1、二极管的分类与参数一、半导体二极管1.1 二极管的结构半导体二极管简称二极管，由一个 PN 结加上相应的电极引线和管壳构成，其基本结构和符号如图 1 所示。引线 外壳 线触丝线基片PN结二极管的电路符号： P N阳极 阴极点接触型面接触型图 1 二极管的结构及符号1.2 二极管的分类1、根据所用的半导体材料不同，可分为锗二极管和硅二极管。2、按照管芯结构不同，可分为：（1）点接触型二极管 由于它的触丝与半导体接触面很小，只允许通过较小的电流（几十毫安以下） ，但在高频下工作性能很好，适用于收音机中对高频信号的检波和微弱交流电的整流，如国产的锗二极管 2AP 系列、2AK 系列等。（2）面接触型
2、二极管面接触型二极管 PN 结面积较大，并做成平面状，它可以通过较大了电流，适用于对电网的交流电进行整流。如国产的 2CP 系列、2CZ 系列的二极管都是面接触型的。（3）平面型二极管它的特点是在 PN 结表面被覆一层二氧化硅薄膜，避免 PN 结表面被水分子、气体分子以及其他离子等沾污。这种二极管的特性比较稳定可靠，多用于开关、脉冲及超高频电路中。国产 2CK 系列二极管就属于这种类型。3、根据管子用途不同，可分为整流二极管、稳压二极管、开关二极管、光电二极管及发光二极管等。1.3 二极管的特性1、正向特性二极管正向连接时的电路如图所示。二极管的正极接在高电位端，负极接在低电位端，二极管就处于
3、导通状态（灯泡亮） ，如同一只接通的开关。实际上，二极管导通后有一定的管压降（硅管 0.60.7V，锗管 0.20.3V） 。我们认为它是恒定的，且不随电流的变化而变化。但是，当加在二极管两端的正向电压很小的时候，正向电流微弱，二极管呈现很大的电阻，这个区域成为二极管正向特性的“死区” ，只有当正向电压达到一定数值（这个数值称为“门槛电压” ，锗二极管约为 0.2V，硅二极管约为0.6V）以后，二极管才真正导通。此时，正向电流将随着正向电压的增加而急速增大，如不采取限流措施，过大的电流会使 PN 结发热，超过最高允许温度（锗管为 90100，硅管为 125200）时，二极管就会被烧坏。2、反向
4、特性二极管反向连接时的电路如图所示。二极管的负极接在电路的高电位端，正极接在电路的低电位端，二极管就处于截止状态，如同一只断开的开关，电流被 PN 结所截断，灯泡不亮。但是，二极管承受反向电压，处于截止状态时，仍然会有微弱的反向电流（通常称为反向漏电流） 。反向电流虽然很小（锗二极管不超过几微安，硅二极管不超过几十纳安） ，却和温度有极为密切的关系，温度每升高 10，反向电流约增大一倍，称为“加倍规则” 。反向电流是衡量二极管质量好坏的重要参数之一，反向电流太大，二极管的单向导电性能和温度稳定性就很差，选择和使用二极管时必须特别注意。图 1-2-7 二极管的正向连接 图 1-2-8 二极管的反
5、向连接当加在二极管两端的反向电压增加到某一数值时，反向电流会急剧增大，这种状态称为二极管的击穿。对普通二极管来说，击穿就意味着二极管丧失了单向导电特性而损坏了。3、伏安特性1在正向电压作用下，当正向电压较小时，电流极小。而当超过某一值时（锗管约为 0.1V，硅管约为 0.5V） ，电流很快增大。人们习惯地将锗二极管正向电压小于 0.1，硅二极管正向电压小于 0.5V 的区域称为死区。而将 0.1V 称为锗二极管的死区电压（又称门槛电压） ，0.5V 称为硅二极管的死区电压，通常用符号 UON表示。当正向电压超过门槛电压时，二极管正向电流急剧增大，二极管呈现很小电阻而处于导通状态。硅管的正向导通
6、电压约为 0.60.7 V ，锗管约为0.20.3 V。 2在反向电压的作用下，当反向电压不大时，反向电流随反向电压的增大而稍有增大，但变化极微小。当反向电压超过某一值时，反向电流急剧增大。我们称此物理现象为雪崩击穿（avalanche breakdown） 。出现击穿的外加电压值，称为击穿电压。还有一种击穿叫齐纳击穿（zener breakdown） ，它的击穿电压不高，不致造成 PN 结内部过热以致烧毁，这种现象是可逆的，即当外加电压撤除后，器件的特性可以恢复。齐纳击穿大多数出现在特殊二极管中，如稳压二极管。UI死区电压硅管0.5V,锗管0.1V。导通压降: 硅管0.60.8V,锗管0.1
7、0.3V。反向击穿电压U BR正向特性反向特性反向饱和电流Is图 1-2-9 二极管的伏安特性二极管方程：1.4 主要参数二极管参数是反映二极管性能质量的指标，使用时必须根据二极管的参数合理选用。1、 最大整流电流 IDM二极管长期工作时，允许流过二极管的最大正向平均电流。2、 最大反向工作电压 URM二极管正常使用时允许加的最高反向电压值。超过此值，二极管将有击穿的危险。击穿时反向电流剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。)1(/TUSeI3、最大反向电流 IRM指二极管加最大反向工作电压时的反向饱和电流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，因此反向电流越小越好。反向电流受温度的影
