半导体二极管广泛应用于电气工程和电子领域。凭借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
半导体二极管的结构和工作原理
半导体二极管由两个由半导体（硅、锗等）制成的区域（层）组成。一个区域有过量的自由电子（n 型半导体），另一个区域有短缺（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尺寸区域，其中来自 n 侧的过量自由电子“关闭”了来自 p 侧的空穴（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。当施加直流电压时，复合区小，其电阻小，二极管沿此方向传导电流。当施加反向电压时，无载流子面积会增加，二极管电阻会增加。没有电流会流向这个方向。
电路中的类型、分类和图形
通常，电路中的二极管用指示电流方向的程式化箭头表示。设备的传统图形描述 (CSD) 包含两条引线 - 阳极和阴极在直接连接中分别连接到电路的正极和负极。
这种两极半导体器件有很多种，根据其用途，CSD 可能略有不同。
稳压管（齐纳二极管）
稳定器是一种半导体器件它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
稳定器可以很好地稳定 2 V 及以上的电压。为了获得低于此限制的恒定电压，使用了稳定器。通过掺杂制造这些器件的材料（硅、硒），可以实现直线特性的最高垂直度。这是稳定器工作的模式，在正向电压的伏安特性的直接分支上产生 0.5...2 V 范围内的参考电压。
肖特基二极管
肖特基二极管基于半导体金属电路，没有公共结点。这导致了两个重要的属性：
- 降低正向压降（约 0.2 V）；
- 由于较低的固有电容，更高的工作频率。
缺点包括增加的反向电流和对反向电压电平的耐受性降低。
变量调压器
每个二极管都有一个电容。两个体积电荷（p 和 n 半导体区域）用作电容器的覆盖层，锁定层是电介质。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固有的，但在变容二极管中，电容是标准化的，并且在给定的电压限制下是已知的。这允许这样的设备被用作 可变容量电容器 并用于通过提供不同水平的反向电压来调整或微调电路。
隧道二极管
这些器件在特性的正向部分有一个偏转，其中电压的增加会导致电流的减少。在该区域，差分电阻为负值。该特性允许隧道二极管用作弱信号的放大器和频率高于 30 GHz 的振荡器。
发电机
dynistor，即二极管晶闸管，具有p-n-p-n结构和S形波形，直到施加的电压达到阈值电平才导通电流。之后，它打开并像普通二极管一样工作，直到电流低于保持水平。 Dinistor 在电力电子中用作开关。
光电二极管
光电二极管在外壳中制成，可见光可以进入晶体。当照射 p-n 结时，会在其中产生 EMF。这使得可以将光电二极管用作电流源（作为太阳能电池的一部分）或用作光传感器。
发光二极管
光电二极管的主要特性是当电流流过 p-n 结时它可以发光。这种辉光与加热强度无关，如在白炽灯中，因此该设备是经济的。有时使用过渡的直接辉光，但更多时候用作荧光粉点火引发剂。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
尽管江恩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。这是因为它没有 p-n 结。该装置由金属基板上的砷化镓板组成。
不涉及过程的细微之处：当在设备中施加一定值的电场时，会产生电振荡，其周期取决于半导体板的尺寸（但在一定范围内，频率可以通过以下方式校正外部因素）。
江恩二极管用作频率为 1 GHz 或更高的振荡器。该器件的优点是频率稳定性高，缺点是电振荡幅度小。
磁二极管
传统二极管受外部磁场影响较弱。磁二极管有一个特殊的设计，可以增加对这种影响的敏感度。它们是使用具有扩展底座的 p-i-n 技术制造的。在磁场的影响下，器件的正向电阻增加，这可用于制造非接触式开关元件、磁场传感器等。
激光二极管
激光二极管的工作原理是基于电子-空穴对在复合过程中在特定条件下发射单色和相干可见辐射的特性。创造这些条件的方式不同；用户只需要知道二极管发出的波长及其功率即可。
雪崩跨越二极管。
这些设备用于微波应用。在雪崩击穿模式的某些条件下，二极管特性上会出现一段带有负差分电阻的部分。 LPD 的这一特性允许它们用作发生器，工作波长可达毫米范围。有可能获得不少于 1 W 的功率。在较低频率下，从这种二极管中去除的功率高达几千瓦。
