二極管
二極管（Diode）係電子零件，多數只係得兩個駁位駁電。二極管駁入電路，電子只可以向一個方向行，唔畀倒轉來行。
最理想嘅二極管係，順行可以一跳跳到最高電流，而逆行即刻一啲電流都無。不過現實嘅通常做唔到咁理想。
二極管最初係正負兩個電極嘅真空管，所以叫二極管。不過家下大部份都變晒原子粒，用晒半導體來做。
二極管有好多種，有啲重會發光㖭。
半導體二極管，係而家最常用嘅類型，係一嚿結晶性嘅半導體材料，佢有個p–n結連住兩個電極。[1] 佢有個指數嘅電流-電壓特性曲線。半導體二極管係第一批半導體電子元件。德國物理學家費迪南德·布勞恩喺 1874 年發現咗晶體礦物同埋金屬之間接觸面嘅不對稱導電性。而家，大多數二極管都係用矽整嘅，但係都有用其他半導體材料，好似砷化鎵同埋鍺咁。[2]
過時嘅真空管二極管係一種真空管，佢有兩個電極，一個加熱嘅陰極同埋一個陽極，喺入面電子淨係可以單方向流動，由陰極去陽極。
二極管有好多用途，例如喺整流器入面將交流電 (AC) 功率轉換成直流電 (DC)，喺無線電接收器入面做解調，甚至可以用嚟做邏輯或者溫度感測器。二極管嘅一種常見變體係發光二極管，佢用嚟做電燈照明同埋電子設備上面嘅狀態指示燈。
主要功能
[編輯]單向電流流動
[編輯]二極管最常見嘅功能係允許電流喺一個方向通過（叫做二極管嘅「正向」），同時阻止電流喺相反方向流動（「反向」）。佢嘅液壓比擬就好似止回閥咁。呢種單向行為可以將交流電 (AC) 轉換成直流電 (DC)，呢個過程叫做整流。作為整流器，二極管可以用喺好多任務度，例如喺無線電接收器入面從無線電信號度提取調製。
閾值電壓
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二極管嘅行為通常簡化為具有「正向閾值電壓」或者「導通電壓」或者「切入電壓」，高過呢個電壓就會有顯著嘅電流，低過呢個電壓就幾乎冇電流，呢個取決於二極管嘅成分：
| 二極管類型 | 正向閾值電壓 |
|---|---|
| 矽肖特基 | 0.15 V 到 0.45 V |
| 鍺p–n | 0.25 V 到 0.3 V |
| 矽 p–n | 0.6 V 到 0.7 V |
| 紅外線 (GaAs) p–n | ~1.2 V |
| 發光二極管 (LED) | 1.6 V (紅色) 到 4 V (紫色)。 材料 有完整列表。 |
呢個電壓可以鬆散噉叫做二極管嘅「正向壓降」或者淨係「壓降」，因為指數函數嘅陡峭性嘅結果係，喺正常正向偏壓操作條件下，二極管嘅壓降唔會顯著超過閾值電壓。數據表通常會引用指定電流同埋溫度下嘅典型或者最大「正向電壓」(VF)（例如 LED 嘅 20 mA 同埋 25 °C），[3] 等用戶可以保證喺乜嘢時候會有一定量嘅電流開始流動。喺較高電流下，二極管嘅正向壓降會增加。例如，對於矽功率二極管嚟講，喺滿額定電流下，壓降通常係 1 V 到 1.5 V。（亦都睇下：整流器壓降）
不過，半導體二極管嘅指數 電流-電壓特性曲線 實際上比呢個簡單嘅開-關動作更加漸進。[4] 雖然指數函數喺線性刻度上面睇嗰陣，喺呢個閾值附近可能睇起嚟有一個明確嘅「膝部」，但係個膝部係一種錯覺，佢取決於表示電流嘅 y 軸刻度。喺半對數圖入面（電流用對數刻度，電壓用線性刻度），二極管嘅指數曲線反而睇起嚟更似一條直線。
由於二極管嘅正向壓降隨電流變化得好少，而且更多係溫度嘅函數，所以呢個效應可以用嚟做溫度感測器或者某種程度上唔精確嘅電壓參考。
反向擊穿
[編輯]當二極管兩端嘅反向電壓達到一個叫做擊穿電壓嘅值嗰陣，二極管對反向流動電流嘅高電阻會突然下降到低電阻。呢個效應用嚟調節電壓（齊納二極管）或者保護電路免受高壓浪湧嘅影響（雪崩二極管）。
其他功能
[編輯]半導體二極管嘅電流-電壓特性可以通過選擇半導體材料同埋喺製造過程入面引入材料嘅摻雜雜質嚟調整。[4] 呢啲技術用嚟製造執行好多唔同功能嘅專用二極管。[4] 例如，電子調諧收音機同埋電視接收器（變容二極管），產生射頻 振盪（隧道二極管、耿氏二極管、IMPATT二極管），同埋產生光（發光二極管）。隧道二極管、耿氏二極管同埋 IMPATT 二極管表現出負電阻，佢喺微波同埋開關電路入面好有用。
