判断二极管导通例题_通信电源 | 1个二极管是如何改变电流的？
二極管大家都很熟悉，它是大學課堂中接觸到的第一個半導體元件。
它的單項導通性，相比于三極管的放大、飽和、截止狀態，要簡單易懂的多。
雖然是個小器件，但其在日常各種電子設備中卻應用廣泛。
比如在通信電源系統中，一個重要的環節就是把交流電轉化為直流電，在此過程中，二極管發揮了重要的作用。
因此本文，將從7個方面出發，詳細的介紹二極管的原理，這將為后續的整流濾波打下基礎。
說到二極管是一個半導體器件，那么我們就從半導體說起：
半導體基本知識
定義：導電能力介于導體和絕緣體之間的物質，如硅、鍺、硒以及大多數金屬氧化物和硫化物。
半導體之所以引起人們的興趣，并不在于導電特性介于導體與絕緣體之間，而是特殊的導電特性。
這些特殊的導電特性有哪些呢？
①半導體的導電能力在不同的環境條件下，有很大的差別。
圖1 各種顏色的發光二極管
發光二極管、光電二極管、光敏二極管、光敏三極管、光電池、霍爾元件、熱敏電阻、熱電偶等。
這些半導體，在一些特定的條件下，導電能力變化很大，可以把一些非電量轉化為電量，實現自動控制。
②雜質對半導體導電能力的影響尤為顯著。
在半導體中摻入適當的雜質，可以將其導電能力增加幾十萬甚至幾百萬倍，從而可以利用到各種控制、放大電路中去。
③有自由電子和空穴兩種載流子導電。
所謂載流子就是運載電荷的粒子。導體導電只有一種載流子，即自由電子導電；而本征半導體有兩種載流子，即自由電子和空穴均參與導電。
半導體為什么會有這些導電特性呢？
本征半導體
定義：不含雜質，具有晶體結構的半導體。
這種半導體原子結構，通常是4價元素構成。
我們以硅原子為例。圖3是其原子排列的平面圖。
相鄰的兩個原子的一對最外層電子(即價電子)不但各自圍繞自身所屬的原子核運動，而且出現在相鄰原子所屬的軌道上，成為共用電子，這樣的組合稱為共價鍵結構。
在常溫下，由于共價鍵具有很強的結合力，僅有極少數的價電子由于熱運動(熱激發)獲得足夠的能量，從而掙脫共價鍵的束縛變成自由電子。
那么此時，在共價鍵中留下一個空位置，稱為空穴。
在外電場作用下，自由電子定向運動就形成了電子電流；
價電子按一定方向依次填補空穴，就形成了空穴電流。
注意：本征半導體中兩種載流子的運動方向相反，但是電流方向是一致的。本征半導體中的電流是兩個電流之和。
半導體在熱激發下產生自由電子和空穴對的現象稱為本征激發。
本征半導體中的自由電子和空穴總是成對的出現，同時也會不斷的復合。
所謂復合，就是自由電子在運動的過程中，如果與空穴相遇就會填補空穴，使兩者同時消失。
激發與復合達到動態平和，半導體中的載流子數目基本穩定了。
雜質半導體
通過擴散工藝，在本征半導體中摻入少量合適的雜質元素，便可得到雜質半導體。
①N(電子)型半導體：電子電流為主要導電的半導體。
在純凈的半導體當中，摻入五價元素，例如磷或者砷，自由電子數目增多(多數載流子)，空穴數目相對減少(少數載流子)。
磷原子相比硅原子，在最外層多了一個電子，這個電子就多出來了，“沒啥事情可做”。
多出的電子不受共價鍵的束縛，只需獲得很少的能量，就成為自由電子，
磷原子由于失去了一個電子，則帶正電。
對于N型半導體，自由電子的濃度大于空穴的濃度，故稱為自由電子為多數載流子，空穴為少數載流子。
②P(空穴)型半導體：空穴電流為主要的導電電流。
硼原子的最外層電子只有3個，摻入本征半導體中，就會多余出一個空穴，吸引相鄰的價電子來填補這個空穴。因此空穴變成了多數載流子，硼原子由于得到一個電子，而帶負電。
PN結的形成
將一塊P型和N型半導體，有機的結合成一個整體后，在它們的交界處，就會形成一個空間電荷區，稱為PN結，或稱為阻擋層或稱耗盡區。
圖8的左邊是P型半導體，空穴是多數載流子。
右邊是N型半導體，自由電子是多數載流子。
物質總是從濃度高的地方向濃度低的地方運動。
那么，在交接面處，由于濃度的不同，N型半導體中的自由電子向P型半導體擴散，P型中的 空穴向N型半導體中運動。
這種由于濃度差而產生的運動稱為擴散運動。
由于擴散到P區的自由電子與空穴復合，而擴散到N區的空穴與自由電子復合，所以在交界面附近多字的濃度下降，P區出現負離子區，N區出現正離子區，它們是不能移動的，稱為空間電荷區，從而形成內電場。
