二极管（diode）是一种专用的电子元件，作为单向开关，具体来说是一种双端半导体器件，具有两个电极，分别称为阳极和阴极。它只在一个方向导通电流，并限制相反方向的电流。当二极管作为绝缘体时是反向偏置的;当允许电流流动时，则是正向偏置。二极管有两个端子，分别是阳极和阴极。二极管的用途包括开关、信号调制器、信号混频器、整流器、信号限制器、电压调节器、振荡器和信号解调器。
施加在阳极上的电压相对于阴极为正。此外，二极管中的电压高于阈值电压，因此它起到短路的作用，允许电流流动。
如果阴极相对于阳极为正，则二极管为反向偏置。它会作为开路电路，导致不流电流。
二极管结构
大多数二极管由硅、锗或硒等半导体材料制成。其他半导体材料如砷化镓也可以用于制造二极管。
有些二极管由金属电极组成，置于腔室内，在低压下被真空或充满纯元素气体。两个等效掺杂的P型和N型半导体连接在一起，并在两端连接电极端子，形成P-N结二极管。这导致P型半导体的空穴吸引N型材料的电子。正是这种吸引力使电子扩散并占据空穴，使电流通过二极管。
P型材料及其多余孔洞是带正电的。它被称为正极或阳极。相比之下，含有过多电子的N型材料带负电，称为负引线或阴极。
电子的运动还在P型和N型材料之间形成了所谓的耗尽层。耗尽层，也称为耗尽区，是由于电子从N型材料迁移到P型材料，以及空穴从P型材料扩散到N型材料而导致电荷耗尽的薄层。由于电荷耗尽，该层具有较高的电阻，意味着它阻碍了电子从N侧向P侧的进一步流动。
二极管是用来做什么的？
反向电流保护
在某些电路中，阻断二极管用于保护，以防发生意外的反向连接问题，比如直流电源连接方式错误或极性反转。电流流向错误可能会损坏其他电路元件。
上图显示阻断二极管串联于负载端和电源正极。反向连接时，电流不会流动，因为二极管处于反向偏置状态。负载随后会受到反向电流的保护。然而，如果极性正确，二极管将处于正向偏压状态，使负载电流能够通过它。
简单电压调节器
电压调节器用于将输入电压降压到所需水平，即使电源有波动，电压仍能保持不变。它也可以用于调节输出电压。齐纳二极管通常用作电压调节器，因为它设计用于反向偏置状态。在正向偏置时，它的表现类似于普通信号二极管。另一方面，当反向电压施加时，电压在较宽的电流范围内保持恒定。
在上图中，二极管中的电流受电路串联电阻的限制。由于二极管连接到电源的正极，它作为反向偏置工作，也可以在击穿状态下工作。通常使用高功率额定二极管，因为它能承受高于击穿电压的反向偏置。如果输入电压最低，负载电流最大，齐纳二极管电流始终处于最小值。给定输入电压和所需输出电压，我们可以使用齐纳二极管，电压大致等于负载电压。
电压稳定器
当负载电阻并联到齐纳二极管时，通过齐纳二极管的电流会减少，以负载电流为主。流经的电流量很重要，因为这是稳定的关键。观察齐纳二极管的电流-电压曲线，你会注意到击穿电压以上有明显上升，这证明它在稳定小直流电压方面表现最佳。电流增加，二极管电阻降低。因此，齐纳二极管处的电压几乎相同。通常会连接电阻，以确保最大允许的耗散功率不会被超过。
交流电转换为直流电
二极管通常用于构建不同类型的整流电路，如半波、全波、中心抽头和全桥整流器。其主要应用之一是将交流电整流为直流电。
在输入电源的正半周期内，阳极相对于阴极转为正。二极管将处于正向偏置状态，从而导致电流流向负载。然而，在输入正弦波的负半周期内，阳极相对于阴极转为负。因此，二极管处于反向偏置状态，负载处不会流到电流。当负载端的电压和电流都极性相同时，输出电压将是脉动的直流电。负载在正半周期内是电阻性的，负载电阻两端的电压与电源电压相同。负载电流流动与施加电压成正比，输入正弦波电压将位于负载处。
二极管是如何工作的？
二极管被认为是具有两根导线的半导体器件，作为电流的单向门。半导体可以是导体或绝缘体。电阻可以通过增加或减少电阻来控制，称为掺杂。掺杂是指向材料中添加杂质原子的过程。
半导体材料有两种类型：
- N型材料——加入一定量的砷、磷、锑、铋及其他五价元素可生成N型半导体材料。它有额外的电子。其带负电的粒子会从带负电的区域移动到带正电的区域。
- P型材料——加入一定量的铝、镓、硼、铟等，可以制成P型半导体材料。它有额外的孔。
