qū)寬度較寬，不容易產(chǎn)生齊納擊穿。

雪崩擊穿

另一種擊穿為雪崩擊穿。當(dāng)反向電壓增加到較大數(shù)值時，外加電場使電子漂移速度加快，從而與共價鍵中的價電子相碰撞，把價電子撞出共價鍵，產(chǎn)生新的電子-空穴對。新產(chǎn)生的電子-空穴被電場加速后又撞出其它價電子，載流子雪崩式地增加，致使電流急劇增加，這種擊穿稱為雪崩擊穿。無論哪種擊穿，若對其電流不加限制，都可能造成PN結(jié)永久性損壞。

二極管內(nèi)部構(gòu)造

二極管的英文是diode。二極管的正.負二個端子,(如圖)正端A稱為陽極,負端K 稱為陰極。電流只能從陽極向陰極方向移動。一些初學(xué)者容易產(chǎn)生這樣一種錯誤認識?“半導(dǎo)體的一?半?是一半的?半??面二極管也是只有一?半?電流流動(這是錯誤的)?所有二極管就是半導(dǎo)體 ”。其實二極管與半導(dǎo)體是完全不同的東西。只能說二極管是由半導(dǎo)體組成的器件。半導(dǎo)體無論那個方向都能流動電流。

二極管（英語：Diode），電子元件當(dāng)中，一種具有兩個電極的裝置，只允許電流由單一方向流過。許多的使用是應(yīng)用其整流的功能。而變?nèi)荻O管（Varicap Diode）則用來當(dāng)作電子式的可調(diào)電容器。

大部分二極管所具備的電流方向性，通常稱之為“整流（Rectifying）”功能。二極管最普遍的功能就是只允許電流由單一方向通過（稱為順向偏壓），反向時阻斷 （稱為逆向偏壓）。因此，二極管可以想成電子版的逆止閥。然而實際上二極管并不會表現(xiàn)出如此完美的開與關(guān)的方向性，而是較為復(fù)雜的非線性電子特征——這是由特定類型的二極管技術(shù)決定的。二極管使用上除了用做開關(guān)的方式之外還有很多其他的功能。

早期的二極管包含“貓須晶體（"Cat's Whisker" Crystals）”以及真空管(英國稱為“熱游離閥（Thermionic Valves）”)。現(xiàn)今最普遍的二極管大多是使用半導(dǎo)體材料如硅或鍺。

1、正向性

外加正向電壓時，在正向特性的起始部分，正向電壓很小，不足以克服PN結(jié)內(nèi)電場的阻擋作用，正向電流幾乎為零，這一段稱為死區(qū)。這個不能使二極管導(dǎo)通的正向電壓稱為死區(qū)電壓。當(dāng)正向電壓大于死區(qū)電壓以后，PN結(jié)內(nèi)電場被克服，二極管正向?qū)ǎ娏麟S電壓增大而迅速上升。在正常使用的電流范圍內(nèi)，導(dǎo)通時二極管的端電壓幾乎維持不變，這個電壓稱為二極管的正向電壓。

2、反向性

外加反向電壓不超過一定范圍時，通過二極管的電流是少數(shù)載流子漂移運動所形成反向電流。由于反向電流很小，二極管處于截止?fàn)顟B(tài)。這個反向電流又稱為反向飽和電流或漏電流，二極管的反向飽和電流受溫度影響很大。

3、擊穿

外加反向電壓超過某一數(shù)值時，反向電流會突然增大，這種現(xiàn)象稱為電擊穿。引起電擊穿的臨界電壓稱為二極管反向擊穿電壓。電擊穿時二極管失去單向?qū)щ娦?。如果二極管沒有因電擊穿而引起過熱，則單向?qū)щ娦圆灰欢〞挥谰闷茐?，在撤除外加電壓后，其性能可緩慢恢?fù)，否則二極管就損壞了。因而使用時應(yīng)避免二極管外加的反向電壓過高。

二極管是一種具有單向?qū)щ姷亩似骷须娮佣O管和晶體二極管之分，電子二極管現(xiàn)已很少見到，比較常見和常用的多是晶體二極管。二極管的單向?qū)щ娞匦?，幾乎在所有的電子電路中，都要用到半?dǎo)體二極管，它在許多的電路中起著重要的作用，它是誕生最早的半導(dǎo)體器件之一，其應(yīng)用也非常廣泛。

二極管的管壓降：硅二極管（不發(fā)光類型）正向管壓降0.7V，鍺管正向管壓降為0.3V，發(fā)光二極管正向管壓降會隨不同發(fā)光顏色而不同。主要有三種顏色，具體壓降參考值如下：紅色發(fā)光二極管的壓降為2.0--2.2V，黃色發(fā)光二極管的壓降為1.8—2.0V，綠色發(fā)光二極管的壓降為3.0—3.2V，正常發(fā)光時的額定電流約為20mA。

二極管的電壓與電流不是線性關(guān)系，所以在將不同的二極管并聯(lián)的時候要接相適應(yīng)的電阻。[2]

1.整流

整流二極管主要用于整流電路，即把交流電變換成脈動的直流電。整流二極管都是面結(jié)型，因此結(jié)電容較大，使其工作頻率較低，一般為3kHZ以下。

2.開關(guān)

二極管在正向電壓作用下電阻很小，處于導(dǎo)通狀態(tài)，相當(dāng)于一只接通的開關(guān)；在反向電壓作用下，電阻很大，處于截止?fàn)顟B(tài)，如同一只斷開的開關(guān)。利用二極管的開關(guān)特性，可以組成各種邏輯電路。