二極管，無論係真空管定係半導體，都可以用嚟做散粒噪聲發生器。
歷史
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熱電子（真空管）二極管同埋固態（半導體）二極管係喺 1900 年代初期，大約同一時間，作為無線電接收器檢波器分別開發出嚟嘅。[5] 直到 1950 年代，真空二極管喺無線電入面都用得更加頻繁，因為早期嘅點接觸半導體二極管唔夠穩定。此外，大多數接收器都用真空管做放大，佢哋可以好容易噉將熱電子二極管包含喺真空管入面（例如 12SQ7 雙二極三極管），而且真空管整流器同埋充氣整流器能夠比當時可用嘅半導體二極管（例如 硒整流器）更好噉處理一啲高電壓/高電流整流任務。
喺 1873 年，弗雷德里克·格思里觀察到，一個接地嘅、白熾嘅金屬球靠近驗電器嗰陣，會令帶正電荷嘅驗電器放電，但係唔會令帶負電荷嘅驗電器放電。[6][7] 喺 1880 年，托馬斯·愛迪生觀察到燈泡入面加熱元件同埋未加熱元件之間嘅單向電流，後嚟叫做愛迪生效應，並且獲得咗將呢個現象應用於DC 伏特計嘅專利。[8][9] 大約 20 年後，約翰·安布羅斯·弗萊明（馬可尼公司嘅科學顧問同埋前愛迪生僱員）意識到愛迪生效應可以用嚟做無線電檢波器。弗萊明喺 1904 年 11 月 16 號喺英國獲得咗第一個真正嘅熱電子二極管，弗萊明閥嘅專利[10] （之後喺 1905 年 11 月獲得咗 美國專利 803,684 美國專利）。喺成個真空管時代，真空管二極管都用喺幾乎所有電子產品入面，例如收音機、電視機、音響系統同埋儀器。由於硒整流器技術，之後喺 1960 年代畀半導體二極管取代，佢哋嘅市場份額開始慢慢噉減少。而家，佢哋仍然用喺一啲高功率應用入面，喺呢啲應用入面，佢哋承受瞬態電壓嘅能力同埋佢哋嘅堅固性令佢哋比半導體器件更具優勢，而且佢哋亦都用喺樂器同埋發燒友應用入面。
喺 1874 年，德國科學家卡爾·費迪南德·布勞恩發現咗金屬同礦物之間接觸面嘅「單向導電」。[11][12] 印度科學家賈格迪什·錢德拉·玻色係第一個喺 1894 年使用晶體嚟檢測無線電波嘅人。[13] 晶體檢波器畀格林利夫·惠蒂爾·皮卡德開發成用於無線電報嘅實用設備，佢喺 1903 年發明咗矽晶體檢波器，並且喺 1906 年 11 月 20 號獲得咗專利。[14] 其他實驗者嘗試咗各種其他礦物做檢波器。半導體原理對於呢啲早期整流器嘅開發者嚟講係未知嘅。喺 1930 年代，物理學嘅理解得到咗進步，喺 1930 年代中期，貝爾電話實驗室嘅研究人員意識到晶體檢波器喺微波技術應用方面嘅潛力。[15] 貝爾實驗室、西電、麻省理工學院、普渡大學同埋英國嘅研究人員喺第二次世界大戰期間密集噉開發點接觸二極管（「晶體整流器」或者「晶體二極管」），用於雷達。[15]</ref> 第二次世界大戰之後，美國電話電報公司喺佢哋橫跨美國嘅微波塔入面使用咗呢啲二極管，而且好多雷達設備甚至喺 21 世紀都重用緊佢哋。喺 1946 年，西爾瓦尼亞開始提供 1N34 晶體二極管。[16][17][18] 喺 1950 年代初期，結型二極管開發出咗。
詞源
[編輯]喺佢哋發明嗰陣，不對稱導電器件叫做整流器。喺四極管發明嘅 1919 年，威廉·亨利·埃克爾斯從希臘文詞根度創造咗「二極管」呢個詞語：「di」（嚟自「δί」），意思係「二」，同埋「ode」（嚟自「οδός」），意思係「路徑」。不過，「二極管」呢個詞語已經用緊，三極管、四極管、五極管、六極管亦都係，作為多路復用 電報嘅術語。[19]
雖然所有二極管都「整流」，但係「整流器」通常適用於用於電源供應器嘅二極管，嚟區分佢哋同埋用於細信號電路嘅二極管。
真空管二極管
[編輯].JPG) 一個高功率真空二極管，喺無線電設備入面用做整流器。 | |
| Type | 熱電子 |
|---|---|
| Pin names | 屏極同埋陰極，加熱器（如果係間接加熱） |
| Electronic symbol | |
 間接加熱真空管二極管嘅符號。由上到下，元件名稱係：「屏極」、「陰極」同埋「加熱器」。 | |
