二極體是啥你都不知道？還當什麼電子工程師！這篇文章終於滿足了我的好奇心（PN結原理篇）

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各位小夥伴們，大家好！我是小馬哥。昨天和幾個朋友一起吃飯，聊天過程中說到了二極體，旁邊一妹子突然來了一句，二極體是啥，在做的幾位頓時語噻，支支吾吾：燈泡？LED？發光管？反正傻傻說不清楚，其中還有一位是學電子的，說起二極體，大家都想起這個吧。

發光二極體在我們生活中是比較常見的，比如說：商業的走字燈，交通燈，LED屏幕，LED燈泡等等。二極體是一種用鍺或者矽半導體材料做成的，半導體材料導電性能在常溫下介於導體和絕緣體之間，一百多年前就有這個東西了，是半導體器件家族中的元老了。

發光二極體只是二極體其中之一，還有許多不同用途的二極體：整流二極體、穩壓二極體、光電二極體、開關二極體等。整流二極體在我們生活中比較常見，都用在交流轉直流的電路中：手機充電器，電腦充電器，電動車充電器等等。

上面說到的那些二極體它們都有一個共同的性能，單向導電性，就是說電流只能從二極體的陽極進去，負極出去，反過來就不行了。為什麼呢？二極體中有個叫PN結的東西，就是它阻止了電流逆流。接下來小馬哥就給小夥伴們講講PN 結。

自然界中的物質，按照不同的導電性能分為了導體、半導體和絕緣體，半導體材料導電性能介於導體和絕緣體之間。

常用的半導體材料有四價矽和鍺（zhě）。什麼是四價啊，就是最外層有四個電子。純淨的半導體又稱為本徵半導體，其導電能力較差，不能直接用來製造半導體器件，在本徵半導體一邊中用擴散工藝摻入三價元素（硼），另一邊摻入五價元素（磷），就是把原來少量的矽原子或者鍺原子替代了。

三價元素（硼），最外層只有三個電子，然而矽和鍺有外層有四個電子，少了一個怎麼辦呀？那就形成了空穴，這個就是P型半導體。於是，P型半導體就成為了含空穴濃度較高的半導體。

五價元素（磷）有五個電子，多一個怎麼辦？多出的一個電子幾乎不受束縛，它就自由了，叫它自由電子，這個就是N型半導體。於是，N型半導體就成為了含電子濃度較高的半導體。

P型半導體和N型半導體結合後，P區內空穴和N區內自由電子多稱為多子，P區內自由電子和N區內空穴幾乎為零稱為少子，在它們的交界處就出現了自由電子和空穴的濃度差。

由於P區的空穴濃度比N區高，空穴就往N區擴散，而N區的自由電子濃度比P區高，自由電子往P區擴散，就像一滴墨水滴在清水中，墨水本身濃度高，就往周圍擴散，這就是擴散運動，P區的空穴和N區的自由電子就可能相遇，然後複合。什麼是複合啊，把空穴比作房子，房子裡面要住人啊，這時候自由電子就比作人了，然後他們就結合成一體了。

P區和N區裡面的雜質離子不能任意移動，為啥呀？因為雜質離子被周圍的矽原子或者鍺原子束縛了。在P和N區交界面附近，形成了一個很薄的空間電荷區，在這個區域內，多子已擴散到對方並複合掉了，或者說消耗殆盡了。P區和N區裡面的雜質離子相互作用，N區雜質離子帶正電荷，P區雜質離子帶負電荷，在空間電荷區形成了內電場，擴散運動的進行使空間電荷區變寬，內電場也變強了。

這個內電場一方面阻止了擴散運動的進行，擴散就不容易進行下去；另一方面使空穴（少子）從N區往P區漂移，自由電子從P區往N區漂移，這個漂移可不是汽車漂移，是受N區高電勢，P區低電勢的內電場影響產生漂移，叫做少子漂移。

慢慢的空間電荷區就穩定了。總結來說多子運動叫做擴散運動，少子運動就是漂移運動，當兩種運動達到動態平衡就產生了PN結。在PN結加上相應的電級引線和管殼，就構成了半導體二極體。由P區引出的電極成為了正極，由N區引出的電極成為了負極。

當PN結加正嚮導通電壓就是把P區引腳加電源正極，N區引腳連接電源負極。電流方向由P區流向N區和PN 結內部的內電場相反，當電壓大於內電場電壓時，外部的電源抵消了其內電場。

內電場抵消了，有利於擴散運動的進行，空間電荷區慢慢變成了P區和N區，當空間電荷區越來越薄，直到最薄的時候這時候會形成一個擴散電流，這時候二極體也就導通了，這時候的電壓稱為導通電壓。

反之把P區引腳加電源負極，N區引腳連接電源正極，這時候電流流動的方向和內電場的方向相同，增強了內電場使得空間電荷區變寬，空穴會被拉向P區的方向，電子會被拉向N區的方向，從而阻止了擴散運動，形成了反向漏電流，由於電流非常小，這就是截止狀態。

反向電壓增大到一定程度時，反向電流將突然增大。如果外電路不能限制電流，則電流會大到將PN結燒毀，這時候的電壓成為擊穿電壓，這時候二極體就沒用了。

二極體加正向偏置電壓，死區OA區，由於正向電壓比較小，二極體不導通，幾乎沒有電流，呈高阻狀態，此時二極體兩端的電壓為死區電壓，矽二極體為0.5V（鍺管為0.1v），當正向電壓高於一定的數值後，二極體中的電流隨著電壓的升高而增大，二極體導通，這時候的電壓稱為導通電壓，也叫門檻電壓。

矽管導通電壓為0.6V（鍺管為0.2v），導通時二極體兩端的電壓保持不變，矽管0.7V（鍺管為0.3v），這時候稱為正向壓降。

當電子與空穴複合時能輻射出可見光，PN結摻雜不同的化合物發出的光也不同，比如說鎵（Ga）、砷（As）、磷（P）、氮（N）等。然後加上引腳，用環氧樹脂封裝起來，通上正向電壓發光二極體就這樣發光了。

穩壓二極體利用了二極體反向擊穿的特性，穩壓二極體都是串聯在電路中，當穩壓二極體被擊穿，儘管電流在很大的範圍內變化，而二極體兩端的電壓卻基本上穩定在擊穿電壓上下。

在接二極體還要注意正負極，一般看外觀來說，長引腳為正極，短引腳為負極，有些二極體的表面會有圖形符號用萬用表也可以測，把萬用表調到二極體檔，紅黑表筆分別接二極體的兩端，若此時萬用表的讀數小於1，紅表筆接二極體的正極，黑表筆接二極體的負極。若讀數為「1」，則黑表筆一端為正極。

好了二極體PN結介紹完了，由於篇幅有限，至於二極體為什麼會發出不同顏色的光，還能不停的閃來閃去等等咱們下一期在介紹，小夥伴們還想了解哪方面的，在下方留言，小馬哥盡最大的力給大家介紹。