【硬件基础4】二极管（原理、特性、类型、电路分析）

目录

前言

一、二极管基础

1.1、半导体基本知识

1.2、PN结的形成及特性

1.2.1、PN结的形成

1.2.2、PN结的单向导电性

 1.2.3、PN结的反向击穿

1.2.4、PN结的电容效应

1.3、二极管构成与性质

1.3.1、二极管结构

1.3.2、二极管的I-V特性 

1.3.3、二极管主要参数

二、二极管的种类及其应用电路

2.1、通用二极管

1、与逻辑电路

2、低电压稳压电路

3、限幅与钳位电路

4、反相保护电路

2.2、开关二极管

5、低电平复位电路

2.3、整流二极管

6、半波整流电路

7、全波整流（整流桥）电路

2.4、稳压二极管

8、稳压电路（防止电压过大）

2.5、肖特基二极管

9、续流二极管（与4作用类似）

10、反相保护电路

 2.6、TVS管

11、防浪涌电路 

2.7、发光二极管

12、发光二极管电路 

2.8、其他光电器件

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前言

        作为电路中常用器件的一种，二极管有必要重点介绍一下，基础原理部分基本来自于《模拟电子技术基础》 、类型特性参考网上资料，资料会在文档博客的最后给出。

        首先简单介绍半导体的基本只是，讨论了半导体器件的基础-PN结，半导体二极管的物理结构、工作原理、特性曲线和主要参数。总结了常用的二极管，并分析了其作用（通用、肖特基、稳压管、TVS管、发光二极管）

一、二极管基础

1.1、半导体基本知识

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导电率在10*e-7 ~ 10*e3 之间的材料都称为半导体 

半导体材料：硅（Si）、锗（Ge）、砷化镓（GaAs）等，当半导体受到外界光和热的激励时，其导电能力将发生显著变化。

半导体类型：

• 本征半导体

       是一个纯净、结构完整的半导体晶体，载流子是由热激发的，导电率会随温度的升高而增加。

导电率：是材料单位面积中所包含的电荷载流子的数目有关，浓度越高导电率越高。

本征激发：在室温（300K）下，被束缚的价电子就会获得足够的随机热振动能量而挣脱共价键的舒服，成为自由电子，留下的空位叫做空穴。

• P型半导体（空穴型）

        是在硅晶体中掺入少量的三价元素杂质，如硼（B），多子为空穴，少子为自由电子。

• N型半导体（电子型）

        在硅中掺入五价元素，如磷（P）、砷和锑，多子为自由电子，少子为自空穴。

1.2、PN结的形成及特性

1.2.1、PN结的形成

        N区的自由电子向P区扩散，P区的空穴向N区扩散，在中间复合形成内电场，内电场阻碍扩散运动，同时使少子产生飘逸运动。无外部电场作用下，参与扩散的多子数目和参与漂移的少子数目相同时，达到动态平衡，此时形成了PN结。

PN结空间电荷内，电子要从N区到P区必须越过一个能量高坡（空穴也类似），一般称此能量高坡为势垒。

1.2.2、PN结的单向导电性

1. PN结不加外部电源时：内部处于动态平衡，此时电流I=0
2. 外加正向电压：u<Uon时，正向电流几乎为0，PN结未导通；u>Uon时，正向电流 I 随电压增大而指数增加。
3. 外加反向电压：|u|<|Ubr|时，反向电流 i = Is，Is很小，通常忽略不计；|u|>|Ubr|时，反向电流 I 急剧增加，称之为反向击穿。
4. Uon为正向导通电压    Ubr为反向击穿电压 

 1.2.3、PN结的反向击穿

雪崩击穿：破坏电子-空穴对，发生碰撞产生倍增相应，整流二极管（掺杂浓度较低）。

齐纳击穿：打破共价键的舒服，电子反流向N，空穴反流向P，只有在杂志浓度特别高的PN结中才能实现，稳压二极管（齐纳二极管）。

热击穿：上面两种击穿能够自动恢复（可逆），但反向电流过大，产生的功率超过PN结容许耗散的功率，过热就会烧毁PN结。

1.2.4、PN结的电容效应