熱電子二極管係一種熱電子管器件，佢由一個密封嘅、抽空嘅玻璃或者金屬外殼組成，外殼入面包含兩個電極：一個陰極同埋一個陽極。陰極係「間接加熱」或者「直接加熱」嘅。如果採用間接加熱，外殼入面就會包含一個加熱器。
喺操作入面，陰極會加熱到紅熱，大約 800～1,000 °C（1,470～1,830 °F）。直接加熱嘅陰極係用鎢絲整嘅，並且通過從外部電壓源通過佢嘅電流嚟加熱。間接加熱嘅陰極由附近加熱器發出嘅紅外線輻射加熱，加熱器由鎳鉻合金絲組成，並且由外部電壓源提供嘅電流供電。
陰極嘅工作溫度令佢將電子釋放到真空入面，呢個過程叫做熱電子發射。陰極塗咗鹼土金屬嘅氧化物，例如鋇同埋鍶嘅氧化物。呢啲氧化物具有低功函數，意味住佢哋比未塗層嘅陰極更容易發射電子。
陽極冇加熱，所以唔會發射電子；但係能夠吸收佢哋。
要整流嘅交流電壓施加喺陰極同陽極之間。當陽極電壓相對於陰極係正嘅時候，陽極靜電吸引來自陰極嘅電子，因此電子電流會通過真空管從陰極流到陽極。當陽極電壓相對於陰極係負嘅時候，陽極唔會發射電子，因此冇電流可以從陽極流到陰極。
半導體二極管
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點接觸二極管
[編輯]點接觸二極管係喺 1930 年代開始，從早期嘅晶體檢波器技術度開發出嚟嘅，而家通常用於 3 到 30 吉赫茲嘅範圍。[15][20][21][22] 點接觸二極管使用一條小直徑金屬絲，佢同半導體晶體接觸，並且係「非焊接」接觸類型或者「焊接」接觸類型嘅。非焊接接觸結構利用肖特基勢壘原理。金屬側係一條小直徑金屬絲嘅尖端，佢同半導體晶體接觸。[23] 喺焊接接觸類型入面，喺製造期間，通過瞬間通過器件嘅相對較大電流，喺金屬點周圍嘅另一個 N 型晶體入面形成一個細小嘅 P 區。[24][25] 點接觸二極管通常表現出比結型二極管更低嘅電容、更高嘅正向電阻同埋更大嘅反向洩漏。
結型二極管
[編輯]p–n結二極管
[編輯]p–n 結二極管係用半導體晶體整嘅，通常係矽，但係鍺同埋砷化鎵亦都有用。雜質會添加落去，喺一側創建一個包含負電荷載流子（電子）嘅區域，叫做n型半導體，喺另一側創建一個包含正電荷載流子（空穴）嘅區域，叫做p型半導體。當 n 型同埋 p 型材料連接埋一齊嗰陣，電子會從 n 側流向 p 側，產生瞬時嘅電子流動，喺兩者之間形成第三個區域，入面冇電荷載流子。呢個區域叫做耗盡區，因為入面冇電荷載流子（既冇電子又冇空穴）。二極管嘅端子連接到 n 型同埋 p 型區域。呢兩個區域之間嘅邊界，叫做p–n結，係二極管作用發生嘅地方。當施加到 P 側（陽極）嘅電勢明顯高過 N 側（陰極）嘅電勢嗰陣，佢會允許電子通過耗盡區從 N 型側流到 P 型側。當以相反方向施加電勢嗰陣，結唔允許電子喺相反方向流動，喺某種意義上，創造咗一個電子止回閥。
肖特基二極管
[編輯]另一種類型嘅結型二極管，肖特基二極管，係由金屬-半導體結形成嘅，而唔係 p–n 結，呢個減少咗電容並且提高咗開關速度。[26][27]
電流-電壓特性曲線
[編輯]半導體二極管喺電路入面嘅行為由佢嘅電流-電壓特性曲線畀出。曲線嘅形狀由電荷載流子通過所謂嘅「耗盡層」或者「耗盡區」嘅傳輸決定，佢存在於唔同半導體之間嘅p–n結度。當 p–n 結第一次創建嗰陣，嚟自 N-摻雜區域嘅導帶（可移動）電子會擴散到 P-摻雜區域，喺嗰度有大量空穴（電子嘅空位），電子會同空穴「複合」。當一個可移動電子同一個空穴複合嗰陣，空穴同電子都會消失，喺 N 側留低一個固定嘅帶正電荷嘅施體（摻雜劑），喺 P 側留低一個帶負電荷嘅受體（摻雜劑）。p–n 結周圍嘅區域嘅電荷載流子會耗盡，因此表現得好似絕緣體一樣。
不過，耗盡區嘅寬度（叫做耗盡寬度）唔可以無限增長。對於每次電子-空穴對複合，N 型摻雜區域入面都會留低一個帶正電荷嘅摻雜劑離子，P 型摻雜區域入面都會創建一個帶負電荷嘅摻雜劑離子。隨住複合嘅進行同埋更多離子嘅創建，通過耗盡區會形成一個不斷增強嘅電場，佢嘅作用係減慢，然後最終停止複合。喺呢個時候，耗盡區兩端會存在一個「內建」電勢。
反向偏壓
[編輯]如果將一個外部電壓施加喺二極管兩端，佢嘅極性同內建電勢相同，耗盡區就會繼續充當絕緣體，阻止任何顯著嘅電流流動（除非電子-空穴對喺結入面主動創建，例如通過光；睇下 光電二極管）。
