那是1947年的一个冬季，贝尔试验室的三位科学家创造晰三极管，改变了国际，推动了全球的半导体电子工业。所以10年后又一个冬季，哥仨一同取得了诺贝尔物理学奖。然而这三极管可不是被随便创造出来的，从结构上看，她是由两个二极管组成，绝逼二极管“干儿子”。今日电子产品国际小编为您带来 “干爹”二极管的传奇故事。
1 二极管作业原理：二极管=PN结+马甲儿
在半导体功能被发现后，二极管成为了国际上第一种半导体器材，现在最常见的结构是，在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管，乃至能够说二极管实践上便是由一个PN结构成的，因而二极管作业原理约等于PN的作业原理，小编从源头讲讲二极管(PN结)到底是怎样来的?
1.1 二极管作业原理：二极管PN节的好哥俩：P型半导体、N型半导体
咱们一般依据导电才干(电阻率)的不同将物体来区分导体、绝缘体和半导体。更浅显地讲，彻底纯洁的、不含杂质的半导体称为本征半导体。首要常见代表有硅、锗这两种元素的单晶体结构。但实践半导体不能肯定的纯洁，这类半导体称为杂质半导体。
P型半导体
假如咱们在纯硅中掺入少量的硼(最外层有3个电子)，就反而少了1个电子，而构成一个空穴，这样就构成P型半导体(少了1个带负电荷的原子，可视为多了1个正电荷)。因三价杂质原子在与硅原子构成共价键时，短少一个价电子而在共价键中留下一个空穴。
图1.P型半导体的共价结构
在P型半导体中空穴是大都载流子，它首要由掺杂构成;自在电子是少量载流子，由热激起构成。空穴很简单抓获电子，使杂质原子成为负离子。三价杂质因而也称为受主杂质。
N型半导体
假如在纯硅中掺杂少量的砷或磷(最外层有5个电子)，就会多出1个自在电子，这样就构成N型半导体，因五价杂质原子中只要四个价电子能与周围四个半导体原子中的价电子构成共价键，而剩余的一个价电子因无共价键捆绑而很简单构成自在电子，如图1所示。
图2. N型半导体的共价结构
在N型半导体中自在电子是大都载流子，它首要由杂质原子供应;空穴是少量载流子,由热激起构成。供应自在电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正离子，因而五价杂质原子也称为施主杂质。
1.2 PN结=P∩N(注：“∩”交集)
在一块完好的硅片上，用不同的掺杂工艺使其一边构成N型半导体另一边构成P型半导体后，两种半导体的交界面邻近的区域为PN结，如图3所示。在空间电荷区，由于短少多子，所以也称耗尽层。
图3.PN结原理图
PN结的每端都带电子，这样摆放使电流只能从一个方向活动。当没有电压经过二极管时，电子就沿着过渡层之间的集合处从N型半导体流向P型半导体，然后构成一个耗尽区。在损耗区中，半导体物质会回复到它本来的绝缘状况–一切的这些“电子空穴”都会被填满，所以就没有自在电子，也就没有电流活动。
2 二极管作业原理：二极管PN节的单导游电特性—最最最最最重要!
2.1二极管小试验
在电子电路中，将二极管的正极(P区)接在高电位端，负极(N区)接在低电位端，二极管就会导通，这种衔接办法称为正向偏置。有必要阐明，当加在二极管两头的正向电压很小时，二极管依然不能导通，流过二极管的正向电流非常弱小。只要当正向电压到达某一数值(这一数值称为“门槛电压”，锗管约为0.2V，硅管约为0.6V)今后，二极管才干直正导通。导通后二极管两头的电压根本上坚持不变(锗管约为0.3V，硅管约为0.7V)，称为二极管的“正向压降”。
将二极管的正极(P区)接在低电位端，负极(N区)接在高电位端，此刻二极管中简直没有电流流过，此刻二极管处于截止状况，这种衔接办法，称为反向偏置。二极管处于反向偏置时，依然会有弱小的反向电流流过二极管，称为漏电流。当二极管两头的反向电压增大到某一数值，反向电流会急剧增大，二极管将失掉单独导游电特性，此刻二极管被击穿,这便是二极管的反向击穿特性，将在下一节介绍。
2.2 二极管上升到理论
为了除去耗尽区，就有必要使N型向P型移动和空穴应反向移动。为了到达意图，将PN结N极衔接到电源负极，P极衔接到正极。这时在N型半导体的自在电子会被负极电子排挤并吸引到正极电子，在P型半导体的电子空穴就移向另一方向。当电压在电子之间足够高的时分，在耗尽区的电子将会在它的电子空穴中和再次开端自在移动，耗尽区消失，电流流经过二极管，如图4所示。
图4. PN结加正向电压时的导电状况
若P极接到电源负极，N型接到正极。这时电流将不会活动。N型半导体的负极电子被吸引到正极电子。P型半导体的正极电子空穴被吸引到负极电子。由于电子空穴和电子都向过错的方向移动，所以就没有电流流经过集合处，耗尽区添加，如图5所示。
图5. PN结加反向电压时的导电状况
PN结V-I 特性表达式(伏安特性曲线如图6所示)
其间，IS ——反向饱和电流;
VT ——温度的电压当量;
且在常温下(T=300K)时，
图6. PN结的伏安特性曲线
2.3总结
PN结加正向电压时，出现低电阻，具有较大的正向分散电流;
PN结加反向电压时，出现高电阻，具有很小的反向漂移电流。
PN结具有单导游电性。
3 二极管作业原理：二极管PN节的反向击穿—大大的有用!
