二极管是如何工作的

　　1.工作原理
　　二极管管内结构图：
　　
　　二极管符号
　　
　　二极管特性曲线
　　
　　常见参数：
　　直流电阻Ro：静态工作点处的直流电压和直流电流的比值。
　　
　　交流电阻rd：二极管在静态工作点处电压的微变增量与相应的电流微变增量的比值。
　　
　　最大平均整流电流IF：指二极管允许流过的最大平均电流。若超过该电流，二极管可能会因为过热而损坏。IF与环境温度等散热条件有关，故手册上给出IF值时往往注明温度。
　　最大反向工作电压UR：二极管反偏电流过大可能会发生反向击穿，UR指使用时加在二极管上的最大反向电压，即UR在数值上应小于反向击穿电压BUR。
　　反向电流IR：IR就是反向饱和电流IS，手册上一般注明IR是在什么反向电压和温度上测得。
　　最高工作频率fM：允许加在二极管上的最大交流电压频率。若交流电压频率超过此值，二极管的单向导通性将变差（势类电容的影响）。有时候手册上会给出结电容和反向恢复时间，这些都是与fM相关的参数。
　　2.应用
　　2.1 单相整流
　　整流威廉希尔官方网站 的作用是将正弦交流电压转换为单向性脉动电压（单向性脉动电压是一种含有直流电压和交流电压的混合电压），利用的是二极管的单向导通特性。
　　1.单相半波整流威廉希尔官方网站
　　工作原理：
　　在正半周期内，二极管处于正向偏置状态，并将电流传导至RL（负载电阻），在负载上产生电压，这与正半周的输入交流信号相同。在负半周期间，二极管处于反向偏置状态，只有很少的反向电流流过二极管（可以看成没有），在负载处没有电压产生。最终整个周期内只有正半个周期的交流输入电压出现在负载两端。由于二极管的单向导电性，在一个周期中，仅在半个周期内有电压加在负载上，有电流通过负载，而下半周期中，负载上无电压又无电流，因此称这种威廉希尔官方网站 为半波整流威廉希尔官方网站 。
　　单相半波整流威廉希尔官方网站 结构简单，所用二极管数量最少。但是由于它只利用了交流电压的半个周期，输出直流电压低，输出波形脉动大，效率低，因此，这种威廉希尔官方网站 只能用在输出电流较小，对脉动要求不高的场合。
　　主要参数：
　　（1）输出电压平均值Uo（AV）：负载电阻上电压的平均值：
　　
　　（2）二极管的平均电流ID（AV）：等于负载电流的平均值Io（AV）：
　　
　　（3）脉动系数S：最低次谐波的幅值与输出电压平均值之比：
　　
　　S定义为整流输出电压基波峰值UO1m与输出电压平均值Uo（Av）之比。
　　（4）二极管所承受的最大反向电压URMAX：
　　
　　2.单相全波整流威廉希尔官方网站
　　
　　全波整流是一种对交流整流的威廉希尔官方网站 。在这种整流威廉希尔官方网站 中，在半个周期内，电流流过一个整流器件（比如晶体二极管），而在另一个半周内，电流流经第二个整流器件，并且两个整流器件的连接能使流经它们的电流以同一方向流过负载。全波整流整流前后的波形与半波整流所不同的，是在全波整流中利用了交流的两个半波，这就提高了整流器的效率，并使已整电流易于平滑。无论正半周或负半周，通过负载电阻R的电流方向总是相同的。
　　全波整流输出电压的直流成分（较半波）增大，脉动程度减小，但变压器需要中心抽头、制造麻烦，整流二极管需承受的反向电压高，故一般适用于要求输出电压不太高的场合。
　　主要参数：
　　（1）输出直流电压（或输出电压平均值）Uo（AV）：
　　
　　在理想状态下，桥式整流威廉希尔官方网站 的直流输出电压约为变压器副边电压有效值的%90，，实际威廉希尔官方网站 中，整流二极管的正向电阻和变压器内阻上的压降均不为零，所以输出直流电压的实际数值还要低一些。
　　（2）二极管正向平均电流ID（AV）：
　　
　　桥式整流威廉希尔官方网站 中，两组整流二极管VD1和VD2交替导通。
　　（3）整流电压脉动系数S：
　　
　　S定义为整流输出电压基波峰值Uo1m与输出电压平均值Uo（Av）之比。
　　（4）二极管承受的最大反向电压Urm：
　　
　　1.3 桥式整流威廉希尔官方网站
