什么是二極管？二極管的工作原理

什么是二極管？

二極管是一種由半導(dǎo)體材料制成的電子器件，具有兩個電極，分別稱為陽極（正極）和陰極（負(fù)極）。二極管的核心部分是由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體形成的PN結(jié)。在這個PN結(jié)中，P區(qū)引出的電極稱為陽極，N區(qū)引出的電極稱為陰極。

二極管具有單向?qū)щ娦?，即給二極管兩極間加上正向電壓時，二極管導(dǎo)通，電流可以從陽極流向陰極；而加上反向電壓時，二極管截止，電流幾乎無法通過。這種導(dǎo)通和截止的狀態(tài)，相當(dāng)于開關(guān)的接通與斷開，因此二極管可以用作電子開關(guān)。

二極管是最早誕生的半導(dǎo)體器件之一，其應(yīng)用非常廣泛。在各種電子電路中，利用二極管和電阻、電容、電感等元器件進(jìn)行合理的連接，可以構(gòu)成不同功能的電路，實現(xiàn)對交流電整流、對調(diào)制信號檢波、限幅和鉗位以及對電源電壓的穩(wěn)壓等多種功能。

二極管按照所用的半導(dǎo)體材料，可分為硅二極管和鍺二極管。根據(jù)用途的不同，二極管還可區(qū)分為檢波二極管、整流二極管、穩(wěn)壓二極管、開關(guān)二極管、隔離二極管、肖特基二極管、發(fā)光二極管、硅功率開關(guān)二極管、旋轉(zhuǎn)二極管等。此外，還有用于特殊目的的二極管，如溫度傳感器、紅外傳感器、光傳感器等。

二極管的工作原理

PN結(jié)二極管是通過將N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體組合在一起以及分別附接到P型和N型半導(dǎo)體材料上的端子而制成的。二極管的結(jié)構(gòu)構(gòu)成了晶體管的基礎(chǔ)，這兩個組件的工作原理保持相同。陽極端子連接至 P 型材料，陰極端子連接至 N 型材料。對半導(dǎo)體稍有接觸的人都知道，P型半導(dǎo)體以空穴為多數(shù)載流子，電子為少數(shù)載流子。另一方面，N型半導(dǎo)體通常意味著它具有電子作為多數(shù)載流子和空穴作為少數(shù)載流子。

對于 PN 結(jié)二極管，P 型和 N 型半導(dǎo)體組合在一起。這兩種材料結(jié)合的點(diǎn)稱為接合點(diǎn)。來自靠近結(jié)的 N 型材料的電子和來自 P 型材料的空穴將由于相反的電荷而相互吸引。因此，來自 P 型材料的空穴擴(kuò)散到 N 型材料中，并且來自 N 型區(qū)域的電子移動到 P 型區(qū)域中，形成結(jié)周圍的區(qū)域。擴(kuò)散持續(xù)到擴(kuò)散到N型區(qū)域的空穴開始對抗空穴從P型區(qū)域的進(jìn)一步擴(kuò)散。同樣的情況也發(fā)生在 P 型區(qū)域，其中擴(kuò)散的電子阻止電子從 N 型區(qū)域進(jìn)一步移動。

結(jié)/耗盡區(qū)中的電子和空穴充當(dāng)進(jìn)一步離子運(yùn)動的屏障。這也表明該區(qū)域中自由移動的空穴和電子已耗盡。這導(dǎo)致了耗盡區(qū)的名稱。正如您所看到的，這個耗盡區(qū)域的正電荷和負(fù)電荷彼此接近。這使得硅二極管在耗盡區(qū)產(chǎn)生約 0.7V 的電勢。鍺二極管為 0.3v。

二極管的應(yīng)用電路

二極管是一種多功能電子器件，廣泛應(yīng)用于電子電路中。我列出了二極管在電路功能中發(fā)揮至關(guān)重要作用的最重要和最廣泛使用的領(lǐng)域。

二極管是整流器的主要元件。整流器的功能是將輸入的 交流信號轉(zhuǎn)換為直流信號 。半波、全波和橋式整流器是整流器的三種重要類型。然而，其中橋式整流器被廣泛使用，因為它比其他類型具有優(yōu)勢。

上圖所示為橋式整流電路。它使用 4 個彼此背對背連接的二極管。它廣泛用于電源，將輸入的交流信號轉(zhuǎn)換為直流信號。在所有的整流器中，橋式整流器被證明比其他整流器有更多的優(yōu)勢，所以我們將在這里看看它的工作原理。該電路的工作始于交流電源，該電源進(jìn)入降壓變壓器，將高壓交流信號轉(zhuǎn)換為低壓交流信號。然后，降壓后的交流信號通過橋式配置的二極管 D1、D2、D3 和 D4。

這就是這里發(fā)生的情況，交流信號由正半周期和負(fù)周期組成。在正半周期期間，二極管 D1 由于正向偏置而導(dǎo)通電流，流經(jīng)負(fù)載電阻 R，并通過二極管 D2 返回交流電源的負(fù)極端子。同樣，當(dāng)交流信號的負(fù)半周通過橋式整流器時，電流流經(jīng)二極管 D4 和負(fù)載電阻 R。然后流經(jīng)二極管 D3，返回電源正極。由此產(chǎn)生的輸出信號如上所示。為了進(jìn)一步轉(zhuǎn)換這個純直流信號，使用了平滑電容器。電容器的作用是平滑該輸出信號，使輸出成為穩(wěn)定的直流信號。

如何在電路中連接二極管？

二極管會阻止或允許電流流動，具體取決于您在電路中的連接方式。下面您可以看到一個示例電路。

在上面的電路中，二極管的連接方向正確。這意味著電流可以流過它，從而使發(fā)光二極管 (LED)發(fā)光。

但如果我們以相反的方式連接會發(fā)生什么呢？

在第二個電路中，二極管的連接方式錯誤。這意味著電路中不會有電流流動，LED 將關(guān)閉。