二极管是一个最基本的电子元件，由P型半导体和N型半导体构成。在P型半导体中，杂质原子的净电荷为正电荷，而在N型半导体中，杂质原子的净电荷为负电荷。当把P型和N型半导体直接接触时，产生的结界面上的电子和空穴会发生复合，形成一个厚度很薄的耗尽层，这个现象也被称为PN结。
当二极管两端施加外电压时，如果正极接在P区，负极接在N区，即形成了正向电压，此时PN结耗尽层变窄，电子和空穴容易穿过PN结进行导电，二极管相当于一根导线；如果正极接在N区，负极接在P区，即形成了反向电压，PN结耗尽层变厚，电子和空穴不能通过PN结，此时二极管不导电，相当于一根断路器。
二极管正向特性是指在外施正向电压时，电流容易通过二极管，而且电流与电压呈正相关关系。当正向电压达到一定程度时，二极管会进入饱和状态。此时二极管的正向电阻非常小，可以看作一条导线。当正向电压继续升高时，二极管会被烧毁。
在二极管正向导通时，P型半导体中的空穴向PN结的N型半导体方向移动，N型半导体中的电子向PN结的P型半导体方向移动，二极管两端形成一段N型半导体电子的集流区，以及一段P型半导体电子的涓流区。在集流区中，电子多，空穴少，导电能力强；在涓流区中，电子少，空穴多，导电能力弱。
二极管反向特性是指在外施反向电压时，几乎没有电流流过二极管，反向电流在低于某个电压时很小，当反向电压达到某个电压，反向电流突然变大，反向电压达到一定值后，二极管会被击穿，会烧毁。
在反向电压作用下，P型半导体中的空穴和N型半导体中的电子受到电场力的作用，向PN结中心迁移。当电场强度大到一定程度时，它会使PN结中的共价键断裂，产生电子空穴对，二极管会发生击穿。
由于二极管的正向导通和反向截止特性，它在电子电路中被广泛应用。例如，二极管在电源电路中作为整流器，可以将交流电转化为直流电；在电视机、收音机和计算机等电子设备中作为信号检波器和放大器；在电子数字电路中作为开关进行控制等。
此外，在太阳能电池中，二极管也被用来防止电荷从负载返回到太阳能电池中；在发光二极管LED中，二极管的特性使其能够将电的能量转化为光的能量；在光电管等光电元件中，二极管则可以将光能转换为电能。
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