電子元件家族當中，有一種只允許電流由單一方向流過，具有兩個電極的元件，稱為二極管，英文是“Diode”，是現代電子產業的基石。

早期的二極管

早期的二極管包含“貓須晶體”(Cat's Whisker Crystals)和真空管(ThermionicValves)。

1904 年，英國物理學家弗萊明根據“愛迪生效應”發明了世界上第一只電子二極管——真空電子二極管。它是依靠陰極熱發射電子到陽極實現導通。

電源正負極接反則不能導電，它是一種能夠單向傳導電流的電子器件。早期電子二極管存在體積大、需預熱、功耗大、易破碎等問題，促使了晶體二極管的發明。

晶體二極管

又稱半導體二極管。1947 年，美國人發明。在半導體二極管內部有一個 PN 結和兩個引出端。

這種電子器件按照外加電壓的方向，具備單向電流的傳導性。現今最普遍的二極管大多是使用半導體材料如硅或鍺。

晶體二極管結構

晶體二極管的核心是 PN 結，關于 PN 結首先要了解三個概念。

本征半導體：指不含任何摻雜元素的半導體，如純硅晶片或純鍺晶片。

P 型半導體：摻雜了產生空穴的含較低電價雜質的半導體，如在本征半導體中 Si(4+)中摻入 Al(3+)的半導體。

N 型半導體：摻雜了產生空穴的含較低電價雜質的半導體，如在本征半導體中硅 Si(4+)中摻入磷 P(5+)的半導體。

由 P 型半導體和 N 型半導體相接觸時，就產生一個獨特的 PN 結界面，在界面的兩側形成空間電荷層，構成自建電場。

當外加電壓等于零時，由于 PN 結兩邊載流子的濃度差引起擴散電流和由自建電場引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態，這也是常態下的 PN 結。

以 PN 結為核心結構，加上引線或引腳形成單向導電的二極管。

當外加電壓方向由 P 極指向 N 極時，導通。

晶體二極管分類

晶體二極管可按材料不同和 PN 結結構不同，進行分類。

點接觸型二極管

點接觸型二極管是在鍺或硅材料的單晶片上壓觸一根金屬針后，再通過電流法而形成的。

其 PN 結的靜電容量小，適用于高頻電路。因為構造簡單，所以價格便宜。對于小信號的檢波、整流、調制、混頻和限幅等一般用途而言，它是應用范圍較廣的類型。與面結型相比較，點接觸型二極管正向特性和反向特性都差，因此不能使用于大電流和整流。

制作工藝：將細鋁絲的一端接在陽極引線上，另一端壓在摻雜過的 N 型半導體上。加上電壓后，細鋁絲在接觸點處融化并滲入融化部分的中。這樣，接觸點實際上是 P 型半導體，并附著在 N 型半導體上形成 PN 結。

面接觸型二極管

面接觸型二極管的“PN 結”面積較大，允許通過較大的電流(幾安到幾十安)，主要用于把交流電變換成直流電的“整流”電路中。面接觸型晶體二極管比較適用于大電流開關。

平面型二極管

平面型二極管是一種特制的硅二極管，得名于半導體表面被制作得平整。最初，對于被使用的半導體材料是采用外延法形成的，故又把平面型稱為外延平面型。

在半導體單晶片(主要地是 N 型硅單晶片)上，擴散 P 型雜質，利用硅片表面氧化膜的屏蔽作用，在 N 型硅單晶片上僅選擇性地擴散一部分而形成的 PN 結。因 PN 結合的表面被氧化膜覆蓋，穩定性好和壽命長。

它不僅能通過較大的電流，而且性能穩定可靠，多用于開關、脈沖及高頻電路中。

晶體二極管主要特性

二極管的伏安特性曲線如下：

外加電壓 Uw 方向為 P→N 時，Uw 大于起動電壓，二極管導通；

外加電壓 Uw 方向為 N→P 時，Uw 大于反向擊穿電壓，二極管擊穿。

晶體二極管性能參數

最大整流電流 Idm：二極管連續工作允許通過的最大正向電流；電流過大，二極管會因過熱燒毀；大電流整流可加裝散熱片。

最大反向電壓 Urm：Urm 一般小于反向擊穿電壓，選規格以 Urm 為準，并留有余量；過電壓易損壞二極管。

反向飽和電流 Is：二極管外加反向電壓時的電流值；Is 反向擊穿前很小，變化也很小；Is 會隨溫度的升高而升高，一般地，常溫下硅管 Is<1μA，鍺管 Is=30~300μA。