当PN结的反向电压添加到必定数值时，反向电流忽然快速添加，此现象称为PN结的反向击穿。发生反向击穿时，在反向电流很大的改变范围内，PN结两头电压简直不变，如图7所示。反向击穿分为电击穿和热击穿，PN结热击穿后电流很大，电压又很高，耗费在结上的功率很大，简单使PN结发热，把PN结焚毁。热击穿是不可逆的。PN结电击穿从其发生原因又可分为雪崩击穿和齐纳击穿两种类型。
图7.PN结的反向击穿
雪崩击穿
当PN结反向电压添加时，空间电荷区中的电场跟着增强。经过空间电荷区的电子和空穴，在电场效果下取得的能量增大，在晶体中运动的电子和空穴，将不断地与晶体原子发生磕碰，当电子和空穴的能量足够大时，经过这样的磕碰，可使共价键中的电子激起构成自在电子—空穴对，这种现象称为磕碰电离。新发生的电子和空穴与原有的电子和空穴相同，在电场效果下，也向相反的方向运动，从头取得能量，又可经过磕碰，再发生电子—空穴对，这便是载流子的倍增效应。当反向电压增大到某一数值后，载流子的倍增状况就像在陡峻的积雪山坡上发生雪崩相同，载流子添加得多而快，使反向电流急剧增大，所以PN结就发生雪崩击穿。
雪崩击穿多发生在杂质浓度较低的二极管，一般需求比较高的电压(>6V)，击穿电压与浓度成反比。
齐纳击穿
在加有较高的反向电压下，PN结空间电荷区中存在一个强电场，它能够损坏共价键将捆绑电子分离出来构成电子—空穴对，构成较大的反向电流。发生齐纳击穿需求的电场强度约为2*105V/cm，这只要在杂质浓度特别大的PN结中才干到达，由于杂质浓度大，空间电荷区内电荷密度(即杂质离子)也大，因而空间电荷区很窄，电场强度就或许很高。一般整流二极管掺杂浓度没有这么高，它在电击穿中大都是雪崩击穿构成的。
齐纳击穿大都出现在杂质浓度较高的二极管，如稳压管(齐纳二极管)。
有必要指出，上述两种电击穿进程是可逆的，当加在稳压管两头的反向电压下降后，管子仍能够康复本来的状况。但它有一个前提条件，便是反向电流和反向电压的乘积不超越PN结容许的耗散功率，超越了就会由于热量散不出去而使PN结温度上升，直到过热而焚毁，这种现象便是热击穿。所以热击穿和电击穿的概念是不同的。电击穿往往可为人们所运用(如稳压管)，而热击穿则是有必要尽量防止的。
小问题
1) PN结的反向击穿电压是多少?
采纳恰当的掺杂工艺，将硅PN结的雪崩击穿电压可控制在8～1000V。而齐纳击穿电压低于5V。在5～8v之间丽种击穿或许同时发生。
2) 二极管三极管和稳压管是否相同呢?
不相同,BC结的反向击穿电压低的几十伏,高的数百伏,但有一点是相同的,便是NPN管的BE结反向击穿电压都是6V左右,因而NPN管的BE结可当6V稳压管用。
弥补：应该是一切硅资料管(PNP和NPN)的BE结都有反向击穿电压都是6V这特性，运用这特性可辨别管子的C和E脚，用10K档别离测BC和BE的反向电阻，击穿的是BE结。
4 二极管作业原理：二极管PN结的极间电容
PN结的P型和N型两快半导体之间构成一个电容量很小的电容，叫做“极间电容”(如图所示)。由于电容抗随频率的增高而减小。所以，PN结作业于高频时，高频信号简单被极间电容或反应而影响PN结的作业。但在直流或低频下作业时，极间电容对直流和低频的阻抗很大，故一般不会影响PN结的作业功能。PN结的面积越大，极间电容量越大，影响也约大，这便是面触摸型二极管(如整流二极管)和低频三极管不能用于高频作业的原因。
5 二极管作业原理：数字万用表测验二极管好坏
二极管比较简单损坏的元件，其烧坏简单构成线路短路或断路的状况，影响电器正常作业，因而需求把握测验二极管好坏的办法。
关于怎么运用数字万用表，请参阅小编的《数字万用表运用办法》，这儿首要介绍数字万用表测验二极管好坏。
1) 辨别出二极管的正负极，有白线的一端为负极，另一端为正极。
2) 将万用表上的旋钮拨到通断档位，并将红黑表笔插在万用表的正确方位。
3) 将红表笔接二极管正极，黑表笔接负极。然后调查读数，假如满溢(即显现为1)，则二极管已坏。若有读数，则交流表笔，若还有读数而不满溢，则二极管坏。
4) 假如是发光二极管，若二极管正常，则能够看到弱小的亮光，长脚为正极。
6 二极管作业原理：二极管的首要参数
1) 额外正向作业电流
