如何工作二极管？

二极管是一种双元件半导体装置，包括阳极和阴极，并提供单向传导。二极管允许电流沿一个方向流动，但不允许在另一个方向流动。整流器、检波器、波切割器、混合器、调节器、放大器、振荡器和测试仪器有多种类型。

在电路符号中，阴极显示为条形，阳极显示为三角形。路图中，二极管的阳极也可以使用字母a说明阴极可以用字母k”表示。

要了解二极管的工作原理，我们应该知道什么是半导体。

允许电子流动的材料被称为导体。阻止电子流动的材料被称为绝缘体。导体与绝缘体之间的材料被称为半导体。半导体是一种可以控制的兼职导体。半导体在电子领域非常有用。

二极管的工作原理

二极管是将电流引导到一个方向的电子元件。它们被称为有源元件IC同样的。它是由半导体制成的基本组件。它能调节电流，保持电压恒定，检测波浪。

首先，让我们回顾一下二极管中使用的半导体的性质。这种材料能导电吗？根据这个问题，它被分为导体、半导体和绝缘体。半导体是一种介于导电良好和非导电绝缘体之间的材料。

一般来说，金属具有良好的导电性，因为当金属元素相互结合时，每个原子的电子都成为自由电子。当施加电压时，金属晶体中的自由电子移动并携带电荷，这是电流的流动方式。

半导体可以表现为导体或绝缘体，这取决于通过它们的电流状态。半导体不像金属那样富含自由电子。当施加电压时，电子依次移动以填充缺失的空穴，或者它们携带的自由电子比金属键少。

根据电流机理的不同，半导体分为P型半导体和N型半导体；P类型半导体是前者的电子按顺序移动以填补空穴的半导体。硅等四价元素与硼或硼等三价添加剂混合，成为P型半导体。由于缺少电子，被认为是正电。

N型半导体是携带电的半导体，其自由电子比后者的金属键少。硅等四价元素与磷等一价添加剂混合，成为N型半导体。它被认为是负电荷，因为它有额外的电子。

在PN在二极管中，连接到P型半导体的电极称为阳极（A），连接到N型半导体的电极称为阴极（K）。（图1）

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当-连接到PN二极管的阳极侧， ”连接到PN当二极管阴极侧时，半导体中的电被吸引到电极侧，并在PN结处产生空白电区。因此，没有电流流动。(图2)

相反，如果 ”连接到阳极侧，“-”连接到阴极侧，半导体中的“ P和-电将在P和N结粘在一起，相互抵消，但下一个电会从电极发送，所以电流会流动。(图3)

通过这种方式，二极管只在固定方向上导电。我们在日常生活中经常看到的发光二极管（LED）通过电流设计PN结时发光。二极管也被用来支持我们的日常生活，因为我们看不到它们。

二极管的作用

二极管有以下四个主要角色。

• （1） 整改

  由于一般电源中的交流电流，电流的方向总是在变化。二极管只允许电流沿特定方向流动，因此只能从交流电流中提取正电流。这被称为二极管的整流效应。

• （2） 无线电波检测

  二极管在从无线电波中提取音频信号方面发挥作用。这被称为波检测。无线电波是通过将高频信号与语音等低频信号相结合而产生的。

• （3） 电压控制

  一般来说，二极管只在某个方向承载电流，但当相反方向的电压超过一定值时，电压开始流动。然而，当反向电压超过一定值时，电压开始流动，即使电流增加，电压也不会改变。这被称为击穿，而击穿的电压被称为击穿电压或齐纳电压。 二极管电压控制采用屈服现象，这样使用的二极管称为齐纳二极管。

• (4)电流转换

  当光照射到PN结时，结附近N侧的电子会移动。因此，只要光线闪烁，电力就会继续流动。这是太阳能电池的组成部分。 当没有从外部施加电压时，它充当电池，但是当施加电压时，它充当二极管。一些二极管响应可见光，而那些响应不可见光的二极管用于红外遥控器的光接收部分等应用。

二极管类型

有各种类型的二极管。以下是最常见类型的列表。

• 硅二极管

  最常见的PN二极管类型。通常指整流二极管。

• 锗二极管

  和硅二极管一样，这些都是组合PN二极管。它们通常用于检测波，因为它们的正向下降电压很低，特别是在流动电流小到0的情况下.1mA区域。但由于锗成本高，肖特基势垒二极管现在应用广泛。

• 二极管肖特基

  这是一种由粘合金属和半导体制成的二极管。与硅二极管相比，这些二极管具有优异的开关特性，因此用于高速电路。

• 开关二极管

  一种用于打开和关闭电源电路的二极管，如开关。当电压沿功率流方向施加时，它打开，当电压施加到功率不流动的方向时，它关闭。

• 江崎二极管

  使用诺贝尔奖得主Leona Esaki二极管发现隧穿效应。隧穿效应为杂质浓度高PN结二极管的一个特效应，结二极管的一个特性也允许电流流动。它们用于产生微波，因为它们的响应时间很快。

• 发光二极管

  当电流流过时，一种二极管PN结时，结点会发光。当电流流过半导体时，P半导体中的空穴与电子结合，能量以光的形式发射。它有时用作电源灯和整流器。

• 齐纳二极管

  在与电流正常流动方向相反的方向上施加电压的二极管。获得恒定电压，保护电路免受过压影响。

典型的二极管特性

在导通二极管之前，必须超过正阈值电压。正阈值电压必须足够高，以完全去除耗尽层，迫使电荷载流子在结点移动。对于硅二极管，正阈值电压约为0.6 V至0.7 V。锗二极管的正阈值电压约为0.2 V至0.3 V。

下图显示了小锗和硅二极管的典型特性。值得注意的是，二极管受到正电流和反电压的限制。这限制了基于二极管的物理尺寸和结构。

反向偏置二极管时，P与N型材料相比，型材料呈负偏置。在这种情况下，P型材料的负电位吸引正电荷载流子，并将其从结中拉开。同样，施加在N型材料的正电位也会从结中吸引负载流子。这使得结部区域耗尽;实际上不存在电荷载体。因此，结区成为绝缘体，电流流动受到抑制。反向偏置电位可增加到特定二极管额定的反向击穿电压。与最大正电流额定值一样，反向击穿电压由制造商指定。反向击穿电压通常远高于正阈值电压。典型的通用二极管可指定为0.6 V，反向击穿电压为200 V。如果超过后者，二极管可能会遭受不可逆转的损坏。