2023-04-18 16:14:12

一、引言

在现代电子技术中，二极管被广泛应用于各种各样的电路中，从简单的整流器到高速逻辑门，从小信号放大器到大功率开关，从数码显示器到激光发射器。二极管的广泛用途使得它成为电子工程师工作中必不可少的元器件之一。

本文将详细介绍二极管的结构、原理和类型，并分析其在不同电路中的主要应用。此外，还将介绍二极管的未来发展趋势。

二、二极管的结构和原理

（一）二极管的结构

二极管是由p型半导体和n型半导体单元组成的。p型半导体和n型半导体通过PN结结合在一起，形成二极管。PN结是p型和n型半导体之间的结合区域。p型半导体有填充了少量杂质的空穴，n型半导体有填充了少量杂质的自由电子。在PN结中，自由电子与空穴结合并逐渐发射，形成电子空穴对，并释放出少量热能。

p型半导体和n型半导体中的杂质离子浓度不同，故二极管的两端的电势能差也不同。当二极管的正极接通外电源时，p型半导体的空穴向前向外扩散，n型半导体中的自由电子向后向内扩散。由于电子流和空穴流相互抵消，因此再PN结两侧产生一个细胞区。在细胞区中，n型半导体中的自由电子向前向外扩散，p型半导体中空穴向后向内扩散。由于电子与空穴相遇并重组，它们释放出能量并产生PN结中的正极和负极。这产生阻止电流流动的电压，称为截止电压。

（二）二极管的工作原理

二极管的工作原理是基于PN结。PN结由p型半导体和n型半导体组成，产生电流流动的电势。在它的正极接通电压时，n型半导体中的自由电子向前向外扩散，p型半导体中的空穴向后向内扩散。电子和空穴在PN结中结合，释放出能量，从而形成负极和正极。在这种情况下，由于正极和负极的存在，二极管阻止电流流动。这是二极管的截止区域。

当二极管的正极被反向极化时，p型半导体成为反向极，n型半导体成为正向极。在接通电压时，由于空穴和自由电子的交错流动，PN结中产生强烈的电场。这个电场驱动自由电子向着正极移动。但是，这些电子遇到p型半导体中的空穴，被控制而弯曲。这样，它们不能达到反向偏置的正极，也不能穿过PN结。因此，反向电流非常小，当达到某个阈值电压时，一些缺道电子（穿透电子）穿越PN结。这是一个强烈的现象，导致PN结两侧区域内电压急剧下降，形成反向电流。这是反向击穿区。

三、二极管的应用

（一）整流器

一个最基本的二极管应用是整流器。整流器将交流电信号转换为直流电信号，这在电源应用中非常重要。最基本的整流器是半波整流器，但全波整流器由于产生的输出电压更加稳定。

半波整流器接法如下：

半波整流器电路中，交流电输入正半周时，D1导通，输出电压即为负载电阻上的峰值电压，为：

Vout = Vmax - Vf

其中Vf是二极管的正向电压，一般是0.6V左右。负半周期时，D1截止，而D2导通，输出电压为零。因此，半波整流器会产生频率为输入信号频率的波形。

全波整流器接法如下：

全波整流器中，当变压器二次侧交流电信号的输入端是正半周期时，D1导通，D2截止。此时，电流依次流过DT1-1，RL1（二次侧辅助),D1。当变压器二次侧输入端为负半周期时，D2导通，D1截止。此时，电流依次流过DT2-2，RL2，D2。因此，全波整流器具有输出直流电压为输入信号频率的两倍，其波形如下图所示：

（二）环流制动电路

电机制动常常用于电动机短时间内快速停止，但是由于自身发电特性，电动机内自带的电气能量会打破器件耐压值，影