二极管为什么单向导电？看完秒懂

二极管是电子电路中很常用的元器件，具有正向导通，反向截止的特性。

在二极管的正向端（正极）加正电压，负向端（负极）加负电压，二极管导通，有电流流过二极管。

在二极管的正向端（正极）加负电压，负向端（负极）加正电压，二极管截止，没有电流流过二极管。

这就是所说的二极管的单向导通特性。

下面解释为什么二极管会单向导通。

二极管的单向导电性

二极管是由PN结组成的，即P型半导体和N型半导体，因此PN结的特性导致了二极管的单向导电特性。PN结如图1所示。

图1 PN结示意图

在P型和N型半导体的交界面附近，由于N区的自由电子浓度大，于是带负电荷的自由电子会由N区向电子浓度低的P区扩散；扩散的结果使PN结中靠P区一侧带负电，靠N区一侧带正电，形成由N区指向P区的电场，即PN结内电场。内电场将阻碍多数载流子的继续扩散，又称为阻挡层。

PN结详解

二极管的单向导电特性用途很广，到底是什么原因让电子如此听话呢？它的微观机理是什么呢 ？ 这里简单形象介绍一下。

假设有一块P型半导体（用黄色代表空穴多）和一块N型半导体（用绿色代表电子多），它们自然状态下分别都是电中性的，即不带电。如图2所示。

图2 P型和N型半导体

把它们结合在一起，就形成PN结。边界处N型半导体的电子自然就会跑去P型区填补空穴，留下失去电子而显正电的原子。

相应P型区边界的原子由于得到电子而显负电，于是就在边界形成一个空间电荷区。

为什么叫“空间电荷区”？ 是因为这些电荷是微观空间内无法移动的原子构成的。

空间电荷区形成一个内建电场，电场方向由N到P，这个电场阻止了后面的电子继续过来填补空穴，因为这时P型区的负空间电荷是排斥电子的。

电子和空穴的结合会越来越慢，最后达到平衡，相当于载流子耗尽了，所以空间电荷区也叫耗尽层。

这时PN结整体还呈电中性，因为空间电荷有正有负互相抵消。如图3所示。

图3 PN结形成内建电场

外加正向电压，电场方向由正到负，与内建电场相反，削弱了内建电场，所以二极管容易导通。

绿色箭头表示电子流动方向，与电流定义的方向相反。如图4所示。

图4 正向导通状态

外加反向电压，电场方向与内建电场相同，增强了内建电场，所以二极管不容易导通。如图5所示。

当然，不导通也不是绝对的，一般会有很小的漏电流。随着反向电压如果继续增大，可能造成二极管击穿而急剧漏电。

图5 反向不导通状态

图6是二极管的电流电压曲线供参考。

图6 二极管电流电压曲线

图7形象的展示了不同方向二极管为什么能导通和不能导通，方便理解。

图7 不同方向导通效果不同

生活中单向导通的例子也不少，比如地铁进站口的单向闸机，也相当于二极管的效果：正向导通，反向不导通 ，如果硬要反向通过，可能就会因为太大力“反向击穿”破坏闸机了。

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二极管其实并非单向导电，现在知道还不晚

二极管的基本特性

说起二极管相信大家都知道，它在电子电路中起到一个非常关键的作，它有一个非常重要的特性--单向导电性。也就是说电流只能从正极（阳极）流向它的负极（阴极），我们就可以利用二极管这个特性来实现整流、检波、限幅、保护等等作用。

可是二极管真的是绝对的单向导电吗？答案是否定的！

每一种类型的二极管都有一个详细的工作参数：比如最大正向电流、最高反向电压、反向恢复时间、反向电流等等。

等等，，

反向电流是怎么回事？不是说好单向导电的吗？反向怎么会有电流？这就要从二极管的结构和原理说起了...

反向电流产生的主要原因是因为有结电容的存在；当二极管通过交流电的时候因为二极管的单向导电性它可以把交流电变成直流电，但同时因为它自身存在电容效应（虽然电容量非常小）交流电的负半周也会逆向流过二极管（寄生电容）形成反向电流，反向电流的大小是由二极管结电容的容量决定的。同时它和反向恢复时间也是密切相关的，结电容越大反向恢复时间就越长（因为电容的充放电需要时间）这也直接限制了了二极管的工作频率。

那么问题来，到底什么是结电容？为什么会有结电容？结电容是怎么产生的？有没有办法把这该死的结电容灭了？

要搞清楚这个问题就必须要根据它的结构和原理来分析，它分别存在两种电容，即：扩散电容、势垒电容。

二极管的结构和原理

扩散电容： p-n结在正偏时所表现出的一种微分电容效应。pn结扩散电容是来自于非平衡少数载流子（简称非平衡少子）在pn结两边的中性区内的电荷存储所造成的电容效应；简单来说就是因为PN结加正向电压的时候由于P\N区的电荷浓度差的变化就会有电荷的积累和释放，这个积累和释放的过程就等同于一个电容充放电，这是由二极管特殊的材料和结构所决定的，所以扩散电容无法消除。

势垒电容：PN结加反向电压的时候由于PN结反向截止电流不能直接流过二极管，PN结的两个电极就相对绝缘，这恰恰就构成了一个电容器的原型：任何绝缘体中的两个金属导体都存在电容效应，电容的容量与两极的距离成反比，与两极的面积成正比。

三种结构的二极管

也就是说二极管的电极面积越大它的结电容就越大，比如面接触型的整流二极管，它的电极接触面很大，适合通过大电流。但同时也因为电极的面积增大从而增大了它的结电容，这也限制了它的工作频率。

而PN结面积越小结电容就越小，同时它能够通过的电流也就越小，比如点接触型的检波二极管，它不需要流过太大电流，它的电极面积非常小，这样就可以严格控制结电容从而保证高频检波的质量。

检波二极管实物

检波二极管

整流二极管实物

整流二极管

以上就是二极管的一些附属特性，你都学会了吗？

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