二極管的裝置和工作原理

二極管是當今任何電子設備印刷電路板上最簡單的半導體器件。根據內部結構和技術特點，二極管分為幾種類型：通用型、整流型、脈衝型、齊納二極管、隧道二極管和變容二極管。它們用於整流、限壓、檢測、調製等。 — 取決於使用它們的設備的用途。

整流二極管

二極管的基極是 p-n結由具有兩種不同導電類型的半導體材料形成。兩條導線連接到稱為陰極（負電極）和陽極（正電極）的二極管晶體。陽極側有p型半導體區，陰極側有n型半導體區。這種二極管器件賦予它一種獨特的特性——電流僅沿一個（正向）方向流動，即從陽極流向陰極。相反，正常工作的二極管不傳導電流。

二極管的裝置和工作原理

在陽極區（p 型）中，主要電荷載流子是帶正電的空穴，在陰極區（n 型）中，主要電荷載流子是帶負電的電子。二極管引線是導線焊接到的接觸金屬表面。

當二極管正向傳導電流時，表示它處於開路狀態。如果電流不通過 p-n 結，則二極管關閉。因此，二極管可以處於兩種穩定狀態之一：打開或關閉。

通過在直流電壓源電路中連接二極管，陽極連接到正極端子，陰極連接到負極端子，我們獲得了 pn 結的正向偏置。如果源電壓足夠（矽二極管 0.7 伏就足夠了），則二極管將打開並開始傳導電流。該電流的大小將取決於所施加電壓的大小和二極管的內阻。

導通狀態的二極管

為什麼二極管進入導通狀態？因為在二極管正確導通的情況下，來自 n 區的電子在源的 EMF 的作用下沖向其正極，從 p 區沖向空穴，空穴現在移動至負極的來源，電子。

此時，在區域邊界（在 p-n 結本身）處，電子和空穴重新結合，它們相互吸收。並且源被迫不斷地向 p-n 結區域提供新的電子和空穴，從而增加它們的濃度。

二極管處於關閉狀態

但是，如果二極管接反，陰極連接到電源的正極端子，陽極連接到負極端子呢？空穴和電子從結點向不同的方向（朝向端子）散射，並且電荷載流子耗盡的區域（勢壘）出現在結點附近。大多數載流子（電子和空穴）引起的電流根本不會發生。

但是二極管晶體並不完美；除了主要電荷載流子之外，它還包含次要電荷載流子，這將產生非常微不足道的二極管反向電流（以微安為單位）。但處於這種狀態的二極管是閉合的，因為它的 p-n 結是反向偏置的。

二極管從關閉狀態切換到打開狀態的電壓稱為二極管正向電壓（參見 - 二極管基本參數)，本質上是p-n結兩端的電壓降。二極管對正向電流的阻值不是恆定的，它取決於流過二極管的電流大小，約為幾歐姆。二極管關斷時的反極性電壓稱為二極管反向電壓。在這種情況下，二極管的反向電阻以數千歐姆為單位進行測量。

顯然，當施加到二極管的電壓極性發生變化時，二極管可以從開路狀態切換到閉合狀態，反之亦然。整流器的操作基於二極管的這一特性。因此，在正弦交流電路中，二極管僅在正半波期間導通電流，而在負半波期間被阻斷。