3.限幅

二極管正向?qū)ê螅恼驂航祷颈３植蛔儯ü韫転?.7V，鍺管為0.3V）。利用這一特性，在電路中作為限幅元件，可以把信號幅度限制在一定范圍內(nèi)。

4.續(xù)流

在開關(guān)電源的電感中和繼電器等感性負載中起續(xù)流作用。

5.檢波

檢波二極管的主要作用是把高頻信號中的低頻信號檢出。它們的結(jié)構(gòu)為點接觸型。其結(jié)電容較小，工作頻率較高，一般都采用鍺材料制成。

6.阻尼

阻尼二極管多用在高頻電壓電路中，能承受較高的反向擊穿電壓和較大的峰值電流，一般用在電視機電路中，常用的阻尼二極管有2CN1、2CN2、BSBS44等。

7.顯示

用于VCD、DVD、計算器等顯示器上。

8.穩(wěn)壓

這種管子是利用二極管的反向擊穿特性制成的，在電路中其兩端的電壓保持基本不變，起到穩(wěn)定電壓的作用。常用的穩(wěn)壓管有2CW55、2CW56等。

9.觸發(fā)

觸發(fā)二極管又稱雙向觸發(fā)二極管（DIAC）屬三層結(jié)構(gòu)，具有對稱性的二端半導(dǎo)體器件。常用來觸發(fā)雙向可控硅；，在電路中作過壓保護等用途。

二極管種類有很多，按照所用的半導(dǎo)體材料，可分為鍺二極管（Ge管）和硅二極管（Si管）。根據(jù)其不同用途，可分為檢波二極管、整流二極管、穩(wěn)壓二極管、開關(guān)二極管、隔離二極管、肖特基二極管、發(fā)光二極管、硅功率開關(guān)二極管、旋轉(zhuǎn)二極管等。按照管芯結(jié)構(gòu)，又可分為點接觸型二極管、面接觸型二極管及平面型二極管。點接觸型二極管是用一根很細的金屬絲壓在光潔的半導(dǎo)體晶片表面，通以脈沖電流，使觸絲一端與晶片牢固地?zé)Y(jié)在一起，形成一個“PN結(jié)”。由于是點接觸，只允許通過較小的電流（不超過幾十毫安），適用于高頻小電流電路，如收音機的檢波等。面接觸型二極管的“PN結(jié)”面積較大，允許通過較大的電流（幾安到幾十安），主要用于把交流電變換成直流電的“整流”電路中。平面型二極管是一種特制的硅二極管，它不僅能通過較大的電流，而且性能穩(wěn)定可靠，多用于開關(guān)、脈沖及高頻電路中。

編輯本段發(fā)光二極管

發(fā)光二極管也是由一個 PN 結(jié)構(gòu)成，具有單向?qū)щ娦?。但其正向工作電?開啟電壓)比普通二極管高，約為 1～2.5V，反向擊穿電壓比普通二極管低，約 5V 左右。當(dāng)正向電流達到 1mA 左右時開始發(fā)光，發(fā)光強度近似與工作電流成正比；但工作電流達到一定數(shù)值時，發(fā)光強度逐漸趨于飽和，與工作電流成非線性關(guān)系。一般小型發(fā)光二極管正向工作電流為10～20mA，最大正向工作電流為 30～50mA。

發(fā)光二極管的外形可以做成矩形、圓形、字形、符號形等多種形狀，又有紅、綠、黃、橙、紅外等多種顏色。它具有體積小、功耗低、容易驅(qū)動、光效高、發(fā)光均勻穩(wěn)定、響應(yīng)速度快以及壽命長等特點，普遍用在指示燈及大屏幕顯示裝置中

二極管鉗位保護電路是指由兩個二極管反向并聯(lián)組成的，一次只能有一個二極管導(dǎo)通，而另一個處于截止?fàn)顟B(tài)，那么它的正反向壓降就會被鉗制在二極管正向?qū)▔航?.5-0.7以下，從而起到保護電路的目的。

鉗位電路的作用是將周期性變化的波形的頂部或底部保持在某一確定的直流電平上。常見的二極管鉗位電路。設(shè)輸入信號,在零時刻，uO(0+)=+E，uO產(chǎn)生一個幅值為E的正跳變。此后在0~t1間，二極管D導(dǎo)通，電容C充電電流很大，uC很快等于E，致使uO=0。在t1時刻，ui(t1)=0，uO又發(fā)生幅值為-E的跳變,在t1~t2期間，D截止，充電電容C只能通過R放電，通常，R取值很大，所以uC下降很慢，uO變化也很小。在t1時刻uI(t2)=E，uO又發(fā)生一個幅值為E的跳度，在t2~t3期間，D導(dǎo)通，電容C又重新充電。與0~t1期間內(nèi)不同，此時電容上貯有大量電荷，因而充電持續(xù)時間更短，uO更迅速地降低為零。以后重復(fù)上述過程，uO和uC的波形?？梢?，uO的頂部基本上被限定在零電平上，于是，就稱該電路為零電平正峰(或頂部)鉗位電路。

將二極管反接，便可把輸入矩形波的底部鉗位在零電平上，形成零電平負峰(或底部)鉗位電路。

三極管鉗位電路，如將其be結(jié)也看成是一個二極管，那么,就鉗位原理而言，所示電路完全一樣，只不過該電路還具有放大作用而已