电子电路基础 - 二极管
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简述
在了解了各种组件之后，让我们关注电子领域的另一个重要组件，即二极管。半导体二极管是具有 PN 结的两端电子元件。这也称为整流器。
作为二极管的正极端子的阳极用A表示，作为负极端子的阴极用K表示。要知道实际二极管的阳极和阴极，在二极管上画一条细线表示阴极，而另一端表示阳极。
正如我们已经讨论过 P 型和 N 型半导体以及它们的载流子的行为，现在让我们尝试将这些材料结合在一起，看看会发生什么。 -
二极管的形成
如果将 P 型和 N 型材料彼此靠近，则它们都接合形成结，如下图所示。
P型材料具有作为多数载流子的空穴，而N型材料具有作为多数载流子的电子。由于相反的电荷吸引，P型中很少有空穴倾向于去n侧，而N型中很少有电子倾向于去P侧。当它们都向结行进时，空穴和电子相互复合以中和并形成离子。现在，在这个结中，存在一个形成正离子和负离子的区域，称为PN结或结势垒，如图所示。
在 P 侧形成负离子，在 N 侧形成正离子，导致在 PN 结的两侧形成一个狭窄的带电区域。这个区域现在没有可移动的电荷载体。这里存在的离子一直是静止的，并在它们之间保持一个空间区域，没有任何电荷载流子。由于该区域充当 P 型和 N 型材料之间的势垒，因此也称为势垒结。这有另一个名称称为耗尽区域，这意味着它耗尽了两个区域。由于离子的形成，会出现电位差 VD，穿过称为电位势垒的结，因为它阻止空穴和电子通过结的进一步移动。 -
二极管的偏置
当二极管或任何两端元件连接到电路中时，它在给定电源下具有两个偏置条件。它们是正向偏置条件和反向偏置条件。让我们详细了解它们。前向偏置条件
当二极管连接在电路中时，其阳极连接到电源的正极端子，阴极连接到电源的负极端子，则这种连接称为正向偏置状态。这种连接使电路越来越正向偏置，并有助于更多的传导。二极管在正向偏置条件下导电良好。反向偏置条件
当二极管连接在电路中时，其阳极连接到电源的负极端子，阴极连接到电源的正极端子，则这种连接称为反向偏置状态。这种连接使电路越来越反向偏置，有助于最小化和防止导通。二极管不能在反向偏置条件下导通。
现在让我们尝试了解如果二极管在正向偏置和反向偏置条件下连接会发生什么。 -
在前向偏差下工作
当向二极管施加外部电压以消除势垒并允许电流流动时，称为正向偏置。当阳极和阴极分别连接到正极和负极时，P 型的空穴和 N 型的电子往往会穿过结，从而打破势垒。存在电流自由流动，几乎消除了障碍。
在正极对空穴和负极对电子的排斥力的作用下，复合发生在结中。电源电压应如此之高，以迫使电子和空穴穿过势垒并穿过势垒以提供正向电流。正向电流是二极管在正向偏置条件下工作时产生的电流，用I f表示。 -
在反向偏置下工作
当将外部电压施加到二极管上时，它会增加势垒并限制电流的流动，这称为反向偏置。当阳极和阴极分别连接到负极和正极端子时，电子被吸引到正极端子，空穴被吸引到负极端子。因此，两者都将远离势垒，从而增加结电阻并阻止任何电子穿过结。下图解释了这一点。还绘制了未施加外场和施加一些外场时的传导图。
随着反向偏压的增加，结很少有少数载流子穿过结。这个电流通常可以忽略不计。当温度恒定时，这种反向电流几乎是恒定的。但是，当这个反向电压进一步增加时，就会出现一个称为反向击穿的点，此时会出现雪崩电流流过结。这种高反向电流会损坏器件。反向电流是二极管在反向偏置条件下工作时产生的电流，用Ir表示。因此，二极管在反向偏置条件下提供高电阻路径并且不导通，而二极管在正向偏置条件下提供低电阻路径并导通。因此，我们可以得出结论，二极管是一种单向器件，它在正向偏置下导电，在反向偏置下充当绝缘体。这种行为使其作为整流器工作，将交流电转换为直流电。峰值反向电压
峰值反向电压简称为PIV。它说明了在反向偏置中施加的最大电压。峰值反向电压可以定义为“二极管可以承受而不被破坏的最大反向电压”。因此，在反向偏置条件下考虑该电压。它表示二极管如何在反向偏置下安全工作。 -
二极管的用途
二极管用于阻止电流在一个方向上流动，即在正向和反向。二极管的这一原理使其可以作为整流器工作。对于允许电流在一个方向流动但在另一个方向停止的电路，整流二极管是最佳选择。因此，输出将是直流，去除了交流分量。半波和全波整流器等电路是使用二极管制成的，可以在电子电路教程中学习。二极管也用作开关。它有助于更快地打开和关闭应该以快速速率发生的输出。 -
V - I 二极管的特性
PN结二极管的实际电路布置如下图所示。电流表串联，电压表并联，而电源通过可变电阻器控制。
在工作过程中，当二极管处于正向偏置状态时，在某个特定的电压下，势垒被消除。这样的电压称为截止电压或拐点电压。如果正向电压超过限制，正向电流会呈指数上升，如果进一步上升，器件会因过热而损坏。下图显示了二极管在正向和反向偏置条件下的导通状态。
在反向偏置期间，存在通过少数载流子产生的电流，称为“反向电流”。随着反向电压的增加，该反向电流增加，并在某一点突然击穿，导致结的永久破坏。