二極體

二極體

二極體（Diode）是一種具有兩個電極（陽極和陰極）的電子元件，只允許電流單方向流動（從陽極向陰極）。它是最基本的半導體器件之一，廣泛應用於各種電子電路中。

二極體的核心是一個PN結，由P型半導體和N型半導體結合而成：

• P型半導體：摻入三價雜質（如硼），形成多數載流子為空穴的區域

• N型半導體：摻入五價雜質（如磷），形成多數載流子為電子的區域當P型和N型半導體結合時，交界處會形成一個耗盡層，產生內建電場，這就是二極體單向導電性的物理基礎。

1. 單向導電性：

   • 正向偏置時（陽極電壓高於陰極），電流容易通過

   • 反向偏置時，幾乎沒有電流流過（僅有微小漏電流）

2. 伏安特性曲線：

   • 正向導通電壓：矽二極體約0.7V，鍺二極體約0.3V

   • 反向擊穿電壓：當反向電壓超過此值時，二極體會突然導通

1. 最大正向電流(IF)：允許通過的最大平均正向電流

2. 反向擊穿電壓(VR)：開始反向導通時的電壓

3. 反向漏電流(IR)：反向偏置時的微小電流

4. 結電容(Cj)：PN結形成的電容效應

5. 反向恢復時間(trr)：從導通到截止的轉換時間

1. 整流電路：將交流電轉換為直流電

2. 保護電路：防止電源反接損壞設備

3. 邏輯電路：實現簡單的邏輯功能

4. 檢波電路：從高頻信號中提取信息

5. 穩壓電路：提供穩定的參考電壓

6. 發光顯示：LED廣泛應用於各種顯示裝置

1. 使用萬用表測試：

   • 將萬用表調至二極體測試檔

   • 正向連接時應顯示導通電壓（矽管約0.5-0.7V）

   • 反向連接時應顯示"OL"或"1"（表示不導通）

2. 判斷好壞：

   • 雙向導通：短路損壞

   • 雙向不導通：開路損壞

   • 正常應為單向導通

• 1874年：卡爾·費迪南德·布勞恩發現某些礦物的單向導電性

• 1904年：約翰·弗萊明發明第一個真空二極體（熱離子閥）

• 1940年代：貝爾實驗室開發出實用的半導體二極體

• 1962年：尼克·何倫亞克發明第一種實用LED

1. 根據應用場景選擇合適類型

2. 考慮最大正向電流和反向電壓需求

3. 高頻應用需關注反向恢復時間

4. 功率應用需考慮散熱問題

5. 精密電路需注意參數的一致性

1. 開路故障：完全無導通，需更換

2. 短路故障：雙向導通，需更換

3. 性能劣化：參數偏移，影響電路功能

4. 熱擊穿：過載導致永久損壞

5. 靜電損壞：ESD導致敏感二極體失效

二極體作為電子電路中的基礎元件，其重要性不言而喻。隨著技術發展，新型二極體不斷湧現，在光電、高頻、功率等領域發揮著越來越重要的作用。

二極體

二極體（Diode）是一種具有兩個電極（陽極和陰極）的電子元件，只允許電流單方向流動。它是最基本的半導體器件之一，廣泛應用於各種電子電路中。

二極體的核心是一個PN結，由P型半導體和N型半導體結合而成：

• P型半導體：摻雜了三價元素，形成多數載流子為空穴的結構

• N型半導體：摻雜了五價元素，形成多數載流子為電子的結構當P型和N型半導體結合時，交界處會形成一個阻礙多數載流子擴散的空間電荷區（耗盡層）。

單向導電性

• 正向偏壓：當陽極電位高於陰極時，耗盡層變窄，電流容易通過

• 反向偏壓：當陰極電位高於陽極時，耗盡層變寬，電流難以通過

伏安特性曲線

• 正向導通電壓：矽二極體約0.7V，鍺二極體約0.3V

• 反向擊穿電壓：當反向電壓超過特定值時會發生擊穿現象

按材料分類

1. 矽二極體：最常見，工作溫度高，反向電流小

2. 鍺二極體：正向壓降低，但溫度穩定性較差

3. 砷化鎵二極體：用於高頻和光電應用

按功能分類

1. 整流二極體：將交流電轉換為直流電

2. 穩壓二極體（齊納二極體）：利用反向擊穿特性穩定電壓

3. 發光二極體（LED）：通電時能發出可見光或紅外光

4. 肖特基二極體：開關速度快，正向壓降低

5. 變容二極體：電容隨外加電壓變化

6. 光電二極體：將光信號轉換為電信號

1. 最大正向電流（IFM）：允許通過的最大正向平均電流

2. 反向擊穿電壓（VBR）：產生反向擊穿時的電壓

3. 反向飽和電流（IR）：反向偏壓時的微小漏電流

4. 結電容（CJ）：PN結的電容效應

5. 反向恢復時間（trr）：從導通到截止的轉換時間

電力電子

• 交流變直流的整流電路

• 開關電源中的續流保護

• 電壓鉗位和保護電路

通信電子

• 高頻信號的檢波和混頻

• 微波信號的產生與處理

• 光通信中的光電轉換

消費電子

• LED照明和顯示

• 電源保護和穩壓

• 各類電子設備的邏輯控制

指針式萬用表檢測

1. 選擇R×1k檔

2. 正向測量：黑表筆接陽極，紅表筆接陰極，顯示低電阻

3. 反向測量：表筆反接，顯示高電阻

數字萬用表檢測

1. 選擇二極體測試檔

2. 正向測量顯示導通電壓（矽管約0.5-0.7V）

3. 反向測量顯示"OL"或"1"（超量程）

• 1874年：卡爾·費迪南德·布勞恩發現金屬與半導體的單向導電現象

• 1904年：約翰·弗萊明發明真空管二極體（弗萊明閥）

• 1947年：貝爾實驗室研製出第一個實用的半導體二極體

• 1962年：尼克·何倫亞克發明第一種實用可見光LED

1. 根據電路功能選擇合適類型

2. 正向電流不超過額定值

3. 反向工作電壓留有足夠餘量

4. 高頻應用考慮結電容和反向恢復時間

5. 特殊環境考慮溫度特性

1. 焊接時溫度不宜過高，時間不宜過長

2. 安裝時注意極性，防止反接

3. 功率二極體需考慮散熱問題

4. 高頻應用中注意引線長度和佈局

5. 避免靜電損傷敏感的二極體器件