二極體

這里針對(duì)半導(dǎo)體二極體的運(yùn)作原理，選擇基本的PN接面(PN接面)型二極體作為例子，簡單地說

明其特性。讀者若是想了解真空管二極體的運(yùn)作原理，請(qǐng)參閱真空管的條目。

PN接面(PN接面)二極體是N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體互相結(jié)合所構(gòu)成。PN接面(PN接面)區(qū)彼此的電子和電洞相互抵銷，造成主要載流子不足，形成空乏層。在空乏層內(nèi)N型側(cè)帶正電，P型側(cè)帶負(fù)電，因此內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)靜電場(chǎng)，空乏層的兩端存在電位差。但是如果讓兩端的載流子再結(jié)合的話，兩端的電壓差則會(huì)變成零。

順向偏壓(Forward Bias)

順向偏壓時(shí)的PN接面二極體

二極體的陽極側(cè)施加正電壓，陰極側(cè)施加負(fù)電壓，這樣就稱為順向偏壓，所加電壓為順向偏壓。如此N型半導(dǎo)體被注入電子，P型半導(dǎo)體被注入電洞。這樣一來，讓多數(shù)載流子過剩，空乏層縮小、消滅，正負(fù)載流子在PN接合部附近結(jié)合并消滅。整體來看，電子從陰極流向陽極(電流則是由陽極流向陰極)。在這個(gè)區(qū)域，電流隨著偏壓的增加也急遽地增加。伴隨著電子與電洞的再結(jié)合，兩者所帶有的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊?和光)的形式被放出。能讓順向電流通過的必要電壓被稱為開啟電壓，特定順向電流下二極體兩端的電壓稱為順向壓降。

逆向偏壓(Reverse Bias)

逆向偏壓時(shí)的PN結(jié)二極體

在陽極側(cè)施加相對(duì)陰極負(fù)的電壓，就是逆向偏壓，所加電壓為逆向偏壓。這種情況下，因?yàn)镹型區(qū)域被注入電洞，P型區(qū)域被注入電子，兩個(gè)區(qū)域內(nèi)的主要載流子都變?yōu)椴蛔?，因此結(jié)合部位的空乏層變得更寬，內(nèi)部的靜電場(chǎng)也更強(qiáng)，擴(kuò)散電位也跟著變大。這個(gè)擴(kuò)散電位與外部施加的電壓互相抵銷，讓逆向的電流更難以通過。更多的細(xì)節(jié)請(qǐng)參閱「PN接面」條目。

實(shí)際的元件雖然處於逆向偏壓狀態(tài)，也會(huì)有微小的逆向電流(漏電流、漂移電流)通過。當(dāng)逆向偏壓持續(xù)增加時(shí)，還會(huì)發(fā)生隧道擊穿或雪崩擊穿或崩潰，發(fā)生急遽的電流增加。開始產(chǎn)生這種擊穿現(xiàn)象的(逆向)電壓被稱為擊穿電壓或崩潰電壓。超過擊穿電壓以后逆向電流急遽增加的區(qū)域被稱為擊穿區(qū)(崩潰區(qū))。在擊穿區(qū)內(nèi)，電流在較大的范圍內(nèi)變化而二極體逆向壓降變化較小。穩(wěn)壓二極體就利用這個(gè)區(qū)域的動(dòng)作特性而制成，可以作為電壓源使用。

接面電壓

當(dāng)二極體的P-N接面處於順向偏壓時(shí)，必須有相當(dāng)?shù)碾妷罕挥脕碡炌辗^(qū)，導(dǎo)致形成一逆向的電壓源，此電壓源的電壓值就稱為接面電壓，矽半導(dǎo)體的接面電壓約0.6V~0.7V，鍺半導(dǎo)體的約0.3~0.4V

簡介:習(xí)慣上說的對(duì)地打阻值，或者對(duì)地測(cè)數(shù)值，最準(zhǔn)確的應(yīng)該叫做二極體值。這是最常用的測(cè)量方法，

