二极管与整流器：基础、工作原理与关键参数
二极管全解
二极管是允许电流单向低阻流通、反向阻断的半导体器件。现代电路设计中"二极管"通常指额定电流≤1 A的小信号器件；大电流（>1 A）器件常称整流器。
原理图中二极管符号为指向线段的三角形。三角形代表阳极（P型），线段代表阴极（N型）。见下图。
接入简单电池-灯泡电路时，二极管随施加电压极性决定灯泡导通或截止（如下图）。
图示两种情况：(a) 正向偏置，电流流通；(b) 反向偏置，电流阻断。正向偏置二极管如闭合开关，反向偏置如断开开关。
按约定，二极管符号箭头指向常规电流方向。若考虑电子流，方向与箭头相反。
液压单向阀类比
二极管行为类比液压单向阀，仅允许流体单向流动。下图展示阀的两种状态。
单向阀在下游压力超过上游时开启，否则关闭。同理，二极管在电压极性正确时导通，反向时阻断。
电池-二极管-灯泡电路中，各元件电压降随偏置变化。下图展示电压分布。
正向偏置二极管配置
正向偏置时二极管导通，压降较小——硅管约0.7 V，锗管约0.3 V——大部分源电压落在负载上。反向偏置时二极管阻断几乎所有电流，承受全源电压。
正向压降源于足够施加电压下PN结耗尽区塌陷。无施加电压时，薄耗尽区阻止导通（见下图）。
原理图符号（下图）对应实物：阳极对应三角形尖端（P型），阴极对应线段（N型）。
反向偏置二极管配置
施加反向电压扩展耗尽区，增大电阻，有效阻断电流。下图演示反向偏置下扩展的耗尽区。
正向电压
正向电压增加时，耗尽区变薄至塌陷，产生显著电流。此阈值称正向电压。硅二极管典型值0.7 V，锗管0.3 V。该值主要由结材料决定，在宽正向电流范围内相对恒定，简化电路分析。
二极管方程
二极管电流-电压精确关系由肖克利二极管方程描述：
其中kT/q为热电压（室温约26 mV）。理想因子为1时方程简化为：
虽然入门分析常将正向电压视为常数，但理解指数特性对利用此关系的电路（如温度传感器、精密整流器）至关重要。
反向偏置运行
反向偏置下二极管阻断电流，仅有微小漏电流（多数应用可忽略）。若反向电压超额定极限，会发生破坏性击穿。最大允许反向电压称峰值反向电压（PIV），随温度变化：升温PIV增大，降温减小。
典型整流二极管室温PIV至少50 V，特种器件可达数千伏。
回顾
- 二极管是电流的单向阀。
- 允许电流流通的电压称正向偏置。
- 阻断电流的电压称反向偏置。
- 导通二极管上的压降称正向电压，随电流和温度微变。
- 硅二极管正向电压约0.7 V。
- 锗二极管正向电压约0.3 V。
- 二极管不击穿所能承受的最大反向电压为峰值反向电压（PIV）。
相关工作表
- 整流二极管工作表
- PN结工作表
工业技术