在众多的电子元件中，有一个最基本的也很神奇的元件，叫做二极管。几乎在所有的电子电路中，都要用到半导体二极管，它在许多的电路中起着重要的作用，它是诞生最早的半导体器件之一，其应用也非常广泛。

通过研究它的特性，我发现和太极有异曲同工之妙。

二极管最显著的特性就是只允许电流由单一方向通过，反向时阻断 。因此，二极管可以想成电子版的逆止阀。

画得简单一点，就像下面这样，电流只能从左往右流动，而不能从右往左流动。

今天，我们就借着介绍二极管的机会，给大家普及一下相关的电子知识。

---

背景介绍：

在这里，我就要向大家介绍一下电流方向了。

而在介绍电流方向之前，就必须介绍半导体中的两种载流子：自由电子和空穴。

我们都知道，物质由原子组成，原子由原子核和核外电子组成。

以半导体材料为例，是由众多原子排列在一起，由于每一个原子包含的某些外层电子，和它周围原子的外层电子相互作用，形成了化学键。

在热力学温度零度和没有外界能量激发时，晶体内部的价电子受共价键的束缚，晶体中不存在自由运动的电子，半导体是不能导电的。

但是，当半导体的温度升高或受到特定外界因素的影响时，某些共价键中的价电子获得了足够的能量，足够挣脱共价键的束缚，跃迁到导带，成为自由电子，同时在共价键中留下相同数量的空穴。

空穴又称电洞，英文是Electron hole，意思是就像电子跑掉了以后留下的一个洞。

如果把原子比作教室，那么电子就是学生，而空穴就是学生的座位。而在这其中，电子带的是负电，空穴带的是正电。

我们日常所说的电流方向是正电荷移动的方向。

但实际上，空穴是不会移动的，移动的是带负电的电子。所以，“真实的”电流方向其实是电子移动的方向，和我们日常所说的“电流从正极流向负极”的这个方向是相反的。

---

二极管的基本特性：

二极管的电子符号是这样的：

A是阳极（正极），K是阴极（负极）。

正向性：

电流只能从A流到K，无法从K流到A。这就是二极管的单向导电性。

电流通过理想二极管的压降是0。但真实的二极管在电流流过的时候，是有压降的。

根据二极管的制作材料不同，分为锗二极管和硅二极管。锗二极管正向压降在0.3V左右，而硅二极管的正向压降在0.7V左右。这是由PN结内电场的差异造成的。

这个电压也叫作二极管的最小导通电压，小于这个电压，二极管还是处于截止状态，只有非常微小的漏电流通过。因此，这个不能使二极管导通的正向电压也称为死区电压。

反向性：

刚才说过，二极管具有单向导电性，反向截止。

只是，绝对的事情只在理想国中才会有。真实世界中，虽然说二极管是反向截止的，但还是有漏电流通过的。这个漏电流和温度正相关，温度越高，漏电流越大。

一般硅管的反向电流比锗管小一些，小功率硅管的反向饱和电流在nA数量级，小功率锗管在μA数量级。

如果在二极管上加的反向电压足够大，大于某一个特定值时，反向电流会突然增大，会击穿二极管。

像常用的二极管1N4148，其反向击穿电压是75V左右。

当二极管被反向击穿后，就失去了单向导电性。如果反向电压加的时间很短，击穿所产生的热量还没有烧毁二极管，则反向电压去除后，二极管会恢复正常；如果已经产生了很大的热量，就会烧毁二极管。

这就像现实生活中，没有单纯的非黑即白的好人和坏人，每个人都有2面，就像二极管的正向和反向特性。在不同的环境压力下，表现出来的特性就不一样。

二极管的伏安特性如下：

---

二极管的基本应用：

整流：

因为二极管具有单向导电性，则最基本的应用就是整流了。交流电通过二极管，则只剩下一半：

这个叫做半波整流。交流电的负半周被滤除，也就是浪费了。

我们的电厂发出的都是交流电，而我们的电器很多都需要工作在直流电压下。为了不浪费能源，就需要引入全波整流。

最简单的单相桥式全波整流由4只二极管组成。对于单相桥式全波整流器，在整流桥的每个工作周期内，同一时间只有两个二极管进行工作，通过二极管的单向导通功能，把交流电转换成单向的直流脉动电压。

