硬件设计:元器件--二极管

参考资料：三分钟看懂二极管的所有基础知识点

二极管的工作原理简要介绍

 

　　电子元件家族当中，有一种只允许电流由单一方向流过，具有两个电极的元件，称为二极管(Diode)。1904年，英国物理学家弗莱明根据“爱迪生效应”发明了世界上第一只电子二极管(真空电子二极管)，它是依靠阴极受热发射电子到阳极实现导通；1947年，美国人发现了半导体二极管，这种电子器件按照外加电压的方向，具备单向电流的传导性。

 

一、P型半导体、N型半导体、PN结介绍

　　P型半导体：也称为空穴型半导体。如果某一类型半导体的导电性主要依靠价带中的空穴，则该类型的半导体就称为P型半导体。在这类半导体中，参与导电的主要是带正电的空穴，这些空穴主要来自于半导体中的受主，要产生较多的空穴浓度就需要依赖掺杂或缺陷，在纯净的硅晶体(本征半导体)中掺入三价元素(如硼)，形成P型半导体。

　　N型半导体：也称为电子型半导体。N型半导体即自由电子浓度远大于空穴浓度的杂质半导体。在这类半导体中，参与导电的主要是带负电的电子，这些电子来自半导体中的施主。在纯净的硅晶体(本征半导体)中掺入五价元素(如砷)，形成N型半导体。

　　PN结：是由P型半导体和N型半导体组成的半导体交接界面。当P型半导体和N型半导体相结合，两者的中间由于电子和空穴的浓度不同，产生扩散现象。当扩散现象进行到一定程度，两者交界处会由于电荷的中和形成内建电场，而内建电场的作用又会使得P型半导体当中的空穴和N型半导体中的电子产生漂移现象，也就是由于内建电场的作用，空穴和电子产生与扩散现象相反的方向的流动。　

　　对PN结而言，加正向电压，也就是相当于P端接电源正极。显然，此时外加电压与内建电场的场强方向是相反的。这便加剧了空穴和电子的扩散运动，而减少了漂移运动。由于P区的空穴量，远多于电子数量，而N区的电子数量远多于空穴量，所以扩散运动可以变得比较强，在外也就表现为正向导通特性。而PN结所加反向电压时，其内建电场便会因为外部电源的存在而得到加强，内建电场使得扩散作用受到阻碍，同时也使得漂移现象得到加强，漂移现象的加强，又使得内建电场的宽度得到增加。由于漂移运动是P区的电子和N区的空穴相互运动所产生的，其余数目过少，因而表现出很小的电流导通性。

二、二极管的主要性能参数

　　I_dm--最大整流电流

　　二极管连续工作允许通过的最大正向电流，电流过大，二极管会因过热烧毁，大电流整流可加装散热片。

　　U_rm--最大反向电压

　　U_rm一般小于反向击穿电压，选规格以U_rm为准，并留有余量，过电压易损坏二极管。

　　I_s--反向饱和电流

　　二极管外加反向电压时的电流值。I_s反向击穿前很小，变化也很小。I_s会随温度的升高而升高，一般地，常温下硅管I_s<1uA，锗管I_s=30~300uA。

　　F_m--最高工作频率

　　二极管能保持良好工作特性的最高工作频率。