僅此一文看懂二極管的所有基礎(chǔ)知識點

電子元件家族當(dāng)中，有一種只允許電流由單一方向流過，具有兩個電極的元件，稱為二極管，英文是“Diode”，是現(xiàn)代電子產(chǎn)業(yè)的基石。早期的二極管早期的二極管包含“貓須晶體”(Cat'sWhiskerCrystals)和真空管(ThermionicValves)。1904年，英國物理學(xué)家弗萊明根據(jù)“愛迪生效應(yīng)”發(fā)明了世界上第一只電子二極管——真空電子二極管。它是依靠陰極熱發(fā)射電子到陽極實現(xiàn)導(dǎo)通。電源正負極接反則不能導(dǎo)電，它是一種能夠單向傳導(dǎo)電流的電子器件。早期電子二極管存在體積大、需預(yù)熱、功耗大、易破碎等問題，促使了晶體二極管的發(fā)明。晶體二極管又稱半導(dǎo)體二極管。1947年，美國人發(fā)明。在半導(dǎo)體二極管內(nèi)部有一個PN結(jié)和兩個引出端。這種電子器件按照外加電壓的方向，具備單向電流的傳導(dǎo)性。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。晶體二極管結(jié)構(gòu)晶體二極管的核心是PN結(jié)，關(guān)于PN結(jié)首先要了解三個概念。本征半導(dǎo)體：指不含任何摻雜元素的半導(dǎo)體，如純硅晶片或純鍺晶片。P型半導(dǎo)體：摻雜了產(chǎn)生空穴的含較低電價雜質(zhì)的半導(dǎo)體，如在本征半導(dǎo)體中Si(4+)中摻入Al(3+)的半導(dǎo)體。

N型半導(dǎo)體：摻雜了產(chǎn)生空穴的含較低電價雜質(zhì)的半導(dǎo)體，如在本征半導(dǎo)體中硅Si(4+)中摻入磷P(5+)的半導(dǎo)體。由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體相接觸時，就產(chǎn)生一個獨特的PN結(jié)界面，在界面的兩側(cè)形成空間電荷層，構(gòu)成自建電場。當(dāng)外加電壓等于零時，由于PN結(jié)兩邊載流子的濃度差引起擴散電流和由自建電場引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)，這也是常態(tài)下的PN結(jié)。以PN結(jié)為核心結(jié)構(gòu)，加上引線或引腳形成單向?qū)щ姷亩O管。當(dāng)外加電壓方向由P極指向N極時，導(dǎo)通。晶體二極管分類晶體二極管可按材料不同和PN結(jié)結(jié)構(gòu)不同，進行分類。01點接觸型二極管點接觸型二極管是在鍺或硅材料的單晶片上壓觸一根金屬針后，再通過電流法而形成的。其PN結(jié)的靜電容量小，適用于高頻電路。因為構(gòu)造簡單，所以價格便宜。對于小信號的檢波、整流、調(diào)制、混頻和限幅等一般用途而言，它是應(yīng)用范圍較廣的類型。與面結(jié)型相比較，點接觸型二極管正向特性和反向特性都差，因此不能使用于大電流和整流。制作工藝：將細鋁絲的一端接在陽極引線上，另一端壓在摻雜過的N型半導(dǎo)體上。加上電壓后，細鋁絲在接觸點處融化并滲入融化部分的中。這樣，接觸點實際上是P型半導(dǎo)體，并附著在N型半導(dǎo)體上形成PN結(jié)。02面接觸型二極管面接觸型二極管的“PN結(jié)”面積較大，允許通過較大的電流(幾安到幾十安)，主要用于把交流電變換成直流電的“整流”電路中。面接觸型晶體二極管比較適用于大電流開關(guān)。平面型二極管平面型二極管是一種特制的硅二極管，得名于半導(dǎo)體表面被制作得平整。最初，對于被使用的半導(dǎo)體材料是采用外延法形成的，故又把平面型稱為外延平面型。在半導(dǎo)體單晶片(主要地是N型硅單晶片)上，擴散P型雜質(zhì)，利用硅片表面氧化膜的屏蔽作用，在N型硅單晶片上僅選擇性地擴散一部分而形成的PN結(jié)。因PN結(jié)合的表面被氧化膜覆蓋，穩(wěn)定性好和壽命長。它不僅能通過較大的電流，而且性能穩(wěn)定可靠，多用于開關(guān)、脈沖及高頻電路中。晶體二極管主要特性二極管的伏安特性曲線如下：外加電壓Uw方向為P→N時，Uw大于起動電壓，二極管導(dǎo)通；外加電壓Uw方向為N→P時，Uw大于反向擊穿電壓，二極管擊穿。晶體二極管性能參數(shù)最大整流電流Idm：二極管連續(xù)工作允許通過的最大正向電流；電流過大，二極管會因過熱燒毀；大電流整流可加裝散熱片。最大反向電壓Urm：Urm一般小于反向擊穿電壓，選規(guī)格以Urm為準，并留有余量；過電壓易損壞二極管。反向飽和電流Is：二極管外加反向電壓時的電流值；Is反向擊穿前很小，變化也很?。籌s會隨溫度的升高而升高，一般地，常溫下硅管Is<1μA，鍺管Is=30~300μA。最高工作頻率Fm：指二極管能保持良好工作特性的最高工作頻率。不同用途的二極管差異

