半导体二极管广泛应用于电气工程和电子领域。凭借其低成本和良好的功率尺寸比，它迅速取代了类似用途的真空设备。
内容
半导体二极管的器件和工作原理
半导体二极管由两个由半导体（硅、锗等）制成的区域（层）组成。一个区域具有过量的自由电子（n 型半导体），而另一个区域则存在不足（p 型半导体）——这是通过掺杂基材来实现的。在它们之间有一个小区域，其中来自 n 位的过量自由电子“关闭”了来自 p 位的空穴（由于扩散而发生复合），并且在该区域中没有自由电荷载流子。当施加正向电压时，复合区小，其电阻小，二极管沿该方向传导电流。随着反向电压，无载流子区会增加，二极管的电阻会增加。没有电流会流向这个方向。
电气图的类型、分类和图形名称
在一般情况下，图中的二极管表示为指示电流方向的程式化箭头。设备的条件图形图像（UGO）包含两个结论—— 阳极和阴极，它们直接连接到电路的正极和负极。
这种双极型半导体器件种类繁多，根据用途的不同，UGO 可能略有不同。
齐纳二极管（齐纳二极管）
齐纳二极管是一种半导体器件在雪崩击穿区以反向电压工作。在该区域内，齐纳二极管电压在通过器件的宽电流范围内保持稳定。此属性用于稳定负载两端的电压。
稳定器
齐纳二极管可以很好地稳定 2 V 及以上的电压。稳定器用于获得低于此限制的恒定电压。对制造这些器件的材料（硅、硒）进行掺杂可实现特性直接分支的最大垂直度。在这种模式下，稳压器工作，在正向电压下的电流-电压特性的直接支路上给出 0.5 ... 2 V 范围内的示例电压。
肖特基二极管
肖特基二极管是根据半导体金属方案构建的，没有传统的结。因此，获得了两个重要的属性：
- 降低正向压降（约 0.2 V）；
- 由于自电容降低，工作频率增加。
缺点包括反向电流值增加和对反向电压水平的耐受性降低。
变量调压器
每个二极管都有一个电容。电容器的极板是两个空间电荷（半导体的 p 区和 n 区），势垒层是电介质。当施加反向电压时，该层膨胀并且电容减小。这个特性是所有二极管所固有的，但对于变容二极管，电容是标准化的，并且对于给定的电压限制是已知的。这使得使用这样的设备成为可能 可变电容器 并适用于通过提供各种级别的反向电压来调整或微调电路。
隧道二极管
这些器件在特性的直线部分具有偏转，其中电压的增加导致电流的减少。在该区域，差分电阻为负值。这一特性使得可以将隧道二极管用作频率高于 30 GHz 的弱信号放大器和发生器。
恐龙
Dinistor - 二极管晶闸管 - 具有 p-n-p-n 结构和 S 形 CVC，直到施加的电压达到阈值电平才导通电流。之后，它会打开并像普通二极管一样工作，直到电流降至保持水平以下。 Dinistor 在电力电子中用作键。
光电二极管
光电二极管采用封装制成，可见光可进入晶体。当辐照 p-n 结时，其中会产生电动势。这允许您将光电二极管用作电流源（作为太阳能电池板的一部分）或用作光传感器。
发光二极管
LED 的主要特性是当电流通过 p-n 结时发光的能力。这种辉光与加热强度无关，就像白炽灯一样，因此该设备是经济的。有时使用过渡的直接辉光，但更多的时候是用作荧光粉点火的引发剂。这使得获得以前无法获得的 LED 颜色成为可能，例如蓝色和白色。
冈恩二极管
尽管 Gunn 二极管具有通常的传统图形名称，但它并不是完全意义上的二极管。因为它没有p-n结。该装置由金属基板上的砷化镓板组成。
工艺细节不赘述：当在器件中施加一定量级的电场时，会发生电振荡，其周期取决于半导体晶片的尺寸（但在一定范围内，频率可以调整）通过外部元素）。
耿氏二极管用作频率为 1 GHz 及以上的振荡器。该器件的优点是频率稳定性高，缺点是电振荡幅度小。
磁性二极管
普通二极管受外磁场影响较弱。磁二极管有一个特殊的设计，可以增加对这种效应的敏感性。它们是使用具有扩展底座的 p-i-n 技术制造的。在磁场的作用下，器件的正向电阻增加，这可用于制造非接触式开关元件、磁场转换器等。
激光二极管
激光二极管的工作原理是基于电子-空穴对在特定条件下复合过程中发射单色和相干可见辐射的特性。创建这些条件的方法不同，用户只需知道二极管发出的波的长度及其功率即可。
雪崩二极管
这些设备用于微波炉。在一定条件下，在雪崩击穿模式下，二极管特性上会出现一段带有负差分电阻的部分。 APD 的这一特性使它们可以用作波长高达毫米范围的发生器。在那里可以获得至少1瓦的功率。在较低频率下，从这种二极管中去除了高达几千瓦的功率。
PIN二极管
这些二极管采用 p-i-n 技术制造。在半导体的掺杂层之间是一层未掺杂的材料。由于这个原因，二极管的整流性能变差（在反向电压下，由于 p 区和 n 区之间缺乏直接接触，复合减少）。但由于空间电荷区的间隔，寄生电容变得非常小，在闭合状态下，实际上排除了高频信号泄漏，pin二极管可以在射频和微波上用作开关元件。