正向偏壓
[編輯]不過，如果外部電壓嘅極性同內建電勢相反，複合就可以再次進行，導致通過 p–n 結產生顯著嘅電流（即係喺結處複合嘅電子同埋空穴數量顯著增加），佢隨電壓呈指數增長。
工作區域
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二極管嘅 電流-電壓特性曲線 可以用四個工作區域嚟近似。從較低到較高嘅偏置電壓，呢啲區域係：
擊穿：喺非常大嘅反向偏壓下，超過峰值反向電壓 (PIV)，會發生一個叫做反向擊穿嘅過程，佢會導致電流大幅增加（即係喺 p–n 結處產生大量電子同埋空穴，並且從 p–n 結處移開），通常會永久損壞器件。雪崩二極管係特登設計成喺呢種方式下使用嘅。喺齊納二極管入面，PIV 嘅概念唔適用。齊納二極管包含一個重摻雜嘅 p–n 結，允許電子從 p 型材料嘅價帶隧道效應到 n 型材料嘅導帶，咁樣反向電壓就會「鉗位」到一個已知嘅值（叫做「齊納電壓」），而雪崩唔會發生。不過，兩種器件喺鉗位反向電壓區域入面都可以承受嘅最大電流同埋功率都有一個限制。此外，喺任何二極管入面嘅正向導通結束之後，都會喺短時間內出現反向電流。器件要等到反向電流停止之後先至可以獲得佢嘅全部阻斷能力。
反向偏壓：對於擊穿電壓同埋 0 V 之間嘅偏壓，反向電流非常細，並且漸近噉接近 -Is。對於普通嘅 P–N 整流二極管嚟講，通過器件嘅反向電流喺微安 (μA) 範圍內。不過，呢個係同溫度相關嘅，喺足夠高嘅溫度下，可以觀察到大量嘅反向電流（mA 或者更大）。仲有一個微小嘅表面洩漏電流，佢係由電子簡單噉繞過二極管產生嘅，好似佢係一個唔完美嘅絕緣體噉。
正向偏壓：電流-電壓曲線係指數，近似於肖克利二極管方程。當使用線性電流刻度繪製嗰陣，會出現一個平滑嘅「膝部」，但係喺半對數圖上面睇唔到清晰嘅閾值電壓。
趨於平緩：喺較大嘅正向電流下，電流-電壓曲線開始畀塊狀半導體嘅歐姆電阻主導。曲線唔再係指數曲線，佢漸近於一條直線，佢嘅斜率係塊狀電阻。呢個區域對於功率二極管嚟講尤其重要，可以用一個「肖克利理想二極管」同埋一個固定電阻串聯嚟建模。
肖克利二極管方程
[編輯]「肖克利理想二極管方程」或者「二極管定律」（以 雙極性電晶體 嘅共同發明者 威廉·布拉德福德·肖克利 命名）建模二極管喺中等正向或者反向偏壓下嘅指數 電流-電壓 (I–V) 關係。肖克利二極管方程 呢篇文章提供咗詳細資訊。
小信號行為
[編輯]喺低於飽和電壓嘅正向電壓下，大多數二極管嘅電壓與電流特性曲線唔係一條直線。電流可以用 嚟近似，正如 肖克利二極管方程 呢篇文章入面解釋嘅噉。
喺檢波器同埋混頻器應用入面，電流可以用泰勒級數嚟估計。[28] 奇數項可以省略，因為佢哋產生嘅頻率分量喺混頻器或者檢波器嘅通帶之外。通常唔需要包含二階導數之後嘅偶數項，因為同二階項相比，佢哋好細。[28]</ref> 期望嘅電流分量大約同輸入電壓嘅平方成正比，因此喺呢個區域入面，響應叫做「平方律」。[23]:p. 3
反向恢復效應
[編輯]喺 p–n 型二極管入面正向導通結束之後，反向電流可以喺短時間內流動。器件要等到結入面嘅可移動電荷耗盡之後先至可以獲得佢嘅阻斷能力。
當非常快速噉開關大電流嗰陣，呢個效應可能會好顯著。[29] 可能需要一定量嘅「反向恢復時間」 tr （數量級為幾十納秒到幾微秒），嚟從二極管度移除反向恢復電荷 Qr。喺呢個恢復時間入面，二極管實際上可以喺反向導通。呢個可能會喺短時間內產生一個大嘅反向電流，喺二極管處於反向偏壓嘅時候。呢種反向電流嘅大小由工作電路（即係串聯電阻）決定，而二極管就叫做處於儲存階段。[30] 喺一啲真實世界嘅情況下，考慮到呢種非理想二極管效應造成嘅損耗係好重要嘅。[31] 不過，當電流嘅 轉換速率 唔係咁嚴重嗰陣（例如 線頻率），呢個效應可以安全噉忽略。對於大多數應用嚟講，對於 肖特基二極管 嚟講，呢個效應亦都係可以忽略不計嘅。
當儲存嘅電荷耗盡嗰陣，反向電流會突然停止；階躍恢復二極管 就係利用呢個突兀嘅停止嚟產生極短嘅脈衝。
半導體二極管嘅類型
