半導體二極管廣泛應用於電氣工程和電子領域。憑藉低成本和良好的功率尺寸比，它迅速取代了類似用途的真空設備。
內容
半導體二極管的結構和工作原理
半導體二極管由兩個由半導體（矽、鍺等）製成的區域（層）組成。一個區域有過量的自由電子（n 型半導體），另一個區域有短缺（p 型半導體）——這是通過摻雜基材來實現的。在它們之間有一個小尺寸區域，其中來自 n 側的過量自由電子“關閉”了來自 p 側的空穴（由於擴散而發生復合），並且在該區域中沒有自由電荷載流子。當施加直流電壓時，複合區小，其電阻小，二極管沿此方向傳導電流。當施加反向電壓時，無載流子麵積會增加，二極管電阻會增加。沒有電流會流向這個方向。
電路中的類型、分類和圖形
通常，電路中的二極管用指示電流方向的程式化箭頭表示。設備的傳統圖形描述 (CSD) 包含兩條引線 - 陽極和陰極在直接連接中分別連接到電路的正極和負極。
這種兩極半導體器件有很多種，根據其用途，CSD 可能略有不同。
穩壓管（齊納二極管）
穩定器是一種半導體器件它在雪崩擊穿區以反向電壓工作。在該區域內，齊納二極管電壓在通過器件的寬電流範圍內保持穩定。此屬性用於穩定負載兩端的電壓。
穩定器
穩定器可以很好地穩定 2 V 及以上的電壓。為了獲得低於此限制的恆定電壓，使用了穩定器。通過摻雜製造這些器件的材料（矽、硒），可以實現直線特性的最高垂直度。這是穩定器工作的模式，在正向電壓的伏安特性的直接分支上產生 0.5...2 V 範圍內的參考電壓。
肖特基二極管
肖特基二極管基於半導體金屬電路，沒有公共結點。這導致了兩個重要的屬性：
- 降低正向壓降（約 0.2 V）；
- 由於較低的固有電容，更高的工作頻率。
缺點包括增加的反向電流和對反向電壓電平的耐受性降低。
變量調壓器
每個二極管都有一個電容。兩個體積電荷（p 和 n 半導體區域）用作電容器的覆蓋層，鎖定層是電介質。當施加反向電壓時，該層膨脹並且電容減小。這個特性是所有二極管固有的，但在變容二極管中，電容是標準化的，並且在給定的電壓限制下是已知的。這允許這樣的設備被用作 可變容量電容器 並用於通過提供不同水平的反向電壓來調整或微調電路。
隧道二極管
這些器件在特性的正向部分有一個偏轉，其中電壓的增加會導致電流的減少。在該區域，差分電阻為負值。該特性允許隧道二極管用作弱信號的放大器和頻率高於 30 GHz 的振盪器。
發電機
dynistor，即二極管晶閘管，具有p-n-p-n結構和S形波形，直到施加的電壓達到閾值電平才導通電流。之後，它打開並像普通二極管一樣工作，直到電流低於保持水平。 Dinistor 在電力電子中用作開關。
光電二極管
光電二極管在外殼中製成，可見光可以進入晶體。當照射 p-n 結時，會在其中產生 EMF。這使得可以將光電二極管用作電流源（作為太陽能電池的一部分）或用作光傳感器。
發光二極管
光電二極管的主要特性是當電流流過 p-n 結時它可以發光。這種輝光與加熱強度無關，如在白熾燈中，因此該設備是經濟的。有時使用過渡的直接輝光，但更多時候用作熒光粉點火引髮劑。這使得獲得以前無法獲得的 LED 顏色成為可能，例如藍色和白色。
岡恩二極管
儘管江恩二極管具有通常的傳統圖形名稱，但它並不是完全意義上的二極管。這是因為它沒有 p-n 結。該裝置由金屬基板上的砷化鎵板組成。
不涉及過程的細微之處：當在設備中施加一定值的電場時，會產生電振盪，其周期取決於半導體板的尺寸（但在一定範圍內，頻率可以通過以下方式校正外部因素）。
江恩二極管用作頻率為 1 GHz 或更高的振盪器。該器件的優點是頻率穩定性高，缺點是電振盪幅度小。
磁二極管
傳統二極管受外部磁場影響較弱。磁二極管有一個特殊的設計，可以增加對這種影響的敏感度。它們是使用具有擴展底座的 p-i-n 技術製造的。在磁場的影響下，器件的正向電阻增加，這可用於製造非接觸式開關元件、磁場傳感器等。
激光二極管
激光二極管的工作原理是基於電子-空穴對在復合過程中在特定條件下發射單色和相干可見輻射的特性。創造這些條件的方式不同；用戶只需要知道二極管發出的波長及其功率即可。
雪崩跨越二極管。
這些設備用於微波應用。在雪崩擊穿模式的某些條件下，二極管特性上會出現一段帶有負差分電阻的部分。 LPD 的這一特性允許它們用作發生器，工作波長可達毫米範圍。有可能獲得不少於 1 W 的功率。在較低頻率下，從這種二極管中去除的功率高達幾千瓦。
PIN二極管
這些二極管採用 p-i-n 技術製造。在半導體的摻雜層之間是一層未摻雜的材料。由於這個原因，二極管的整流器性能變差（由於 p 區和 n 區之間沒有直接接觸，在反向電壓下複合減少）。但由於體電荷區的分離，寄生電容變得非常小，在閉合狀態下幾乎消除了高頻信號洩漏，在高頻和超高頻下可以使用pin二極管作為開關元件。
