半導體二極管廣泛應用於電氣工程和電子領域。憑藉其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
半導體二極管的器件和工作原理
半導體二極管由兩個由半導體（矽、鍺等）製成的區域（層）組成。一個區域具有過量的自由電子（n 型半導體），而另一個區域則存在不足（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區域，其中來自 n 位的過量自由電子“關閉”了來自 p 位的空穴（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。當施加正向電壓時，複合區小，其電阻小，二極管沿該方向傳導電流。隨著反向電壓，無載流子區會增加，二極管的電阻會增加。沒有電流會流向這個方向。
電氣圖的類型、分類和圖形名稱
在一般情況下，圖中的二極管表示為指示電流方向的程式化箭頭。設備的條件圖形圖像（UGO）包含兩個結論—— 陽極和陰極，它們直接連接到電路的正極和負極。
這種雙極型半導體器件種類繁多，根據用途的不同，UGO 可能略有不同。
齊納二極管（齊納二極管）
齊納二極管是一種半導體器件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
齊納二極管可以很好地穩定 2 V 及以上的電壓。穩定器用於獲得低於此限制的恆定電壓。對製造這些器件的材料（矽、硒）進行摻雜可實現特性直接分支的最大垂直度。在這種模式下，穩壓器工作，在正向電壓下的電流-電壓特性的直接支路上給出 0.5 ... 2 V 範圍內的示例電壓。
肖特基二極管
肖特基二極管是根據半導體金屬方案構建的，沒有傳統的結。因此，獲得了兩個重要的屬性：
- 降低正向壓降（約 0.2 V）；
- 由於自電容降低，工作頻率增加。
缺點包括反向電流值增加和對反向電壓水平的耐受性降低。
變量調壓器
每個二極管都有一個電容。電容器的極板是兩個空間電荷（半導體的 p 區和 n 區），勢壘層是電介質。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，但對於變容二極管，電容是歸一化的，並且對於給定的電壓限制是已知的。這使得使用這樣的設備成為可能 可變電容器 並適用於通過提供各種級別的反向電壓來調整或微調電路。
隧道二極管
這些器件在特性的直線部分具有偏轉，其中電壓的增加導致電流的減少。在該區域，差分電阻為負值。這一特性使得可以將隧道二極管用作頻率高於 30 GHz 的弱信號放大器和發生器。
恐龍
Dinistor - 二極管晶閘管 - 具有 p-n-p-n 結構和 S 形 CVC，直到施加的電壓達到閾值電平才導通電流。之後，它會打開並像普通二極管一樣工作，直到電流降至保持水平以下。 Dinistor 在電力電子中用作鍵。
光電二極管
光電二極管採用封裝製成，可見光可進入晶體。當輻照 p-n 結時，其中會產生電動勢。這允許您將光電二極管用作電流源（作為太陽能電池板的一部分）或用作光傳感器。
發光二極管
LED 的主要特性是當電流通過 p-n 結時發光的能力。這種輝光與加熱強度無關，就像白熾燈一樣，因此該設備是經濟的。有時使用過渡的直接輝光，但更多的時候是用作熒光粉點火的引髮劑。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 Gunn 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。因為它沒有p-n結。該裝置由金屬基板上的砷化鎵板組成。
工藝細節不贅述：當在器件中施加一定量級的電場時，會發生電振盪，其周期取決於半導體晶片的尺寸（但在一定範圍內，頻率可以調整）通過外部元素）。
耿氏二極管用作頻率為 1 GHz 及以上的振盪器。該器件的優點是頻率穩定性高，缺點是電振盪幅度小。
磁性二極管
普通二極管受外磁場影響較弱。磁二極管有一個特殊的設計，可以增加對這種效應的敏感性。它們是使用具有擴展底座的 p-i-n 技術製造的。在磁場的作用下，器件的正向電阻增加，這可用於製造非接觸式開關元件、磁場轉換器等。
激光二極管
激光二極管的工作原理是基於電子-空穴對在特定條件下複合過程中發射單色和相干可見輻射的特性。創建這些條件的方法各不相同，用戶只需知道二極管發出的波的長度及其功率即可。
雪崩二極管
這些設備用於微波爐。在一定條件下，在雪崩擊穿模式下，二極管特性上會出現一段帶有負差分電阻的部分。 APD 的這一特性使它們可以用作波長高達毫米範圍的發生器。在那裡可以獲得至少1瓦的功率。在較低頻率下，從這種二極管中去除了高達幾千瓦的功率。
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，二極管的整流特性變差（在反向電壓下，由於 p 區和 n 區之間缺乏直接接觸，複合減少）。但由於空間電荷區的間隔，寄生電容變得非常小，在閉合狀態下，實際上排除了高頻信號洩漏，pin二極管可以在射頻和微波上用作開關元件。
