文章目录

• 一、二极管是什么？
• 二、结构与原理
• • 1、内部结构
  • 2、工作原理
• 三、伏安特性
• 四、应用
• • 1、限幅电路
• 五、分类
• • 1、普通二极管
  • 2、发光二极管
  • 3、稳压二极管
  • 4、TVS瞬态抑制二极管

一、二极管是什么？

二极管是一种具有单向导电特性的器件，其本质是一个封装了的PN结。

二、结构与原理

1、内部结构

二极管其实就是一个封装好了的PN结。
 

蓝色区域为N型半导体（纯净的硅晶体中掺入5价磷，磷原子外层多出来的自由电子使整个N型半导体带负电，N即negative，负的，消极的）。如果给N型半导体通电是可以导通的。

黄色区域为P型半导体（纯净的硅晶体中掺入3价硼，硼原子外层缺少一个电子，我们用空穴取代这个缺少的电子，空穴吸引电子对外显正电，同时使整个P型半导体带正电，P即positive，正的，积极的）。

注意：P型半导体内部不全是空穴，也有自由电子，只是没有N型半导体那么多。
注意：虽然P型有空穴，N型有自由电子，但P型、N型半导体整体电性为中（自由电子和空穴都会和原子核形成静电平衡）。

问：“整个N型半导体带负电“和“N型半导体整体电性为中”是否矛盾？
答：不矛盾，带负电只是说N型半导体自身带有大量可自由移动的自由电子，但对外电性为中。

将P型半导体和N型半导体放一块就构成了PN结（二极管的核心）。

2、工作原理

构成PN结之后会发生什么呢？

N型半导体中的电子会有向P型半导体运动的趋势（异性相吸），N型的电子会左移填补P型的空穴，N型半导体失去电子漏出5价磷原子显正电，P型半导体得到电子显负电，从而在P型、N型半导体接触的区域形成耗尽区（即耗尽电子与空穴），并形成内建电场，电场线方向从N指向P。
 

当二极管正向偏置时（P极加正电），外界电场方向与内建电场方向相反，外界电场抵消内建电场，耗尽区宽度减小，N极电子在外界电场的作用下向P极移动，形成电流；
 

当二极管反向偏置时（N极加正电），外界电场方向与内建电场方向相同，外界电场增强内建电场，耗尽区宽度增大，N极电子在外界电场的作用下背向P极移动，无法形成电流；
 

这也就是二极管单向导电性的由来！

注意：电池只提供电压，不提供电子！

三、伏安特性

当加在二极管上的正向电压较小时，正向电流几乎等于零。只有当二极管两端电压超过某一数值Uon时，正向电流才明显增大。将Uon称为死区电压。

死区电压与二极管的材料有关。一般硅二极管的死区电压为0.5V-0.7V左右，锗二极管的死区电压为0.2V-0.3V左右。

 
在二极管上加反向电压时，电流基本为0，当电压足够大时，二极管会被击穿。

四、应用

1、限幅电路

下图为STM32的GPIO外设结构框图。

引脚的两个保护二级管可以防止引脚外部过高或过低的电压输入，当引脚电压高于
VDD 时，上方的二极管导通，当引脚电压低于 VSS 时，下方的二极管导通，防止不正常电
压引入芯片导致芯片烧毁。

五、分类

1、普通二极管

2、发光二极管

发光二极管简称为LED。由镓（Ga）与砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管。
 

3、稳压二极管

稳压二极管利用pn结反向击穿状态，其电流可在很大范围内变化而电压基本不变的现象，制成的起稳压作用的二极管。
 

稳压二极管的伏安特性曲线与普通二极管的类似，其差异是稳压二极管的反向特性曲线比较陡。

4、TVS瞬态抑制二极管

TVS可以防静电，防雷击，是一种保护器件。
它的响应速度特别快（皮秒级别），瞬态功率大，漏电流低，体积小。
 
 
其中，绿色框所在区域为TVS正常工作区间。
 
当输入电压超过钳位电压时，TVS瞬间导通，保护负载免受脉冲破坏。