5.3　二极管的功能应用

5.3.1 二极管的单向导电特性

二极管的内部是由一个PN结构成的，如图5-19所示。

PN结是指用特殊工艺把P型半导体和N型半导体结合在一起后，在两者的交界面上形成的特殊带电薄层。P型半导体和N型半导体通常被称为P区和N区。PN结的形成是由于P区存在大量正空穴而N区存在大量自由电子，因而出现载流子浓度上的差别，于是产生扩散运动。P区的正空穴向N区扩散，N区的自由电子向P区扩散，正空穴与自由电子运动的方向相反。

根据二极管的内部结构，在一般情况下，只允许电流从正极流向负极，而不允许电流从负极流向正极，这就是二极管的单向导电性，如图5-20所示。

当PN结外加正向电压时，其内部的电流方向与电源提供的电流方向相同，电流很容易通过PN结形成电流回路。此时，PN结呈低阻状态（正偏状态的阻抗较小），电路为导通状态。

当PN结外加反向电压时，其内部的电流方向与电源提供的电流方向相反，电流不易通过PN结形成回路。此时，PN结呈高阻状态，电路为截止状态。

5.3.2 二极管的伏安特性

二极管的伏安特性是指加在二极管两端电压和流过二极管电流之间的关系曲线。二极管的伏安特性通常用来描述二极管的性能，如图5-21所示。

◇ 正向特性 在电子电路中，将二极管的正极接在高电位端，负极接在低电位端，二极管就会导通，这种连接方式称为正向偏置。必须说明，当加在二极管两端的正向电压很小时，二极管仍然不能导通，流过二极管的正向电流十分微弱。只有当正向电压达到某一数值（这一数值称为“门槛电压”，锗管为0.2～0.3V，硅管为0.6～0.7V）以后，二极管才能真正导通。导通后，二极管两端的电压基本上保持不变（锗管约为0.3V，硅管约为0.7V），称为二极管的“正向压降”。

◇ 反向特性 在电子电路中，二极管的正极接在低电位端，负极接在高电位端，此时二极管中几乎没有电流流过，二极管处于截止状态，这种连接方式称为反向偏置。二极管处于反向偏置时，仍然会有微弱的反向电流流过二极管，称为漏电电流。反向电流（漏电电流）有两个显著特点：一是受温度影响很大；二是反向电压不超过一定范围时，其电流大小基本不变，即与反向电压大小无关，因此反向电流又称为反向饱和电流。

◇ 击穿特性 当二极管两端的反向电压增大到某一数值时，反向电流急剧增大，二极管将失去单方向导电特性，这种状态称为二极管的击穿。

5.3.3 整流二极管的整流功能

整流二极管根据自身特性可构成整流电路，将原本交变的交流电压信号整流成同相脉动的直流电压信号，变换后的波形小于变换前的波形，如图5-22所示。

一只整流二极管构成的整流电路为半波整流电路，两只整流二极管可构成全波整流电路（两个半波整流电路组合而成），如图5-23所示。

另外，在电子产品电路中，由四只整流二极管构成的桥式整流电路也十分常见，如图5-24所示（有些产品中将四只整流二极管封装在一起构成一个独立器件，称为桥式整流堆）。

整流二极管的整流作用是利用二极管单向导通、反向截止的特性。打个比方，将整流二极管想象为一个只能单方向打开的闸门，将交流电流看作不同流向的水流，如图5-25所示。

交流是电流交替变化的电流，如水流推动水车一样，交变的水流会使水车正向、反向交替运转。在水流的通道中设有一闸门，正向流水时闸门被打开，水流推动水车运转。水流反向流动时，闸门自动关闭。水不能反向流动，水车也不会反转。在这样的系统中，水只能正向流动。这就是整流功能。

5.3.4 稳压二极管的稳压功能

稳压二极管的稳压功能是指能够将电路中某一点的电压稳定地维持在一个固定值的功能。

图5-26为稳压二极管构成的稳压电路。

稳压二极管VDZ的负极接外加电压的高端，正极接外加电压的低端。当稳压二极管VDZ反向电压接近稳压二极管VDZ的击穿电压（5V）时，电流急剧增大，稳压二极管VDZ呈击穿状态，在该状态下，稳压二极管两端的电压保持不变（5V），从而实现稳定直流电压的功能。因此，市场上有各种不同稳压值的稳压二极管。

5.3.5 检波二极管的检波功能

检波二极管具有较高的检波效率和良好的频率特性，常用在收音机的检波电路中，如图5-27所示。

第二中放输出的调幅波加到检波二极管VD的负极，由于检波二极管的单向导电特性，因此负半周调幅波通过检波二极管，正半周被截止，通过检波二极管VD后，输出的调幅波只有负半周。负半周的调幅波再由RC滤波器滤除其中的高频成分，输出其中的低频成分，输出的就是调制在载波上的音频信号。这个过程称为检波。