關(guān)鍵字:二極體值，測(cè)量二極體值，對(duì)地?cái)?shù)值

習(xí)慣上說的對(duì)地打阻值，或者對(duì)地測(cè)數(shù)值，最準(zhǔn)確的應(yīng)該叫做二極體值。這是最常用的測(cè)量方法，原理是測(cè)量接地點(diǎn)到測(cè)試點(diǎn)的壓降值。使用方法也比較簡單，把萬用表開到二極體檔，然后紅色表筆接地，黑色表筆接欲測(cè)量之位置。然后看萬用表上的讀數(shù)即可。一般用在測(cè)量各個(gè)基本電壓如12V，5V，3.3V，5VSB，3VSB等是否對(duì)地短路和量測(cè)控制信號(hào)和AD信號(hào)線是否短路和開路。二極體測(cè)試法是一個(gè)很重要也很有效的測(cè)試方法，例如在主板不加電的時(shí)候，我們可以用來測(cè)量ATX插座上的12V,5V,3.3V是否對(duì)地有短路或微短現(xiàn)象。來確定上述的幾個(gè)重要電壓是否短路。又如測(cè)量PCI上的AD線的對(duì)地二極體值，可以確定南橋到PCI的AD線是否有開路和短路，來判斷南橋工作是否正常。測(cè)量USB口，網(wǎng)卡接口，COM口，LPT口信號(hào)線的對(duì)地二極體值，可以用來判斷相應(yīng)的端口和控制芯片是否工作正常等。

二極值的叫法，是臺(tái)灣的叫法，在大陸也并無具體的稱呼,由于在指針表時(shí)代，這個(gè)檔，只能測(cè)對(duì)地電阻,所以，老的叫法是對(duì)地打阻值,我們目前維修主板，普遍使用數(shù)字表，那么使用二極管檔，即反映電阻，也反映壓降。因?yàn)椴缓谜揖唧w的詞來定義，在本書中，各章節(jié)中提到的對(duì)地阻值，對(duì)地?cái)?shù)值、接口的數(shù)值、二極體值，均是同一個(gè)含義，因?yàn)檫@個(gè)不等同于電阻，所以，后面是沒有單位的(貌似我在數(shù)字萬用表上看到的有單位，單位是:伏(V))。

二極體具有陽極(anode)和陰極(Cathode)兩個(gè)端子(這些用語來自於真空管)，電流只能往單一方向流動(dòng)。也就是說，電流可以從陽極流向陰極，不能從陰極流向陽極(單向性)。這種特性就被稱之為整流作用。在真空管內(nèi)，藉由電極之間加上的電壓能夠讓熱電子從陰極到達(dá)陽極，因而有整流的作用。

半導(dǎo)體二極體中，有利用P型和N型兩種半導(dǎo)體接合面的PN接面效應(yīng)，也有利用金屬與半導(dǎo)體接合產(chǎn)生的蕭特基效應(yīng)達(dá)到整流作用的類型。若是PN接面型的二極體，在P型側(cè)就是陽極，N型側(cè)則是陰極。

PN接面二極體(PN Diode)

利用半導(dǎo)體中PN接合的整流性質(zhì)，是最基本的半導(dǎo)體二極體。細(xì)節(jié)請(qǐng)參照PN接面的條目。

肖特基二極體(Schottky Barrier Diode)

利用金屬和半導(dǎo)體二者的接合面的'肖特基效應(yīng)'的整流作用。由於順向的切入電壓較低，導(dǎo)通回復(fù)時(shí)間也短，適合用於高頻率的整流。一般而言漏電流較多，突波耐受度較低。也有針對(duì)此缺點(diǎn)做改善的品種推出。

穩(wěn)壓二極體(Reference Diode)(常用稱法:齊納二極體(Zener Diode))

被施加反方向電壓的場(chǎng)合，超過特定電壓時(shí)發(fā)生的逆向擊穿電壓隨逆向電流變化很小，具有一定的電壓穩(wěn)定能力。利用此性質(zhì)做成的元件被用於電壓基準(zhǔn)。藉由摻雜物的種類、濃度，決定擊穿電壓(破壞電壓)。其順向特性與一般的二極體相同。

恒流二極體(或稱定電流二極體，CRD、Current Regulative Diode，Constant Current Diode)

被施加順方向電壓的場(chǎng)合，無論電壓多少，可以得到一定的電流的元件。通常的電流容量在1~15mA的范圍。雖然被稱為二極體，但是構(gòu)造、動(dòng)作原理都與接合型電場(chǎng)效應(yīng)電晶體相似。

變?nèi)荻O體(Variable Capacitance Diode、Varactor Diode)

施加逆向電壓的場(chǎng)合，二極體PN接合的空乏層厚度會(huì)因電壓不同而變化，產(chǎn)生靜電容量(接合容量)的變化，可當(dāng)作由電壓控制的可變電容器使用。沒有機(jī)械零件所以可靠度高，廣泛應(yīng)用於壓控振湯器(VCO)或可變電壓濾波器，也是電視接收器和行動(dòng)電話不可缺少的零件。

發(fā)光二極體(Light-Emitting Diode，LED)

可以發(fā)光的二極體。由發(fā)光種類與特性又有紅外線二極體、各種顏色的可見光二極體、紫外線二極體等。

雷射二極體(Laser Diode)

