什么是二極管：

二極管是一種半導體器件，它具有特殊的特性，當電流從一個方向流出時允許電流，如果電流方向相反，則阻塞電流。



這是PN結二極管或通常稱為二極管的符號，其中它有兩個端子。正極稱為陽極，負極稱為陰極。

在這里，當二極管的陽極端子連接到電源的正極端子和陰極連接到電源的負極端子時，二極管通過它傳導電流。

這種情況被稱為二極管的正向偏置，電流自由流過二極管。



當二極管的陽極連接到電源的負極端子，陰極連接到電源的正極端子時。在這種狀態下，電流不會流過二極管。這被稱為二極管的反向偏置，在這種狀態下，二極管表現出無限的電阻，阻止電流流過它。

盡管在實際生活中，流過二極管的電流會非常少，并且它被定義為泄漏電流，通常被認為是可以忽略不計的。

PN結二極管是迄今為止在電子電路中使用的最常見的二極管類型。然而，市場上還有其他二極管變體，它們具有與PN結二極管不同的特性。

二極管的工作原理：

PN結二極管是由N型半導體和P型半導體以及連接到P型和N型半導體材料的端子組合而成的。

二極管的結構構成了晶體管的基礎，并且這兩個組件的工作原理保持不變。陽極端子連接到P型材料上，陰極端子連接到N型材料上。

對于那些在半導體中接觸過一點點的人來說，P型半導體有空穴作為多數載流子，電子作為少數載流子。另一方面，N型半導體通常意味著它以電子為多數載流子，空穴為少數載流子。



對于PN結二極管，P型和N型半導體組合在一起。這兩種材料結合的點稱為結。來自N型材料的電子和靠近結的P型材料的空穴會因為相反的電荷而相互吸引。

因此，來自P型材料的空穴擴散到N型材料中，來自N型區域的電子移動到P型區域，在結周圍形成一個區域。擴散繼續，直到擴散到N型區域的空穴開始反對從P型區域進一步擴散。

同樣的情況發生在P型區域，其中擴散電子反對電子從N型區域的進一步運動。 結/耗盡區域中的電子和空穴充當進一步離子運動的屏障。

這也表明該區域的自由移動空穴和電子已經耗盡。這導致了耗盡區域的名稱。如您所見，這個耗盡區域具有彼此接近的正電荷和負電荷。

這為整個耗盡區域的硅二極管產生了約0.7v的電位。如果是鍺二極管，則為0.3v。 反向偏置：



那么，是什么讓這個耗盡區在反向偏置時阻塞電流呢？當二極管反向偏置時，P型材料將連接到電源的負極端子和N型區域到正極端子。

結果，負極端子吸引靠近它的P型區域的所有正離子，正極端子在靠近它的N型區域吸引更多的負離子。這導致結點中現有耗盡層/屏障的進一步增長，從而完全阻止電流流動。

當反向電壓的增加會導致勢壘破壞電流時，會對二極管造成不可逆轉的損壞。

因此，通過這種方法，二極管結構僅為正向偏置條件下的電流鋪平了道路。

正向偏置：



另一方面，當二極管正向偏置時，電源的正端連接到P型材料，負端連接到N型材料。因此，當施加電壓時，電子通常從負極端子移動到正極端子。

同樣的事情在這里發生，正端吸引來自耗盡區域的電子和N型材料朝向它。當施加的偏置電壓超過0.7v的勢壘電位時（如果是硅二極管），就會發生這種情況。

結果，耗盡層收縮并消失，允許電流在沒有任何阻力的情況過結。

如上所述，偏置電壓必須超過耗盡區的勢壘電位（硅二極管為0.7v，鍺二極管為0.3v），電流才能通過。

這被稱為二極管的正向電壓。有時也稱為二極管的壓降，因為二極管兩端的9v正向偏置在其輸出壓降8.3v時為0.7v。

二極管的VI特性：

了解電壓和電流在二極管中的作用方式非常重要。下圖說明了二極管中電壓和電流之間的關系。圖表右側顯示了正向偏置條件（陽極端子施加的正電壓高于陰極端子）。而在反向偏置中，與陽極相比，陰極的這種條件更積極。



在零電壓下觀察到的正向偏置時，零電流將流過二極管。

隨著電壓的持續升高，電流沒有真正的升高。但是一旦施加的電壓達到0.7v標記（對于硅二極管），電流就會急劇增加，達到二極管允許安全通過它的最大值。

該電壓稱為二極管的正向電壓或VF。對于鍺二極管，該正向電壓將為0.3v。此外，這種正向電壓可以從一種類型或材料的二極管到另一種二極管而變化。

二極管的這一特性將導致輸入電壓的壓降等同于該正向電壓值。假設一個二極管正向偏置，在硅二極管上施加5v，二極管陰極端子的合成電壓將為4.3（0.7v正向電壓）。

當二極管反向偏置時，沒有電流流過它，直到反向電壓保持零。

當反向電壓增加時，稱為反向漏電流的非常小的電流開始流過二極管。該電流通常在0.000000001A或1nA的范圍內，電流在電路中沒有顯著影響，因此被認為是微不足道的。

這就是二極管聲稱在反向偏置條件下完全阻斷電流的原因。 在進一步增加反向電壓的某一點之后，電流開始快速流過二極管。

此時，二極管將像短路一樣，允許電流不受任何限制地流過它。電流在反向偏置狀態下不受任何限制地流過二極管的電壓稱為反向擊穿電壓。

在大多數二極管中，超過反向擊穿電壓將導致二極管過熱和失效。因此，應始終以反向偏置電壓不超過反向擊穿電壓的方式進行設計。
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審核編輯：劉清