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）包括：
- 最大允許反向電壓（恆定和脈衝）；
- 邊界工作頻率；
- 正向壓降；
- 工作溫度範圍。
使用二極管的 I-V 特性示例最好考慮其餘重要特性 - 這更清楚。
半導體二極管的伏安特性
半導體二極管的電流電壓特性由正向和反向支路組成。它們位於 I 和 III 象限，因為通過二極管的電流和電壓方向總是一致的。根據電流-電壓特性，可以確定一些參數，也可以清楚地看出器件的特性對器件有什麼影響。
導通閾值電壓
如果您向二極管施加正向電壓並開始增加它，那麼在第一刻什麼都不會發生 - 電流不會增加。但在一定值時，二極管會打開，電流會根據電壓而增加。該電壓稱為導通閾值電壓，在 VAC 上標記為 Uthreshold。這取決於製造二極管的材料。對於最常見的半導體，這個參數是：
- 矽 - 0.6-0.8 V;
- 鍺 - 0.2-0.3 V;
- 砷化鎵 - 1.5 V。
鍺半導體器件在低壓下開路的特性用於低壓電路和其他情況下工作。
通過直接連接的二極管的最大電流
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，該參數受半導體器件散熱能力的限制。當達到一定限度時，二極管會過熱而失效。為避免這種情況，製造商會標明最高允許電流（在 VAC - Imax 上）。大致可以由二極管的大小及其封裝來確定。按降序排列：
- 最大電流由金屬護套中的設備保持；
- 塑料外殼專為中等功率而設計；
- 玻璃外殼中的二極管用於低電流電路。
金屬器具可以安裝在散熱器上——這將增加耗散功率。
反向漏電流
如果您對二極管施加反向電壓，那麼不靈敏的電流表將不會顯示任何內容。事實上，只有理想二極管不通過任何電流。一個真實的設備會有一個電流，但它非常小，被稱為反向漏電流（在 CVC - Iobr 上）。它是幾十微安或十分之一毫安，比直流電流小得多。您可以在目錄中找到它。
擊穿電壓
在反向電壓達到一定值時，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）或產生脈衝（隧道）。隨著電壓的進一步增加，擊穿變為熱擊穿。這種模式是不可逆的，二極管會失效。
pn結寄生電容
已經提到p-n結有 電容量.如果此屬性有用並用於變容二極管，那麼在普通二極管中它可能是有害的。雖然 容量是單位 或幾十 pF 並且在直流電或低頻下是難以察覺的，隨著頻率的增加其影響會增加。 RF 處的幾皮法將為雜散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，並與輸出或印刷導體的電感一起形成雜散諧振電路。因此，在高頻器件的生產中，都採取了降低過渡電容的措施。
二極管打標
在金屬外殼中標記二極管的最簡單方法。在大多數情況下，它們都標有設備名稱及其引出線。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，所以最好參考目錄。更好的是，用萬用表給設備響鈴。
國產小功率穩壓二極管等一些器件的外殼兩側可能有兩個不同顏色的圓環或圓點的標記。要確定這種二極管的類型及其引出線，您需要拿一本參考書或在 Internet 上查找在線標記標識符。
二極管的應用
儘管設備簡單，但半導體二極管廣泛用於電子產品：
- 用於矯直 交流電壓.該類型的經典 - p-n 結屬性用於在一個方向上傳導電流。
- 二極管檢波器。在這裡，使用了 I-V 特性的非線性，這使得可以將諧波與信號隔離開來，其中必要的諧波可以通過濾波器來區分。
- 兩個背靠背連接的二極管用作強大信號的限制器，這些信號可能會使敏感無線電接收器的後續輸入級過載。
- 齊納二極管可以作為防火花元件，不允許高壓脈衝進入安裝在危險區域的傳感器的電路。
- 二極管可以用作高頻電路中的開關器件。它們以恆定電壓打開並通過（或不通過）RF 信號。
- 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。
- 二極管用於組裝在發射或接收設備中運行的混頻器。他們混合 本振信號 用高頻（或低頻）信號進行進一步處理。它還利用了電流-電壓特性的非線性。
- 非線性特性允許使用微波二極管作為倍頻器。當信號通過倍增二極管時，高次諧波被突出顯示。然後可以通過過濾來選擇它們。
- 二極管用作諧振電路的調諧元件。在這種情況下，使用 p-n 結處存在受控電容。
- 某些類型的二極管用作微波範圍內的發生器。這些主要是隧道二極管和具有岡恩效應的器件。
這只是對雙端半導體器件能力的簡要描述。借助二極管對特性和特性進行深入研究，可以解決分配給電子設備開發人員的許多問題。
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