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，二极管的整流器性能变差（由于 p 区和 n 区之间没有直接接触，在反向电压下复合减少）。但由于体电荷区的分离，寄生电容变得非常小，在闭合状态下几乎消除了高频信号泄漏，在高频和超高频下可以使用pin二极管作为开关元件。
二极管主要特性及参数
半导体二极管的主要特性（高度专业化的除外）有：
- 最大允许反向电压（直流和脉冲）；
- 限制工作频率；
- 正向压降；
- 工作温度范围。
以二极管的 CVC 为例，最好考虑其他重要特性 - 所以更清楚。
半导体二极管的伏安特性
半导体二极管的伏安特性由正向支路和反向支路组成。它们位于象限 I 和 III，因为通过二极管的电流和电压方向总是一致的。从伏安特性可以确定一些参数，也可以直观地看到设备特性的影响。
电导阈值电压
如果将直流电压施加到二极管并开始增加它，起初什么都不会发生 - 电流不会增加。但是在某个值时，二极管会打开，电流会根据电压而增加。该电压称为电导阈值电压，并在 VAC 上标记为 U 阈值。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。
锗半导体在低压下开路的特性用于低压电路和其他情况。
直接开启时通过二极管的最大电流
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，制造商指定了最高允许电流（BAC 上的 Imax）。大致可以由二极管及其外壳的大小来确定。按降序排列：
- 最高电流由金属外壳中的设备保持；
- 塑料外壳设计用于平均功率；
- 玻璃外壳中的二极管用于低电流电路。
金属器件可以安装在散热器上——这会增加功耗。
反向漏电流
如果对二极管施加反向电压，则低灵敏度电流表将不显示任何内容。事实上，只有完美的二极管不会泄漏任何电流。一个真实的设备会有电流，但它很小，称为反向漏电流（在 VAC 上，Iobr）。它是几十微安或十分之一毫安，比正向电流小得多。您可以在参考书中找到它。
击穿电压
在一定的反向电压值下，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（雪崩模式）或产生脉冲（隧道模式）。随着电压进一步增加，击穿变成热击穿。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.如果在变容二极管中这个属性是有用的并且被使用，那么在普通二极管中它可能是有害的。虽然 电容是单位的顺序 或几十 pF 并且在 DC 或低频时不明显，它的影响随着频率的增加而增加。 RF 的几皮法将为寄生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，并与引线或印刷导体的电感一起形成具有寄生谐振的电路。因此，在高频器件的制造中采取了降低结电容的措施。
二极管标签
金属二极管以最简单的方式标记。在大多数情况下，它们都标有设备名称及其引脚。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，所以最好查阅参考书。更好的是，用万用表测试设备。
国产小功率稳压器和其他一些设备可能在外壳的相对两侧有两个不同颜色的圆环或圆点。要确定这种二极管的类型及其引脚，您必须参考参考书或在 Internet 上查找在线标记标识符。
二极管的应用
尽管结构简单，半导体二极管仍广泛用于电子产品：
- 用于整改 交流电压.该流派的经典之作——利用 p-n 结的特性在一个方向上传导电流。
- 二极管检测器。这使用了 I-V 曲线的非线性，允许从信号中分离谐波，其中必要的谐波可以通过滤波器隔离。
- 两个反向并联的二极管用作强大信号的限制器，这可能会使敏感无线电接收器的后续输入级过载。
- 可以包括稳定器作为火花保护元件，以防止高压脉冲进入安装在危险区域的传感器电路。
- 二极管可以用作高频电路中的开关器件。它们以直流电压打开并允许射频信号通过（或不通过）。
- 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。
- 二极管用于构建在发射或接收设备中运行的混频器。他们混合 外差信号 用高频（或低频）信号进行后续处理。这里也使用了 IAC 的非线性。
- 非线性特性允许将 UHF 二极管用作倍频器。当信号通过倍增二极管时，会释放高次谐波。这些可以通过过滤进一步隔离。
- 二极管用作谐振电路的调谐元件。这利用了 p-n 结处存在的可控电容。
- 某些类型的二极管用作微波范围内的振荡器。这些主要是隧道二极管和江恩效应器件。
这只是对具有两条引线的半导体器件功能的简要描述。通过对二极管特性和特性的深入研究，可以解决电子设备设计人员面临的许多挑战。
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