基础电子学 - 二极管
了解了各种元件之后，让我们关注电子领域中的另一个重要元件，即二极管。半导体二极管是具有 PN 结的双端电子元件。这也称为整流器。
二极管的正极的阳极用A表示，而二极管的负极的阴极用K表示。要了解实际二极管的阳极和阴极，可以在二极管上画一条细线，表示阴极，另一端表示阳极。
由于我们已经讨论过 P 型和 N 型半导体及其载流子的行为，现在让我们尝试将这些材料连接在一起，看看会发生什么。
二极管的形成
如果将 P 型和 N 型材料彼此靠近，则它们都会连接形成结，如下图所示。
P 型材料具有空穴作为多数载流子，而 N 型材料具有电子作为多数载流子。由于相反电荷相互吸引，P 型中很少有空穴倾向于进入 n 侧，而 N 型中很少有电子倾向于进入 P 侧。
当它们都向结移动时，空穴和电子会重新结合以中和并形成离子。现在，在这个结中，存在一个形成正离子和负离子的区域，称为 PN 结或结势垒，如图所示。
P 侧形成负离子，N 侧形成正离子，导致 PN 结两侧形成一个狭窄的带电区域。这个区域现在没有可移动的电荷载流子。此处的离子是静止的，并且在它们之间保持一个没有任何电荷载体的空间区域。
由于该区域充当 P 型和 N 型材料之间的屏障，因此也称为屏障结。它的另一个名称是耗尽区，这意味着它会耗尽两个区域。由于离子的形成，跨结会产生电位差 VD，称为电位屏障，因为它阻止空穴和电子进一步通过结。
二极管的偏置
当二极管或任何两端元件连接到电路中时，它在给定电源下具有两种偏置条件。它们是正向偏置条件和反向偏置条件。让我们详细了解它们。
正向偏置条件
当二极管连接到电路中时，其阳极连接到正极，阴极连接到负极，则这种连接被称为正向偏置条件。这种连接使电路越来越正向偏置，并有助于更多的传导。二极管在正向偏置条件下导电性良好。
反向偏置条件
当二极管连接到电路中时，其阳极连接到负极端子，阴极连接到正极端子，则这种连接被称为反向偏置条件。这种连接使电路越来越反向偏置，并有助于最小化和防止传导。二极管在反向偏置条件下无法导电。
现在让我们尝试了解如果二极管在正向偏置和反向偏置条件下连接会发生什么。
在正向偏置下工作
当将外部电压施加到二极管时，它会取消势垒并允许电流流动，这称为正向偏置。当阳极和阴极分别连接到正极和负极时，P 型中的空穴和 N 型中的电子倾向于穿过结，从而打破势垒。此时存在自由电流，几乎消除了势垒。
由于正极对空穴和负极对电子的排斥力，结中发生了复合。电源电压应足够高，以迫使电子和空穴穿过势垒并穿过它以提供正向电流。
正向电流是二极管在正向偏置条件下工作时产生的电流，用If表示。
在反向偏置下工作
当外部电压施加到二极管时，势垒会增加并限制电流的流动，这称为反向偏置。当阳极和阴极分别连接到负极和正极时，电子被吸引到正极，空穴被吸引到负极。因此，两者都将远离势垒增加结电阻并阻止任何电子穿过结。
下图解释了这一点。还绘制了未施加任何场和施加一些外部场时的传导图。
随着反向偏置的增加，结点上很少有少数载流子穿过结点。该电流通常可以忽略不计。当温度恒定时，该反向电流几乎恒定。但是当该反向电压进一步增加时，就会发生称为反向击穿的点，此时雪崩电流流过结点。这种高反向电流会损坏设备。
反向电流是二极管在反向偏置条件下工作时产生的电流，用Ir表示。因此，二极管在反向偏置条件下提供高电阻路径并且不导电，而在正向偏置条件下提供低电阻路径并导电。因此，我们可以得出结论，二极管是一种单向器件，它在正向偏置时导电，在反向偏置时充当绝缘体。这种行为使其可以充当整流器，将交流电转换为直流电。
峰值反向电压
峰值反向电压简称为PIV。它表示反向偏置时施加的最大电压。峰值反向电压可以定义为"二极管在不被破坏的情况下可以承受的最大反向电压"。因此，在反向偏置条件下考虑该电压。它表示二极管如何在反向偏置下安全运行。
二极管的用途
二极管用于阻止一个方向的电流流动，即正向流动，并阻止反向流动。二极管的这一原理使其可以用作整流器。
对于允许电流在一个方向上流动但在另一个方向上停止的电路，整流二极管是最佳选择。因此，输出将是DC，去除交流分量。半波和全波整流器等电路都是使用二极管制成的，可以在电子电路教程中学习。
二极管也用作开关。它有助于快速打开和关闭输出。
二极管的 V - I 特性
下图显示了 PN 结二极管的实际电路布置。电流表串联连接，电压表并联连接，而电源通过可变电阻控制。
在操作过程中，当二极管处于正向偏置状态时，在某个特定电压下，势垒被消除。这种电压称为截止电压或拐点电压。如果正向电压超过限制，正向电流会呈指数上升，如果这种情况持续下去，器件会因过热而损坏。
下图显示了正向和反向偏置条件下二极管的传导状态。
在反向偏置期间，少数载流子产生的电流称为"反向电流"。随着反向电压的增加，该反向电流也会增加，并在某一点突然击穿，导致结永久损坏。
