大家都很熟悉二极管，它是大学课堂上接触到的第一个半导体元件。
与三极管的放大、饱和、截止状态相比，其单项导通性要简单易懂得多。
虽然是小器件，但广泛应用于各种日常电子设备中。
例如，在通信电源系统中，交流电转化为直流电的一个重要环节，二极管在这一过程中起着重要的作用。
因此，本文将从七个方面详细介绍二极管的原理，这将是后续的打下基础。
- 半导体基础知识
- 本征半导体
- 杂质半导体
- PN结的形成
- PN结的单向导电性
- 半导体二极管
- 伏安特性二极管
半导体基础知识
定义:导体与绝缘体之间的导电性物质，如硅、锗、硒以及大多数金属氧化物和硫化物。
人们对半导体的兴趣不在于导体和绝缘体之间的导电特性，而在于导电特性。
图1 各种颜色的发光二极管
发光二极管、光电二极管、光敏二极管、光电池、霍尔元件、热敏电阻、热电偶等。
在某些特定条件下，这些半导体的导电性发生了很大的变化，可以将一些非电量转化为电量，实现自动控制。
将适当的杂质混合到半导体中，可以将其导电性提高数十万甚至数百万倍，从而利用各种控制和放大电路。
所谓载流子是载电荷的颗粒。导体导电只有一个载流子，即自由电子导电；本征半导体有两个载流子，即自由电子和空穴。
本征半导体
定义:具有晶体结构的半导体，无杂质。
这种半导体原子结构通常由四价元素组成。
以硅原子为例。图3是其原子排列的平面图。
相邻两个原子的一对最外层电子（即价格电子）不仅围绕自己的原子核运动，而且出现在相邻原子的轨道上，成为共用电子。这种组合被称为共价键结构。
在室温下，由于共价键结合力强，只有少数价格电子因热运动（热刺激）获得足够的能量，从而摆脱共价键的束缚，成为自由电子。
此时，在共价键中留下一个空位，称为。
自由电子定向运动在外电场的作用下形成电子电流；
，形成空穴电流。
注：本征半导体中两个载流子的运动方向相反，但电流方向相同。本征半导体中的电流是两个电流之和。
在热刺激下，半导体产生自由电子和空穴对称为。
本征半导体中的自由电子和空穴总是成对出现，同时也会不断复合。
所谓复合，就是自由电子在运动过程中，如果遇到空穴，就会填补空穴，使两者同时消失。
半导体中的载流子数量基本稳定，激发与复合动态平和。
杂质半导体
杂质半导体可通过在本征半导体中加入少量合适的杂质元素获得。
在纯半导体中，自由电子五价元素，自由电子数量增加(多数载流子)，空穴数量相对减少(少数载流子)。
与硅原子相比，磷原子在最外层多了一个电子，这个电子就多了，无事可做。
多余的电子不受共价键的束缚，只需获得少量能量，就可以成为自由电子，
磷原子因失去电子而带正电。
对于N型半导体，自由电子的浓度大于空穴的浓度，故称为自由电子为多数载流子，空穴为少数载流子。
硼原子的最外层只有三个电子。当与本征半导体混合时，会有额外的空穴，吸引相邻的价格电子来填补空穴。因此，空穴变成了大多数载流子。硼原子带负电，因为它得到了一个电子。
PN结的形成
将P型和N型半导体有机结合成一个整体后，在它们的交界处形成空间电荷区，称为，或称为阻挡层或耗尽区。
图8左侧为P型半导体，空穴为大多数载流子。
N型半导体在右体，自由电子是大多数载流子。
物质总是从高浓度的地方向低浓度的地方移动。
然后，由于交接面浓度不同，N自由电子在型半导体中扩散到P型半导体，P型中的 穴位移动到N型半导体。
这种由浓度差引起的运动称为。
由于扩散到P区的自由电子与空穴复合，而扩散到N区的空穴与自由电子复合，因此交界面附近多字的浓度下降，P负离子区，N区出现正离子区，它们是不能移动的，称为空间电荷区，从而形成内电场。
