了解二極管

    幾乎在所有的電子電路中，都要用到半導體二極管，它在許多的電路中起著重要的作用，它是誕生最早的半導體器件之一，其應用也非常廣泛。

   二極管的p-n結

  要了解二極管，先要搞懂p-n結。二極管是由兩種不同的雜質半導體結合而成的，一種為空穴（p）型半導體，一種為電子（n）型半導體。如下圖所示： 

 p型半導體是在硅（或鍺）的晶體內摻入少量三價元素，如硼(或銦)。在與周圍硅原子組成共價鍵時，缺少一個電子，相鄰的共價鍵上的電子有可能填補這個空位，致使原來的硅原子共價鍵缺少一個電子，形成了空穴。在p型半導體中，空穴數遠大于自由電子數，在這種半導體中，以空穴導電為主，因而空穴為多數載流子。

n型半導體是在硅（或鍺）的晶體內摻入少量四價元素，如磷、砷和銻。在與周圍硅原子組成共價鍵時，多出一個電子。在n型半導體中，電子為多數載流子。

   二極管的工作原理

    二極管為一個由p型半導體和n型半導體形成的p-n結，在其界面處兩側形成空間電荷層，并建有自建電場。當不存在外加電壓時，由于p-n 結兩邊載流子濃度差引起的擴散電流和自建電場引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態。

    當外界有正向電壓偏置時，外界電場和自建電場的互相抑消作用使載流子的擴散電流增加引起了正向電流。

    當外界有反向電壓偏置時，外界電場和自建電場進一步加強，形成在一定反向電壓范圍內與反向偏置電壓值無關的反向飽和電流i0。

    當外加的反向電壓高到一定程度時，p-n結空間電荷層中的電場強度達到臨界值產生載流子的倍增過程，產生大量電子空穴對，產生了數值很大的反向擊穿電流，稱為二極管的擊穿現象。

  二極管的類型

    二極管種類有很多，按照所用的半導體材料，可分為鍺二極管（ge管）和硅二極管（si管）。根據其不同用途，可分為檢波二極管、整流二極管、穩壓二極管、開關二極管等。按照管芯結構，又可分為點接觸型二極管、面接觸型二極管及平面型二極管。點接觸型二極管是用一根很細的金屬絲壓在光潔的半導體晶片表面，通以脈沖電流，使觸絲一端與晶片牢固地燒結在一起，形成一個“pn結”。由于是點接觸，只允許通過較小的電流（不超過幾十毫安），適用于高頻小電流電路，如收音機的檢波等。

    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。

    平面型二極管是一種特制的硅二極管，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。

  二極管的導電特性

    二極管最重要的特性就是單方向導電性。在電路中，電流只能從二極管的正極流入，負極流出。下面通過簡單的實驗說明二極管的正向特性和反向特性。

    在電子電路中，將二極管的正極接在高電位端，負極接在低電位端，二極管就會導通，這種連接方式，稱為正向偏置。必須說明，當加在二極管兩端的正向電壓很小時，二極管仍然不能導通，流過二極管的正向電流十分微弱。只有當正向電壓達到某一數值（這一數值稱為“門檻電壓”，鍺管約為0.2v，硅管約為0.6v）以后，二極管才能直正導通。導通后二極管兩端的電壓基本上保持不變（鍺管約為0.3v，硅管約為0.7v），稱為二極管的“正向壓降”。