二极管是一种半导体器件,由一对不同掺杂的半导体材料P型半导体和N型半导体组成。与普通的导体不同,二极管在一个方向上可以流通电流,在另一个方向上则近乎不通。这使得它具备了以下两个基本特征:
(1)单向导电特性。二极管是一种单向导电器件,只有当正极连接于P型半导体,负极连接于N型半导体时,电流才能通过二极管,否则电流会被二极管限制在很小的值或几乎不流通。
(2)整流特性。由于二极管单向导电的特性,它可以作为整流器,将交流电信号转化为直流电信号。
二极管具有PN结,当PN结两侧的电压方向相反时,PN结中的电场会使空间电荷区域扩大,障碍物增多,阻力增强,只有当外加电压大于PN结二侧的电势差,空间电荷区的电势梯度才会消失,空间电荷区会逐渐缩小,导电性出现。因此可以说二极管是一种电压驱动器件,其工作原理如下:
(1)正向导通:当正极连接P型半导体,负极连接N型半导体时,PN结两侧的电势差相反,P型与N型半导体界面上形成的势垒会逐渐变窄、电场也会逐渐减小,直至消失。此时,二极管中的电流正向流通,导通电流大小与电压成正比。
(2)反向截止:当反向电压增大到一定的程度时,PN结两边的电势差变大,空间电荷区中的电子与空穴重新结合变少,电势差隔断区域会进一步增大,最终演化成电子与空穴结合的速度过大,阻力过大,电流基本上停止了,这种状态称为反向截止。
由于二极管具有单向导电的特性,使得它被广泛地应用于大量电子设备中,下面列举几个常见的应用场景:
(1)整流器:在电子产品中,交流电至少需要被变换为一种形式的直流电,这时就需要使用二极管作为整流器。
(2)稳压器:二极管的电压下降特性使得它可以用作稳压器,保持电路输出电压是固定的。
(3)瞬变抑制器:在大功率负载关闭时,经常会产生高电压瞬变,导致电路中其他设备损坏,而使用二极管可以有效消除这种瞬变。
(4)高频调制器:二极管在高频调制器上有极好的性能表现。
根据工艺、材料、功能等不同标准,二极管可以分为多种类型,下面列举几种主要的:
(1)信号二极管:主要用于低电压、低电流、高频率的放大电路,输出功率小,被广泛应用于电视、收音机、音响等领域。
(2)功率二极管:适用于大电流、低频率或高电压环境,一般用于电源、电动机、热控器等场合,具有高稳定性和高耐压特性。
(3)光电二极管:能将光信号转化为电信号,广泛应用于通信、遥控、信息传输等领域。
(4)肖特基二极管:具有快速开关特性,被广泛应用于微波技术、高速开关电源等领域。