二极管简介

添加时间:2007-06-12

　　二极管具有阳极(anode)和阴极(cathode)两个端子（这些用语是来自于真空管），电流只能往单一方向流动。也就是说，电流可以从阳极流向阴极，不能从阴极流向阳极。这种作用就被称之为整流作用。而在真空管内，藉由电极之间'ja:印加'加上的电压让热电子从阴极到达阳极，因而有整流的作用。半导体二极管中，有利用P型和N型两种半导体接合面的PN接合效应，也有利用金属与半导体接合产生的肖特基效应达成整流作用的类型。若是PN接合型的二极管，在P型侧就是阳极，N型侧则是阴极。

二极管的基本运作

这里针对半导体二极管的运作原理，选择基本的PN接合型二极管作为例子，简单地说明其特性。读者若是想寻找真空管二极管的运作原理，请参照真空管的条目。

PN接合二极管是n型半导体和p型半导体互相结合所构成。PN接合区彼此的电子和电洞相互抵销，造成主要载子不足，形成空乏层。在空乏层内N型侧带正电，P型侧带负电，因此内部产生一个静电场，空乏层的两端存在电位差。但是如果让两端的载子再结合的话，两端的电压差则会变成零。

整流动作

二极管的阳极侧施加正电压，阴极侧施加负电压，这样就称为顺向偏压。如此N型半导体被注入电子，P型半导体被注入电洞。这样一来，让主要载子过剩，空乏层缩小、消灭，正负载子在接合部附近结合并消灭。整体来看，电子从阴极流向阳极（电流则是由阳极流向阴极）。在这个领域，电流随著偏压的增加也急遽地增加。伴随著电子与电洞的再结合，两者所带有的能量转变为热（和光）的形式被放出。另，能让顺向电流通过的必要电压被称为顺向压降。

在阳极侧施加负电压，就是逆向偏压。这种情况下，因为N型区域被注入电洞，P型领域被注入电子，两个领域内的主要载子都变为不足。因此结合部位的空乏层变得更大，内部的静电场也更强，扩散电位也跟著变大。这个扩散电位与外部施加的电压互相抵销，让逆向的电流更难以通过。更多的细节请参阅“PN接合”的条目。

而实际的元件虽然处于逆向偏压状态，也会有微小的逆向电流（漏电流、漂移电流）通过。而且当逆向的偏压持续增加，也会发生隧道击穿或雪崩倍增，发生急遽的电流增加。开始产生这种降伏现象的（逆向）电压被称为降伏电压或崩溃电压。超过降伏电压以后，逆向电流急遽增加的领率，就被称为降伏区（崩溃区）。在崩溃区内，电压的变化比电流的小。齐纳二极管就积极地利用这个领域的动作特性，可以作为电压源使用。

二极管的种类

* PN二极管 (PN Diode)
利用半导体中PN接合的整流性质，是最基本的半导体二极管。细节请参照PN接合的条目。

* 萧特基二极管 (Schottky Barrier Diode)
利用金属和半导体二者的接合面的'萧基特效应'的整流作用。由于顺向的电压降较低，导通回复时间也短，适合用于高频率的整流。一般而言漏电流较多，突波耐受度较低。也有针对此缺点做改善的品种推出。

* 定电压二极管 (Reference Diode)（齐纳二极管(Zener Diode))
被施加反方向电压的场合，超过特定电压时发生Zener降伏，与电流大小无关，得到一定的电压之性质。利用此性质作成的元件。被用于作为电压的基准。藉由添加不纯物的种类、浓度，决定降伏电压（破坏电压）。另外，顺方向的特性与一般的二极管相同。

* 定电流二极管（CRD, Current Regulative Diode)
被施加顺方向电压的场合，无论电压多少，可以得到一定的电流的元件。通常的电流容量在1~15mA的范围。虽然被称为二极管，但是构造、动作原理都与接合型电场效应晶体管相似。

* 隧效应二极管 (tunnel diode)、江崎二极管(Esaki diode)、透纳二极管
是利用量子穿隧效应的作用，会出现顺向电压增加时流通的电流量反而减少的“负电阻”的现象。1957年由日本人江崎玲于奈发明。藉由调整不纯物的浓度、在顺向施加与Zener breakdown 电压相等的偏压。

* 交流二极管（DIAC）、突波保护二极管
如果施加超过规定电压（brak over电压，VBO）的电压，会开始导通使得端子之间的电压降低的双方向元件。使用于电路的突波保护上。另，虽被称为二极管，实际的构造、动作原理都应归类为三极管(thyristor)的复杂分类中。

* 变容二极管（variable capacitance diode、varactor diode）
施加逆向电压的场合，二极管PN接合的空乏层厚度会变化，利用静电容量（接合容量）的变化的可变容量蓄电器。没有机械零件所以可靠度高，广泛应用于VCO或可变电压滤波器，也是电视接收器和移动电话不可缺少的零件。

* PIN二极管(p-intrinsic-n Diode)
PN之间一层高电阻的半导体层，使少数载子的积蓄效果增加，逆回复时间也较长。利用顺向偏压时高频率讯号较容易通过的性质，用于天线的频带切换以及高频率开关。

* 雷射二极管 (laser diode)
当LED产生的光是带宽极窄的同调光（coherent light）时，则称为雷射二极管。

* 光电二极管 (photo diode)
光线射入PN接合，P领域的电洞、N领域的电子集合，产生电压（光电效应）。藉由测量此电压或电流，可作为光感应器使用。有PN、PIN、萧特基、APD等类型。太阳电池也是利用此种效应。

* 非线性电阻器ja:バリスタ
若超过一定电压，电阻就会降低。是保护电路受到突波电压伤害的双向元件。由二氧化铅的烧结体颗粒制成，当作非线性电阻使用。

* 二极真空管
参照真空管。

* 气体放电管整流器
针状电极和平板电极相向接近尖端放电。若把针状电极当做负极，比较低的电压就会开始放电。利用这样的性质来做当作整流器。

* 点接触二极管
用钨之类的金属针状电极与N型半导体的表面接触。此构造的特征是寄生电容非常小。采用于锗质二极管和Gunn二极管。矿石检波器也是一种点接触二极管。

* 发光二极管 (Light Emitting Diode. LED)
* Gunn diode
应用于低功率微波振荡器。

[«]返回

在线帮助 | 技术文档 | 行业新闻 | 站内新闻 | 联系我们