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正常嘅 (p–n) 二極管，佢哋嘅工作方式如上所述，通常係用摻雜矽或者鍺整嘅。喺矽功率整流二極管開發之前，氧化亞銅，然後係硒都用過。佢哋嘅低效率需要施加更高嘅正向電壓（通常每個「單元」 1.4 到 1.7 V，堆疊多個單元嚟增加高壓整流器應用嘅峰值反向電壓額定值），並且需要一個大型散熱器（通常係二極管金屬基板嘅延伸部分），佢比後嚟相同電流額定值嘅矽二極管所需嘅散熱器大好多。絕大多數嘅二極管都係 CMOS 積體電路 入面嘅 p–n 二極管，[32] 佢哋每個引腳包含兩個二極管，仲有好多其他內部二極管。
- 雪崩二極管
- 呢啲係反向偏壓電壓超過擊穿電壓嗰陣，喺反向導通嘅二極管。佢哋喺電氣方面同齊納二極管非常相似（而且經常畀人錯誤噉叫做齊納二極管），但係佢哋嘅擊穿機制唔同：係「雪崩效應」。當施加喺 p–n 結兩端嘅反向電場引起電離波嗰陣，就會發生雪崩效應，令人聯想到雪崩，導致大電流。雪崩二極管設計成喺明確定義嘅反向電壓下擊穿而唔會損壞。雪崩二極管（佢嘅反向擊穿電壓高過約 6.2 V）同埋齊納二極管之間嘅區別在於，前者嘅通道長度超過咗電子嘅平均自由程，導致電子喺通過通道嘅路徑上發生多次碰撞。呢兩種類型之間唯一嘅實際區別係佢哋嘅溫度係數具有相反嘅極性。
- 恆流二極管
- 呢啲實際上係 JFET[33]，閘極同源極短接埋一齊，佢嘅功能就好似限制電壓嘅齊納二極管嘅雙端電流限制模擬元件。佢哋允許通過佢哋嘅電流上升到某個值，然後穩定喺一個特定嘅值。亦都叫做「CLD」、「恆流二極管」、「二極管連接電晶體」或者「電流調節二極管」。
- 晶體整流器或者晶體二極管
- 呢啲係點接觸二極管。[23]</ref> 1N21 系列同埋其他系列用於雷達同埋微波接收器入面嘅混頻器同埋檢波器應用。[20][21][22]</ref> 1N34A 係晶體二極管嘅另一個例子。[34]
- 耿氏二極管
- 佢哋同隧道二極管相似，因為佢哋係用 GaAs 或者 InP 等材料整嘅，呢啲材料表現出負微分電阻嘅區域。喺適當嘅偏壓下，偶極子域會形成並穿過二極管，等可以構建高頻微波 振盪器。
- 發光二極管 (LED)
- 喺用直接帶隙半導體（例如 砷化鎵）形成嘅二極管入面，跨越結嘅電荷載流子喺同另一側嘅多數載流子複合嗰陣，會發射光子。根據材料嘅唔同，可能會產生從紅外線到近紫外線嘅波長（或者顏色）。[35][36] 第一批 LED 係紅色同黃色，隨著時間嘅推移，開發出咗更高頻率嘅二極管。所有 LED 都產生非相干嘅、窄頻譜嘅光；「白色 LED」實際上係一種藍色 LED，佢帶有黃色 閃爍體 塗層，或者係三種唔同顏色 LED 嘅組合。LED 亦都可以喺信號應用入面用做低效率光電二極管。LED 可以同光電二極管或者光電晶體管喺同一個封裝入面配對，形成光耦合器。
- 激光二極管
- 當 LED 樣式嘅結構包含喺通過拋光平行端面形成嘅諧振腔入面嗰陣，就可以形成激光。激光二極管通常用於光學儲存設備同埋高速光學通訊。
- 熱二極管
- 呢個術語既可以用於用於監測溫度嘅傳統 p–n 二極管（因為佢哋嘅正向電壓會隨溫度變化），又可以用於珀耳帖熱泵，用於熱電加熱同冷卻。珀耳帖熱泵可以用半導體整，雖然佢哋冇任何整流結，但係佢哋利用 N 型同 P 型半導體入面電荷載流子嘅唔同行為嚟移動熱量。
- 光電二極管
- 所有半導體都容易受到光學電荷載流子產生嘅影響。呢個通常係一種唔想要嘅效應，所以大多數半導體都封裝喺遮光材料入面。光電二極管旨在感應光（光檢測器），所以佢哋封裝喺允許光通過嘅材料入面，並且通常係 PIN 型（對光最敏感嘅二極管類型）。[37] 光電二極管可以用喺太陽能電池、光度測定法或者光學通訊入面。多個光電二極管可以封裝喺單個器件入面，以線性陣列或者二維陣列嘅形式。呢啲陣列唔應該同 電荷耦合器件 混淆。
- PIN二極管
- PIN 二極管有一個中心嘅未摻雜或者「本徵」層，形成 p 型/本徵/n 型結構。[38] 佢哋用做射頻開關同埋衰減器。佢哋亦都用做大體積、電離輻射檢測器同埋光檢測器。PIN 二極管亦都用喺功率電子學入面，因為佢哋嘅中心層可以承受高電壓。此外，PIN 結構可以喺好多功率半導體器件入面搵到，例如 IGBT、功率 MOSFET 同埋 閘流管。
