二极管的基本概念、特性、应用及数学模型详解

# 二极管
## 基本概念
### 定义
- 半导体器件
- 由PN结构成
- 单向导电性
### 结构
- P型半导体
  - 主要载流子：空穴
- N型半导体
  - 主要载流子：电子
- PN结
### 符号
- 箭头：P区
- 线：N区
- 箭头方向：正向电流方向
## PN结的形成与特性
### PN结形成
- 载流子扩散
- 耗尽层
  - 空间电荷区
- 内建电场
### 单向导电性
- 正向偏置
  - P区正电压
  - N区负电压
  - 耗尽层变窄
- 反向偏置
  - P区负电压
  - N区正电压
  - 耗尽层变宽
## 伏安特性
### 正向特性
- 阈值电压
  - 硅管约0.7V
  - 锗管约0.3V
- 电流变化
  - 随电压迅速增加
### 反向特性
- 反向饱和电流
  - 极小值
- 击穿电压
  - 急剧增加的电流
### 温度影响
- 正向压降变化
  - 减小
- 反向饱和电流
  - 增大
## 主要参数
### 正向电压降（Vf）
- 硅管
  - 约0.7V
- 锗管
  - 约0.3V
### 反向饱和电流（Is）
- 微安级
### 击穿电压（Vbr）
- 反向电压达到此值时
### 最大正向电流（Ifmax）
- 二极管最大承受正向电流
### 最大反向电压（Vrm）
- 二极管最大承受反向电压
### 结电容（Cj）
- PN结电容效应
- 高频性能影响
## 类型
### 整流二极管
- 主要用途
  - 将交流电转换为直流电
- 示例
  - 1N4007
### 稳压二极管（齐纳二极管）
- 特性
  - 利用反向击穿特性
- 示例
  - 1N4735
### 发光二极管（LED）
- 特性
  - 通电发光
- 用途
  - 指示灯、显示屏
### 肖特基二极管
- 特性
  - 正向压降低
  - 开关速度快
- 用途
  - 高频电路
### 变容二极管
- 特性
  - 结电容随反向电压变化
- 用途
  - 调谐电路
### 快恢复二极管
- 特性
  - 反向恢复时间短
- 用途
  - 高频开关电路
## 应用
### 整流电路
- 半波整流
- 全波整流
### 保护电路
- 防止反向电压损坏
### 信号处理
- 检波
- 限幅
### 发光显示
- LED用于照明、显示
### 稳压电路
- 齐纳二极管实现稳压
## 数学模型
### 理想模型
- 正向偏置
  - 视为短路
- 反向偏置
  - 视为开路
### 简化模型
- 正向偏置
  - 考虑固定压降
- 反向偏置
  - 视为开路
### 详细模型
- 肖克利方程
  - I = I_s \left( e^{\frac{V}{\eta V_T}} - 1 \right)
  - I：二极管电流
  - I_s：反向饱和电流
  - V：二极管电压
  - η：发射系数
  - V_T：热电压（约26mV）
## 实验与