僅此一文,看懂二極體的所有基礎知識點

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，稱為二極體，英文是「Diode」，是現代電子產業的基石。

早期的二極體包含「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」發明了世界上第一隻電子二極體——真空電子二極體。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。早期電子二極體存在體積大、需預熱、功耗大、易破碎等問題，促使了晶體二極體的發明。

又稱半導體二極體。1947年，美國人發明。在半導體二極體內部有一個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。現今最普遍的二極體大多是使用半導體材料如矽或鍺。

晶體二極體的核心是PN結，關於PN結首先要了解三個概念。

 

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。

當外加電壓等於零時，由於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於電平衡狀態，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體。

當外加電壓方向由P極指向N極時，導通。

晶體二極體可按材料不同和PN結結構不同，進行分類。

點接觸型二極體是在鍺或矽材料的單晶片上壓觸一根金屬針後，再通過電流法而形成的。

其PN結的靜電容量小，適用於高頻電路。因為構造簡單，所以價格便宜。對於小信號的檢波、整流、調製、混頻和限幅等一般用途而言，它是應用範圍較廣的類型。與面結型相比較，點接觸型二極體正向特性和反向特性都差，因此不能使用於大電流和整流。

製作工藝：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。加上電壓後，細鋁絲在接觸點處融化並滲入融化部分的中。這樣，接觸點實際上是P型半導體，並附著在N型半導體上形成PN結。

面接觸型二極體的「PN結」面積較大，允許通過較大的電流(幾安到幾十安)，主要用於把交流電變換成直流電的「整流」電路中。面接觸型晶體二極體比較適用於大電流開關。

平面型二極體

平面型二極體是一種特製的矽二極體，得名於半導體表面被製作得平整。最初，對於被使用的半導體材料是採用外延法形成的，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型矽單晶片)上，擴散P型雜質，利用矽片表面氧化膜的屏蔽作用，在N型矽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，多用於開關、脈衝及高頻電路中。

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

大部分二極體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，多採用矽材料，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。

檢波二極體是用於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體，除用於檢波外，還能夠用於限幅、削波、調製、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隻二極體組合件。

多採用玻璃封裝或陶瓷外殼封裝，以獲得良好的高頻特性。

關二極體是半導體二極體的一種，是為在電路上進行「開」、「關」而特殊設計製造的一類二極體。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體短。

開關二極體的勢壘電容一般極小，這就相當於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。

開關二極體從截止(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於開通時間，故在開關二極體的使用參數上只給出反向恢復時間。開關二極體的開關速度是相當快的，像矽開關二極體的反向恢復時間只有幾納秒，即使是鍺開關二極體，也不過幾百納秒。

開關二極體具有開關速度快、體積小、壽命長、可靠性高等特點，廣泛應用於電子設備的開關電路、檢波電路、高頻和脈衝整流電路及自動控制電路中。

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

穩壓二極體的伏安特性曲線的正向特性和普通二極體差不多，反向特性是在反向電壓低於反向擊穿電壓時，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。

變容二極體(Varactor Diodes)又稱"可變電抗二極體"。材料多為矽或砷化鎵單晶，並採用外延工藝技術。

它一種利用PN結電容(勢壘電容)與其反向偏置電壓Vr的依賴關係及原理製成的二極體，其結構圖如下。

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

變容二極體屬於反偏壓二極體，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係是非線性的。

變容二極體的電容值與反向偏壓值的關係圖解：

• 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。

發光二極體簡稱為LED。由含鎵(Ga)、砷(As)、磷(P)、氮(N)等的化合物製成。

當電子與空穴複合時能輻射出可見光，因而可以用來製成發光二極體。砷化鎵二極體發紅光，磷化鎵二極體發綠光，碳化矽二極體發黃光，氮化鎵二極體發藍光。因化學性質又分有機發光二極體OLED和無機發光二極體LED。

阻尼二極體類似於高頻、高壓整流二極體，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。

阻尼二極體主要用在電視機中，作為阻尼二極體、升壓整流二極體或大電流開關二極體使用。

整流橋堆(半橋、全橋)：

高壓矽堆(多個矽二極體串聯)：