　　
　　桥式整流是对全波整流的一种改进。在正半周时，对VD1、VD3加正向电压，VD1、VD3导通；对VD2、VD4加反向电压，VD2、VD4截止。威廉希尔官方网站 中构成VD1、负载RL、VD3通电回路，在负载RL 上形成半个周期的上正下负的半波整流电压，在负半周时，对VD2、VD4加正向电压，VD2、VD4导通；对VD1、VD3加反向电压，VD1、VD3截止。威廉希尔官方网站 中构成VD2、负载RL 、VD4通电回路，同样在负载RL上形成半个周期上正下负的另外半波的整流电压。如此重复下去，结果在RL上便得到全波整流电压。
　　主要参数：
　　（1）输出直流电压（或输出电压平均值）Uo（AV）：
　　
　　在理想状态下，桥式整流威廉希尔官方网站 的直流输出电压约为变压器副边电压有效值的%90，，实际威廉希尔官方网站 中，整流二极管的正向电阻和变压器内阻上的压降均不为零，所以输出直流电压的实际数值还要低一些。
　　（2）二极管正向平均电流ID（AV）：
　　
　　桥式整流威廉希尔官方网站 中，两组整流二极管VD1、VD3和VD2、VD4、交替导通，流过每个二极管的平均电流等于输出电流的一半。
　　（3）整流电压脉动系数S：
　　
　　S定义为整流输出电压基波峰值Uo1m与输出电压平均值Uo（AV）之比。
　　（4）二极管承受的最大反向电压Urm：
　　
　　2.2 开关
　　二极管当作开关来用时，主要利用的是他的导通和截至特性。由于半导体二极管具有单向导电的特性，在正偏压下PN结导通，在导通状态下的电阻很小，约为几十至几百欧；在反向偏压下，则呈截止状态其电阻很大，一般硅二极管在10ΜΩ以上，锗管也有几十千欧至几百千欧。利用这一特性，二极管将在威廉希尔官方网站 中起到控制电流接通或关断的作用，成为一个理想的电子开关。但针对于开关二极管，最重要的特点是高频条件下的表现。
　　高频条件下，二极管的势垒电容表现出来极低的阻抗，并且与二极管并联。当这个势垒电容本身容值达到一定程度时，就会严重影响二极管的开关性能。极端条件下会把二极管短路，高频电流不再通过二极管，而是直接绕路势垒电容通过，二极管就失效了。而开关二极管的势垒电容一般极小，这就相当于堵住了势垒电容这条路，达到了在高频条件下还可以保持好的单向导电性的效果。1
　　
　　2.2.1势垒电容CB（Cr）2
　　在积累空间电荷的势垒区，当PN结外加电压变化时，引起积累在势垒区的空间电荷的变化，即耗尽层的电荷量随外加电压而增多或减少，这种现象与电容器的充、放电过程相同。耗尽层宽窄变化所等效的电容称为势垒电容。势垒电容具有非线性，它与结面积、耗尽层宽度、半导体的介电常数及外加电压有关。当PN结两端加正向电压时，PN结变窄，结中空间电荷量减少，相当于电容“放电”，当PN结两端加反向电压时，PN结变宽，结中空间电荷量增多，相当于电容“充电”。这种现象可以用一个电容来模拟，称为势垒电容。势垒电容与普通电容不同之处，在于它的电容量并非常数，而是与外加电压有关。当外加反向电压增大时，势垒电容减小；反向电压减小时，势垒电容增大。
　　2.2.2扩散电容CD3
　　扩散电容是PN结在正偏时所表现出的一种微分电容效应。PN结正向偏置时，N区的电子向P区扩散，在P区形成一定的非平衡载流子的浓度分布，即靠近PN结一侧浓度高，远离PN结的一侧浓度低。显然，在P区积累了电子，即存贮了一定数量的负电荷；同样，在N区也积累了空穴，即存贮了一定数即正电荷。当正向电压加大时，扩散增强，这时由N区扩散到P区的电子数和由P区扩散到N区的空穴数将增多，致使在两个区域内形成了电荷堆积，相当于电容器的充电。相反，当正向电压减小时，扩散减弱，即由N区扩散到P区的电子数和由P区扩散到N区的空穴数减少，造成两个区域内电荷的减少，这相当于电容器放电。因此，可以用一个电容来模拟，称为扩散电容。
　　PN结的扩散电容与其势垒电容不同。扩散电容是少数载流子引起的电容，对于PN结的开关速度有很大影响，在正偏下起很大作用、在反偏下可以忽略，在低频时很重要、在高频时可以忽略；势垒电容是多数载流子引起的电容，在反偏和正偏时都起作用，并且在低频和高频下都很重要。