二極管的主要特性及參數
半導體二極管的主要特性（高度專業化的除外）有：
- 最大允許反向電壓（直流和脈衝）；
- 限制工作頻率；
- 正向壓降；
- 工作溫度範圍。
以二極管的 CVC 為例，最好考慮其他重要特性 - 所以更清楚。
半導體二極管的伏安特性
半導體二極管的伏安特性由正向支路和反向支路組成。它們位於象限 I 和 III，因為通過二極管的電流和電壓方向總是一致的。從伏安特性可以確定一些參數，也可以直觀地看到設備特性的影響。
電導閾值電壓
如果將直流電壓施加到二極管並開始增加它，起初什麼都不會發生 - 電流不會增加。但是在某個值時，二極管會打開，電流會根據電壓而增加。該電壓稱為電導閾值電壓，並在 VAC 上標記為 U 閾值。這取決於製造二極管的材料。對於最常見的半導體，此參數為：
- 矽 - 0.6-0.8 V;
- 鍺 - 0.2-0.3 V;
- 砷化鎵 - 1.5 V。
鍺半導體在低壓下開路的特性用於低壓電路和其他情況。
直接開啟時通過二極管的最大電流
二極管打開後，其電流隨著正向電壓的增加而增加。對於理想二極管，該圖趨於無窮大。實際上，該參數受半導體散熱能力的限制。當達到一定限度時，二極管會過熱而失效。為避免這種情況，製造商指定了最高允許電流（BAC 上的 Imax）。大致可以由二極管及其外殼的大小來確定。按降序排列：
- 最高電流由金屬外殼中的設備保持；
- 塑料外殼設計用於平均功率；
- 玻璃外殼中的二極管用於低電流電路。
金屬器件可以安裝在散熱器上——這會增加功耗。
反向漏電流
如果對二極管施加反向電壓，則低靈敏度電流表將不顯示任何內容。事實上，只有完美的二極管不會洩漏任何電流。一個真實的設備會有電流，但它很小，稱為反向漏電流（在 VAC 上，Iobr）。它是幾十微安或十分之一毫安，比正向電流小得多。您可以在參考書中找到它。
擊穿電壓
在一定的反向電壓值下，電流急劇增加，稱為擊穿。它具有隧道或雪崩特性並且是可逆的。該模式用於穩定電壓（雪崩模式）或產生脈衝（隧道模式）。隨著電壓進一步增加，擊穿變成熱擊穿。這種模式是不可逆的，二極管會失效。
pn結的寄生電容
已經提到p-n結有 電容.如果在變容二極管中這個屬性是有用的並且被使用，那麼在普通二極管中它可能是有害的。雖然 電容是單位的順序 或幾十 pF 並且在 DC 或低頻時不明顯，它的影響隨著頻率的增加而增加。 RF 的幾皮法將為寄生信號洩漏產生足夠低的電阻，增加現有電容並改變電路參數，並與引線或印刷導體的電感一起形成具有寄生諧振的電路。因此，在高頻器件的製造中採取了降低結電容的措施。
二極管標籤
金屬二極管以最簡單的方式標記。在大多數情況下，它們都標有設備名稱及其引腳。塑料外殼中的二極管在陰極側標有環形標記。但不能保證製造商嚴格遵守這個規則，所以最好查閱參考書。更好的是，用萬用表測試設備。
國產小功率穩壓器和其他一些設備可能在外殼的相對兩側有兩個不同顏色的圓環或圓點。要確定這種二極管的類型及其引腳，您必須參考參考書或在 Internet 上查找在線標記標識符。
二極管的應用
儘管結構簡單，半導體二極管仍廣泛用於電子產品：
- 用於整改 交流電壓.該流派的經典之作——利用 p-n 結的特性在一個方向上傳導電流。
- 二極管檢測器。這使用了 I-V 曲線的非線性，它允許從信號中分離諧波，其中必要的諧波可以通過濾波器隔離。
- 兩個反向並聯的二極管用作強大信號的限制器，這可能會使敏感無線電接收器的後續輸入級過載。
- 可以包括穩定器作為火花保護元件，以防止高壓脈衝進入安裝在危險區域的傳感器電路。
- 二極管可以用作高頻電路中的開關器件。它們以直流電壓打開並允許射頻信號通過（或不通過）。
- 由於在特性的直接分支中存在具有負電阻的部分，參量二極管用作微波範圍內的微弱信號的放大器。
- 二極管用於構建在發射或接收設備中運行的混頻器。他們混合 外差信號 用高頻（或低頻）信號進行後續處理。這裡也使用了 IAC 的非線性。
- 非線性特性允許將 UHF 二極管用作倍頻器。當信號通過倍增二極管時，會釋放高次諧波。這些可以通過過濾進一步隔離。
- 二極管用作諧振電路的調諧元件。這利用了 p-n 結處存在的可控電容。
- 某些類型的二極管用作微波範圍內的振盪器。這些主要是隧道二極管和江恩效應器件。
這只是對具有兩條引線的半導體器件功能的簡要描述。通過對二極管特性和特性的深入研究，可以解決電子設備設計人員面臨的許多挑戰。
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