當(dāng)LED產(chǎn)生的光是頻寬極窄的同調(diào)光(Coherent Light)時(shí)，則稱為雷射二極體。

光電二極體(Photo Diode)

光線射入PN接面，P區(qū)電洞、N區(qū)電子大量發(fā)生，產(chǎn)生電壓(光電效應(yīng))。藉由測(cè)量此電壓或電流，可作為光感應(yīng)器使用。有PN、PIN、蕭特基、APD等類型。太陽電池也是利用此種效應(yīng)。

隧道二極體(Tunnel Diode)、江崎二極體(Esaki Diode)、透納二極體

由日本人江崎玲於奈於1957年發(fā)明。是利用量子穿隧效應(yīng)的作用，會(huì)出現(xiàn)在一定偏壓范圍內(nèi)順向電壓增加時(shí)流通的電流量反而減少的「負(fù)電阻」的現(xiàn)象。這是最能耐受核輻射的半導(dǎo)體二極體。

PIN二極體(P-intrinsic-N Diode)

PN之間一層高電阻的半導(dǎo)體層，使少數(shù)載子的積蓄效果增加，逆回復(fù)時(shí)間也較長。利用順向偏壓時(shí)高頻率訊號(hào)較容易通過的性質(zhì)，用於天線的頻帶切換以及高頻率開關(guān)。

耿效應(yīng)二極體(Gunn Diode)

應(yīng)用於低功率微波振湯器。

二極真空管氣體放電管整流器

針狀電極和平板電極相向接近尖端放電。若把針狀電極當(dāng)做負(fù)極，比較低的電壓就會(huì)開始放電。利用這樣的性質(zhì)來做當(dāng)作整流器。

點(diǎn)接觸二極體

用鎢之類的金屬針狀電極與N型半導(dǎo)體的表面接觸，此構(gòu)造的特徵是寄生電容非常小。采用於鍺質(zhì)二極體和耿效應(yīng)二極體。礦石收音機(jī)中使用的礦石檢波器也是一種點(diǎn)接觸二極體。

交流二極體(DIAC)、突波保護(hù)二極體、雙向觸發(fā)二極體

當(dāng)施加超過規(guī)定電壓(Break Over電壓，VBO)的電壓會(huì)開始導(dǎo)通使得端子之間的電壓降低的雙方向元件。用於電路的突波保護(hù)上。另，雖被稱為二極體，實(shí)際的構(gòu)造、動(dòng)作原理都應(yīng)歸類為閘流管/;矽控整流器整流器(thyristor/SCR)的復(fù)雜分類中。

非線性電阻器(英文:Varistor，日文:バリスタ)

若超過一定電壓，電阻就會(huì)降低。是保護(hù)電路受到突波電壓傷害的雙向元件。通常由二氧化鋅的燒結(jié)體顆粒制成，當(dāng)作非線性電阻使用。雖然一般認(rèn)為它的作用應(yīng)是由內(nèi)部眾多金屬氧化物顆粒間的蕭特基接面二極體效應(yīng)而產(chǎn)生，但對(duì)外并不呈現(xiàn)二極體的特性，因此平常并不列在二極體分類之中。

發(fā)光二極體在高光度下效率較低，在一般照明用途上仍比螢光燈耗電，有些發(fā)光二極體燈甚至比省電燈泡耗電。有些設(shè)計(jì)使用多枚發(fā)光二極體，在保持整體光度下讓每枚發(fā)光二極體可以工作在較低光度，從而增加效率，但使成本大為提高，售價(jià)亦較其他類型燈泡較高。(目前市面上已達(dá)100lm/W)效率受高溫影響而急劇下降，浪費(fèi)電力之馀也產(chǎn)生更多熱，令溫度進(jìn)一步上升，形成惡性循環(huán)。除浪費(fèi)電力也縮短壽命，因此需要良好散熱。發(fā)光二極體光度并非與電流成線性關(guān)系，光度調(diào)節(jié)略為復(fù)雜。成本較高，售價(jià)較高。因?yàn)榘l(fā)光二極體為光源面積小、分布較集中，作照明用途時(shí)會(huì)刺眼，須運(yùn)用光學(xué)設(shè)計(jì)分散光源。演色性仍待加強(qiáng)。(傳統(tǒng)燈泡、鹵素?zé)粞萆詷O佳，而螢光燈管容易找到高演色性的產(chǎn)品;演色性低的光源照明不但會(huì)有顏色不正常的感覺，對(duì)視力及健康也有害)每枚發(fā)光二極體因生產(chǎn)技術(shù)問題都會(huì)在特性(亮度、顏色、偏壓…等)上有一定差異，即使是同一批次的發(fā)光二極體差異也不少。LED被指出有大量的藍(lán)光，藍(lán)光為具有高能量的電磁波，已被國外及眼科界證實(shí)會(huì)傷眼。例如黃斑部病變或白內(nèi)障。因此以LED做為電腦螢?zāi)坏谋彻馊砸鹑毡尽⒚绹?、中國大陸的學(xué)界及民眾疑慮。一般來講使用CCFL背光的螢?zāi)槐容^不傷眼。

