二极管基础知识---PN结工作原理
晶体二极管是一个由P型半导体和N型半导体形成的PN结。在二者的交界处出现电子和空穴的浓度差别，电子和空穴都要从浓度高的地方向浓度低的地方扩散，扩散的结果就使P区一边失去空穴，留下了带负电的杂质离子,N区一边失去电子，留下了带正电的杂质离子。半导体中的离子不能随意移动，因此不参与导电。这些不能移动的带电粒子在P和N区交界面附近，形成了一个很薄的空间电荷区，就是所谓的PN结。当不存在外加电压时，由于PN结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于动态平衡状态。
正向偏置
当外界有正向电压偏置时，即电源的正极接P区，负极接N区时，外加电场与PN结内电场方向相反,这时PN结内的电流由起支配地位的扩散电流所决定。在外电路上形成一个流入P区的电流，称为正向电流。当外加电压达到某一个数值后，再稍有变化，便能引起电流的显著变化，电流是随外加电压增加急速上升的。这时，正向的PN结表现为一个很小的电阻。
反向偏置
当外界有反向电压偏置时，外界电场和自建电场进一步加强，流过PN结的电流由起支配地位的漂移电流所决定，漂移电流表现在外电路上有一个流入N区的反向电流IR。由于少数载流子是由本征激发产生的，其浓度很小，所以IR是很微弱的，通常被称为反向饱和电流。此时的PN结可以看作是一个很大的电阻。
PN结的伏安特性表达式
肖特基方程的表达式
式中
ID ——通过PN结的电流
VD——PN结两端的外加电压
VT——温度的电压当量，
VT = KT/q = 0.026V.其中
k为玻耳兹曼常数，T为热力学温度，
q为电子电量。常温下，VT ≈26mV。
Is——反向饱和电流，
1.当VD>>0，且VD＞VT时， ID = Is e (VD / VT)
对应右图的正向特性曲线部分
2.当VD＜0，且|VD|>>VT时， ID≈-Is≈0
对应右图的反向特性曲线部分
从图上我们可以明显的看出PN结的单向导电性
根据肖特基方程的伏安特性曲线
PN结的击穿
当外加的反向电压小于击穿电压VBR时，ID≈–Is 。IS很小且随温度轻微变化。当反向电压的绝对值达到|VBR|后，PN结空间电荷层中的电场强度达到临界值，产生大量电子-空穴对，造成反向电流急剧增加，这种现象称为PN结的反向击穿。发生反向击穿时，在反向电流很大的变化范围内，PN结两端电压几乎不变。
电击穿分为雪崩击穿和齐纳击穿。电击穿中多数是雪崩击穿造成的。齐纳击穿一般出现在特殊的二极管中，如稳压管。电击穿是一个可逆的过程，当加在稳压管两端的反向电压降低后，管子仍可以恢复原来的状态。
PN结电击穿后电流很大，电压又很高，因而消耗在PN结上的功率很大，容易使PN结发热而过渡到热击穿。热击穿是不可逆的，应该尽量避免。
雪崩击穿：当反向电压增加时，空间电荷区中的电场随着增强。通过空间电荷区的电子和空穴，在电场作用下能量增大，运动的电子和空六将不断地与晶体发生碰撞。当电子和空穴的能量足够大时，通过这样的碰撞的可使共价键中的电子激发形成自由电子–空穴对，新产生的电子和空穴通过碰撞，再产生电子–空穴对 ，这就是载流子的倍增效应。当反向电压增大到某一数值后，载流子的倍增情况就像在陡峻的积雪山坡上发生雪崩一样，载流子增加得多而快，这样，反向电流剧增， PN结就发生雪崩击穿。
齐纳击穿：加有较高的反向电压下，PN结空间电荷区中存一个强电场，它能够破坏共价键，将束缚电子分离出来造成电子–空穴对，形成较大的反向电流。发生齐纳击穿需要很高的的电场强度(2×105V/cm)，只有在杂质浓度特别大的PN结中才能达到。因为杂质浓度大，空间电荷区内电荷密度也大，因而空间电荷区很窄，电场强度可能很高。
外加电压大于7V时发生雪崩击穿，小于5V时发生齐纳击穿，
5~7V之间二者都有。
电容效应
势垒电容CB
描述了PN结势垒区空间电荷随外加电压变化而产生的电容效应。PN结的空间电荷随外加电压的变化而变化。当外加正向电压升高时，N区的电子和P区空穴进入耗尽区，相当于电子和空穴分别向CB“充电”。当外加电压降低时，电子和空穴离开耗尽区，好像电子和空穴从CB放电。
这种充放电效应与普通电容在外加电压作用下进行充放电的过程相似，所不同的只是这个势垒电容是随外加电压改变的。
当外加电压频率越高时，每秒钟充放电次数越多，势垒电容的作用越明显。经过分析证明，势垒电容CB的大小与PN结面积S成正比，与耗尽区厚度L成反比。
扩散电容CD
描述了积累在P区的电子或N区的空穴随外加电压变化的电容效应。PN结正向导电时，多子扩散到对方区域后，由于浓度差要进行扩散，这样就积累了一定数量的非平衡少子。当PN结正向电压加大时，正向电流随着加大，扩散到P区的电子浓度增加，积累的电荷量增加(曲线2)；当正向电压减小时，积累在P区的电子就要减少(曲线3)，这就有载流子向PN结的“充入”和“放出”。PN结正偏时，CD较大，反偏时CD数值很小。
下图为PN结的高频等效电路。当处于正向偏置时，正向电阻数值很小，而结电容较大（主要决定于扩散电容CD）。当PN结处于反向偏置时，反向电阻数值较大，结电容较小（主要决定于势垒电容CB）。
PN结二极管的V–I 特性
1．正向特性
表现为图中的①段。当正向电压较小，
正向电流几乎为零。此工作区域称为死区。
Vth称为导通电压（硅管约为0.7V)。当正
向电压大于Vth时，电流迅速增长，呈现出很小的正向电阻。
2．反向特性
表现为如图中的②段。由于是少数载
流子形成的反向饱和电流，所以其数值
很小。但温度对它影响很大，当温度升
高时，反向电流将随之增加。
3．反向击穿特性
表现为图中③段，当反向电压增加到
一定数值（击穿电压）时，反向电流急
剧增加，二极管被反向击穿。