这个脉动的直流电压经过进一步的滤波，就能变成稳定的直流电压了。

检波：

解调，是调制的逆过程，即从已调波提取调制信号的过程。

在进行信号传输时，往往需要对信号进行调制。

通过调制，不仅可以进行频谱搬移，把调制信号的频谱搬移到所希望的位置上，从而将调制信号转换成适合于传播的已调信号，而且它对系统的传输有效性和传输的可靠性有着很大的影响，调制方式往往决定了一个通信系统的性能。

一般典型的调制过程如下：

这是针对发射端说的。发射得爽了，在接收端，要还原出有用信号。

调幅波信号是二极管检波电路的输入，二极管只允许单向导电，若使用的是硅管，则只有电压高于0.7V的部分通过二极管。二极管的输出端连接了一个电容，电容与电阻配合对二极管输出中的高频信号对地短路，使得输出信号基本上信号包络线。电容和电阻构成的这种电路功能叫做滤波。

典型的检波线路如下：

输出端就能得到上面的有用信号。

---

上面的整流和检波，都是对二极管的正向特性的应用。

二极管的反向特性，也有很大的用处。

二极管的反向击穿分为齐纳击穿和雪崩击穿。

稳压二极管：

从二极管的伏安特性曲线可以看出，当二极管被反向击穿时，其两端压降变化很小。因此，这个特性被人们用来制造稳压二极管，专门让二极管工作在反向击穿状态下。

一般稳压管用的是齐纳击穿的特性。稳压二极管的符号是这样的：

雪崩二极管：

利用雪崩击穿对晶体注入载流子，因载流子渡越晶片需要一定的时间，所以其电流滞后于电压，出现延迟时间，若适当地控制渡越时间，那么，在电流和电压关系上就会出现负阻效应，从而产生高频振荡。它常被应用于微波领域的振荡电路中。

发光二极管：

还有一种二极管，是利用电子与空穴复合时能辐射出可见光这个特性，制作成了发光二极管，英文缩写是LED。

图源：pixabay

不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。

比如，砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光，氮化镓二极管发蓝光。蓝光的LED是最后才出现的，这也是电子技术极发展后才取得的新技术。

正常使用二极管时，人们总是想使用它的典型特点，比如正向导电性，让二极管本身的能量消耗最小。而发光二极管的出现，为了得到更高的发光亮度，人们想尽方法让它通过更多的电流，并让这些功率最大限度地转化为亮度。

高亮度的LED目前仍在进一步发展中。

除了上面说的这些常用的二极管，还有阻尼二极管，瞬变电压抑制二极管，江崎二极管，硅功率开关二极管等等很多不同应用场合使用的特殊二极管。这里就不一一介绍了。

---

看了二极管这些特点和应用，特别是二极管反向特性的应用，以及后来电子技术发展后出现的发光二极管，都是和二极管诞生之初的用途完全不一样的。

这也说明了一个问题：某人或是某物有一种特点，随之而来的可能会有另一种看似不好的特性。这种特性原来看上去可能是缺点，但是如果巧加利用，反而可能变成一个很大的优点，而这个特点在别人那里可能还没有。

这个世界无所谓好坏，缺点和优点往往会相互转化，就像太极，你中有我，我中有你。

正所谓世事无绝对，风水轮流转啊！

你会发现，特点无所谓好坏，只要够独特，加以利用，就会发挥出巨大的威力。然后，人们还会围绕着这个特点，再进一步分析发展改良改进。

所以，不要拘泥于社会上统一的要求标准，让自己自由发展出足够独特的技能吧。

参考文献：

百度百科：价电子

百度百科：空穴

百度百科：二极管原理

百度百科：检波二极管

百度百科：发光二极管

---

Posted from my blog with SteemPress : https://kissfirer.000webhostapp.com/e1

---