最高工作頻率 Fm：指二極管能保持良好工作特性的最高工作頻率。

不同用途的二極管差異

整流二極管

大部分二極管所具備的電流方向性我們通常稱之為“整流(Rectifying)”功能，
將交流電能轉變為直流電能。

面接觸結構，多采用硅材料，能承受較大的正向電流和較高的反向電壓。性能較穩定，但因結電容較大，不宜工作在高頻電路中，所以不能作為檢波管使用。有金屬和塑料封裝。

檢波二極管

檢波二極管是用于把疊加在高頻載波上的低頻信號檢出來的器件，它具有較高的檢波效率和良好的頻率特性。

鍺材料點接觸型、工作頻率可達 400MHz，正向壓降小，結電容小，檢波效率高，頻率特性好，為 2AP 型。

類似點觸型那樣檢波用的二極管，除用于檢波外，還能夠用于限幅、削波、調制、混頻、開關等電路。也有為調頻檢波專用的特性一致性好的兩只二極管組合件。

多采用玻璃封裝或陶瓷外殼封裝，以獲得良好的高頻特性。

開關二極管

關二極管是半導體二極管的一種，是為在電路上進行“開”、“關”而特殊設計制造的一類二極管。它由導通變為截止或由截止變為導通所需的時間比一般二極管短。

開關二極管的勢壘電容一般極小，這就相當于堵住了勢壘電容這條路，達到了在高頻條件下還可以保持好的單向導電性的效果。

開關二極管從截止(高阻狀態)到導通(低阻狀態)的時間叫開通時間；從導通到截止的時間叫反向恢復時間；兩個時間之和稱為開關時間。一般反向恢復時間大于開通時間，故在開關二極管的使用參數上只給出反向恢復時間。開關二極管的開關速度是相當快的，像硅開關二極管的反向恢復時間只有幾納秒，即使是鍺開關二極管，也不過幾百納秒。

開關二極管具有開關速度快、體積小、壽命長、可靠性高等特點，廣泛應用于電子設備的開關電路、檢波電路、高頻和脈沖整流電路及自動控制電路中。

穩壓二極管

穩壓二極管，是指利用 PN 結反向擊穿狀態，其電流可在很大范圍內變化而電壓基本不變的現象，制成的起穩壓作用的二極管。

穩壓二極管的伏安特性曲線的正向特性和普通二極管差不多，反向特性是在反向電壓低于反向擊穿電壓時，反向電阻很大，反向漏電流極小。但是，當反向電壓臨近反向電壓的臨界值時，反向電流驟然增大，稱為擊穿。

變容二極管

變容二極管(Varactor Diodes)又稱"可變電抗二極管"。材料多為硅或砷化鎵單晶，并采用外延工藝技術。

它一種利用 PN 結電容(勢壘電容)與其反向偏置電壓 Vr 的依賴關系及原理制成的二極管。

變容二極管的作用是利用 PN 結之間電容可變的原理制成的半導體器件，在高頻調諧、通信等電路中作可變電容器使用。

變容二極管屬于反偏壓二極管，改變其 PN 結上的反向偏壓，即可改變 PN 結電容量。反向偏壓越高，結電容則越少，反向偏壓與結電容之間的關系是非線性的。

變容二極管的電容值與反向偏壓值的關系：
反向偏壓增加，造成電容減少；
反向偏壓減少，造成電容增加；
反偏電壓愈大，則結電容愈小。

發光二極管

發光二極管簡稱為 LED。由含鎵(Ga)、砷(As)、磷(P)、氮(N)等的化合物制成。

當電子與空穴復合時能輻射出可見光，因而可以用來制成發光二極管。砷化鎵二極管發紅光，磷化鎵二極管發綠光，碳化硅二極管發黃光，氮化鎵二極管發藍光。因化學性質又分有機發光二極管 OLED 和無機發光二極管 LED。

阻尼二極管

阻尼二極管類似于高頻、高壓整流二極管，其特點是具有較低有電壓降和較高的工作頻率，且能承受較高的反向擊穿電壓和較大的峰值電流。

阻尼二極管主要用在電視機中，作為阻尼二極管、升壓整流二極管或大電流開關二極管使用。

二極管芯組

整流橋堆(半橋、全橋)

高壓硅堆(多個硅二極管串聯)

審核編輯黃昊宇