發(fā)光二極體是一種特殊的二極體。和普通的二極體一樣，發(fā)光二極體由半導(dǎo)體晶片組成，這些半導(dǎo)體材料會(huì)預(yù)先透過注入或攙雜等工藝以產(chǎn)生p、n架構(gòu)。與其它二極體一樣，發(fā)光二極體中電流可以輕易地從p極(陽極)流向n極(負(fù)極)，而相反方向則不能。兩種不同的載流子:空穴和電子在不同的電極電壓作用下從電極流向p、n架構(gòu)。當(dāng)空穴和電子相遇而產(chǎn)生復(fù)合，電子會(huì)跌落到較低的能階，同時(shí)以光子的模式釋放出能量(光子也即是我們常稱呼的光)。

它所發(fā)出的光的波長(顏色)是由組成p、n架構(gòu)的半導(dǎo)體物料的禁帶能量決定。由於矽和鍺是間接帶隙材料，在常溫下，這些材料內(nèi)電子與空穴的復(fù)合是非輻射躍遷，此類躍遷沒有釋出光子，而是把能量轉(zhuǎn)化為熱能，所以矽和鍺二極體不能發(fā)光(在極低溫的特定溫度下則會(huì)發(fā)光，必須在特殊角度下才可發(fā)現(xiàn)，而該發(fā)光的亮度不明顯)。發(fā)光二極體所用的材料都是直接帶隙型的，因此能量會(huì)以光子形式釋放，這些禁帶能量對(duì)應(yīng)著近紅外線、可見光、或近紫外線波段的光能量。

發(fā)展初期，采用砷化鎵(GaAs)的發(fā)光二極體只能發(fā)出紅外線或紅光。隨著材料科學(xué)的進(jìn)步，各種顏色的發(fā)光二極體，現(xiàn)今皆可制造。

中國傳統(tǒng)上的紫色以物理上光譜波長劃分有兩種:一種是波長由380nm至450nm的是段單色可見光，英語上稱為Violet，較接近紫藍(lán)色;而另一種是由紅光加上藍(lán)光混合而成，英語上稱為Purple，較接近紅色。要注意的是雖然中文名稱同叫作紫色，但物理性質(zhì)有所不同，當(dāng)兩個(gè)較長的波段紅、藍(lán)光混合一起時(shí)所產(chǎn)生的光譜會(huì)是紅藍(lán)光的光譜重疊在一起，而不會(huì)有比藍(lán)光波長更短的光產(chǎn)生。黃磷又名白磷。

在低光度下能量轉(zhuǎn)換效率高(電能轉(zhuǎn)換成光能的效率) - 也即較省電，非常適合在低光度(如手提電話的背光、夜燈)需求中使用。但當(dāng)提高光度至如臺(tái)頭燈般或更高時(shí)，發(fā)光二極體的效率比鎢絲燈泡高，但比螢光燈(俗稱光管或日光燈管)差:電氣電子工程師學(xué)會(huì)(IEEE)的刊物IEEE Spectrum有文章證實(shí)這一點(diǎn)。反應(yīng)時(shí)間短(以ns為單位) - 可以達(dá)到很高的閃爍頻率。使用壽命長 - 且不因連續(xù)閃爍而影響其壽命。在安全的操作環(huán)境下可達(dá)到10萬小時(shí)的壽命，即便是在50度以上的高溫，使用壽命還有約4萬小時(shí)。(螢光燈T8為8000小時(shí).T5為20000小時(shí)，白熾燈為1,000 ~ 2,000小時(shí))。耐震湯等機(jī)械沖擊 - 由於是固態(tài)元件，沒有燈絲、玻璃罩等，相對(duì)螢光燈、白熾燈等能承受更大震湯。體積小 - 其本身體積可以造得非常細(xì)小(小於2mm)。便於聚焦 - 因發(fā)光體積細(xì)小，而易於以透鏡等方式達(dá)致所需集散程度，藉改變其封裝外形，其發(fā)光角度由大角度散射至細(xì)角度聚焦都可以達(dá)成。單色性強(qiáng) - 由於是單一能級(jí)光出的光子，波長比較單一(相對(duì)大部份人工光源而言)，能在不加濾光器下提供多種單純的顏色。色域略為廣闊 - 部份白色發(fā)光二極體覆蓋色域較其他白色光源廣。