- 肖特基二極管
- 肖特基 二極管係由金屬到半導體嘅接觸面構造而成嘅。佢哋嘅正向壓降比 p–n 結二極管低。佢哋喺約 1 mA 正向電流下嘅正向壓降喺 0.15 V 到 0.45 V 嘅範圍內，呢個令佢哋喺電壓 鉗位應用 同埋防止電晶體飽和方面好有用。佢哋亦都可以用做低損耗整流器，雖然佢哋嘅反向洩漏電流通常比其他二極管嘅反向洩漏電流高。肖特基二極管係 多數載流子 器件，因此唔會受到少數載流子儲存問題嘅影響，呢個問題會拖慢好多其他二極管嘅速度——因此佢哋嘅反向恢復速度比 p–n 結二極管快。佢哋嘅結電容亦都傾向於比 p–n 二極管細好多，呢個提供咗高開關速度，並且佢哋可以用於高速電路同埋射頻器件，例如開關模式電源、混頻器同埋檢波器。
- 超勢壘二極管
- 超勢壘二極管係整流二極管，佢結合咗肖特基二極管嘅低正向壓降同埋普通 p–n 結二極管嘅浪湧處理能力同低反向洩漏電流。
- 金摻雜二極管
- 作為摻雜劑，金（或者 鉑）充當複合中心，佢有助於少數載流子嘅快速複合。呢個令二極管可以喺更高嘅信號頻率下工作，代價係更高嘅正向壓降。金摻雜二極管比其他 p–n 二極管更快（但係冇肖特基二極管咁快）。佢哋嘅反向電流洩漏亦都比肖特基二極管少（但係冇其他 p–n 二極管咁好）。[39][40] 一個典型嘅例子係 1N914。
- 突崩或者 階躍恢復二極管
- 術語「階躍恢復」同呢啲器件嘅反向恢復特性嘅形式有關。喺正向電流已經喺 SRD 入面通過，並且電流中斷或者反轉之後，反向導通會非常突然噉停止（好似喺階躍波形入面噉）。因此，SRD 可以通過電荷載流子嘅非常突然嘅消失嚟提供非常快速嘅電壓躍遷。
- 穩壓二極管 或者「正向參考二極管」
- 術語「穩壓二極管」係指一種特殊類型嘅二極管，佢嘅特點係具有極其穩定嘅 正向電壓 特性。呢啲器件係專門為低電壓穩定應用而設計嘅，佢哋需要喺廣闊嘅電流範圍內保證電壓，並且喺溫度範圍內高度穩定。
- 瞬態電壓抑制二極管 (TVS)
- 呢啲係雪崩二極管，專門設計嚟保護其他半導體器件免受高壓 瞬變 嘅影響。[41] 佢哋嘅 p–n 結嘅橫截面積比普通二極管嘅橫截面積大好多，等佢哋可以將大電流傳導到接地而唔會受到損壞。
- 隧道二極管 或者 江崎二極管
- 呢啲二極管有一個工作區域，佢顯示負電阻，佢係由量子隧道效應引起嘅，[42] 允許放大信號同埋非常簡單嘅雙穩態電路。由於高載流子濃度，隧道二極管速度非常快，可以用喺低溫 (mK)、高磁場同埋高輻射環境入面。[43] 由於呢啲特性，佢哋通常用喺太空船入面。
- 變容二極管 或者變容管
- 呢啲用做壓控電容器。佢哋喺 PLL（鎖相環）同埋 FLL（鎖頻環）電路入面好重要，佢哋允許調諧電路（例如電視接收器入面嘅電路）快速鎖定頻率。佢哋亦都令收音機嘅早期離散調諧入面嘅可調諧振盪器成為可能，喺呢啲收音機入面，一個平價且穩定，但係固定頻率嘅晶體振盪器為 壓控振盪器 提供咗參考頻率。
- 齊納二極管
- 佢哋可以製成喺反向偏壓（反向）下導通，並且正確嘅術語係反向擊穿二極管。呢個叫做 齊納擊穿 嘅效應，發生喺精確定義嘅電壓下，允許二極管用做精密電壓參考。術語齊納二極管口語化噉應用於幾種類型嘅擊穿二極管，但係嚴格嚟講，齊納二極管嘅擊穿電壓低於 5 伏特，而雪崩二極管用於高於呢個值嘅擊穿電壓。喺實際嘅電壓參考電路入面，齊納二極管同埋開關二極管串聯並且反向連接，嚟平衡二極管嘅溫度係數響應，使其接近於零。一啲標記為高壓齊納二極管嘅器件實際上係雪崩二極管（睇上面）。兩個（等效）齊納二極管串聯並且反向排序，喺同一個封裝入面，構成一個瞬態吸收器（或者 Transorb，一個註冊商標）。
圖形符號
[編輯]用於表示電路圖入面特定類型二極管嘅符號，向讀者傳達咗一般嘅電氣功能。一啲類型嘅二極管有替代符號，不過差異好細微。符號入面嘅三角形指向正向，即係慣用電流流動嘅方向。
編號同編碼方案
[編輯]二極管有好多常見嘅、標準嘅同埋製造商驅動嘅編號同編碼方案；最常見嘅兩種係 EIA/JEDEC 標準同埋歐洲 Pro Electron 標準：
EIA/JEDEC