8、响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流要比硅管大几十到几百倍。4、最高工作频率 fM保持二极管单向导通性能时，外加电压允许的最高频率。使用时如果超过此值，二极管的单向导电性能不能很好体现。二极管工作频率与 PN 结的极间电容大小相关，电容越小，工作频率越高。5、二极管的极间电容二极管的两极之间有电容，此电容由两部分组成：势垒电容 CB 和扩散电容CD。势垒电容：由 PN 结的空间电荷区形成的，又称结电容。扩散电容：由多数载流子在扩散过程中的积累而引起的。在 P 区有电子的积累，在 N 区有空穴的积累。CB 在正向和反向偏置时均不能忽略。而反向偏置时，由于载流子数目很少，扩
9、散电容可忽略。正向电流大，积累的电荷多。这样所产生的电容就是扩散电容 CD。PN 结高频小信号时的等效电路：rd势垒电 容C B和扩散 电 容C D的综合效应C图 1-2-10 二极管的极间电容PN 结正向偏置时，rd 很小，C 较大（主要取决于 CD);PN 结反向偏置时，rd 很大，C 较小（主要取决于 CB).二极管模型图 1-2-11 二极管模型硅管：死区电压 UT=0.5V，管压降 UD0.60.7V ；锗管：死区电压 UT=0.1V，管压降 UD0.20.3V 。理想二极管： UT=0， UD0， rD0UD rD二、稳压二极管二极管工作在反向击穿状态时，尽管流经二极管的电流可以在
10、较大范围变化，但二极管的反向电压却基本不变。稳压二极管简称稳压管，也是一个二极管，外形也相似。因为具有稳压作用，故称为稳压管。2.1 稳压二极管的击穿方式二极管的反向击穿 ： 二极管处于反向偏置时，在一定的电压范围内，流过PN 结的电流很小，但电压超过某一数值时，反向电流急剧增加，这种现象我们就称为反向击穿。 二极管的正向击穿方式可分为雪崩击穿和齐纳击穿两种方式。齐纳击穿：高掺杂情况下，耗尽层很窄，宜于形成强电场，而破坏共价键，使价电子脱离共价键束缚形成电子空穴对，致使电流急剧增加。雪崩击穿：如果掺杂浓度较低，不会形成齐纳击穿，而当反向电压较高时，能加快少子的漂移速度，从而把电子从共价键中撞出
11、，形成雪崩式的连锁反应。上述两种过程属电击穿，是可逆的，当加在稳压管两端的反向电压降低后，管子仍可恢复原来的状态。但它有一个前提条件，即反向电流和反向电压的乘积不超过 PN 结容许的耗散功率，超过了就会因为热量散不出去而使 PN 结温度上升，直到过热而烧毁，这属于热击穿。2.2 稳压二极管的参数（1）稳定电压 UZ即反向击穿电压，它是稳压管正常工作时管子两端的电压。由于工艺的原因，即时同一型号的稳压管，U Z 的值也不一定相同，半导体手册给出的 UZ 是一个范围，但对于一个具体的稳压管，U Z 是一个确定值。（2）电压温度系数 Z 反映稳定电压值受温度影响的参数，表示温度每升高 1时稳定电压值
12、的相对变化量。硅稳压管低于 4V 时具有负温度系数，高于 7V 时具有正的温度系数，在 4V7V 之间， Z 很小。稳定性要求较高的场合，一般采用 4V7V 之间的稳压管。稳定性要求更高的场合，可采用温度补偿的稳压管，即正负温度系数的两个二极管串联使用。（3）动态电阻 rZ反向击穿状态下，稳压管两端电压变化量和相应的通过管子电流变化量之比。r Z 的大小反映稳压管性能的优劣。r Z 越小，稳压性能越好。（4）稳定电流 IZ、最大、最小稳定电流 Izmax、I zmin。稳定电流 IZ 是稳压管正常工作时的电流参考值。实际电流低于此值，稳压效果略差，高于此值只要不超过最大稳定电流 Izmax，电
13、流越大，稳压效果越好，但管子的功耗将增加。最大、最小稳定电流 Izmax、I zmin 分别指稳压管具有正常稳压作用时的最大工作电流和最小工作电流。 稳压误差曲线越陡，电压越稳定。IIZIZmaxUZUZ+U图 2 稳压二极管特性（5）最大允许功耗稳压管不产生击穿的最大功率损耗，是由管子的温升决定的参数。三、发光二极管、光电二极管和变容二极管发光二极管通常用元素周期表中、族元素的化合物，如砷化镓、磷化镓光电二极管 发光二极管反向电流随光照强度的增加而上升，可将光信号转换为电信号图 1-2-16 光电二极管 图 1-2-17 发光二极管等所制成的，当这种管子通以电流时将发出光来，这是由于电子与空穴直接复合而放出能量的结果。光电二极管的结构与 PN 结二极管类似，但在它的 PN 结处，通过管壳上的一个玻璃窗口能接收外部的光照。这种器件的 PN 结在反向偏置状态下运行，它的反向电流随光照强度的增加而上升。反向电流随光照强度的增加而上升，可将光信号转换为电信号。变容二极管是利用 PN 结之间电容可变的原理制成的半导体器件，在高频调谐、通信等电路中作可变电容器使用。变容二极管属于反偏压二极管，改变maxZZMIP其 PN 结上的反向偏压，即可改变 PN 结电容量。反向偏压越高，结电容则越少，反向偏压与结电容之间的关系是非线性的。
