概念

二极管又称晶体二极管，简称二极管(diode)，此外，还有早期的真空电子二极管；它是一个具有单向传导电流的电子设备。半导体二极管内有一个PN根据外部电压的方向，两个引线端子具有单向电流的导电性。一般来说，晶体二极管是由P型半导体和N型半导体烧结形成的p-n结界面。在界面两侧形成空间电荷层，形成自建电场。当外部电压等于零时，因为p-n由于自建电场引起的漂移电流等于电平衡状态，这也是正常情况下二极管的特性。

结构的组成

二极管是由一个PN加上相应的电极引线和管壳封装而成。

P型半导体和N型半导体通过不同的掺杂工艺扩散在同一半导体（通常是硅或锗）基板上，在其界面形成空间电荷区域PN结。

P区引出的电极称为阳极，N由区域引出的电极称为阴极。PN结的单向导电性，当二极管导通时，电流方向由阳极通过管内流向阴极。

二极管的电路符号如图1所示。二极管有两个电极，从P区引出的电极为正极，也称为阳极；从N区引出的电极为负极，也称为阴极。三角箭头的方向表示正电流的方向，二极管的文本符号使用VD表示。

图1：各种二极管的符号

工作原理

使用二极管的主要原理是PN结的单向导电在PN在结上加上引线和封装二极管。

晶体二极管由P型半导体和N型半导体组成PN结，在界面两侧形成空间电荷层，并建立自建电场。当没有外部电压时，因为PN两侧载流子浓度差引起的扩散电流等于自建电场引起的漂移电流，处于电平衡状态。

当外部世界存在正电压偏置时，外部电场和自建电场的相互抑制和消除会增加载流子的扩散电流，导致正电流。当外部世界存在反向电压偏置时，进一步加强外部电场和自建电场，在一定的反向电压范围内形成与反向偏置电压值无关的反向饱和电流。

当增加的反向电压高到一定程度时，PN结空间电荷层中的电场强度达到临界值，产生载流子的倍增过程，产生大量电子孔对，产生大值反向击穿电流，称为二极管击穿。PN结的反向击穿可分为齐纳击穿和雪崩击穿。

PN结形成原理

P型半导体是在本征半导体(一种完全纯净、结构完整的半导体晶体)中掺入少量三价元素杂质，如硼等。

由于硼原子只有三种价格电子，它与周围的硅原子形成一个共价键。由于缺少电子，晶体中会产生一个空位。当相邻共价键上的电子获得能量时，可以填补空位，使硼原子成为不可移动的负离子，而原硅原子的共价键由于缺少电子而形成空穴，但整个半导体仍然是中性的。在这种P型半导体中，空穴主要是导电的，空穴是大多数载流子，自由电子是少数载流子。

N型半导体形成的原理与P型相似。五价原子，如磷，混合在本征半导体中。混合后，它与硅原子形成共价键，产生自由电子。在N型半导体中，电子是大多数载流子，空穴是少数载流子。

因此，将三价和五价杂质元素混合在本征半导体的两个不同区域，形成P型区和N型区。根据N型半导体和P型半导体的特点，可以看出，电子和空穴的浓度在它们的交界处存在差异。电子和空穴从高浓度区扩散到低浓度区，它们的扩散破坏了原交界处的电中性。

图：P型和N型半导体

PN结单向导电

在PN外加正向电压V，在这个外加电场的作用下，PN结的平衡状态被打破，P区域中的空洞和N区的电子PN结方向移动，空穴和PN结P区负离子中和，电子和PN结n区的正离子中和，使PN结变窄。随着外加电场的增加，扩散运动进一步增强，漂移运动减弱。当外加电压超过阈值电压时，PN结相当于电阻值很小的电阻，即PN结导通。

主要分类

半导体二极管主要依赖于半导体二极管PN和PN一般二极管的范围内也包括不可分割的点接触型和肖特基型。包括这两个模型，根据PN晶体二极管的特点如下：

点接触式二极管

点接触式二极管PN结接触面积小，不能通过较大的正向电流和较高的反向电压，但其高频性能好，适用于高频检波电路和开关电路。

面接触式二极管

表面接触式二极管PN结接触面积大，可通过较大的电流，也能承受较高的反向电压，适用于整流电路。

平面二极管

当开关管在脉冲数字电路中使用时，脉冲数字电路中使用平面二极管PN结构面积小，用于大功率整流PN结面积较大。

稳压管

稳压管是一种特殊的表面接触半导体硅二极管，具有稳定电压的作用。稳压管与普通二极管的主要区别在于稳压管工作PN结的反击穿状态。通过制造过程中的工艺措施和使用时间限制反向电流的大小，可以保证在反向击穿状态下，稳压管不会因过热而损坏。

