二極體原理

晶體二極體為一個由p型半導體和n型半導體形成的p-n結，在其界面處兩側形成空間電荷層，並建有自建電場。當不存在外加電壓時，由於p-n結兩邊載流子濃度差引起的擴散電流和自建電場引起的漂移電流相等而處於電平衡狀態。 當外界有正向電壓偏置時，外界電場和自建電場的互相抑消作用使載流子的擴散電流增加引起了正向電流。當外界有反向電壓偏置時，外界電場和自建電場進一步加強，形成在一定反向電壓範圍內與反向偏置電壓值無關的反向飽和電流I0。

基本介紹

• 中文名：二級管
• 外文名：diode

二極體簡介

二極體內部構造

二極體的英文是diode。二極體的正.負二個端子,(如圖)一端稱為陽極,一端稱為陰極。電流只能從陽極向陰極方向移動。二極體是由半導體組成的器件。半導體無論哪個方向都能流動電流。

二極體特性

二極體（英語：Diode），電子元件當中，一種具有兩個電極的裝置，只允許電流由單一方向流過。許多的使用是套用其整流的功能。而變容二極體（Varicap Diode）則用來當作電子式的可調電容器。

大部分二極體所具備的電流方向性，通常稱之為“整流（Rectifying）”功能。二極體最普遍的功能就是只允許電流由單一方向通過（稱為順向偏壓），反向時阻斷 （稱為逆向偏壓）。因此，二極體可以想成電子版的逆止閥。然而實際上二極體並不會表現出如此完美的開與關的方向性，而是較為複雜的非線性電子特徵——這是由特定類型的二極體技術決定的。二極體使用上除了用做開關的方式之外還有很多其他的功能。

早期的二極體包含“貓須晶體（"Cat's Whisker" Crystals）”以及真空管(英國稱為“熱游離閥（Thermionic Valves）”)。現今最普遍的二極體大多是使用半導體材料如矽或鍺。

1、正向性

外加正向電壓時，在正向特性的起始部分，正向電壓很小，不足以克服PN結內電場的阻擋作用，正向電流幾乎為零，這一段稱為死區。這個不能使二極體導通的正向電壓稱為死區電壓。當正向電壓大於死區電壓以後，PN結內電場被克服，二極體正嚮導通，電流隨電壓增大而迅速上升。在正常使用的電流範圍內，導通時二極體的端電壓幾乎維持不變，這個電壓稱為二極體的正向電壓。

2、反向性

外加反向電壓不超過一定範圍時，通過二極體的電流是少數載流子漂移運動所形成反向電流。由於反向電流很小，二極體處於截止狀態。這個反向電流又稱為反向飽和電流或漏電流，二極體的反向飽和電流受溫度影響很大。

3、擊穿

外加反向電壓超過某一數值時，反向電流會突然增大，這種現象稱為電擊穿。引起電擊穿的臨界電壓稱為二極體反向擊穿電壓。電擊穿時二極體失去單嚮導電性。如果二極體沒有因電擊穿而引起過熱，則單嚮導電性不一定會被永久破壞，在撤除外加電壓後，其性能仍可恢復，否則二極體就損壞了。因而使用時應避免二極體外加的反向電壓過高。

二極體是一種具有單嚮導電的二端器件，有電子二極體和晶體二極體之分，電子二極體現已很少見到，比較常見和常用的多是晶體二極體。二極體的單嚮導電特性，幾乎在所有的電子電路中，都要用到半導體二極體，它在許多的電路中起著重要的作用，它是誕生最早的半導體器件之一，其套用也非常廣泛。

二極體的管壓降：矽二極體（不發光類型）正向管壓降0.7V，鍺管正向管壓降為0.3V，發光二極體正向管壓降會隨不同發光顏色而不同。主要有三種顏色，具體壓降參考值如下：紅色發光二極體的壓降為2.0--2.2V，黃色發光二極體的壓降為1.8—2.0V，綠色發光二極體的壓降為3.0—3.2V，正常發光時的額定電流約為20mA。

二極體的電壓與電流不是線性關係，所以在將不同的二極體並聯的時候要接相適應的電阻。

二極體的原理

二極體工作原理（正嚮導電，反向不導電）

晶體二極體是一個由p型半導體和n型半導體形成的p-n結，在其界面處兩側形成了空間電荷層，並且建有自建電場，當不存在外加電壓時，因為p-n結兩邊載流子濃度差引起的擴散電流和自建電場引起的漂移電流相等而處於電平衡狀態。 當產生正向電壓偏置時，外界電場與自建電場的互相抑消作用使載流子的擴散電流增加引起了正向電流（也就是導電的原因）。 當產生反向電壓偏置時，外界電場與自建電場進一步加強，形成在一定反向電壓範圍中與反向偏置電壓值無關的反向飽和電流I0（這也就是不導電的原因）。