二极管长时间接连作业时答应经过的最大正向电流值。由于电流经过管子时会使管芯发热，温度上升，温度超越容许极限(硅管为140左右，锗管为90左右)时，就会使管芯过热而损坏。所以，二极管运用中不要超越二极管额外正向作业电流值。
2) 最高反向作业电压
加在二极管两头的反向电压高到必定值时，会将管子击穿，失掉单导游电才干。为了确保运用安全，规则了最高反向作业电压值。
3) 反向电流
二极管在规则的温度和最高反向电压效果下，流过二极管的反向电流。反向电流越小，管子的单独导游电功能越好。值得注意的是反向电流与温度有着亲近的联系，大约温度每升高10，反向电流增大一倍。
4) 最高作业频率fM(MC)
二极管能接受的最高频率。经过PN结交流电频率高于此值，二极管接不能正常作业。
5) 最高反向作业电压VRM(V)
二极管长时间正常作业时，所答应的最高反压。若跳过此值，PN结就有被击穿的或许，关于交流电来说，最高反向作业电压也便是二极管的最高作业电压。
6) 最大整流电流IOM(mA)
二极管能长时间正常作业时的最大正向电流。由于电流经过二极管时就要发热，假如正向电流跳过此值，二极管就会有烧坏的风险。所以用二极管整流时，流过二极管的正向电流(既输出直流)不答应超越最大整流电流。
7 二极管作业原理：特别体二极管
1) 稳压二极管
电路符号：与一般二极管的电路符号稍有差异。
原理：又名齐纳二极管，是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器材.在这临界击穿点上，反向电阻下降到一个很小的数值，在这个低阻区中电流添加而电压则坚持安稳
用处：稳压管首要被作为稳压器或电压基准元件运用。稳压二极管能够串联起来以便在较高的电压上运用，经过串联就可取得更高的安稳电压。
2) 发光二极管(LED)
电路符号：在一般二极管电路符号的边上加两个向外发射的箭头。
原理：运用自在电子和空穴复合时能发生光的半导体制成，选用不同的资料，可别离得到红、黄、绿、橙色光和红外光。常用元素周期表中Ⅲ、Ⅴ族元素的化合物，如砷化镓、磷化镓等。制造资料决议光的色彩(光谱的波长)。
特色：通以正向电流发光，光亮度跟着电流的增大而增强，作业电流为几个毫安到几十毫安，典型作业电流为10mA左右。正导游通电压较大。
用处：一般作为电子产品的指示灯
3) 光电二极管
电路符号：在一般二极管电路符号的边上加两个朝向管子的箭头。
原理：一般二极管在反向电压效果时处于截止状况，只能流过弱小的反向电流，光电二极管在规划和制造时尽量使PN结的面积相对较大，以便接纳入射光。光电二极管是在反向电压效果下作业的，没有光照时，反向电流极端弱小，叫暗电流;有光照时，反向电流敏捷增大到几十微安，称为光电流。光的强度越大，反向电流也越大。光的改变引起光电二极管电流改变，这就能够把光信号转换成电信号，成为光电传感器材
特色：无光照时与一般二极管相同具有单导游电性。运用时，光电二极管的PN结应作业在反向偏置状况，在光信号的照射下，反向电流随光照强度的添加而上升(这时的反向电流叫光电流)。光电流也与入射光的波长有关。
用处：用于丈量光照强度、做光电池。
4) 变容二极管
电路符号：在一般二极管电路符号的边上加一个电容符号。
原理：当外加顺向偏压时，有很多电流发生，PN(正负极)结的耗尽区变窄，电容变大，发生分散电容效应;当外加反向偏压时，则会发生过渡电容效应。但因加顺向偏压时会有漏电流的发生，所以在使用上均供应反向偏压。
用处：用于电子调谐、调频、调相和主动控制电路等.
5) 肖特基二极管
电路符号：与一般二极管的电路符号稍有差异。
原理：贵金属(金、银、铝、铂等)A为正极，以N型半导体B为负极，运用二者触摸面上构成的势垒具有整流特性而制成的金属-半导体器材。
特色：为反向康复时间极短(能够小到几纳秒)，正导游通压降仅0.4V左右。
用处：多用作高频、低压、大电流整流二极管、续流二极管、维护二极管，也有用在微波通讯等电路中作整流二极管、小信号检波二极管运用。在通讯电源、变频器等中比较常见。
文章至此，二极管的作业原理就介绍完了。小编还介绍了二极管好坏的丈量办法，后续还将继续更新，介绍二极管电路根本电路等。如需求了解关于二极管的其他常识，欢迎在电子产品国际论坛归纳技能板块留言(小编是该板版主zhuwei0710)，谢谢O(∩_∩)O!
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