什么是二極管？

“Di”=兩個，“ **Ode”=** 電極，即具有兩個電極的器件或組件，即陽極“+”（P）和陰極 **“-”** （N）。

二極管是一種兩端單向電力電子設備。半導體二極管是半導體電子設備家族中的第一項發明。之后發明了許多類型的二極管。但今天最常用的二極管也是半導體二極管。

通常，硅用于制造二極管。但也使用另一種半導體材料，如鍺或砷化鍺。

二極管只允許電流沿一個方向流動，并阻斷另一個方向的電流。它在一個方向上提供低電阻（理想情況下為零），在另一個方向上提供高電阻（理想情況下為無限）。

二極管的象征

二極管的構造

半導體材料有兩種類型;本征和外在半導體。本征半導體是一種純半導體，其中空穴和電子在室溫下數量相等。在外在半導體中，添加雜質以增加空穴數或電子數。這些雜質是三價（硼、銦、鋁）或五價（磷、砷、銻）。

半導體二極管有兩層。一層由P型半導體層制成，第二層由N型半導體層制成。

如果我們在硅或鍺中添加三價雜質，則存在更多的空穴，并且是正電荷。因此，該層稱為P型層。

如果我們在硅或鍺中添加五價雜質，則存在更多的電子，這是一個負變化。因此，該層稱為N型層。

二極管是通過將N型和P型半導體連接在一起而形成的。該器件是P型和N型半導體材料的組合，因此也稱為PN結二極管。

在P型和N型層之間形成結點。此結稱為 PN 結。

二極管有兩個端子;一個端子取自P型層，稱為陽極。第二個端子取自N型材料，稱為陰極。

下圖顯示了二極管的基本結構。

二極管的工作原理

在N型區域，電子是多數電荷載流子，空穴是少數電荷載流子。在P型區域，空穴是多數電荷載流子，電子是負電荷載流子。由于濃度差異，大多數電荷載流子擴散并與相反的電荷重新結合。它產生正離子或負離子。這些粒子在結處收集。這個區域被稱為枯竭區域。

當二極管的陽極端子與負極端子連接，陰極與電池的正極端子連接時，二極管被稱為反向偏置連接。

類似地，當陽極端子與正極端子連接并且陰極與電池的負極端子連接時，二極管被稱為正向偏置連接。

二極管在反向偏置條件下的工作

二極管以反向偏置方式連接。在這種情況下，自由電子擴散到P型區域并與空穴重新結合。它會產生負離子。類似地，空穴擴散到N型區域并與電子重新結合。它將產生正離子。

連接圖如下圖所示。

當將這種電壓施加到電路上時，不動的離子會產生一個耗盡區域，如上圖所示。耗盡區的寬度很大。因此，沒有更多的空穴或電子穿過結。

即使以額定電壓供電，它也不會產生電子或空穴流。因此，電流不可能流過二極管，它表現為開路開關。

在這里，非常少量的電流將流過電路。該電流稱為反向飽和電流或反向漏電流。這種電流流向少數電荷載流子。該電流不足以傳導二極管。

如果我們將電壓增加到反向擊穿電壓，少數電荷載流子會獲得高動能并與原子碰撞。在這種情況下，共價鍵的數量斷裂和大量的電子 - 空穴對產生大量的電流。

由于這種高電流，二極管可能會損壞。因此，在一般情況下，二極管不會以反向偏置方式連接。

二極管在正向偏置條件下的工作

當陽極與電池的正極端子連接并且陰極與電池的負極端子連接時，陽極相對于陰極為正極。據說二極管以正向偏置方式連接。

現在，我們逐漸增加電源電壓。如果我們增加一個小的電壓，大多數電荷載流子就沒有足夠的能量穿過耗盡區域。

在正向偏置條件下，耗盡區的寬度非常小。如果增加的電壓超過正向擊穿電壓，則大多數電荷載流子將獲得足夠的能量來穿過耗盡區域。

硅正向擊穿電壓為0.7V，鍺正向擊穿電壓為0.3V。

當電源電壓增加超過此電壓時，大多數電荷載流子流過電路并使二極管導通。

在這種操作模式下，會發生非常少量的跌落。這種壓降稱為導通態壓降。該模式的連接圖如下圖所示。

VI-二極管的特性

二極管的VI特性顯示了二極管電流和電壓之間的關系。它是電壓和電流之間的圖形，其中電壓在X軸上，電流在Y軸上。

獲得二極管VI特性的電路圖如下圖所示。

該特性分為兩部分;

前向偏置

反向偏置

當不施加電壓時，流過電路的電流為零。點“O”表示電壓和電流為零的情況。

當P型材料或陽極與電池的正極端子連接，N型材料或陰極與電池的負極端子連接時，二極管正向偏置連接。

施加的電壓由可變電阻控制。施加的電壓逐漸增加。在電壓增加正向擊穿電壓之前，電流不會流動。因為在這種情況下，電壓不足以將電荷載流子從一層移動到另一層。

對于硅，擊穿電壓為0.7V，對于鍺，該電壓為0.3V。一旦電壓增加到該水平以上，電壓就足以將電荷載流子從一個載流子移動到另一個載流子。由于電荷的流動，電流可以流過二極管。

如特性所示，零件OP是非線性部分。這顯示了電壓低于正向擊穿電壓的開始周期。在這里，電流非常小。

當電壓大于正向擊穿電壓時，PQ部分顯示。在這種情況下，電流呈線性增加。

在這種情況下，二極管表現為閉合開關，因為它允許電流流動。對于理想二極管，導通電阻為零，其行為為純導體。

在反向偏置中，N型材料或陰極與電池的負極端子連接。這種類型的連接稱為反向偏置連接。

在這種情況下，電壓在可變電阻的幫助下逐漸增加。但這個電壓不足以引起電流的流動。

因為P型和N型層之間形成的結處于反向偏置狀態，并且在這種情況下耗盡寬度很大。因此，額定電壓不足以產生電荷載流子的運動。

因此，電流不會流過二極管。在此模式下獲得的曲線是OA。如圖所示，由于少量電荷載流子，將流出非常少量的電流，該電流不足以打開二極管。

當施加的電壓大于反向擊穿電壓時，由于雪崩擊穿，將流出大電流。此部分在圖中顯示為 AB。

二極管的優點

PN結二極管相對于真空二極管有一些優點，如下所示。

體積小

所需空間更少

重量輕

運行最可靠

低功耗

更長的使用壽命和效率

低內阻

易于安裝和維護

結構簡單，堅固

成本低，易于獲得

二極管的應用

二極管用于電力電子的各種應用。二極管是一種單向雙端子器件，只允許電流沿一個方向流動，而阻斷另一個方向的電流。由于這一特性，二極管用于以下應用：

整流器

倍壓電路

過壓限制器

剪刀和鉗位器電路

反向電流保護電路

數字邏輯門

它用于太陽能電池板以避免反向電流流動，并用于旁路太陽能板。

它還用于調制和解調通信信號。

還有許多其他類型的二極管可用于幾種類型的二極管，例如;

光電二極管用于將光子能量轉換為電能。

發光二極管用于照明目的。

齊納二極管用作穩壓器電路。

隧道二極管用于RF電路。

可變電容二極管用于調諧目的。