當外加的反向電壓高到一定程度時，p-n結空間電荷層中的電場強度達到臨界值產生載流子的倍增過程，產生大量電子空穴對，產生了數值很大的反向擊穿電流，稱為二極體的擊穿現象。

反向擊穿

反向擊穿按機理分為齊納擊穿和雪崩擊穿兩種情況。在高摻雜濃度的情況下，因勢壘區寬度很小，反向電壓較大時，破壞了勢壘區內共價鍵結構，使價電子脫離共價鍵束縛，產生電子-空穴對，致使電流急劇增大，這種擊穿稱為齊納擊穿。如果摻雜濃度較低，勢壘區寬度較寬，不容易產生齊納擊穿。

雪崩擊穿

另一種擊穿為雪崩擊穿。當反向電壓增加到較大數值時，外加電場使電子漂移速度加快，從而與共價鍵中的價電子相碰撞，把價電子撞出共價鍵，產生新的電子-空穴對。新產生的電子-空穴被電場加速後又撞出其它價電子，載流子雪崩式地增加，致使電流急劇增加，這種擊穿稱為雪崩擊穿。無論哪種擊穿，若對其電流不加限制，都可能造成PN結永久性損壞。

套用

1.整流

整流二極體主要用於整流電路，即把交流電變換成脈動的直流電。整流二極體都是面結型，因此結電容較大，使其工作頻率較低，一般為3kHZ以下。

2.開關

二極體在正向電壓作用下電阻很小，處於導通狀態，相當於一隻接通的開關；在反向電壓作用下，電阻很大，處於截止狀態，如同一隻斷開的開關。利用二極體的開關特性，可以組成各種邏輯電路。

3.限幅

二極體正嚮導通後，它的正向壓降基本保持不變（矽管為0.7V，鍺管為0.3V）。利用這一特性，在電路中作為限幅元件，可以把信號幅度限制在一定範圍內。

4.續流

在開關電源的電感中和繼電器等感性負載中起續流作用。

5.檢波

檢波二極體的主要作用是把高頻信號中的低頻信號檢出。它們的結構為點接觸型。其結電容較小，工作頻率較高，一般都採用鍺材料製成。

6.阻尼

阻尼二極體多用在高頻電壓電路中，能承受較高的反向擊穿電壓和較大的峰值電流，一般用在電視機電路中，常用的阻尼二極體有2CN1、2CN2、BSBS44等。

7.顯示

用於VCD、DVD、計算器等顯示器上。

8.穩壓

這種管子是利用二極體的反向擊穿特性製成的，在電路中其兩端的電壓保持基本不變，起到穩定電壓的作用。常用的穩壓管有2CW55、2CW56等。[1]

9.觸發

觸發二極體又稱雙向觸發二極體（DIAC）屬三層結構，具有對稱性的二端半導體器件。常用來觸發雙向可控矽；，在電路中作過壓保護等用途。

類型

二極體種類有很多，按照所用的半導體材料，可分為鍺二極體（Ge管）和矽二極體（Si管）。根據其不同用途，可分為檢波二極體、整流二極體、穩壓二極體、開關二極體、隔離二極體、肖特基二極體、發光二極體、矽功率開關二極體、旋轉二極體等。按照管芯結構，又可分為點接觸型二極體、面接觸型二極體及平面型二極體。點接觸型二極體是用一根很細的金屬絲壓在光潔的半導體晶片表面，通以脈衝電流，使觸絲一端與晶片牢固地燒結在一起，形成一個“PN結”。由於是點接觸，只允許通過較小的電流（不超過幾十毫安），適用於高頻小電流電路，如收音機的檢波等。面接觸型二極體的“PN結”面積較大，允許通過較大的電流（幾安到幾十安），主要用於把交流電變換成直流電的“整流”電路中。平面型二極體是一種特製的矽二極體，它不僅能通過較大的電流，而且性能穩定可靠，多用於開關、脈衝及高頻電路中。

發光二極體

發光二極體也是由一個 PN 結構成，具有單嚮導電性。但其正向工作電壓(開啟電壓)比普通二極體高，約為 1～2.5V，反向擊穿電壓比普通二極體低，約 5V 左右。當正向電流達到 1mA 左右時開始發光，發光強度近似與工作電流成正比；但工作電流達到一定數值時，發光強度逐漸趨於飽和，與工作電流成非線性關係。一般小型發光二極體正向工作電流為10～20mA，最大正向工作電流為 30～50mA。

發光二極體的外形可以做成矩形、圓形、字形、符號形等多種形狀，又有紅、綠、黃、橙、紅外等多種顏色。它具有體積小、功耗低、容易驅動、光效高、發光均勻穩定、回響速度快以及壽命長等特點，普遍用在指示燈及大螢幕顯示裝置中。