二极管是用半导体材料(硅、硒、锗等)制成的一种电子器件 。它具有单向导电性能, 即给二极管阳极和阴极加上正向电压时,二极管导通。 当给阳极和阴极加上反向电压时,二极管截止。 因此,二极管的导通和截止,则相当于开关的接通与断开 。
二极管是最早诞生的半导体器件之一,其应用非常广泛。特别是在各种电子电路中,利用二极管和电阻、电容、电感等元器件进行合理的连接,构成不同功能的电路,可以实现对交流电整流、对调制信号检波、限幅和钳位以及对电源电压的稳压等多种功能 。无论是在常见的收音机电路还是在其他的家用电器产品或工业控制电路中,都可以找到二极管的踪迹 。
当使用一定的参杂工艺制将p型半导体熔合到n型半导体时,会在二极管结两端形成势垒电压,从而形成PN结二极管。
PN结二极管是最简单的半导体器件之一,并且具有单相导电性,但是,和电阻不同,由于二极管具有指数型的电流-电压(伏安特性)关系,因此二极管的电流相对与施加的电压不是线性的,因此我们不能仅仅通过使用欧姆定律来描述其工作。
晶体二极管的原理
晶体二极管为一个由P型半导体和N型半导体形成的PN结,在其界面处两侧形成空间电荷层,并建有自建电场。当不存在外加电压时,由于PN结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。
当外界有正向电压偏置时,外界电场和自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流。当外界有反向电压偏置时,外界电场和自建电场进一步加强,形成在一定反向电压范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和电流。
当外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,产生大量电子空穴对,产生了数值很大的反向击穿电流,称为二极管的击穿现象。PN结的反向击穿有齐纳击穿和雪崩击穿之分。
二极管符号和静态伏安特性
二极管具有单向导电性,二极管的伏安特性曲线如上图所示 。
硅二极管加有正向电压,当电压值较小时,电流极小;当电压超过0.6V时,电流开始按指数规律增大,通常称此为二极管的开启电压;当电压达到约0.7V时,二极管处于完全导通状态,通常称此电压为二极管的导通电压。
对于锗二极管,开启电压为0.2V,导通电压UD约为0.3V。在二极管加有反向电压,当电压值较小时,电流极小,其电流值为反向饱和电流IS。当反向电压超过某个值时,电流开始急剧增大,称之为反向击穿,称此电压为二极管的反向击穿电压。不同型号的二极管的击穿电压值差别很大,从几十伏到几千伏。如果应用于齐纳二极管(稳压二极管),根据生产时的稳压值,在此反向电压作用下,齐纳二极管反向击穿,电流增加,电压维持稳压值不变,在电路中起到稳压作用。普通二极管超过反向击穿电压就会损坏,齐纳二极管在施加稳压值内的一定范围内的反向电压击穿后,电压减低至稳压值以下,二极管恢复正常,不会损坏。