　　总之，二极管呈现出两种电容，它的总电容Cj相当于两者的并联，即Cj＝CB + CD。二极管正向偏置时，扩散电容远大于势垒电容 Cj≈CD ；而反向偏置时，扩散电容可以忽略，势垒电容起主要作用，Cj≈CB 。
　　2.3限幅
　　定义：所谓限幅威廉希尔官方网站 ，就是指限制威廉希尔官方网站 中某一点的信号幅度大小，当信号幅度大到一定程度时，不让信号的幅度再增大;当信号的幅度没有达到限制的幅度时，限幅威廉希尔官方网站 不工作。具有这种功能的威廉希尔官方网站 称为限幅威廉希尔官方网站 ，利用二极管来完成这一功能的威廉希尔官方网站 称为二极管限幅威廉希尔官方网站 。
　　限幅威廉希尔官方网站 按功能分为上限限幅威廉希尔官方网站 、下限限幅威廉希尔官方网站 和双向限幅威廉希尔官方网站 三种。在上限限幅威廉希尔官方网站 中，当输入信号电压低于某一事先设计好的上限电压时，输出电压将随输入电压而增减；但当输入电压达到或超过上限电压时，输出电压将保持为一个固定值，不再随输入电压而变，这样，信号幅度即在输出端受到限制。同样，下限限幅威廉希尔官方网站 在输入电压低于某一下限电平时产生限幅作用。双向限幅威廉希尔官方网站 则在输入电压过高或过低的两个方向上均产生限幅作用。
　　下限幅威廉希尔官方网站 ：当输入电压Ui在二极管处的电压差（Ui-E）小于二极管的门限电压时，二极管处于截止状态，此时的输出电压Uo等于E;当输入电压Ui在二极管处的电压差（Ui-E）大于二极管的门限电压时，此时二极管处于导通状态，此时的输出电压Uo约等于Ui。
　　
　　上限幅威廉希尔官方网站 ：当输入电压Ui在二极管处的电压差（Ui-E）小于二极管的门限电压时，二极管处于截止状态，此时的输出电压为Ui;当输入电压Ui在二极管处的电压差（Ui-E）大于二极管的门限电压时，二极管处于导通状态，此时的输出电压Uo约等于E。
　　
　　双向限幅威廉希尔官方网站 ：当输入的电压Ui小于E1，且在二极管D1处的电压差（E1-Ui）大于二极管D1的门限值时，二极管D1导通、D2截止（E2》Ui），此时输出端的电压Uo等于二极管D1支路处的电压，约等于E1;当输入电压大于E1、小于E2时，二极管D1、D2截止，此时的输出电压Uo就等于Ui;当输入的电压Ui大于E2，且在二极管D2处的电压差（Ui-E2）大于二极管的门限值时，二极管D1截止（Ui》E1）、D2导通，此时输出端的电压Uo等于二极管D2支路处的电压，约等于E2。
　　
　　2.4 续流
　　2.5 检波
　　2.6 阻尼
　　阻尼（英语：damping）：是指任何振动系统在振动中，由于外界作用（如流体阻力、摩擦力等）和/或系统本身固有的原因引起的振动幅度逐渐下降的特性，以及此一特性的量化表征。
　　阻尼二极管是具有较高的反向工作电压和峰值电流，正向压降小，高频高压整流二极管，用在电视机行扫描威廉希尔官方网站 作阻尼和升压整流用。阻尼二极管多用于黑白或彩色电视机行扫描威廉希尔官方网站 中的阻尼、整流威廉希尔官方网站 里，可以是硅二极管或锗二极管。它具有类似高频高压整流二极管的特性。它的反向恢复时间很小，能承受较高的反向击穿电压和较大的峰值电流，既能在高频（行频）下工作又具有较低正向电压降。
　　主要参数选择：
　　反向耐压要高：阻尼二极管要承受与行输出管基本相同的扫描逆程反峰高压。因此，选择阻尼二极管，其反向耐压PR要高，否则很难正常工作。
　　最大正向脉冲电流要大：阻尼二极管是在扫描逆程结束的瞬间，由逆程振荡电压使它导通的，所以最大正向脉冲电流与行输出管基本相同。
　　反向恢复时间要小：为使阻尼二极管能很好地阻尼振荡，并在偏转线圈中形成正程扫描的锯齿波电流，要求乙越小越好。这样可以减少泄放时间，使逆程期间的偏转线圈中存储的能量通过阻尼很快泄放掉。
　　2.7显示
