什么是二极管？二极管的工作原理

什么是二极管？

二极管是一种由半导体材料制成的电子器件，具有两个电极，分别称为阳极（正极）和阴极（负极）。二极管的核心部分是由P型半导体和N型半导体形成的PN结。在这个PN结中，P区引出的电极称为阳极，N区引出的电极称为阴极。

二极管具有单向导电性，即给二极管两极间加上正向电压时，二极管导通，电流可以从阳极流向阴极；而加上反向电压时，二极管截止，电流几乎无法通过。这种导通和截止的状态，相当于开关的接通与断开，因此二极管可以用作电子开关。

二极管是最早诞生的半导体器件之一，其应用非常广泛。在各种电子电路中，利用二极管和电阻、电容、电感等元器件进行合理的连接，可以构成不同功能的电路，实现对交流电整流、对调制信号检波、限幅和钳位以及对电源电压的稳压等多种功能。

二极管按照所用的半导体材料，可分为硅二极管和锗二极管。根据用途的不同，二极管还可区分为检波二极管、整流二极管、稳压二极管、开关二极管、隔离二极管、肖特基二极管、发光二极管、硅功率开关二极管、旋转二极管等。此外，还有用于特殊目的的二极管，如温度传感器、红外传感器、光传感器等。

二极管的工作原理

PN结二极管是通过将N型半导体和P型半导体组合在一起以及分别附接到P型和N型半导体材料上的端子而制成的。二极管的结构构成了晶体管的基础，这两个组件的工作原理保持相同。阳极端子连接至 P 型材料，阴极端子连接至 N 型材料。对半导体稍有接触的人都知道，P型半导体以空穴为多数载流子，电子为少数载流子。另一方面，N型半导体通常意味着它具有电子作为多数载流子和空穴作为少数载流子。

对于 PN 结二极管，P 型和 N 型半导体组合在一起。这两种材料结合的点称为接合点。来自靠近结的 N 型材料的电子和来自 P 型材料的空穴将由于相反的电荷而相互吸引。因此，来自 P 型材料的空穴扩散到 N 型材料中，并且来自 N 型区域的电子移动到 P 型区域中，形成结周围的区域。扩散持续到扩散到N型区域的空穴开始对抗空穴从P型区域的进一步扩散。同样的情况也发生在 P 型区域，其中扩散的电子阻止电子从 N 型区域进一步移动。

结/耗尽区中的电子和空穴充当进一步离子运动的屏障。这也表明该区域中自由移动的空穴和电子已耗尽。这导致了耗尽区的名称。正如您所看到的，这个耗尽区域的正电荷和负电荷彼此接近。这使得硅二极管在耗尽区产生约 0.7V 的电势。锗二极管为 0.3v。

二极管的应用电路

二极管是一种多功能电子器件，广泛应用于电子电路中。我列出了二极管在电路功能中发挥至关重要作用的最重要和最广泛使用的领域。

二极管是整流器的主要元件。整流器的功能是将输入的 交流信号转换为直流信号 。半波、全波和桥式整流器是整流器的三种重要类型。然而，其中桥式整流器被广泛使用，因为它比其他类型具有优势。

上图所示为桥式整流电路。它使用 4 个彼此背对背连接的二极管。它广泛用于电源，将输入的交流信号转换为直流信号。在所有的整流器中，桥式整流器被证明比其他整流器有更多的优势，所以我们将在这里看看它的工作原理。该电路的工作始于交流电源，该电源进入降压变压器，将高压交流信号转换为低压交流信号。然后，降压后的交流信号通过桥式配置的二极管 D1、D2、D3 和 D4。

这就是这里发生的情况，交流信号由正半周期和负周期组成。在正半周期期间，二极管 D1 由于正向偏置而导通电流，流经负载电阻 R，并通过二极管 D2 返回交流电源的负极端子。同样，当交流信号的负半周通过桥式整流器时，电流流经二极管 D4 和负载电阻 R。然后流经二极管 D3，返回电源正极。由此产生的输出信号如上所示。为了进一步转换这个纯直流信号，使用了平滑电容器。电容器的作用是平滑该输出信号，使输出成为稳定的直流信号。

如何在电路中连接二极管？

二极管会阻止或允许电流流动，具体取决于您在电路中的连接方式。下面您可以看到一个示例电路。

在上面的电路中，二极管的连接方向正确。这意味着电流可以流过它，从而使发光二极管 (LED)发光。

但如果我们以相反的方式连接会发生什么呢？

在第二个电路中，二极管的连接方式错误。这意味着电路中不会有电流流动，LED 将关闭。