[編輯]標準化嘅 1N 系列編號 「EIA370」系統喺 1960 年左右由 EIA/JEDEC（聯合電子器件工程委員會）喺美國推出。大多數二極管都有一個 1 字首標識（例如，1N4003）。呢個系列入面最受歡迎嘅係：1N34A/1N270（鍺信號）、1N914/1N4148（矽信號）、1N400x（矽 1A 功率整流器）同埋 1N580x（矽 3A 功率整流器）。[44][45][46]
JIS
[編輯]JIS半導體命名系統嘅所有半導體二極管命名都以「1S」開頭。
Pro Electron
[編輯]歐洲 Pro Electron 有源元件編碼系統喺 1966 年推出，佢包括兩個字母，後面跟住零件代碼。第一個字母表示用於元件嘅半導體材料（A = 鍺，B = 矽），第二個字母表示零件嘅一般功能（對於二極管，A = 低功率/信號，B = 可變電容，X = 倍增器，Y = 整流器，Z = 電壓參考）；例如：
AA 系列鍺低功率/信號二極管（例如，AA119）
BA 系列矽低功率/信號二極管（例如，BAT18 矽射頻開關二極管）
BY 系列矽整流二極管（例如，BY127 1250V，1A 整流二極管）
BZ 系列矽齊納二極管（例如，BZY88C4V7 4.7V 齊納二極管）
其他常見嘅編號/編碼系統（通常由製造商驅動）包括：
GD 系列鍺二極管（例如，GD9）——呢個係一個非常舊嘅編碼系統
OA 系列鍺二極管（例如，OA47）——編碼序列，由英國公司 穆拉德 開發
相關器件
[編輯]閘流管 或者矽控整流器 (SCR)
壓敏電阻 喺光學入面，二極管嘅等效器件，但係用激光嘅話，會係 光隔離器，又叫做光學二極管，佢允許光淨係喺一個方向通過。佢使用 法拉第旋轉器 作為主要組件。[47]
應用
[編輯]無線電解調
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二極管嘅第一個用途係幅度調製 (AM) 無線電廣播嘅解調。晶體檢波器 呢篇文章入面深入探討咗呢個發現嘅歷史。總之，AM 信號由無線電載波嘅交替正峰同負峰組成，佢嘅 幅度 或者包絡線同原始音頻信號成正比。二極管整流 AM 無線電頻率信號，淨係留低載波嘅正峰。然後使用一個簡單嘅 濾波器 從整流後嘅載波度提取音頻，並且饋送到音頻放大器或者 換能器，佢通過 音頻揚聲器 產生聲波。
喺微波同毫米波技術入面，從 1930 年代開始，研究人員改進咗晶體檢波器並且將佢小型化。點接觸二極管（「晶體二極管」）同埋 肖特基二極管 用喺雷達、微波同毫米波檢波器入面。[26]</ref>
功率轉換
[編輯]
整流器係由二極管構成嘅，佢哋用嚟將交流電 (AC) 電轉換成直流電 (DC)。汽車交流發電機 係一個常見嘅例子，喺入面，將 AC 整流成 DC 嘅二極管提供咗比 換向器 或者更早嘅 直流發電機 更好嘅性能。同樣，二極管亦都用喺「考克饒夫-沃爾頓 倍壓器」入面，將 AC 轉換成更高嘅 DC 電壓。
反向電壓保護
[編輯]由於大多數電子電路喺佢哋嘅電源輸入嘅極性反轉嗰陣可能會損壞，所以有時會使用串聯二極管嚟防止呢啲情況。呢個概念有好多命名變體，佢哋嘅意思都係一樣嘅：反向電壓保護、反極性保護同埋反電池保護。
過壓保護
[編輯]二極管經常畀人用嚟將破壞性嘅高電壓從敏感嘅電子器件度引走。佢哋通常喺正常情況下係反向偏壓（唔導通）嘅。當電壓升到高過正常範圍嗰陣，二極管就會變成正向偏壓（導通）。例如，二極管用喺（步進馬達 同埋 H橋）馬達控制器 同埋 繼電器 電路入面，嚟快速釋放線圈嘅能量，而唔會產生原本會發生嘅破壞性 電壓尖峰。（喺呢種應用入面使用嘅二極管叫做 續流二極管）。好多 積體電路 亦都在連接引腳上面包含二極管，嚟防止外部電壓損壞佢哋嘅敏感電晶體。專用二極管用於保護免受更高功率下嘅過電壓影響（睇上面嘅 二極管類型）。
邏輯閘
[編輯]二極管-電阻器邏輯 構建 與 同埋 或 邏輯閘。功能完備性 可以通過添加一個有源器件嚟提供 反相 嚟實現（好似 二極管-電晶體邏輯 噉做嘅）。
電離輻射檢測器