有空穴意味着电子缺失且带正电。每当电子进入空穴时，它会在它后面形成另一个空穴，因为电子的运动方向与电子相反。将N型和P型材料结合形成P-N结。你可以看到二极管结两侧的耗尽区。该区域的自由电子和空穴被耗尽。N型侧的电子填补P型侧的空穴。
什么是枯竭区？
当二极管未施加电压时，形成耗尽区，N型材料的电子沿层间接点填补P型材料的空洞。在该区域，N型或P型材料恢复到原始绝缘状态。电流无法流向耗尽区，因为所有空洞都被填满，没有自由电子或空隙可供电流流动。
当空穴从P侧移动到N型材料时，你会看到P-N结，并暴露出负电荷。然后，你会看到空洞和电子扩散到另一侧。之后，耗尽区开始形成。
正向偏置二极管与反向偏置二极管
当阳极电压大于阴极电压时，半导体二极管呈正向偏置，使二极管容易导电。相反，当阴极电压比阳极电压更正时，电阻会反向偏置，从而增加电阻并阻碍电流流动。
前向偏置
在半导体二极管中，当P区与电池正极连接，而N区与负极相连时，就会发生正向偏置。电压是正向施加的，导致更多空穴被泵入P区，更多电子被泵入N区。空穴和相反方向运动的电子会对耗尽层施加压力，使其收缩，二极管的电阻降低。
N区的电子突破耗尽层，流向P区，使阳极偏置比阴极更偏正，导致电流向某方向增加。这一过程称为整流。耗尽区完全消失并使电流最容易流动的电压水平——电流与施加电压呈指数增长——称为阈值电压、截止电压或点火电压。
反向偏置
当二极管的P型区域连接到电池负极，而N型连接到正极时，就会发生反向偏置。这种配置导致P型失去空穴，N型失去电子。这些作用使电子被从P-N结拉开，二极管电荷被耗尽，耗尽层的尺寸和二极管电阻增加。高电阻阻止电流通过二极管，使其变成绝缘体。
话虽如此，当施加一定电压水平时，二极管可能会突然产生大电流。这个电平称为击穿电压。在击穿区以上，即使是电压的微小变化也会引起电流的巨大变化。
半导体二极管的正向偏置和反向偏置特性使其电导率介于导体（非常高）和绝缘体（零或接近零）之间。导体的例子是铁等金属，而塑料、玻璃和橡胶则是电绝缘体的类型。
特殊用途二极管
齐纳二极管
齐纳二极管由大量掺杂的PN结组成，当达到特定电压时，PN结会反向导通。它还允许电流正向或反向流动。它常用于浪涌抑制器、电压调节器、参考元件以及其他开关应用和剪波电路。
肖特基二极管
肖特基二极管具有较低的正向压降，但开关作用非常快。金属与半导体之间形成半导体-金属结，形成肖特基势垒。当电流通过二极管时，二极管端子上存在一个小的电压降。电压降越低，系统效率越好，开关速度也越快。肖特基二极管最常见的应用包括射频、某些功率应用中的整流器以及混频器。
整流二极管
整流二极管可以是偏置的，也可以是无偏的。当整流二极管没有电压供应时，它变得无偏。在此期间，P侧拥有最多的电荷载流子空穴和极少电子，而N侧拥有最多电子和极少数空穴。另一方面，当电压源的正极连接到P型侧，负极连接到N型端时，它会呈现正向偏置。当源电压的正极连接到N型端，而源的负极连接到二极管的P型端时，它将处于反向偏置状态。由于反向偏压的增加，结子的耗尽层会变得更宽，二极管中除了反向饱和电流外不会有电流。整流二极管常作为电源中的元件，将交流电压转换为直流电压。
信号二极管
信号二极管常用于检测信号。它们通常具有较低的最大额定电流和中高正向电压。信号二极管最常见的应用之一是作为基本的二极管开关。
锗二极管
锗二极管的正向压降本质较低，通常为0.3伏。低正向压降意味着低功耗，二极管效率更高，这在很多方面都优于硅二极管。在非常低信号的环境中，比如从音频到调频频率的信号检测以及低电平逻辑电路中，它更为重要。锗二极管在反向电压下锗的漏电流比硅更大。
交汇二极管
结二极管是最简单的半导体器件之一。但与其他二极管不同的是，它们的行为并不对施加的电压呈线性关系。二极管具有指数级电流电压关系。当P型半导体与N型半导体结合时，形成了二极管结上的势障。
标准结二极管的三种可能“偏置”条件
1. 正向偏置——电压势位与N型材料负相连，N型材料正向连接二极管，从而减少PN结二极管宽度。
2. 反向偏置——电压电位正连接到N型材料，负向连接到P型材料，从而增加PN结二极管宽度。
3. 零偏置——PN结二极管不施加外部电压电位。