什么是二极管？
通常，所有电子设备都需要直流电源，但是不可能产生直流电源，因此，我们需要一种替代方法来获取一些直流电源，因此需要使用二极管将交流电源转换为直流电源。二极管是几乎所有电子电路中使用的微小电子组件，仅使电流在一个方向上流动（ 单向设备） ）。可以说，使用半导体材料制造电子组件是从二极管开始的。在发明二极管之前，有真空管，这两种设备的应用都是相似的，但真空管所占的空间将比二极管大得多。真空管的结构有点复杂，与半导体二极管相比，它们很难维护。二极管的很少应用是整流，放大，电子开关，将电能转换为光能以及将光能转换为电能。
二极管的历史：
1940年，罗素·奥尔（Russell Ohl）在贝尔实验室（Russell Ohl）正在研究一种硅晶体，以了解其特性。有一天，偶然地，当一个有裂缝的硅晶体暴露在阳光下时，他发现电流流过该晶体，后来被称为 二极管，这是半导体时代的开始。
二极管的构造：
固体材料通常分为三种类型，即导体，绝缘体和半导体。导体具有最大数量的自由电子，绝缘子具有最小数量的自由电子（可忽略不计，因此根本不可能流动电流），而半导体可以是导体，也可以是绝缘体，具体取决于施加到其上的电势。通常使用的半导体是硅和锗。 硅是优选的，因为它在地球上存在量很大，并且具有更好的热范围。
半导体又分为 内在和外在 两种 。
本征半导体：
这些也被称为纯半导体，其中在室温下，载流子（电子和空穴）的数量相等。因此，电流传导同时通过空穴和电子发生。
外在半导体：
为了增加材料中的空穴或电子数量，我们选择了非本征半导体，其中将杂质（除了硅和锗或简单的三价或五价材料之外）添加到硅中。将杂质添加到纯半导体中的过程称为 掺杂。
P型和N型半导体的形成：
N型半导体：
如果将五价元素（价电子数为5）添加到Si或Ge中，则可以使用自由电子。随着电子（带负电的载流子）的数量增加，这些被称为 N型半导体 。在N型中，半导体电子是多数电荷载流子，空穴是少数电荷载流子。
很少有五价元素是磷，砷，锑和铋。由于这些具有过量的价电子，并准备与外部带正电的粒子配对，因此这些元素称为 施主 。
P型半导体
类似地，如果将硼，铝，铟和镓等三价元素添加到Si或Ge中，则会产生空穴，因为其中的价电子为三个。由于空穴已经准备好接受电子并配对，因此称为“ 受体” 。由于在新形成的材料中空穴的数量过多，这些被称为 P型半导体 。在P型半导体中，空穴是多数电荷载流子，电子是少数电荷载流子。
PN结二极管：
现在，如果我们将两种类型的半导体P型和N型连接在一起，则会形成一个称为PN结二极管的新器件。由于在P型和N型材料之间形成结，因此将其称为PN结。
二极管一词可以解释为“ Di”表示两个，“ ode”是从电极获得的。由于新形成的组件可以具有两个端子或电极（一个连接到P型，另一个连接到N型），因此称为二极管或PN结二极管或半导体二极管。
连接到P型材料的端子称为 阳极 ，连接到N型材料的端子称为 阴极 。
二极管的符号表示如下。
箭头表示当二极管处于正向偏置模式时流过二极管的电流，箭头或虚线表示箭头相反方向的电流阻塞。
PN结理论：
我们已经看到了用P和N半导体制成二极管的方法，但是我们需要知道二极管内部会发生什么，从而形成一种独特的特性，即仅允许一个方向的电流通过，并且在结点最初的精确接触点会发生什么。
结形成：
最初，当两种材料结合在一起（不施加任何外部电压）时，N型中的过量电子和P型中的过量空穴将相互吸引，并在形成固定离子（给体离子）的地方重新结合如下图所示。这些固定离子阻止电子或空穴流过该电子或空穴，电子或空穴现在充当两种材料之间的阻挡层（形成阻挡层意味着固定离子扩散到P和N区域中）。现在形成的势垒称为 耗尽区 。在这种情况下，耗尽区的宽度取决于材料中的掺杂浓度。
如果两种材料中的掺杂浓度相等，则固定离子将同等地扩散到P和N材料中。
如果掺杂浓度彼此不同怎么办？
好吧，如果掺杂不同，则耗尽区的宽度也不同。 它的扩散更多地进入轻掺杂区，而很少扩散到重掺杂区 。
现在让我们看看施加适当电压时二极管的行为。
二极管正向偏置
有许多二极管的结构相似，但所用材料的类型不同。例如，如果我们考虑一个发光二极管，它是由铝，镓和砷化物材料制成的，它们在激发时会以光的形式释放能量。类似地，考虑了二极管特性的变化，例如内部电容，阈值电压等，并基于这些特性设计了特定的二极管。
在这里，我们解释了各种类型的二极管及其工作，符号和应用：
- 齐纳二极管
- LED
- 激光二极管
- 光电二极管
- 变容二极管
- 肖特基二极管
- 隧道二极管
- PIN二极管等
让我们简要地看一下这些设备的工作原理和结构。
齐纳二极管：