[編輯]除咗上面提到嘅光之外，半導體 二極管對更高能量嘅輻射都好敏感。喺電子學入面，宇宙射線 同埋其他電離輻射源會引起 噪聲 脈衝 同埋單位錯誤同埋多位錯誤。粒子探測器 有時會利用呢個效應嚟檢測輻射。單個輻射粒子，具有數千甚至數百萬 電子伏特 嘅能量，當佢嘅能量沉積喺半導體材料入面嗰陣，會產生好多電荷載流子對。如果耗盡層夠大，可以捕獲所有簇射或者阻止重粒子，就可以通過簡單噉測量傳導嘅電荷嚟相當準確噉測量粒子嘅能量，而唔需要磁譜儀等等嘅複雜性。呢啲半導體輻射檢測器需要高效且均勻嘅電荷收集同埋低洩漏電流。佢哋通常用 液態氮 冷卻。對於更長距離（大約一厘米）嘅粒子，佢哋需要非常大嘅耗盡深度同埋大面積。對於短距離粒子，佢哋需要至少一個表面上嘅任何接觸面或者未耗盡嘅半導體都非常薄。反向偏壓電壓接近擊穿電壓（每厘米約一千伏特）。鍺同埋矽係常見嘅材料。其中一啲檢測器既可以感應位置又可以感應能量。佢哋嘅壽命有限，尤其係喺檢測重粒子嗰陣，因為輻射損壞。矽同埋鍺喺將 伽瑪射線 轉換成電子簇射嘅能力方面非常唔同。
用於高能粒子嘅 半導體探測器 用量好大。由於能量損耗波動，準確測量沉積嘅能量嘅用處冇咁大。
溫度測量
[編輯]二極管可以用做溫度測量設備，因為二極管兩端嘅正向壓降取決於溫度，好似喺 矽帶隙溫度感測器 入面噉。從上面畀出嘅肖克利理想二極管方程度，反向飽和電流 項嘅變化通常比熱電壓項嘅變化更顯著，所以可能會「睇起嚟」電壓具有「正」溫度係數（喺恆定電流下）。因此，大多數二極管都具有「負」溫度係數，矽二極管通常為 -2 mV/°C。對於高過約 20 開爾文 嘅溫度，溫度係數大致恆定。畀出咗一啲 1N400x 系列嘅圖表，[48] 同埋 CY7 低溫溫度感測器。[49]
電流導向
[編輯]二極管將阻止意外方向嘅電流。為咗喺停電期間向電子電路供電，電路可以從 電池 度汲取電流。不斷電系統 可以用呢種方式使用二極管，嚟確保淨係喺必要嗰陣先至從電池度汲取電流。同樣，細船通常有兩個電路，每個電路都有自己嘅電池/電池組：一個用於引擎啟動；一個用於家用。通常，兩者都由單個交流發電機充電，並且使用重型分路充電二極管，嚟防止較高充電電池（通常係引擎電池）喺交流發電機冇運行嗰陣通過較低充電電池放電。
二極管亦都用喺電子樂器鍵盤入面。為咗減少電子樂器鍵盤入面所需嘅佈線量，呢啲樂器通常使用鍵盤矩陣電路。鍵盤控制器掃描行同列，嚟確定演奏者按下咗邊個音符。矩陣電路嘅問題係，當同時按下幾個音符嗰陣，電流會通過電路反向流動，並且觸發「幻影按鍵」，佢哋會導致播放「幽靈」音符。為咗避免觸發唔想要嘅音符，大多數鍵盤矩陣電路都喺 樂器鍵盤 嘅每個琴鍵下面嘅開關焊接咗二極管。相同嘅原理亦都用於固態 彈珠機 入面嘅開關矩陣。
波形削波器
[編輯]二極管可以用嚟限制信號嘅正向或者負向偏移，令佢唔超過規定嘅電壓。
鉗位電路
[編輯]
二極管 鉗位電路 可以獲取一個週期性嘅交流信號，佢喺正值同負值之間振盪，並且垂直噉位移佢，等正峰或者負峰發生喺規定嘅水平。鉗位電路唔會限制信號嘅峰峰值偏移，佢會向上或者向下移動整個信號，從而將峰值放置喺參考水平。
計算指數同對數
[編輯]二極管嘅指數電流-電壓關係畀利用嚟使用模擬電壓信號評估 指數運算 同埋佢嘅 反函數 對數（睇下 指數輸出|對數輸出）。
振盪器
[編輯]可以通過注入校準嘅電流脈衝嚟修改普通嘅半導體二極管，例如 1N4148，令佢具有負微分電阻，二極管喺雪崩區附近反向偏壓。經過呢種處理之後，同 L/C 電路相關聯嘅二極管可以振盪，頻率由 L/C 電路設定。最大頻率取決於使用嘅二極管。使用 1N4148，振盪可以高達 100 Mhz（睇下 https://www.researchgate.net/publication/384043395_Another_way_to_create_negative_differential_resistance_Author）
縮寫
[編輯]二極管喺 PCB 上面通常叫做「D」代表二極管。有時會使用縮寫「CR」代表「晶體整流器」。[50]
睇埋
[編輯]參考文獻
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延伸閱讀
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