与普通二极管不同，稳压管的反向击穿是可逆的，只要不超过稳压管电流的允许值，PN结不会过热损伤，当外加反向电压去除时，稳压管恢复原性能，因此稳压管具有良好的重复击穿特性。

光电二极管

光电二极管也被称为光敏二极管。它的管壳上有一个玻璃窗，以便受光线。它的特点是当光线照射到它的时候PN结时，自由电子和空穴可以成对生成，从而增加半导体中少数载流子的浓度，并在一定的反向偏置电压下增加反向电流。因此，随着光强的增加，其反向电流线性增加。

当没有光时，光电二极管的伏安特性与普通二极管相同。光电二极管作为一种光控制元件，可用于各种物体检测、光电控制、自动报警等方面。当制造一个大面积的光电二极管时，它可以被称为光电池作为一种能源。此时，它不需要增加电源，可以直接将光能转化为电能。

发光二极管

发光二极管是一种半导体固体显示装置，直接将电能转化为光能，简称半导体固体显示装置LED(LightEmittingDiode)。类似于普通二极管，发光二极管也是由一个PN结构。发光二极管PN结包装在透明塑料外壳中，形状为方形、矩形和圆形。发光二极管具有驱动电压低、工作电流小、抗振动和冲击能力强、体积小、可靠性高、功耗低、使用寿命长等优点，广泛应用于信号指示等电路中。

在电子技术中常用的数字管道中，发光二极管的原理与光电二极管的原理相反。当发光二极管通过电流正偏置时，会发出光，这是电子与空穴直接结合时释放能量的结果。其光谱范围相对较窄，其波长取决于所使用的基本材料。

相关的主要应用

电路应用

半导体二极管用于几乎所有的电子电路。在电路中使用半导体二极管可以保护电路，延长电路的使用寿命。半导体二极管的发展优化了集成电路，在各个领域发挥了积极作用。二极管在集成电路中起着许多作用，维持了集成电路的正常运行。以下是二极管在以下四个电路中的作用。

(1)开关电路

在数字.二极管的单向导电性被广泛应用于集成电路中。开关二极管可以很好地保护电路，防止电路因短路等问题而烧毁，也可以实现传统开关的功能。开关二极管的另一个特点是开关速度非常快。这是传统开关无法比拟的。

(2)限幅电路

在电子电路中，通常使用振幅限制电路来处理各种信号。它用于在预设的电平范围内有选择地传输部分信号。大多数二极管可以用作振幅限制，但有时需要特殊的振幅限制二极管，如保护仪器。

(3)稳压电路

齐纳二极管通常用于稳压电路。它是一种由特殊工艺制成的表面结型硅柄半导体二极管。这种特殊二极管杂质浓度高，空间电荷区电荷密度高，容易形成强电场。当齐纳二极管两端的反向电压增加到一定值时，反向电流急剧增加，导致反向击穿。

(4)变容电路

变容电路中常用变容二极管来控制电路的自动频率.调谐.调频、扫描振荡等。

应用工业产品

经过多年的不懈努力，半导体二极管发光的应用逐渐得到推广，发光二极管广泛应用于各种电子产品.光纤通信光源.各种仪器的指示器和照明。发光二极管的许多特性是普通发光器件无法比拟的。其主要特点是：安全.高效率.环保.寿命长.响应快.体积小.结构牢固。所以，发光二极管是一种符合绿色照明要求的光源。

发光二极管广泛应用于许多领域，其主要应用如下：

(1)电子产品的应用

发光二极管通常用作电子产品中的背光或显示器.照明应用。来自大型液晶电视.电脑显示到媒体播放器MP3.MP4、手机等显示屏将发光二极管作为背光源。

(2)应用于汽车和大型机械

发光二极管广泛应用于汽车和大型机械。汽车和大型机械设备中的方向灯.车内照明.机械设备仪表照明.大前灯.转向灯.刹车灯.发光二极管用于尾灯等。这主要是因为发光二极管的响应速度很快.使用寿命长(一般发光二极管的使用寿命比汽车和大型机械长)。

(3)煤矿的应用

因为发光二极管比普通发光器件效率更高.能耗小.寿命长.由于光度强，矿工灯和地下照明等设备采用发光二极管。虽然它还没有完全普及，但很快就会被广泛使用，发光二极管将取代煤矿中的普通发光器件。

(4)城市装饰灯

在当今繁荣的商业时代，霓虹灯是城市繁荣的重要象征，但霓虹灯有许多缺点，如寿命不够长。因此，用发光二极管代替霓虹灯有很多优点，因为与霓虹灯相比，发光二极管不仅寿命长，而且节能.简单的驱动和控制.不需要维护等特性。照明设备发展的必然结果是用发光二极管代替霓虹灯。