隨著擴散運動的進行，空間電荷區加寬，內電場增強，其方向由N區指向P區，正好阻止擴散運動的進行。
在電場力作用下，載流子的運動稱為漂移運動。當空間電荷區形成后，在內電場作用下，少子產生漂移運動，空穴從N區向P區運動，而自由電子從P區向N區運動。在無外電場和其它激發作用下，參與擴散運動的多字數目等于參與漂移運動的少字數目，從而達到動態平衡，形成PN結。
PN結的單向導電性
在PN結兩端外加電壓，破壞原來的平衡。
當電源的正極接到PN結的P端，且電源的負極接到PN結的N端，稱為PN結外加正向電壓。
此時外電場將多數載流子推向空間電荷區，使其變窄，削弱了內電場，破壞了原來的平衡，使擴散運動加劇，漂移運動減弱。由于電源的作用，擴散運動將源源不斷地進行，從而形成正向電流，PN結導通。
PN結導通時的結壓降只有零點幾伏，因而應在它所在的回路中串聯一個電阻，以限制回路的電流，防止PN結因正向電流過大而損壞。
PN結加反向電壓，加強了PN結的內電場，PN結變寬，電路截止。
此時外電場使空間電荷區變寬，加強了內電場，阻止擴散運動的進行，而加劇漂移運動的進行，形成反向電流，也稱為漂移電流。
因為少子數目極少，即使所有的少子都參與漂移運動，反向電流也非常小，所以在近似分析中常將它忽略不計，認為PN結外加反向電壓時處于截止狀態。
半導體二極管
二極管可以理解成一個PN結。
就是將PN結用外殼封裝起來，并加上電極引線就構成了半導體二極管。
它的幾種常見結構有：點接觸型、面接觸型。
①點接觸型：PN結結面小、結電容小、電流小，適合于高頻小功率工作(檢波、開關)
②面接觸型：PN結結面大、結電容大、電流大，適合于低頻整流電路。
二極管伏安特性
實際測試二極管的伏安特性可以發現，只有在正向電壓足夠大時，正向電流才從零隨著端電壓按指數規律增大。使二極管開始導通的臨界電壓稱為開啟電壓。
當二極管所加反向電壓的數值足夠大時，將使二極管擊穿，這個臨界電壓，叫做擊穿電壓UBR。
不同型號二極管的擊穿電壓差別很大，從幾十伏到幾千伏。
通過二極管的電流與其兩端所加電壓的關系曲線，即I=f(U)
①正向特性
正向電壓加的比較少的時候，二極管并沒有導通。
一旦正向電壓超過了某個臨界點，這個臨界電壓叫做死區電壓，二極管就會導通。
二極管的正向壓降根據使用材料不同而不同。
圖15 發光二極管的導通電壓達到2.5V
硅管比鍺管要大些。
②反向特性
當反方向電壓增加在一定范圍內的時候，二極管并沒有導通，反向電流幾乎為零，二極管反向截止。
當方向增加到UBR，使二極管反向擊穿。
圖16 二極管的電路符號
使二極管損壞，因此這個電壓稱之為反向擊穿電壓Breakdown。通常我們在使用時，要控制二極管的反向電壓達不到擊穿電壓。
注意：二極管的特性受溫度影響大，當溫度升高時，二極管的正、反向電流都要增加，而反向電流都要增加，而反向擊穿電壓卻要下降，使用時尤其注意。
③主要參數
最大整流電流Iom：二極管長期使用時，允許通過二極管的最大正向平均電流。
最高反向工作電壓：保證二極管不被反向擊穿的反向電壓通過Urwm=Ubr。
最大反向電流Irm：二極管在最高反向工作電流Urwm時的反向電流值，通常硅管反向電流較小，小于幾微安。鍺管反向電流較大，幾十到幾百微安。
靜態(直流)電阻Rd。
動態(交流)電阻rD。
二極管的結電容。
④二極管的簡單測試
可以通過指針式萬用表：
圖17 萬用表測試
黑表筆(-)：帶正電
紅表筆(+)：帶負電
先測正向電阻，這個時候電阻比較小，讀數幾百歐~幾兆歐
換接下表筆
讀數：幾千歐~幾兆歐
這樣可以判斷二極管的級性。
總結
本文主要介紹了半導體，雜質半導體，PN結的形成與導電特性，引出二極管的概念，并闡述了二極管的特性曲線。
這些內容將是后續學習整流電流的基礎，也是學習三極管的預備。
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總結
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