在所有的電子電路中幾乎都要用到半導(dǎo)體二極管，它在許多的電路中起著重要的作用，是誕生最早的半導(dǎo)體器件之一;早期的二極管包含“貓須晶體("Cat's Whisker" Crystals)”以及真空管(英國(guó)稱(chēng)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。下面一起來(lái)了解一下：
1.概念
二極管(英語(yǔ)：Diode)是電子元件當(dāng)中，一種具有兩個(gè)電極的裝置，只允許電流由單一方向流過(guò)，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(lái)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我們通常稱(chēng)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(guò)(稱(chēng)為順向偏壓)，反向時(shí)阻斷 (稱(chēng)為逆向偏壓)。因此，二極管可以想成電子版的逆止閥。
圖1 二極管
2.基本組成
二極管由管芯、管殼和兩個(gè)電極構(gòu)成。管芯就是一個(gè)PN結(jié)，在PN結(jié)的兩端各引出一個(gè)引線，并用塑料、玻璃或金屬材料作為封裝外殼，就構(gòu)成了晶體二極管，如下圖所示。P區(qū)的引出的電極稱(chēng)為正極或陽(yáng)極，N區(qū)的引出的電極稱(chēng)為負(fù)極或陰極。
圖2 二極管結(jié)構(gòu)示意圖及電路符號(hào)
3.工作原理
晶體二極管為一個(gè)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，并建有自建電場(chǎng)。當(dāng)不存在外加電壓時(shí)，由于p-n 結(jié)兩邊載流子濃度差引起的擴(kuò)散電流和自建電場(chǎng)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(shí)，外界電場(chǎng)和自建電場(chǎng)的互相抑消作用使載流子的擴(kuò)散電流增加引起了正向電流。
當(dāng)外界有反向電壓偏置時(shí)，外界電場(chǎng)和自建電場(chǎng)進(jìn)一步加強(qiáng)，形成在一定反向電壓范圍內(nèi)與反向偏置電壓值無(wú)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(shí)，p-n結(jié)空間電荷層中的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到臨界值產(chǎn)生載流子的倍增過(guò)程，產(chǎn)生大量電子空穴對(duì)，產(chǎn)生了數(shù)值很大的反向擊穿電流，稱(chēng)為二極管的擊穿現(xiàn)象。pn結(jié)的反向擊穿有齊納擊穿和雪崩擊穿之分。
4.伏安特性
半導(dǎo)體二極管的核心是PN結(jié)，它的特性就是PN結(jié)的特性——單向?qū)щ娦浴３＠梅蔡匦郧€來(lái)形象地描述二極管的單向?qū)щ娦浴?/div>
若以電壓為橫坐標(biāo)，電流為縱坐標(biāo)，用作圖法把電壓、電流的對(duì)應(yīng)值用平滑的曲線連接起來(lái)，就構(gòu)成二極管的伏安特性曲線，如下圖所示(圖中虛線為鍺管的伏安特性，實(shí)線為硅管的伏安特性)。
圖3 二極管的伏安特性曲線
下面對(duì)二極管伏安特性曲線加以說(shuō)明：
4.1正向特性
二極管兩端加正向電壓時(shí)，就產(chǎn)生正向電流，當(dāng)正向電壓較小時(shí)，正向電流極小(幾乎為零)，這一部分稱(chēng)為死區(qū)，相應(yīng)的A(A′)點(diǎn)的電壓稱(chēng)為死區(qū)電壓或門(mén)檻電壓(也稱(chēng)閾值電壓)，硅管約為0.5V，鍺管約為0.1V，如圖中OA(OA′)段。
當(dāng)正向電壓超過(guò)門(mén)檻電壓時(shí)，正向電流就會(huì)急劇地增大，二極管呈現(xiàn)很小電阻而處于導(dǎo)通狀態(tài)。這時(shí)硅管的正向?qū)▔航导s為0.6~0.7V，鍺管約為0.2~0.3V，如圖中AB(A′B′)段。
二極管正向?qū)〞r(shí)，要特別注意它的正向電流不能超過(guò)最大值，否則將燒壞PN結(jié)。
4.2反向特性
二極管兩端加上反向電壓時(shí)，在開(kāi)始很大范圍內(nèi)，二極管相當(dāng)于非常大的電阻，反向電流很小，且不隨反向電壓而變化。此時(shí)的電流稱(chēng)之為反向飽和電流IR,見(jiàn)圖中OC(OC′)段。
4.3反向擊穿特性
二極管反向電壓加到一定數(shù)值時(shí)，反向電流急劇增大，這種現(xiàn)象稱(chēng)為反向擊穿。此時(shí)對(duì)應(yīng)的電壓稱(chēng)為反向擊穿電壓，用UBR表示，如圖1.11中CD(C′D′)段。
4.4溫度對(duì)特性的影響
由于二極管的核心是一個(gè)PN結(jié)，它的導(dǎo)電性能與溫度有關(guān)，溫度升高時(shí)二極管正向特性曲線向左移動(dòng)，正向壓降減小;反向特性曲線向下移動(dòng)，反向電流增大。
圖4 二極管外形
本文介紹了二極管的概念、組成、基本原理以及特性。目前二極管已經(jīng)完全融入到我們的日常生活當(dāng)中，最常接觸到的就是LED燈，不僅發(fā)光效果好，并且還可以有效保護(hù)眼睛，另外二極管的類(lèi)型還有：檢波二極管、整流二極管、阻尼二極管、開(kāi)關(guān)二極管、續(xù)流二極管等等。
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