01整流二極管大部分二極管所具備的電流方向性我們通常稱之為“整流(Rectifying)”功能，將交流電能轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娔?。面接觸結(jié)構(gòu)，多采用硅材料，能承受較大的正向電流和較高的反向電壓。性能較穩(wěn)定，但因結(jié)電容較大，不宜工作在高頻電路中，所以不能作為檢波管使用。有金屬和塑料封裝。02檢波二極管檢波二極管是用于把疊加在高頻載波上的低頻信號檢出來的器件，它具有較高的檢波效率和良好的頻率特性。鍺材料點接觸型、工作頻率可達400MHz，正向壓降小，結(jié)電容小，檢波效率高，頻率特性好，為2AP型。類似點觸型那樣檢波用的二極管，除用于檢波外，還能夠用于限幅、削波、調(diào)制、混頻、開關(guān)等電路。也有為調(diào)頻檢波專用的特性一致性好的兩只二極管組合件。多采用玻璃封裝或陶瓷外殼封裝，以獲得良好的高頻特性。03開關(guān)二極管關(guān)二極管是半導(dǎo)體二極管的一種，是為在電路上進行“開”、“關(guān)”而特殊設(shè)計制造的一類二極管。它由導(dǎo)通變?yōu)榻刂够蛴山刂棺優(yōu)閷?dǎo)通所需的時間比一般二極管短。開關(guān)二極管的勢壘電容一般極小，這就相當(dāng)于堵住了勢壘電容這條路，達到了在高頻條件下還可以保持好的單向?qū)щ娦缘男Ч?。開關(guān)二極管從截止(高阻狀態(tài))到導(dǎo)通(低阻狀態(tài))的時間叫開通時間；從導(dǎo)通到截止的時間叫反向恢復(fù)時間；兩個時間之和稱為開關(guān)時間。一般反向恢復(fù)時間大于開通時間，故在開關(guān)二極管的使用參數(shù)上只給出反向恢復(fù)時間。開關(guān)二極管的開關(guān)速度是相當(dāng)快的，像硅開關(guān)二極管的反向恢復(fù)時間只有幾納秒，即使是鍺開關(guān)二極管，也不過幾百納秒。開關(guān)二極管具有開關(guān)速度快、體積小、壽命長、可靠性高等特點，廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備的開關(guān)電路、檢波電路、高頻和脈沖整流電路及自動控制電路中。04穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管，是指利用PN結(jié)反向擊穿狀態(tài)，其電流可在很大范圍內(nèi)變化而電壓基本不變的現(xiàn)象，制成的起穩(wěn)壓作用的二極管。穩(wěn)壓二極管的伏安特性曲線的正向特性和普通二極管差不多，反向特性是在反向電壓低于反向擊穿電壓時，反向電阻很大，反向漏電流極小。但是，當(dāng)反向電壓臨近反向電壓的臨界值時，反向電流驟然增大，稱為擊穿。05變?nèi)荻O管變?nèi)荻O管(VaractorDiodes)又稱"可變電抗二極管"。材料多為硅或砷化鎵單晶，并采用外延工藝技術(shù)。它一種利用PN結(jié)電容(勢壘電容)與其反向偏置電壓Vr的依賴關(guān)系及原理制成的二極管，其結(jié)構(gòu)圖如下。變?nèi)荻O管的作用是利用PN結(jié)之間電容可變的原理制成的半導(dǎo)體器件，在高頻調(diào)諧、通信等電路中作可變電容器使用。變?nèi)荻O管屬于反偏壓二極管，改變其PN結(jié)上的反向偏壓，即可改變PN結(jié)電容量。反向偏壓越高，結(jié)電容則越少，反向偏壓與結(jié)電容之間的關(guān)系是非線性的。變?nèi)荻O管的電容值與反向偏壓值的關(guān)系圖解：反向偏壓增加，造成電容減少；反向偏壓減少，造成電容增加；反偏電壓愈大，則結(jié)電容愈小。06發(fā)光二極管發(fā)光二極管簡稱為LED。由含鎵(Ga)、砷(As)、磷(P)、氮(N)等的化合物制成。當(dāng)電子與空穴復(fù)合時能輻射出可見光，因而可以用來制成發(fā)光二極管。砷化鎵二極管發(fā)紅光，磷化鎵二極管發(fā)綠光，碳化硅二極管發(fā)黃光，氮化鎵二極管發(fā)藍光。因化學(xué)性質(zhì)又分有機發(fā)光二極管OLED和無機發(fā)光二極管L