　　发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。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。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管
　　在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。4
　　主要参数5
　　（1）色温：常规色温：暖白光（WW）2700-3200k、自然光（NW）4000-4500K、正白光（PW）6000-6500K、 冷白光（CW）7000-7500k
　　（2）允许功耗：允许功耗Pm：允许加于LED两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值。超过此值，LED发热、损坏。
　　（3））最大正向直流电流IFm：允许加的最大的正向直流电流。超过此值会损坏二极管。
　　（4）最大反向电压VRm：所允许加的最大反向电压。超过此值，发光二极管可能被击穿损坏。
　　（5）工作环境topm：发光二极管可正常工作的环境温度范围。低于或高于此温度范围，发光二极管将不能正常工作，效率大大降低。
　　2.8 稳压
　　稳压二极管（又叫齐纳二极管），它主要工作在反向击穿状态。利用的是它在反向击穿状态下工作电流有很大的变化范围而其两端的电压基本不变的特性。压二极管是根据击穿电压来分档的，因为这种特性，稳压管主要被作为稳压器或电压基准元件使用。
　　
　　工作原理：
　　（1）当输入电源电压Ui比稳压二极管D的稳定电压UZ低时，稳压二极管没有击穿而处于反向截止区，这种工作状态不是稳压二极管的正常工作状态，因为输出电压Uo是随输入电压Ui变化的，没有达到输出稳定电压的目的。此时的输出电压Uo为：
　　
　　（2）当输入电源电压Ui比稳压二极管稳定电压高时，稳压二极管被反向电压击穿，稳压二极管处于工作状态，输出电压Uo就是稳压二极管的标称稳定电压。这是因为稳压二极管处于击穿状态时的电流变动是呈指数式变动的，改变非常急剧。RL或者Ui增加时，加在Uo处的电压上升、稳压二极管D的电压Uz也会随Uo上升，稳压二极管D处电流Iz会随着电压的上升急剧增加，从而引起电阻R1处的电压UR1上升，由于RL和R1是串联分压的关系，UR1的上升势必会引起Uo下降，从而到达稳压的效果。反之，RL或者Ui减小时，加在Uo处的电压下降、稳压二极管D的电压Uz也会随Uo下降，稳压二极管D处电流Iz会随着电压的上升急剧减小，从而引起电阻R1处的电压UR1下降，由于RL和R1是串联分压的关系，UR1的下降势必会引起Uo上升，从而到达稳压的效果。此时的输出电压为：
　　
　　（3）需要注意的是，当稳压二极管处于反向击穿状态时，细微的电压变动都会引起电流很大的变化，而稳压二极管都有自己的最大工作电Izm流，如果超过这个值，稳压二极管就会烧坏，失去稳压能力，所以在实际中一定要防止稳压二极管电流超过最大工作电Izm流（可以通过加大R1进行限流）。此时的电流Iz为：
　　
　　稳压二极管主要参数：
　　稳定电压UZ：指稳压管通过额定电流时两端产生的稳定电压值。该值随工作电流和温度的不同而略有改变。由于制造工艺的差别，同一型号稳压管的稳压值也不完全一致。
　　额定电流Iz：指稳压管产生稳定工作时通过该管的电流值。低于此值时，稳压管非不能进行稳压，稳压效果会变差;高于此值时，只要不超过额定功率损耗，也是允许的，而且稳压性能会好一些，但要多消耗电能。
　　动态电阻Rz：指稳压管两端电压变化与电流变化的比值。该比值随工作电流的不同而改变，一般是工作电流愈大，动态电阻则愈小，通常希望这个值越小越好。计算公式为：
　　
　　额定功耗Pz：由芯片允许温升决定，其数值为稳定电压Uz和允许最大电流Izm的乘积。
　　
　　温度系数α：它是衡量在威廉希尔官方网站 参数不变的条件下，稳压二极管的温度变化引起的稳定电压的变化量，亦即温度变化1 oC所引起稳压二极管两端电压的相对变化量，如下式：
　　
　　反向漏电流IR：指二极管在规定的反向电压下产生的漏电流。