二极管的主要特性及参数
半导体二极管的主要特性（高度专业化的除外）包括：
- 最大允许反向电压（恒定和脉冲）；
- 边界工作频率；
- 正向压降；
- 工作温度范围。
使用二极管的 I-V 特性示例最好考虑其余重要特性 - 这更清楚。
半导体二极管的伏安特性
半导体二极管的电流电压特性由正向和反向支路组成。它们位于 I 和 III 象限，因为通过二极管的电流和电压方向总是一致的。根据电流-电压特性，可以确定一些参数，也可以清楚地看出器件的特性对器件有什么影响。
导通阈值电压
如果您向二极管施加正向电压并开始增加它，那么在第一刻什么都不会发生 - 电流不会增加。但在一定值时，二极管会打开，电流会根据电压而增加。该电压称为导通阈值电压，在 VAC 上标记为 Uthreshold。这取决于制造二极管的材料。对于最常见的半导体，此参数为：
- 硅 - 0.6-0.8 V;
- 锗 - 0.2-0.3 V;
- 砷化镓 - 1.5 V。
锗半导体器件在低压下开路的特性用于低压电路和其他情况下工作。
通过直接连接的二极管的最大电流
二极管打开后，其电流随着正向电压的增加而增加。对于理想二极管，该图趋于无穷大。实际上，该参数受半导体器件散热能力的限制。当达到一定限度时，二极管会过热而失效。为避免这种情况，制造商会标明最高允许电流（在 VAC - Imax 上）。大致可以由二极管的大小及其封装来确定。按降序排列：
- 最大电流由金属护套中的设备保持；
- 塑料外壳设计用于中等功率；
- 玻璃外壳中的二极管用于低电流电路。
金属器具可以安装在散热器上——这将增加耗散功率。
反向漏电流
如果您对二极管施加反向电压，那么不灵敏的电流表将不会显示任何内容。事实上，只有理想二极管不通过任何电流。一个真实的设备会有一个电流，但它非常小，被称为反向漏电流（在 CVC - Iobr 上）。它是几十微安或十分之一毫安，比直流电流小得多。您可以在目录中找到它。
击穿电压
在反向电压达到一定值时，电流急剧增加，称为击穿。它具有隧道或雪崩特性并且是可逆的。该模式用于稳定电压（雪崩）或产生脉冲（隧道）。随着电压的进一步增加，击穿变为热击穿。这种模式是不可逆的，二极管会失效。
pn结寄生电容
已经提到p-n结有 电容量.如果此属性有用并用于变容二极管，那么在普通二极管中它可能是有害的。虽然 容量是单位 或几十 pF 并且在直流电或低频下是难以察觉的，随着频率的增加其影响会增加。 RF 处的几皮法将为杂散信号泄漏产生足够低的电阻，增加现有电容并改变电路参数，并与输出或印刷导体的电感一起形成杂散谐振电路。因此，在高频器件的生产中，都采取了降低过渡电容的措施。
二极管打标
在金属外壳中标记二极管的最简单方法。在大多数情况下，它们都标有设备名称及其引出线。塑料外壳中的二极管在阴极侧标有环形标记。但不能保证制造商严格遵守这个规则，所以最好参考目录。更好的是，用万用表给设备响铃。
国产小功率稳压二极管等一些器件的外壳两侧可能有两个不同颜色的圆环或圆点的标记。要确定这种二极管的类型及其引出线，您需要拿一本参考书或在 Internet 上查找在线标记标识符。
二极管的应用
尽管设备简单，但半导体二极管广泛用于电子产品：
- 用于矫直 交流电压.该类型的经典 - p-n 结属性用于在一个方向上传导电流。
- 二极管检波器。在这里，使用了 I-V 特性的非线性，这使得可以将谐波与信号隔离开来，其中必要的谐波可以通过滤波器来区分。
- 两个背靠背连接的二极管用作强大信号的限制器，这些信号可能会使敏感无线电接收器的后续输入级过载。
- 齐纳二极管可以作为防火花元件，不允许高压脉冲进入安装在危险区域的传感器的电路。
- 二极管可以用作高频电路中的开关器件。它们以恒定电压打开并通过（或不通过）RF 信号。
- 由于在特性的直接分支中存在具有负电阻的部分，参量二极管用作微波范围内的微弱信号的放大器。
- 二极管用于组装在发射或接收设备中运行的混频器。他们混合 本振信号 用高频（或低频）信号进行进一步处理。它还利用了电流-电压特性的非线性。
- 非线性特性允许使用微波二极管作为倍频器。当信号通过倍增二极管时，高次谐波被突出显示。然后可以通过过滤来选择它们。
- 二极管用作谐振电路的调谐元件。在这种情况下，使用 p-n 结处存在受控电容。
- 某些类型的二极管用作微波范围内的发生器。这些主要是隧道二极管和具有冈恩效应的器件。
这只是对双端半导体器件能力的简要描述。借助二极管对特性和特性进行深入研究，可以解决分配给电子设备开发人员的许多问题。
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