该二极管中的P和N区被重掺杂，因此耗尽区非常窄。与普通二极管不同，其击穿电压非常低，当反向电压大于或等于击穿电压时，耗尽区消失，即使反向电压增加，恒定电压也会通过二极管。因此，在正确偏置时，二极管可用于调节电压并保持恒定的输出电压。这是使用齐纳二极管限制电压的一个示例。
齐纳二极管的击穿称为 齐纳击穿 。 这意味着，当向齐纳二极管施加反向电压时，结处会产生强电场，足以破坏结内的共价键并导致大量电流通过。与雪崩击穿相比，齐纳击穿是在非常低的电压下引起的。
在普通二极管中通常会看到另一种击穿类型，称为 雪崩击穿 ，它需要大量的反向电压才能断开结。它的工作原理是当二极管反向偏置时，小的泄漏电流流过二极管，当反向电压进一步增加时，泄漏电流也会增加，这快到足以破坏结内的几个共价键，这些新的电荷载流子就会进一步击穿其余的共价键会引起巨大的泄漏电流，从而可能永远损坏二极管。
发光二极管（LED）：
它的结构类似于简单的二极管，但是半导体的各种组合用于生成不同的颜色。它以正向偏置模式工作。当发生电子空穴复合时，释放出释放的光子，该光子发射光，如果正向电压进一步增加，则将释放更多的光子，并且光强度也会增加，但电压不应超过其阈值，否则会损坏LED。
为了生成不同的颜色，可以使用AlGaAs（砷化铝镓）–红色和红外光； GaP（磷化镓）–黄色和绿色； InGaN（氮化铟镓）–蓝色和紫外线LED等。检查简单的LED电路这里。
对于红外LED，我们可以通过相机看到它的光。
激光二极管：
LASER代表通过受激辐射发射进行光放大。PN结由两层掺杂的砷化镓形成，其中在该结的一端施加高反射涂层，在另一端施加部分反射涂层。当二极管像LED一样被正向偏压时，它会释放光子，这些光子会撞击其他原子，从而使光子被过度释放；当光子撞击反射涂层并再次撞击结点时，又会释放更多的光子，此过程重复进行，并发出高强度光束的光仅在一个方向上释放。激光二极管需要驱动器电路才能正常工作。
LASER二极管的符号表示与LED相似。
光电二极管：
在光电二极管中，通过它的电流取决于施加在PN结上的光能。它以反向偏置运行。如前所述，当反向偏置时，小的泄漏电流流过二极管，在这里称为 暗电流 。 由于电流是由于缺乏光（暗）而引起的，因此称为电流。该二极管的结构使得当光照射到结处时，足以断开电子空穴对并产生电子，从而增加了反向漏电流。在这里，您可以检查光电二极管与IR LED配合使用。
变容二极管：
也称为Varicap（可变电容器）二极管。它以反向偏置模式工作。导电板与绝缘体或电介质之间的电容器隔离的一般定义是，当正常二极管反向偏置时，耗尽区的宽度会增加，因为耗尽区代表绝缘体或电介质，它现在可以充当电容器。随着反向电压的变化，P区和N区的间隔会发生变化，从而导致二极管用作可变电容器。
由于电容随着板之间距离的减小而增加，因此较大的反向电压意味着电容较低，反之亦然。
肖特基二极管：
N型半导体与金属（金，银）接合，使得二极管中存在高能级电子，这些电子被称为 热载流子， 因此该二极管也被称为 热载流子二极管 。 它没有少数载流子，也不存在耗尽区，而是存在金属半导体结，当该二极管被正向偏置时，它充当导体，但是电荷具有高能级，这有助于快速切换，尤其是在数字电路中，这也是用于微波应用。在此处检查运行中的肖特基二极管。
隧道二极管：
该二极管中的P和N区被重掺杂，因此耗尽的存在非常窄。它具有负电阻区域，可用作振荡器和微波放大器。当该二极管首先被正向偏置时，由于耗尽区很窄，因此电子隧穿它，因此电流随电压的微小变化而迅速增加。当电压进一步增加时，由于结处的过量电子，耗尽区的宽度开始增加，导致正向电流进一步阻塞（形成负电阻区），而当正向电压进一步增加时，它将充当普通二极管。
PIN二极管：
在该二极管中，P和N区被本征半导体隔开。当二极管反向偏置时，它用作恒定值电容器。在正向偏置条件下，它充当由电流控制的可变电阻。它用于要通过直流电压控制的微波应用中。
它的符号表示类似于普通的PN二极管。
二极管的应用：
- 稳压电源：实际上不可能产生直流电压，唯一可用的电源类型是交流电压。由于二极管是单向器件，因此可用于将交流电压转换为脉动直流，并通过进一步的滤波部分（使用电容器和电感器）可获得近似的直流电压。
- 调谐器电路：在接收器端的通信系统中，由于天线接收太空中所有可用的无线电频率，因此需要选择所需的频率。因此，使用的调谐器电路不过是带有可变电容器和电感器的电路。在这种情况下，可以使用变容二极管。
- 电视机，交通信号灯，显示板：为了在电视或显示板上显示图像，使用了LED。由于LED消耗的功率非常少，因此已广泛用于LED灯泡等照明系统。
- 稳压器：由于齐纳二极管的击穿电压非常低，因此在反向偏置时可以用作稳压器。
- 通信系统中的检测器：一种使用二极管的著名检测器是一个包络检测器，用于检测调制信号的峰值。