随着扩散运动的进行，空间电荷区加宽，内电场增强，其方向由N区指向P区，正好防止了扩散运动的进行。
在电场力的作用下，载流子的运动称为漂移。当空间电荷区形成时，在内电场的作用下，少子产生漂移运动，空穴从N区移动到P区，自由电子从P区移动到N区。在没有外电场和其他刺激的情况下，参与扩散运动的多字数等于参与漂移运动的少字数，从而实现动态平衡，形成PN结。
PN结的单向导电性
在PN结两端加电压破坏原平衡。
当电源的正极接收PN结的P端，电源的负极接收PNN端结，称为PN加上正电压。
此时，外电场将大部分载流子推向空间电荷区，使其变窄，削弱内电场，破坏原有平衡，加剧扩散运动，削弱漂移运动。由于电源的作用，扩散运动将继续进行，从而形成正电流，PN结导通。
PN结导通时的结压降只有零点几伏，因此应在其电路中串联一个电阻，以限制电路的电流，防止PN因正电流过大而损坏。
PN反向电压加强PN结内电场，PN结变宽，电路截止。
此时，外电场拓宽空间电荷区，加强内电场，防止扩散运动，加剧漂移运动，形成反向电流，也称为漂移电流。
因为少子数量很少，即使所有少子都参与漂移，反向电流也很小，所以在近似分析中经常被忽略，认为PN结加反向电压时处于截止状态。
半导体二极管
二极管可以理解为一个PN结。
就是将PN半导体二极管由外壳组成，并加上电极引线。
它的几种常见结构有:点接触型和面接触型。
PN结结面小，结电容小，电流小，适用于高频小功率工作(检波、开关)
PN适用于低频整流电路。
伏安特性二极管
实际测试二极管的伏安特性可以发现，只有当正电压足够大时，正电流才会随着端电压的指数规律从零增加。使二极管开始导致的临界电压称为开启电压。
当二极管增加的反向电压值足够大时，二极管将被击穿。这种临界电压称为击穿电压。
从几十伏到几千伏，不同型号二极管的击穿电压差别很大。
当正向电压较小时，二极管没有导通。
一旦正电压超过临界点，临界电压称为死区电压，二极管就会导通。
二极管的正向压降根据使用材料不同而不同。
图15 发光二极管的导通电压达到2.5V
硅管比锗管要大些。
当反方向电压增加在一定范围内的时候，二极管并没有导通，反向电流几乎为零，二极管反向截止。
当方向增加到，使二极管反向击穿。
图16 二极管的电路符号
使二极管损坏，因此这个电压称之为反向击穿电压。通常我们在使用时，要控制二极管的反向电压达不到击穿电压。
注意：二极管的特性受温度影响大，当温度升高时，二极管的正、反向电流都要增加，而反向电流都要增加，而反向击穿电压却要下降，使用时尤其注意。
最大整流电流Iom：二极管长期使用时，允许通过二极管的最大正向平均电流。
最高反向工作电压：保证二极管不被反向击穿的反向电压通过Urwm=Ubr。
最大反向电流Irm：二极管在最高反向工作电流Urwm时的反向电流值，通常硅管反向电流较小，小于几微安。锗管反向电流较大，几十到几百微安。
静态(直流)电阻Rd。
动态(交流)电阻rD。
二极管的结电容。
可以通过指针式万用表：
图17 万用表测试
黑表笔(-)：带正电
红表笔(+)：带负电
先测正向电阻，这个时候电阻比较小，读数几百欧~几兆欧
换接下表笔
读数：几千欧~几兆欧
这样可以判断二极管的级性。
总结
本文主要介绍了半导体，杂质半导体，PN结的形成与导电特性，引出二极管的概念，并阐述了二极管的特性曲线。
这些内容将是后续学习整流电流的基础，也是学习三极管的预备。