二极管的原理和应用

生活中的电子设备非常普遍，而二极管是电子产品的基础元件，熟悉了二极管对电子产品的理解有很大的帮助。

现在的电子产品中，元件应用最多的是半导体材料。在集成电路中，也是应用的半导体单晶硅作为基底，通过离子注入技术而添加了硼和磷元素从而构成数以亿计的半导体晶体管。

对于半导体元件来说，发挥作用的是PN结。在二极管中，由于PN结的存在，从而有了单向导通特性和反向击穿时的稳压特性。

二极管中的PN结，是由于半导体硅内部掺加了硼和磷之后形成的内电场，这个内电场对外部施加电压有阻碍的作用。

我们知道，条形磁铁的磁极有方向。对于二极管的PN结区域来说，和条形磁铁的磁场有些类似，也有一个静止的电场存在。

二极管的所有功能，都是因为PN结处的内电场方向起到的作用，从而阻碍和限制电流，并且电压增大后反向击穿时限制电压继续升高。

对于电子产品来说，原理最根本的是半导体二极管，而二极管最主要的是看PN结，PN结是内电场起到的作用。

无论多么复杂的集成电路，实现逻辑功能的，都是有晶体管PN结的开关作用来实现的。

晶体二极管、三极管对半导体的工作原理得到完整的体现，它们是组成逻辑电路的基础。

上面时单晶硅的图片，是现在集成电路的基础。硅是现在应用最多的半导体材料。

上面是二极管图片，二极管内部有一个自带的电场，这个微弱的电场存在一个平衡。

这是半导体二极管的伏安特性曲线，体现二极管的正向导通和反向击穿时的稳压特性。

（1）二极管工作在正向导通区域时，能够对交流电整流，让正向电流通过，反向电流截止。

上面是交流电的半波整流电路，由于二极管只允许正向电流通过，所以输出的是波形的正半周。实际应用中副感线圈产生的电压较低，二极管阻止反向电流，不会损坏电路元件。

上面是交流电桥式全波整流电路，能够把交变电压转变成单向的波动电流。上图输出的脉动电压经RC滤波器后得到直流电压，就是直流电源的原理。

除了半波、全波整流外，二极管还用在检波电路中。在收音机收到电磁波信号后，信号只能正半周（负半周）通过二极管，再有RC滤波器除去高频成分，输出的就是调制在载波上的音频信号，二极管起到检波的作用。

根据二极管的单向导通特性，也应用到门电路中。逻辑门电路中的“与门”和“或门”都是并联两个二极管，实现了逻辑功能。

（2）二极管工作于反向击穿状态时，具有稳定的端电压。与刚才提到二极管工作不同的是电流的方向是反向的，二极管反向击穿状态下发挥稳压作用。

上图中的二极管并联在电路中，如果电压持续升高，会反向击穿，从而保持稳定的端电压。

以上种种应用，都是根据二极管自身的伏安特性来实现。其根本是二极管PN结的内电场的作用，实现整流、检波和稳压等功能。

PN结在二极管中体现了部分功能，另外功率放大和开关电路中也用到PN结。半导体元件的功能基本上都是通过PN结来实现，现在所应用的大多是半导体硅作为基底。

现在电子产品广泛应用与工业设备和人们生活中，对工业更新很重要。工业不断向自动化和智能化发展，电子产品也得到更多的应用。